ICT Testbed
R&D Promotion
Center

B5G時代のシステム・サービス創出に資する
テストベッド構築・運用に関するNICTの取組み
国立研究開発法人情報通信研究機構 (NICT)
オープンイノベーション推進本部 ソーシャルイノベーションユニット
総合テストベッド研究開発推進センター
児島 史秀
第20回関西オープンフォーラム (KOF2021)
令和3年11月13日
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1

サマリ

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B5G/6G時代の無線通信は、通信サービス要件の向上、多様化に加えて、サイバー・フィ
ジカル連携を通じた要件間の連携と調和が前提
ヒトからモノへ、これまでにない環境へ； CPS技術を活用したさらなるサービス多様化・高度化が期待されている
B5G/6G時代の多様化システム・サービスの検証にテストベッドは不可欠
先進性・中立性・透明性を有するNICTは、これに貢献できる
将来のテストベッドは柔軟性を旨とし、循環進化を実現する
動向・ニーズを迅速に汲み上げ、適切なビジネス化・サービス創出に寄与する
テストベッド環境を有機的に構築・運用するために、ネットワークレイヤに加えて、プラットフォームレイヤ、ミドルウエアレイヤを含めた充足が重要
プラットフォーム：ｘData、自動翻訳、AI等を含めたマルチAPI
ミドルウエア：ミドルウエア群となるCPS基盤、可視化・制御サーバ群
ネットワーク：コア、アクセス、ワイヤレスNW、エッジ・クラウド基盤
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2

B5G/6Gの展望

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通信サービス要件の向上、多様化に加えて、「要件間連携・調和」を想定
CPS技術を活用したさらなるサービス多様化・高度化に期待

～4G

ヒト

要件間連携
では、6Gは？
要件が増えるの？

通信サービス要件

5G

ヒト/
モノ

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6G

ヒト/
モノ

CPS電波調律基盤
3

B5G/6Gに向けた研究開発方向性ICT Testbed
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Centerコロナ禍に代表される新しい時代の、新しい無線通信要件にも対応
地上系無線システムの研究開発を三本柱のプロジェクトにより進行
NICTの役割：• 地上系電波利用の有効な提言を行う唯一の国立研究機関• 電波産業の方向性に合致し、先進的研究開発を公平性ある立場
で行い、標準化・認証等を経て成果の社会展開を図る
背景・課題

コロナ禍

少子高齢化

環境問題

都市集中化

NICTの
B5G/6Gターゲット

QOL※ポイント：◎標準化・認証化、◎企業・他機関連携、◎地域課題解決

新たな生活様式に準ずる電波システムの模擬・設計・評価のためのワイヤレ
スエミュレーション技術

IoT等多様化無線システムを含めた高度無線アクセス技術の研究開発

ﾄﾞﾛｰﾝ/ﾛﾎﾞｯﾄ

ITS
ｽﾏｰﾄｵﾌｨｽ

ｲﾝﾀｰﾈｯﾄ/基幹網

工場無線

B5G/6Gに向けた研究開発方向性の整理

インフラ高度化
端末網多様化

ワイヤレス
エミュレーション基盤

ドローン、海中無線等新たな電波利用分野におけるシステム確立のための研究開発

適用環境拡張Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved

ｾﾝｻﾈｯﾄ
海中無線4

研究開発方向性：5GからB5G/6Gへ

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出口戦略・
社会展開

今中長期における5G/B5Gモノ主体システム研究開発を整理・統合したビジョン策定
5Gシステムの課題抽出とB5G/6Gへの反映を検討

標準化・認証：ARIB規格・作業班、総務省作業班、JUTM
等での活動：IEEE 802、3GPP、ICAO等標準化。
FFPA、Wi-SUN等認証

地域実証・技術移転：自営5G、ドローン等で地域実証。
特許・ノウハウの技術移転

周波数資源有効利用研究開発のブレイクダウンと進め方

5Gの特徴である、サイバー空間を介したバーチカルセクタ間サービス管理
多様化 (高速, 低遅延, 多数接続, …)する
5G/B5Gモノ主体システムの研究開発
可用性：どこでサービスを受けられるか

