次世代モバイルネットワークとその技術課題

今井 和雄
第4世代といわれる次世代のモバイルネットワークについて，サービス発展の観点から「モバイルユビキタス」という新たなコンセプトを示し，ネットワーキングのユビキタス化がブロードバンド化と合わせて重要であることを述べる．
その構成の具体例として，モバイル端末をゲートウェイとしてモバイルネットワークをユピキタス世界に拡張する考え方を示し，これを実現する上での技術的課題ならびに通信キャリアの役割について解説する．

キーワード：第4世代移動網，モバイル，ユビキタス，インターネット，無線タグ，センサ
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ろいろなシーンで目に見えないコンピュータが人々の1．はじめに生活を支え，新たな喜びや楽しみを提供するエビキタ／で「＼ヽ

携帯電話やPHSを含むいわゆるモバイルフォンは，スサービス［1］が重要となろう．本稿では，来るユビ市場に現れてまだ10数年の歴史しかないが，90年代キタス社会のインフラとしての4Gネットワーク構成

中期以降の成長は著しく，100年以上かけて構築されの考え方や新たな研究課題について解説する．てきた日本の固定電話網の規模をすでに超えてしまっている．また，90年代の前半に商用化されたインターネットは，世界的な発展とともに日本でも大し、に受け入れられ，現在3000万を越える加入者を得ている．

2．モバイルサービスとネットワークの発展方向：超リアリティ通信とユビキタスサービス

そして，なんといっても日本市場の特徴は，i−mOde

モバイルサービスとネットワークの発展と今後の展をはじめとしたモバイルフォンを使ったインターネッ

開のステップは図1のように整理されよう．すなわち，トへのアクセス（Webアクセス，コンテンツダウン

セルラ網のディジタル化を実現した第2世代（2G）ロード，メールサービス等）の急激な普及であり，こにおいては，パケット通信方式とブラウザフォンを開のモバイル・インターネットは，現在6000万以上のいて，インターネットとのゲートウェイ接続を提供す加入者を擁し，ユーザに完全に受け入れられた．

るi−mOdeサービスが導入され，従来の音声中心のサ

このようにインターネットというサービス媒体を得ービスからデータ，画像を含むコンテンツを扱うノンて，モバイル通信に新たな発展が起こったわけだが，ボイス通信へとシフトさせた．このi−mOdeサービス

依然トラフィックの主体は電話サービスであり，さらの成功は， モバイルインターネットサービス

なる発展のためには，新たなサービス領域を開拓するて定着した．次に，第3世代（3G）においては．

ことが必須である．すでに日本では，世界に先駆けATM技術を使ったネットワークのブロードバンド化

2001年より第3世代（3G）移動通信サービスが開始が図られ，2Gからのカメラ付携帯の普及も相まって，され，ネットワークの高速性を生かして通信サービスよりリッチな動画像を含むAV系のサービスが発展のマルチメディア化，コンテンツのリッチ化が盛んにしつつある．3Gネットワークは「モバイル・マルチ進められている．

メディアサービス」を立ち上げたということができよとし

今後，次世代のモバイルネットワーク（いわゆる第う．ネットワークとしては，今後，経済性やサービス4世代：4G）においては，よりリアリティの高い通発展の柔軟性という点でインターネットと同様にIP信を提供するため，さらなる高速・広帯域化が目指さ技術を基本としたAl卜IP化が進められる方向にある．

れる一方で，人と人との通信だけでなく，あらゆるモでは，将来の4Gではどのようなサービスが現れ，ノ（＝コンピュータ）がネットワークにつながり，いそれを支えるネットワークはどのような構造になるでいまい かずお㈱NTTドコモ ネットワーク研究所〒239−8536横須賀市光の丘3→5484（10）あろうか．これまでそうであったようにネットワークの世代交代には10年以上の歳月を要する．したがって4Gが登場するのは2010年から2015年のスパンで© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ

／′、＼＼

90手代

伽手付TO手代

モバイル
ネットワークの世デジタルセルラ

広帯好セルラ〝MTフ00卯＋ インターネット

月TM〃仇／→A〟−／P此彪広甜セルラ＋
多摩アクセス願発足壁N〝r倉、〃OJトJ円

サービス
コンセプト

新サービス例

図14Gへむけた展開シナリオ／／「＼

考えるのが妥当であろう．その時代には，これまでのスから情報家電のような高機能な端末まで，多様で膨音声・映像通信の常識を超えた，より臨場感のあるリ大な数の端末（エビキタスデバイス）に対して接続性アリティの高いコミュニケーションが人と人の通信の（コネクティビテイ）を提供することにある．ユビキ中核となっているものと期待される．例えば，あたか

