秋
2012／No.22
小特集

ホームICTの
新たな展開
子どもに教えたい
通信のしくみ世界の標準時の決め方

私の研究者歴固体エレクトロニクスの研究と教育（前編）
若者よ！ 世界にでよう！ ドイツ日記

開発物語

解説

技術と制度のおはなし

その4

ドイツの親切海底ケーブル建設・保守技術の開発

技術が社会基盤となるとき， 700/900MHz 帯周波数再編の最新動向
我々は何をすべきか

小特集の発行にあたって
編集チームリーダ

河東晴子

Haruko Kawahigashi

今回の B-plus では，小特集としてホーム ICT（Information and Communication Technology）を取り上げます．ホーム ICT というと省エネルギー，外出時リモート制御，情報シェアリング，遠隔故障診断，ヘルスケア，防犯等々のキーワードが思い浮かびます．住宅，家電，情報機器，通信事業など，様々な分野の産官学の方々が，安全，安心，快適な生活をサポートする技術の研究開発を進めています．
本誌では，通信ソサイエティマガジンという立場上，通信に関連する技術を御紹介致します．記
事の御依頼にあたっては，単なる絵に描いた餅ではなく，実現しているもの，役に立っているものという点に留意致しました．読者の皆様には，ホーム ICT の新たな展開の通信関連技術を把握して頂けるものと思います．

ホーム ICTの新たな展開
ところで，皆様のお宅にホーム ICT を導入しようとした場合，住宅購入やリフォームの決定権を持っているのはどなたでしょうか．御主人，奥様，御両親，お子様，ペット？

誰にとって安心，安全，

便利，快適な仕組みが求められているのでしょうか．
是非，この機会に，B-plus を御家庭に持ち帰って，記事の中のどれが欲しいか御家族に聞いてみて下さい．ついでに，御家族に，B-plus が誇るシリーズ企画「子どもに教えたい通信のしくみ」
も見てもらって下さい．
「これってホントに便利かしら？」「子どもが知りたいのは○○のしくみだよ．」などの御意見や御要望がありましたら，是非，巻末に記載されている B-plus 事務局，あるいはお近くの編集委員までお寄せ下さい．B-plus は若手読者を第一のターゲットとしておりますが，その他，普段学会活動に余りなじみのない方々にも，楽しんで頂けることを目標としておりますので，積極的に皆様の御意見に応えていきたいと思っております．
最後になりましたが，分かりやすい原稿を執筆して下さった先生方，査読・校閲で有益なコメントを寄せて下さった皆様，その他関係者の皆様にこの場を借りて御礼申し上げます．

【小特集編集チーム】 河東晴子，泉田史，岡部寿男，菊間信良，関屋大雄，長谷川輝之© 電子情報通信学会 2012

秋
2012/No.22

Cover Illustration by

小特集 ホームICTの新たな展開
河東晴子

85

小特集の発行にあたって

90

解説論文

ホームネットワークの現状と標準化動向99

解

個人向け健康情報管理サービス「ポケットカルテ」について

説

編集チームリーダ

丹 康雄

北岡有喜
106

解

説

ICT による安全・安心な地域社会づくりに向けた取組み〜岩見沢市の児童見守りの取組み紹介と高齢者サポート実証実験〜

黄瀬信之／鹿谷征生
112

解

説

スマートハウスを構成する基本技術
伊藤善朗／小泉吉秋／中田成憲／矢部正明

117

解説論文

様々なホームICT サービスの創造基盤 〜ホームICT 基盤〜
山田辰美／矢原大司／近藤重邦
小林英嗣／山崎育生／湊 賢治

126

解説論文

センサを用いた住宅内人物移動検出システム

村尾和哉

88 子どもに教えたい通信のしくみ

今村國康

世界の標準時の決め方
136 若者よ！ 世界にでよう！ ドイツ日記

山口敦史

その4：ドイツの親切

138

解

説

技術が社会基盤となるとき，我々は何をすべきか〜ウェブにおける PKI 応用の例に学ぶ〜

島岡政基／松本 泰／高木浩光
148 解説：技術と制度のおはなし

700/900 MHz 帯周波数再編の最新動向

中越一彰

154 開発物語

海底ケーブル建設・保守技術の開発 〜水中ロボットを中心に〜
白崎勇一／浅川賢一／小島淳一

160 私の研究者歴

固体エレクトロニクスの研究と教育（前編）
167 巻末言グローバル化雑感

菅野卓雄

梅比良正弘

通信ソサイエティからのお知らせ
2012 年ソサイエティ大会の開催地から〜 4,000 m の感動を体感しませんか〜

堀田裕弘………………………………………………………………………………… 135

編集後記……………………………………… 168
B-plusに掲載された論文などの著作権は一般社団法人 電子情報通信学会に帰属します．

世界 の 標準時 の 決め方
独立行政法人 情報通信研究機構

今村國康

Kuniyasu Imamuraて，この時点では時間の単位である 1 秒は，平均太陽日のま えが き1/86,400（1 日は 86,400 秒です）として定義されたことになります．こうした時刻の決め方を天文時といいます．