接続性：どのようなサービス品質か

プライベート
マイクロセル

低遅延＆多数接続

工場無線

ワイヤレス
グリッド

高度化
アクセス

発展・移行

統合
モビリティ

高信頼ワイヤレス

次世代
IoT
ワイヤレス
適用拡張

サイバーフィジカル
連携基盤

ローカル5G等を出口とする高度アクセス技術
スマート工場を含めた多様化IoT
ドローンのための無線システム設計
海中・体内外無線

多様化電波システムに対応したワイ
ヤレスエミュレーション技術

サポートプロジェクト:
H30:技術策定、基礎実証、企業連携

R1:標準化と社会実証

R2:社会展開・
電波規則策定Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved

R3～:CPS時代/次々世代の新たな電波利用の研究開発

B5G/6G
5

プライベートマイクロセルの概念

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狭域大容量通信サービスエリアを必要に応じ適材適所に展開事業者間の連携による柔軟なサービスエリア形成

インターネット＜セルラ事業者A＞

ユーザ情報交換＜セルラ事業者B＞＜プライベートマイクロセル事業者＞

マイクロセル

マクロセル

端末A（セルラ事業者Aに加入）

端末B（セルラ事業者Bに加入）

6• 各施設の管理者が局所的なニーズに即し、独自の5Gサービスエリアを構築• セルラとシームレスに接続

プライベートマイクロセル構造
Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved6プライベートマイクロセルによる可用性向上検討

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社会実証を見据えた高度化検討を継続
アシストセルによる事前仮想接続
マイクロセル内リソース割当て
全二重無線通信方式の適用検討

動的ULリソース割当制御

7

アシストセルの概念と、事前仮想接続実証
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全二重無線通信
基地局構成例
7

ULリソース制御技術の検証結果

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市街地・河川周辺エリアにおける電波伝搬特性・伝送特性を検証
ULリソース制御方式の効用を示すデータを取得
スループット特性、遅延時間特性の改善効果を確認
一部の地点において、スループット特性が半減する等の現象が見られ、周辺建造物等の影響による伝搬状況の悪化が原因と考えられた

実験風景
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実験結果
8

IoTに資するワイヤレスグリッドの研究開発

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モノ同士通信に資する無線機網構造(ワイヤレスグリッド)実現のための研究開発「ヒト」時代にはありえない条件：電池駆動で10年以上の動作等「ヒト」に囚われない大胆な多様化
大容量データ収集網• 大容量データ経路選択技術• データ結合技術

無線機搭載型
メータ

WAN側
収集制御局
WAN
無線信号

ソーシャル
クラウド

SUN無線信号スマートメータ
収集制御局
家庭内
センサ
無線機搭載型
センサ/モニタ

高信頼メッシュ網• メッシュロバスト化• 無線利用モデル化

工場内
センサ等
農業用
センサ

構造物モニタ無線機搭載型センサ/モニタ

Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved災害地
モニタ無線機搭載型工具/センサ/モニタ
超省電力動作網• 動的スリープ技術• 屋外無線機実装

ワイヤレスグリッドの概念
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大規模メッシュ構築・運用のための制御技術

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独自ルーティングトポロジの導入による、高効率ルーティング制御を検討
トポロジの探索、次ホップのアドレス管理等の必要制御を、MAC層におけるIE (Information Element;情報要素) で実現: メッシュルート無線機
IEEE 802.15.10 (L2R; Layer 2 Routing)推奨方法に反映R: 非メッシュルート無線機
必要な経路選択制御技術を検討: 通信可能な無線リンク
A B C D(IEEE 802.15.4 PANリンク)
自律型メッシュ構築機能
B D B
A: メッシュルートへの経路データ結合機能
m : 無線機mからのメッシュルート宛C
D
データフレーム
複数サービス対応機能
DCm n : 無線機mおよびnからのメッシュR

RR

ルート宛結合データフレーム

R

データ結合機能
ABABA

B

A

R1

B
A

B

: メッシュルート無線機(それぞれ異なるサービスを提供): 非メッシュルート無線機

CDC

D: メッシュルート無線機

CDC

D: 通信可能な無線リンク(IEEE 802.15.4 PANリンク)