タスデバイスは，無線タグやセンサのように極めて限もそばにいるような映像，あるいは遠くにいてもどこられた通信能力しか持たないものもあり，また，そのから話しているのかその方向と遠近がわかるような，デバイスが機能する場所や期間に限界もあり，ネット立体的（3D）な音声・映像通信［2］が実用化している

ワーク構成自体が部分的に非定形で一時的（アドホッであろう．またロボット等を使って聴覚，視覚だけでク）となる場合も考えられる．また，そのデバイスとなく触覚や動作を伝え，場の雰囲気や感情の伝達を支

ネットワークの所有，管理も公衆網のように通信キャ援する，いわゆる分身通信［2］もあらたな通信の形とリアによる統一的な所有，集中的な管理が成されるとして誕生しているであろう．これらのサービスは，モは限らない．こういった条件の下でネットワークの接バイルネットワークに新たな要求条件を提示する．す

続性，情報の到達性（リーチャビリテイ）を提供する

なわち，次元の高い情報をリアルタイムで伝達するたというユビキタスネットワーキングが次世代ネットワ

めの広帯域化と触覚等の微妙な変化を伝えるための極ークの（低遅延・ブロードバンドに加えて）もう一つめて短い伝達遅延とすることである．の新たな特徴であると考える．

一方，もう一つのサービスの発展の軸として，4G／ （＼以上の二つの特徴を持つ次世代ネットワークによるの時代には，無線タグや各種センサ，超小型のコンピ新たなサービスのコンセプトを「モバイルエビキタ

ューティングデバイスの発展により，人と人が直接対ス」と呼び，以下これを実現するためのネットワーキ

話する通信サービスから，美空間のあらゆる機器やモング技術を中心に述べる．

ノがつながり情報を交換し，それらが直接または間接的に人にサービスを提供する新たなタイプのサービス

3．新たなモバイルネットワークの構成が出てくる可能性が高い．これまでのインターネット

3．1モバイルユビキタス・ネットワークの考え方のような「仮想空間」上の情報サービスだけでなく，通信の超リアリティ化とユビキタス化により，ネッ美空間の情報が仮想空間の情報，サービスと連携，融トワークに新たな要求条件が発生するが，要求条件の合し，いつでもどこでも，生活において必要となるサ

すべての具体化は，現時点ではまだ未知な事象が多いービスを適切なタイミングで，様々なデバイスを通じため困難である．ただし，特に通信のマルチメディアてユーザへ提供することになる．このタイプのサービ化，超リアリティ化をサポートするためのネットワー

スを本稿では「エビキタスサービス」と総称する．

クのブロードバンド化という発展という軸でみれば，エビキタスサービスを支えるネットワークへの基本

3Gセルラーネットワークのさらなる高速化と経済化的な要求条件は，遍在するあらゆるデバイスをネットという従来からの発展アプローチに乗っているものでワーキングするため，環境に埋め込まれた微小デバイあり，すでに（狭義の）4Gアクセス無線技術の研究

2004年8月号© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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開発のために，そのターゲットは明確にされている供可能となる．これに伴い，発展の著しいIPパケッ［3］．この能力をもつ4G（セルラ）モバイルネット

ト技術を全面的に採用するネットワークの「Al卜IPワークは，携帯電話サービスを中心としたキャリアネ化」を図ることが，その経済化や新サービスの迅速なットワーク発展の基本であり，モバイルエビキタスの創出のためにも有効であるとの見方が，モバイルキャ時代にも，ネットワークとサービスのコアとして重要リアやベンダの間で比較的早くから有力となってきた．

である．このセルラ綱には，その広帯域性を生かす高日本においても，2000年頃からAl卜IP化に向けた検度な携帯端末（4G端末）が接続され，人と人の通信討が本格的に開始されており，市場のIP機器をベーのマルチメディア化，超リアリティ化を実現する．そスにしたシステム実験［7］による評佃や検討が行われこで，この4G（セルラ）モバイルネットワークを中た．固定のインターネット技術との顕著な相違点は，核として，キャリアサービスのために次世代ネットワ移動する端末に対してIP到達性を高品質かつ安定的ークを構築するという観点から，上記のユビキタス化に保証しなければならない点である．この点について，も包含する広義の4Gネットワーク（4G＋（プラス）インターネットにおいてもローミングを可能とするたと称する）の構成法を考える．