「今年の 7 月 1 日は 3 年半ぶりに 1 秒長い日となりました」

これを受けて日本では，1886 年に勅令第 51 号が出され，とお聞きになった人もいらっしゃるかと思います．そう，「東経 135 度の子午線の時」を本邦の標準時とする標準時

2012 年はうるう秒が実施されました．

制度が確立しました．

うるう秒ってうるう年とは違うの？ 時間はイギリスが基準だよね？ 日本標準時（JST：Japan Standard Time）は明

しかしながら，秒の定義が天文観測結果に依存しており，石で決めているの？ 等々，標準時がどのように決められ地球の自転が不規則に変化していることから，長さや重さているかについて，曖昧な方も多いかと思います．本稿でなどと並ぶ物理量である「秒」が，正確に決まらない（変は，世界の標準時がどのように決められているかについて化する）という問題がありました．
1950 年代には，マイクロ波の技術進展や原子物理学の解説します．

発達により，原子周波数標準器が相次いで開発されました．
中でも英国と米国の実験により，セシウム原子周波数標準

標準時の歴史器は高い正確さで秒が実現できたことから，1967 年の国

人類は昔から自然界の物理現象を利用して，時間を正確

際度量衡総会で秒の定義はセシウム原子を基にしたものにに計る努力をしてきました．古代エジプトから，天体観測

改訂されました．この 1 秒を基に作られる時刻は国際原子によって暦が発達したことはよく知られています．18 世時（TAI：Temps Atomique International）といい，1958 年 1

紀には，機械式時計が普及することで，安全な航海が行え

月 1 日 0 時のそれまでの天文時を原点として，以降，セシて交易が発達するようになると，時間や時刻の定義が問題

ウム原子標準器により定義に基づいて作り出された 1 秒をとなるようになりました．

積み重ねていくことで，決められた時刻です（図 1）．

1884 年 10 月に開催された「万国子午線会議」によって，

このように正確な秒が作り出せるようになったものの，

グリニッジ子午線（北極と南極を結ぶ，赤道に直交した線：

天文時の秒とは異なることから，当初は定義の秒をわざとグリニッジ子午線は本初子午線ともいう）が決められ，世ずらして運用するということが続けられました．しかし，

界日が採用されました．この世界日は平均太陽日（1 年を国際的な論争の末にずらす方式は廃止され，後に述べます

平均した太陽日＝太陽が南中したときが昼の 12 時）であっ

協定世界時（UTC：Coordinated Universal Time）が誕生して，(TAI)

58 59 60 61 62 63
64 65

−1

66
67

−2

68

−3

69

−4

70
71

−5
−6
−7
−8

1961

1971

1972

1

1

73
−9
74
75
−10
76
−11
77
−12
78
−13
79
−14
80
−15
−16
−17
−18
−19
−20
−21

，
(TAI)

(TAI)

0

(UTC)

72

10

(UTC)
82

(TAI)

83
84 85
86 87
88 89
90

−22

91

−23
-24

92
93

−25

(UTC)

94 95

−26
−27
−28
−29
−30

0.9

，

1972
81

96
97 98

UT1

，1

99 00 01 02 03 04 05
06 07 08−31

09 10 11 12 13

−32
−33
−34
−35

図1
88

© 電子情報通信学会 2012

国際原子時と協定世界時
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］20121972 年から運用されるようになりました．
国際的に使われている，いわゆる世界の標準時とは，この協定世界時のことをいいます．

協定世界時の決め方とうるう秒
協定世界時は，1972 年から天文時に近似させている原子時で 1 秒の長さは国際原子時と同一であることが特徴で
す．天文時は地球の自転（姿勢）を観測することで決められます．この観測は国際協力により行われ，国際地球回転・基準系事業（IERS）が解析しています．
この天文時は，国際原子時とは関係がないため，地球自図 2 原子泉型一次周波数標準器 CsF1

転の変動で国際原子時からだんだんとずれていってしまいます（図 1 の黒破線）．UTC は，天文時とのずれが 0.9 秒

しないといけません．市販の原子時計では，こういった評以内に収まるように運用される時系（図 1 の赤線）で，必価をすることができないため，単に平均で決めた原子時に要に応じてうるう秒を挿入したり削除したりすることで調はずれが生じます．