C

D: メッシュ構築用信号: 非メッシュルート無線機: 確立されたメッシュルートへの経路

自律型メッシュ構築機能
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R2: 通信可能な無線リンク(IEEE 802.15.4 PANリンク): サービスに応じたメッシュルートへの経路複数サービス対応機能
10省電力型MACの検討: スーパフレーム

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CAP (Contention access period): 競合アクセス期間
CFP (Contention free period): 非競合期間
GTS (Guaranteed time slot): 保証タイムスロット
BI (Beacon interval): ビーコン間隔
SD (Superframe duration): スーパフレーム長
アクティブ期間

非アクティブ期間(スリープ期間)
GTS
GTS

GTS

CFP

CAP
GTS

定期的なビーコンの送信によりTDMA制御を行う
BI(ビーコン間隔; TDMA周期): アクティブ期間、非アクティブ期間から成る
アクティブ期間: スーパフレーム長(SD)として定義され、CAPとCFPから成る– CAP: コンテンションアクセス期間– CFP: タイムスロット(GTS)予約型のコンテンション
フリーアクセス期間
非アクティブ期間: スリープ期間
スーパフレームの変更による省電力化を検討し、IEEE
802.15.4e標準化
ビーコンの休止
BI によるTDMA制御は保持
ビーコンは原則オンデマンドで送信
アクティブ期間外までのデータ送信延長
受信希望者だけが受信延長
データサイズに関わらず、短いアクティブ期間の運用が可能

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Centertビーコン

データフレーム(a) 従来のスーパフレーム

BISD
アクティブ期間
CAP

データフレーム
非アクティブ期間(スリープ期間)t

ビーコン(休止中)(b) 省電力スーパフレーム

11

超省電力動作網へのLEスーパフレーム適用

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CenterIEEE 802.15.4eにて規定される省電力(LE)スーパフレーム構造を用いて、乾電池でも10年以上の動作が可能な省電力動作を提案。ガス・水道メータや、農業用センサ等の電池駆動無線機への適用を想定
基本間隔BI (間欠待受周期)

間欠待受周期

待受期間SD

待受期間

データパケット

データパケット
スリープ期間スリープ期間t

必要に応じて送信される同期用信号(ビーコン)(a) LEスーパフレームの概要tビーコン(b) データ結合時

LEスーパフレームの概要

12

CSによるBI
CS 受信
S2

S1

S3

10

CSによるSD

S1 / S2送信
S1 受信
S1によるSD

S4tt
S1によるBIS3 / S4
送信

S1からCSへの送信データ

CS (Collection station): 収集制御局
Sn (Sensor n): センサ n

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データ長=100 オクテット

6

ビーコン間隔=10秒

42t

0101

送信期間
スリープ期間
受信/待受期間

マルチホップ通信動作例

ビーコン間隔=80秒

8t
S3からS1への送信データ

S1の状態

電池寿命 (年)CS

データ長=500 オクテット
102103
データ発生間隔 (秒)104105

電池寿命の検討(単三電池3本時)
12SUN拡張によるワイヤレスグリッド研究開発と実証
SUNシステムの拡張により、以下の技術要件の確立を検討
多数端末間の自律分散的な協調動作技術
CSCS
付加的制御を有する省電力動作技術
S2

S4を制御

メッシュルート無線機
1

S3

S4を制御

CS

S2t

t

S1

S1

S1が設定

S4t
S3のデータt

S4

メッシュルート無線機
2

CSt

S1
S1が設定

S3t

CSが設定

CSが設定

S1

S4

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S4のデータS3

S3t
S3のデータ

S4
被制御端末

無線機内蔵
屋外ボックスt
S4のデータ

制御支援端末アンテナ
省電力SUN無線機

シミュレータ：非メッシュルート無線機
×4を仮想的に実装
メッシュルート無線機1によるメッシュ1
メッシュルート無線機2によるメッシュ2
バルブ
非メッシュルート無線機 (実機×6)

協調動作技術評価実証
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水位センサ

水位センサ

本研究(の一部)は、内閣府 戦略的イノ
ベーション創造プログラム(SIP)「次世代農林水産業創造技術」(管理法人：農研機構 生物系特定産業技術研究支援センター)によって実施された。