めモバイルIP技術［5］が開発されているものの，キ3．2 4G（セルラ）モバイルネットワークャリアネットワークでの高速なハンドオーバには能力モバイルユビキタス・ネットワーキングの中核となが不十分であるとの点が指摘されてきた．また，新無る狭義の4Gネットワーク，すなわち3Gからのさら線方式だけでなく3Gや無線LAN等の複数の無線シなる高速化と広帯域化を図り，サービスのマルチメデステムを柔軟に収容し，かつ，それらの間の端末移動ィア化や超リアリティ化に対応するモバイルセルラネもシームレスに実現することが求められる．このようットワーク構成の基本的な方式について述べる．これな点を改良，実現し，通信キャリアが求める品質や安については，すでに3G以降の将来方式（Beyond3

心・安全性を保証するため，All−IP化に向けた新たG）として，世界の研究機関や標準化機関（ITU，な研究［6］が開始されている．現在，Al卜IP化の要求ARIB等）においても検討が進められてきており，具条件，ATMベースの3GネットワークからAl卜IP体的な広帯域ワイヤレスアクセス方式やネットワーク化に向けた展開シナリオ，標準化も含んだ開発課題等方式も提案され始めている．

が主要なべンダやキャリアも巻き込んで議論されてお●広帯域ワイヤレスアクセス方式：有望な方式としり，2010年よりも前に次世代のモバイルネットワーて可変拡散率直交周波数・符号分割多重（VSF−クのコアとして導入展開されることが期待される．図／丁、＼OFCDM：Variable Spreading Factor−Orthogonal 2にAll−IPネットワークの構造イメージを示す．
FrequencyandCodeDivisionMultiplexing）［3］が提3．3 4G＋ネットワークアーキテクチャ

案されている．これは，無線LANなどに使われ，孤エビキタスネットワークをあらためて定義すると，立セル環境で大容量化を図れるOFDM技術と，セルあらゆるモノや機器のネットワーク化により，どこにラのマルチセル環境で優れているCDMA技術を組合いても，端末，ネットワーク，コンテンツを自在に意わせ，拡散率を適宜変えることにより多様な周囲環境識せず，ストレスなく安心して利用できる環境であるでも連続的にサポートできる方式である．屋内の孤立ということができよう．ネットワーク化されるエビキ

セルでの超高速な通用も有効であり，かつ屋内から屋タスデバイスは徴′J、な環境埋め込み型から情報家電と外に持ち出したときも同じエアインタフェースのままいった個々の能力の高いものまで多様である．それら

連続的に効率よく利用できるという特長がある．本方を活用して，環境情報やユーザのパーソナルな情報を式は，すでに屋内実験を終え，2003年からは屋外の取l）込み，これまでの通信サービスではない，新たな移動環境で100Mbit／s伝送の実験を成功させている．

価値を生むことが期待される．

●ネットワーク方式：3Gの初期ネットワークデザ

では，そのネットワーク環境をどのように実現する

インでは，回線交換ドメインとパケット交換ドメインのか．ユビキタスサービスは，ある場所，ある時間には分離したアーキテクチャとなっている．しかし，今密着した実世界，実環境を扱うことが新しい特質であ後は，インターネットと連携したデータを中心としたる．実世界の情報を扱うユビキタスデバイスは，当然，非電話系サービスが主体となり，回線交換系でサポー固有の場所，空間を基点としてネットワーク化される．

トしてきた音声サービスもVoIP等のIP技術にて提すなわち，時空間的に閉じたローカルなネットワーキ

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オペレーションズ・リサーチ′￣ヽ図2 Al卜IPモバイルネットワーク／／〔＼ングが基本となっていると考えるのが自然である．そとは困難が多いが，これが実現すれば多くの新たな佃こで，これをエビキタスローカルネットワーク値が生まれると考えられる．いくつか例を挙げよう．

（UbiquitousLocalNetwork：ULN）と定義する．
一方，高機能なモバイルデバイスを接続するモバイ

ユビキタスローカルネットワークULNはキャリアグレードでパワフルなモバイルネットワークから様々ルネットワーク（＋インターネット）は場所フリーななサポートを受けることが可能である．インターネッ

通信と仮想世界を扱うことが得意である．このモバイ

トの情報サーバへ接続するグローバル接続や離散したルネットワークは，グローバルなネットワークとして複数ULN間の相互接続は基本的なサービスであるし，（時空間的に移垂加生のある）ULN間を相互につなぐ