整します．今年 2012 年 7 月には，3 年半ぶりとなるうる

これに対し，一次周波数標準器と呼ばれるものは，考えう秒挿入による調整が，世界中で一斉に行われました．

られる全ての効果による，1 秒の長さのずれを評価できる

このように，うるう秒は地球自転の影響で行われるのでように作られたものです．国際原子時の決定に寄与してい不定期です．時刻の流れから見ると不連続となります．まる一次周波数標準器を運用している国は，この 1 年間で見た，最近ではコンピュータをはじめとする精密機器類の普ると 5 か国 10 台だけであり，当機構もそのうちの 1 台を及により，秒単位で正確な運用が要求される一方，うるう

運用しています．その装置は原子泉型一次周波数標準器

秒への対応が困難なケースも増えてきたため，うるう秒制

CsF1 といい，
能力は 1,500 万年に 1 秒の確かさです（図 2）．

度の変更（廃止）について世界で論議が起こり，現在も論

一次周波数標準器で決定された国際原子時は，平均で決議が続けられています．

−13

めた原子時との差が約 6 × 10

（約 5 万年に 1 秒のずれに相当）に及びます．補正されて決定した国際原子時の確度

正確な国際原子時の維持−15は約 4×10 （約 800 万年に 1 秒のずれに相当）となります．
実はこうした高精度な周波数標準器を用いて決定される

国際原子時の決定は，どこかに基準となる原子時計があ

協定世界時そのものは，リアルタイムには存在しません．

るのかと思われるかもしれませんがそうではなく，こちら

世界各国からデータを集め，高精度な計算によって確定さも国際協力の下で国際度量衡局（BIPM）が決定しています．

せるため，正確な時刻決定に一月を要します．このため今世界各国の標準時機関が保有する原子時計（現在，約 400 台）の時刻は，各国の標準時機関が，協定世界時から大きくずのそれぞれの時刻差データを寄せ集め，平均値（重み付けれないように，予測しながら原子時計を精緻に調整して作平均）を取ることで決めます．ここで使われているセシウ

り出して，供給しています．

ム原子時計は，市販されている原子時計がほとんどであり，十分な安定性をもっていますが，残念ながら定義に基づく
1 秒を作り出すには，確かさ（確度）が十分ではありません．

む

す

び

1 秒 の 定 義 は，「 セ シ ウ ム 133 の 原 子 の 基 底 状 態 の 二

日本標準時は，当機構が作り出した協定世界時から，東つの超微細構造準位の間の遷移に対応する放射の周期の経 135 度の時差に当たる 9 時間を進めた時刻です．誌面の9,192,631,770 倍の継続時間である」と決められていますが，都合で詳しくは説明できませんが，ウェブの情報などを参もっと正確に言うと原子が静止した状態である必要（運動照して下さい．

するとドップラー効果が起きる）や，場所が特定される（相対性理論の効果で，標高が変わると時計の進みが変わる）

参 考などの制約があります．実際の原子時計の運用では，この・日本標準時グループ，独立行政法人情報通信研究機構，

ような条件を満たすことができないので，実際に運用する

http://jjy.nict.go.jp/

状態においての 1 秒の長さのずれがどれだけあるかを評価
子どもに教えたい通信のしくみ

89

解説論文

小特集：ホーム ICT の新たな展開

ホームネットワークの現状と標準化動向
Development and Standardization of Home Network Systems

丹康雄 Yasuo Tan†

Summary

ホームネットワークを構成する技術要素を概観し，その発展経緯と現状について概説するとともに，多数存在する関連標準化団体の位置付けを理解するための指針について述べる．ホームネットワーク

は様々なアプリケーション領域をカバーするため，異なる技術からなる複合的なシステムとなり，数多くの要素技術が必要とされるのに加えて，これらを一つのシステムとしてまとめ上げる技術が必要となる．機器間の接続技術や機器を標準的な手続きで使えるようにする技術とともに，ソフトウェアを維持管理したり，外部のサービスと連携して情報を得たりする仕組みの実現が必要とされる．関連標準規格は極めて多岐にわたるが，幾つかの観点で活動を捉えれば互いの関係は理解しやすくなる．近年はエネルギーマネジメント関連のアプリケーションに特化したスマートハウスの議論が盛んになっているが，コストの面から考えても多くのアプリケーションに対応できるホームネットワークシステムの実現が重要である．

Key words

ホームネットワーク，スマートハウス，標準化，ITU-T J.190

あろう．一方で，スマートハウスという用語の出自はかえがき
1ま―ホームネットワーク，ホーム ICT，スマートハウス

なり異なる．これは，スマートグリッドという巨大なシ

この解説論文を始めるにあたり，まずはホームネット

ステムの家庭部分という意味合いで使われること，すなという少々厄介な呼称についての説明から

わち，アプリケーションがエネルギーマネジメントに特始めよう．本解説論文のタイトルにはホームネットワー

化されていることが多い．本来の「スマート」の意味か

クという呼称が使われているが，小特集のタイトルにはらすればアプリケーション分野に依存する名称ではない

ホーム ICT（Information and Communication Technology）

はずであり，誤解を招きやすい用語になってしまっていという単語がある一方，現状では，スマートハウスなるるといえる．更に混乱を招くことに，このスマートハウ

ものが世の中で極めて盛んに語られている．これらはいスにおいて，家庭内機器のネットワークを指す単語としずれも家庭内で ICT を利活用することによって我々の生てホームエリアネットワークという用語が使われている