省電力動作実証13

統合モビリティシステムの研究開発
ドローン／ロボット等を含むモビリテ
ィ管理のための拡張無線システムの導入に資する無線リソース割当
技術、無線機群形成技術、情報交換プロトコル検討
複数無線機間の多元接続、群移動等のサポートが可能
HAPS、低軌道衛星システム、自動運転システム等との接続・連携を想定
地上だけでなく、高さ／空間への無線ネットワーク拡張を実現

無線機間多元接続、群移動サポート

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HAPS、低軌道衛星システム等と連携拡張無線システムとしての技術仕様策定• リソース割当• 群形成• プロトコルセルラシステム、高度交通システム等の地上系無線システムと連携

統合モビリティシステムの概要
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14電波を利用した海中ワイヤレス研究開発

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海洋資源探査に役立つ海中探査ロボットとの通信等を対象とした電波による海中ワイヤレスの研究開発を推進
海中ワイヤレス通信： 広帯域通信技術と、MIMO技術を用いた通信実証
海底下埋設物センシング： 1MHz帯電波による金属・誘電体埋設物検出実証
海洋研究開発機構（JAMSTEC）と共同で、深度500mまで利用可能な電波伝搬特性の測定装置を開発
防衛装備庁安全保障技術研究推進制度による研究開発成果を活用

電波による海底下センシング実験
電波による海中通信実験
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15テストベッドとは

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Center システム開発などで用いられる、実証試験環境の総称 通信ネットワークやサーバー群などから構成
 実環境に近い状況を再現し、様々なテストが可能
 NICT では1999年よりテストベッドを提供
多様な研究開発プロジェクトが個別にテスト環境を構築するのは、高コスト・非効率NICTが構築したテストベッドを利用することで効率化を図る

社会実装・実証
データ分析
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開発環境の提供
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総合テストベッド研究開発推進センターのミッション

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Center Beyond 5G時代の社会的・技術的ニーズを検証可能なテストベッドを構築し、循環進化
 テストベッドを通じた価値創造、社会課題解決寄与、ICTサービスエコシステム形成
我が国のICT分野の研究開発・技術実証・社会実装・国際連携に貢献• 光・量子通信技術等の世界最先端技術の実証環境を支える
新たな価値創造及び社会課題の解決に寄与• フォーラム活動、国プロ等の機会を通じ、機構、研究機関、通信事業者、ベンダ、ベンチャーなどのテストベッド利用者の研究開発能力をテストベッドに結集
国際的に魅力ある研究開発ハブの形成に向けた取組を推進• テストベッドの利用、運用及び改善を通じたテストベッドの実証環境の循環進化

Beyond 5G時代の社会的・技術的ニーズを検証可能なテストベッド
データ連携処理基盤(DCCS: データセントリッククラウドサービス)

Beyond 5G
ソフトウェア化
分散広域実証環境

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社会受容型ICTサービス
現実社会と結合する
エコシステム形成のためのエミュレーション基盤 自律型モビリティ基盤

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総合テストベッド：「これまで」と「これから」

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今中長期のテストベッドは柔軟性を旨とし、循環進化を実現する
動向・ニーズを迅速に汲み上げ、適切なビジネス化・サービス創出に寄与する

超高速研究開発ネットワークテストベッド「JGN」

最先端のネットワーク技術の検証と国内海外における実証環境の構築を支援
SINET5
海外拠点
シアトル バンコク
シンガポール 香港

大規模エミュレーションテストベッド「StarBED」

100万台レベルのエミュレーションによるハードウェア・ソフトウェアの検証基盤

連携する各種機能
キャラバンテストベッド
LPWAテストベッド
P4テストベッド
IoTゲートウェイ
AIデータテストベッド
他の機構内テストベッドや設備

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今中長期計画期間において、B5Gの実現に向けた検証環境を新たに構築• 機器・環境の持込みや、ソフトウエア改変を前提に、柔軟に拡張する• 既存のテストベッド環境の運用も維持する