時空間的にアドホック性の高いユビキタスネットワー

ことにより，ローカルな美空間情報をグローバル化し，クの構造的脆弱性を迂回ルートを提供して補助したり，またインターネット上の仮想空間へ導くことも容易に能力が限定的なエビキタスデバイスに処理パワーやメできる．したがってモバイルネットワークとULNにモリ機能を一時的に提供（肩代わり）して支援したりよる実環境空間が「うまく接続」できれば，従来のイすることも可能である．

ンターネットのコンセプトを超えた，実世界までを包一方，モバイルネットワーク自身も，多数のULN含するあらたなユビキタス（グローバル）ネットワーとの接続によってその価値が高まる．例えば，伝達能クが出現し，「モバイルエビキタス世界」を形成する力で言えば，エビキタスデバイスをホップバイホップことが期待できる．につないでいくことにより，従来セルラ信号が届かな／「二ヽ、＼

この接続のために，モバイルネットワークの「エッジ（緑）」においたゲー

トウェイによってこの接続をかった空間領域への到達性を広げることが可能となる．
また，人の周囲の入出力デバイスを一時的にネットワ行うことを提案する．ここで注意したいのは，エッジーク化して仮想端末や仮想オフィス空間を生成したりとは，ネットワークのノードではなく，人が常時携帯することで，モバイルネットワークへのアクセス機会する携帯端末を想定しているということである．人をを増大させる効果もある．ビジネス的に言えば，中心として，この先にエビキタス世界が広がるものとULNが接続されるということで，モバイルネットワ考え，携帯端末を関門（ゲートウェイ）としようといークにおける位置情報サービスを超えて，様々な美空う考え方である．ただし，家庭における情報家電など間情報を利用したユビキタスサービスが生まれる可能のデバイスへの接続，制御については，必ずしも携帯性が高い．図3にモバイルユビキタス（4G＋）ネッ

端末がゲートウェイである必要ではなく，ゲートウェ

トワーキングの構成を示す．

イ機能はモジュール化して様々な場所に設定できるこ

モバイルエビキタス・アーキテクチャについて，特徴とも求められる．

グローバルなモバイルネットワークとULNは，多くの異なる特性を持っており，それらを結びつけるこ
2004年8月号

次に，モバイルネットワークとULNを結合させる的かつ基本的な課題を述べる．

●モビリティ制御：エビキタスデバイスで構成され© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

（13）48丁

図3 モバイルユビキタスネットワーキングr＼

図4 携帯端末（UbG）の移動に伴うネットワーク境界の変化

るULNは，例えば車載のセンサネットワークや人とサのように一方向で小容量，単発的なデータ転送に適ともに動くウェアラブルデバイスのように，したプロトコル設計とモバイルネットワークとの適切自律的に移動する可能性がある．さらに，携帯デバイスのゲートウェイ（Ubiquitous Gateway：UbG）を介して，なプロトコル変換が必要となる．

●ID・アドレッシング：これまでモノの識別のた

4Gモバイルネットワークに接続されることを想定すめID（Identifier）の規定検討が盛んに行われてきた

ると，より複雑な問題が生じる．人の動きに対応してが，ネットワーキングのためにどのようなIDを使い，UbGが移動するので，それに接続されるULNの構ルーティングアドレスをどのように設定するかという成要素は，時々刻々変化していく可能性がある．これ点については，まだ，想定すべきネットワーク構造自はUbG配下のネットワーク境界が移動するためであ体が明確になっていないこともあり，管理方式も含めり，これは従来のモバイルネットワークになかった新課題も多い．例えば，Al卜IP化されたモバイルネッ

たな移動性である（図4参照）．新たなアドホック型

トワークでは当然保証されるべきIPパケットの到達ネットワーク制御という見方もできよう．多様なモビ性は，ULNにまでは保証されないと考えるべきであ

リティ制御能力が必要になる．

る．多様なIDを持ち，IPルーティングで到達できな●通信プロトコル：ULNを構成するデバイスはそいユビキタスデバイスに対し情報の到達性をいかに保の通信能力も含め，多種多様であり，センサのように証するかが課題となる．さらに，使い捨てセンサのよ特定の情報転送のみができればよいケースも多いと思うに個々のデバイスにIDやアドレスが付与されないわれる．すべてのULN対し高機能なIPを一様に用弱い（Loose Couplingな）関係でつながるULNもいることは適切でない可能性が高い．無線タグやセン存在しうる．無数にあるULNは，その管理主体が488（14）© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オペレーションズ・リサーチ／′、＼＼様々であり，これらを一時的にせよどうつなぐかとい機能ループに集約される．それぞれの実現には多くのう問題は，技術面だけではなく運用上の問題（ルー研究課題があるが，紙面の関係もあり本稿では触れなル）としても解決しなくてはならない．