1818

テストベッド活用事例①

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50Gbps超の大容量リアルタイムデータマルチキャスト配信実験をJGN上で検証
高速ソフトウェアルーティングエンジンKamueeの実用化に向けた実績を獲得
エヌ･ティ･ティ･コミュニケーションズ株式会社が開発した高速ソフトウェア
ルーターをNICT総合テストベッド上で稼働させることにより、機能・性能を検証
毎年２月実施している“さっぽろ雪まつり”を舞台にした映像配信実証実
験では、他社製品が混在する実環境を JGN上で構築し50Gbps超の大容量データ配信を実施（Kamueeは2019年、2020年と参加）

令和2年2月の映像配信実証実験
フル解像度８K非圧縮ストリームによる立体映像 配信において、L(左）チャンネル映像の配信経路上にKamueeを組込み、一連の実験とデモンストレーションを実施
実験環境はJGNの基幹ネットワークを構成する ルータ群をはじめ、数多くのネットワーク機器が混在する環境となっており、実運用環境に非常に近いものであった。また、50Gbps超の大容量リアルタイムデータマルチキャスト配信においてパケットロスなしの伝送を確認しており、映像伝送等でのバックボーンでの利用が期待される。
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テストベッド活用事例②

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Center○2019年8月から2020年1月まで行われたNSCC(National Supercomputing Center)が主催する広帯域データ伝送コンテスト「Data Mover Challenge 2020（DMC20）」に、NICTが参画○コンテストではNRENが提供するインフラ（回線とサーバ）を利用し、各チームが開発したデータ転送ツールとソフトウェアを実装し、データ転送技術を競う○パートナーとしてDTNサーバならびに回線（JP-SG 100G）提供など技術協力・貢献

Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved2020将来に向けたテストベッド方向性概要

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API連携クラウドサービス• データ連携による新たな価値創成• B5Gソフトウェア化インフラ• モバイル(新規)と信頼性付与• 産業界と連携してリアルB5Gに• 現実とサイバー空間の融合エミュレータ• シミュレーション連携と新規技術アドオンを容易に•サービスレイヤテストベッドと、エッジ・クラウド連携
基盤等のB5Gソフトウェア化インフラテストベッドからなる新たなテストベッドを構築する

サイリアルテストベッド
行動シミュレータ

エミュレータシミュレータ実システム

Smithsonian PF

シミュレータ

社会受容型ICTサービスのB5Gパイロット

B5Gソフトウェア化インフラ
テストベッドソフトウェア化インフラ
エッジコンピューティングパイロット

ビル空調

辺境地コネクテッドカー

見守り

ライドシェア監視

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シミュレータシミュレータエミュレータシミュレータネットワーク (基幹)
エミュレータ通信 (伝搬)
シミュレータ

避難確認実システム

Smithsonian PF

サービスレイヤテストベッド

交通シミュレータ
水流シミュレータ・・・エミュレータ
・・・シミュレータ

電波伝搬エミュレータ

研究概要
••
•
•
•

テストベッド関連技術の開発
エッジコンピューティングのパイロット
社会受容型ICTサービスのB5Gパイロット
サイリアル連携パイロット(電波伝搬エミュレーションへの貢献)

2121高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッドの構築

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Center Beyond 5Gにより実現される通信ネットワークシステムにおいて安定かつ大容量・低遅延などのサービス品質を限られた設備で満たすためには、従来のシステムと比較して、高信頼性と高い可塑性が求められる。こうしたBeyond 5Gネットワークの高い信頼性・可塑性確保には、産学官が多様な技術を持ち寄って研究開発・実証を行う必要があり、そのための検証環境（テストベッド）を整備する。

Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved2222高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッドに関する「レイヤ」構想

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3つのレイヤを意識したNICT「B5Gテストベッド」の拡充について：
プラットフォーム・レイヤ：ｘData、自動翻訳、AI等を含めたマルチAPIプラットフォーム
ミドルウエア・レイヤ：ミドルウエア群となるCPS基盤、可視化・制御サーバ群
ネットワーク・レイヤ：コア、アクセス、ワイヤレスNW、エッジ・クラウド基盤
従来テストベッドも踏まえた運営検討

NICT「B5Gテストベッド」

データ連携・利活用検討

xData、自動翻訳、AI等を含めたマルチAPIプラット
フォーム

データ分析・可視化検討
B5Gネットワークに関する検討

PFレイヤ策定

MWレイヤ策定

CPS基盤、可視化・制御サーバ群

NWレイヤ策定

有線・無線NW、エッジ・クラウド基盤

Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved2323サービスレイヤテストベッド（Data Centric Cloud Service）

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多様なデータとその分析機構、さらにB5Gを組み合わせたサービス創成のためのテ
ストベッド
NICT保有のデータや先進的技術など
NICTの強みを活かした価値を提供
B5Gネットワークを用いた新サービスの開発環境
アプリケーションのサンプルや活用事
例を蓄積しユーザと共有することで、新サービスの萌芽を促し、いち早い検証と実用投入を可能とする
外部とも協力しながらデータや機能を開発（テストベッド分科会とも連携）

Copyright © 2021 National Institute of Information and Communications Technology. All Rights Reserved24

CPS電波エミュレーション

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高精度、リアルタイム性を特徴とする高度ワイヤレス
エミュレーション技術の検討
大規模仮想環境検証基盤：
無線リンクエミュレータにおいて外部無線機の動作を相互作用させ、現実の動作を出力内蔵する仮想無線機により、仮想的な多数の無線機動作を適用可能
電波伝搬モデル・電波発射挙動モデル
電磁界解析、レイトレーシング、伝搬モデルを適切に参照しモデル化
外部無線機
ソフトウエア無線機等の疑似無線機、商用機器を含む実無線機を想定

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研究開発連携の重視

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国内企業等との研究開発連携を重視する
国研、中立的組織として、連携、連携間シナジーを推進し、社会展開の効率化と国際競争力の向上を目指す
研究志向を発揮し、他連携体制（例えば国外アライアンス）に対し差別化・圧倒を図る
連携においては、オープンソース化/知財化を適切に選択し、NICT技術の着実な社会展開を進める
大学B

法人C

企業A
連携間シナジー
企業D

研究開発
連携

• 革新的アイデア・デザインの提供• チャンピオンデータ・先端デバイスの提供• 標準化・普及化・課題解決活動の主導

研究開発連携の概要
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B5G/6Gに向けた電波利用社会

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ハイレベルなゴール：B5G/6G時代の電波利用リテラシの向上と、電波有効利用による安心・安全社会の確立
電波利用の多様性と透明性を段階的に進行
サイバーフィジカル連携を具現化するワイヤレスエミュレータ技術の適用を前提
電波が「みえる」社会

電波が「わかる」社会

電波が「いきる」社会

電界強度や干渉電力等 一般ユーザが原理・性 システム内／システムの専門性の高い情報が、質を解し、設定の変更 間の連携により、ネット一般ユーザにも享受可 や拡張ができるまでに ワーク環境がオンデマ
能な社会
電波システムのリテラシ ンドで最適に構成されるが向上した社会社会電波の可視化

電波のカスタマイズ化

電波の最適化

カスタマイズ化

最適化

可視化

ワイヤレスエミュレータ（電波システムの導入に資する電波模擬技術）
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結論

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B5G/6G時代の無線通信は、通信サービス要件の向上、多様化に加えて、サイバー・フィ
ジカル連携を通じて要件間の連携と調和が前提
ヒトからモノへ、これまでにない環境へ； CPS技術を活用したさらなるサービス多様化・高度化が期待されている
B5G/6G時代の多様化システム・サービスの検証にテストベッドは不可欠
先進性・中立性・透明性を有するNICTは、これに貢献できる
将来のテストベッドは柔軟性を旨とし、循環進化を実現する
動向・ニーズを迅速に汲み上げ、適切なビジネス化・サービス創出に寄与する
テストベッド環境を有機的に構築・運用するために、ネットワークレイヤに加えて、プラットフォームレイヤ、ミドルウエアレイヤを含めた充足が重要
プラットフォーム：ｘData、自動翻訳、AI等を含めたマルチAPI
ミドルウエア：ミドルウエア群となるCPS基盤、可視化・制御サーバ群
ネットワーク：コア、アクセス、ワイヤレスNW、エッジ・クラウド基盤

循環進化のための連携、連携のための発信！
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