い．文献［1］の山崎氏の記事を参照されたい．これら●伝達ネットワーク制御と端末系との機能分担：ネットワーク制御については，これを伝達レイヤとは分ービス支援プラットフォームとして形成することによ離した形で，制御プラットフォームとしてコアとなるって次世代ネットワークサービスシステムが完成する．

モバイルネットワーク上に設けることが有効と考えられる．これは制御処理機構を転送機構と分離して集中化することによって機能高度化，高信頼化等を容易か／／へ■、、＼の仕組みをモバイルエビキタス・ネットワーク上のサ

5．まとめ
将来のモバイルサービスは，ネットワークの高速・つ柔軟に図ることができるためである．ネットワーク

広帯域化とともにあらゆるモノがつながり美空間と仮全体の品質やセキュリティ管理，接続のためのサービ想空間が連携するユビキタス化を促し，「モバイル・ス，アドレス解決等がこの制御プラットフォームで行ユビキタス」の世界へ発展するという考えを述べた．

われる．この制御プラットフォームからの指示は，信それを構成する次世代ネットワークとしては，3Gま号としてゲートウェイUbGを介して必要なULNへでの（セルラ）モバイルネットワークのAll−IP化届けられる．一方，様々なULNのネットワーク状況（高速・広帯域化）をコアとし，そのモバイル端末を（接続状態やルーティング管理）は自律分散管理が基ゲートウェイとしてエビキタス環境にネットワークを本となるが，グローバル接続やモバイルネットワーク拡張する「4G＋（プラス）」方式を解説した．この4との協調動作のために，必要に応じコアのモバイルネ

G＋アーキテクチャにおいても，端末とネットワークットワークの制御プラットフォームでも管理され，アとサービス（支援）プラットフォームの三つがネットクションを促す．ULNは時々刻々変化し，モバイルワーキングの主要な構成要素であり，これらの各主要ネットワークも拡大していく中で，このようにULN構成要素間をうまく連携させることが通信キャリアのとコアネットワークの機能シェアリングを弾力的に行役割であると考えている．現在のインターネットでは，なうメカニズムを構築することは，ネットワークを恒各構成要素が個別に発展し，それらの連携もまたサー常的に維持するために重要な課題となる．

ビス毎に独立になされている．モバイルエビキタス・

モバイル端末に搭載されるゲートウェイUbGは，ネットワーキングの世界では，キャリアがこれらをコトし，サービスを迅速に提供しやすいこれらの情報のやりとー）の要として特に重要であるが，ーディネー

そのアクセスインタフェースやAPIの規定と標準化「場」を整えることによって新たなマーケットを創造は，多様なエビキタスデバイスを対象とするために重できるものと考えている．

要かつ必須であろう．携帯端末の限定された消費電力
参考文献

や処理能力への整合も配慮し，ネットワーク側との機′／一￣「＼［1］エビキタス・サービス特集，オペレーションズ・リサ

能分担を決めていく必要がある．

ーチ，Vol．49No．4，2004．

4．モバイルユビキタス・サービス提供機［2］新概念通信特集，NTT DoCoMoテクニカルジャーナ
ルVolll．No．1，pp．6−62，2003．

構

ユビキタスサービスの可能性についてはすでに本誌でも特集されており［1］，技術的な課題についても多方面から解説されている．モバイルエビキタス・ネッ
トワーキングは，それらのサービスを提供する基盤としての情報流通の仕組みであり，サービスの提供機構と連携して初めて意味がある．エビキタスサービス自体は様々なタイプがあるが，その基本的な提供機構は，（1）ユーザ・環境情報取得，（2）情報意味解釈・理解，（3）［3］第4世代無線アクセス技術特集，NTT DoCoMoテク
ニカルジャーナル，Vol．11，No．2，pp．6−52，2003．
［4］今井他：移動通信ネットワークのIP化の検討一All−

IP実験の概要−，NTT DoCoMoテクニカルジャーナ
ル，Vol．9，No．1，pp．38−44，2001．

［5］JamesD．Solomon，詳細MobileIP，ピアソン・エデ
ュケーション．

［6］モバイルネットワークAlllP化特集，NTTDoCoMo
テクニカルジャーナル，Vol．10，No．4，pp．6−34，2003．

サービス決定・選択，（4）サービス提供制御，の大きな2004年8月号© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

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