活を向上させたり，諸課題を解決したりするものではあからである．これは LAN（Local Area Network）や WANるが，主に想定するアプリケーションや技術の違いなど（Wide Area Network）とい っ た用語に類似した表現であにより，呼称が変わっているものと理解すればよい．

り極めて一般的な響きを持つが，実際にはエネルギーマ（1）〜（3）

ワーク

上述の三つの用語のうち，ホームネットワークという

ネジメント関連機器のみを対象とした家庭内接続リンク

単語は，著者も含め本分野に携わる関係者の間で長期にという程度のものを指していることがほとんどである．

わたって使われている用語であり，その結果，極めて広こうした状況を踏まえた上で，本解説論文では，「ホーい分野をカバーするものとなっている．しかし，この呼ムネットワーク」の立場から今までの標準化の経緯，現称が余りにもネットワーク寄りであり，単に機器を相互状について触れ，標準化団体に関して紹介していく．誌

接続するにとどまるという印象も与えることから，高度面の関係から，個別の技術や規格に言及することは難しな情報処理も含めたニュアンスを出すためにホーム ICT

いため，全体像を把握するために必要な話の流れを中心という用語が使われるようになってきた．この単語が広に述べる．

まるきっかけは，NTT グループが 2009 年 11 月に発表した「 ホーム ICT 基盤」の実用化に向けた一連の取組みで†90

北陸先端科学技術大学院大学情報科学研究科
 chool of Information Science, Japan Advanced Institute of Science
S
and Technology, Ishikawa 923-1292, Japan.

© 電子情報通信学会 2012

2 ホームネットワークの構成
1. で述べたように，呼称一つとっても注意が必要な状況となるのは，ホームネットワークそのものの目的に原
通信ソサイエティマガジン No. 22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papers因がある．そもそも家庭内での活動は極めて多岐にわた

オンオフ制御程度しか行わないことを考えれば，1 か所

るとともに，家庭内には年齢，性別，嗜好の大きく異なのコントローラからアクチュエータを駆動する電気（信る複数のユーザが存在していることから，ホームネット

号ではなく，モータを回す電気そのもの）を供給するた

ワークシステムが実現しなければならないアプリケー

めの配線をネットワークのように張り巡らす方が安価にションも極めて多岐にわたることになる．これらのアプ実現できるわけである．このように，同レベルのものに

リケーションにはオフィスのシステム同様，パソコンや共通のネットワークインタフェ ースを与えて相互接続

タブレット端末で実現されるものもあるが，HDD（Hardするというよりは，極めて性質の異なるサブシステム群

Disk Drive）レコーダとテレビの間の接続のようにオーを連携させていかに一元的なアプリケーションインタ

ディオビジュアル（AV：Audio Visual）データを扱うもの，

フェ ースを実現していくかということがホームネット

エアコンや照明などの家電機器を制御するコマンドをやワークでは重要な課題となる．

り取りするものなど，技術的な要求要件としては極めて

こうした状況は，我が国のホームネットワーク関連技

異な っ た性質を持つものが含まれている．例えば，AV術者の間ではかなり以前から認識されており，その一つデータを扱うためには高速なネットワークが必要になるの現れが図 1 に示した ITU-T（International Telecommuni-とともに，コンテンツ保護のための仕組みも備える必要

cation Union Telecommunication Standardization Sector）J.190

がある．一方，家電機器の状態を取得したり制御したり

勧告（6）のホームネットワークアーキテクチャ（2）である．

するためだけであれば，短いコマンドの情報を伝送でき

このアーキテクチャ図では，右側にアプリケーション

ればよく，特段に高速な通信は必要とされない．しかしごとのサブシステムが並び，左側に位置する家庭内 IP

ながら，いわゆる白物家電をはじめとする生活家電はコ（Internet Protocol）ネットワークがそれらを束ねる形をストに対する要求が厳しく，1 円未満の部品の削減を図っ基本構造としている．それぞれのサブシステムは，プている中で高価なネットワークインタフェースを搭載す

レーンという名称で呼ばれており，AV，PC， 電話・ることは難しい．

FAX，暮らし環境（白物家電や住宅設備）プレーンが具したが っ て，それぞれの用途に応じて適切な技術を体例として並んでいるが，これらは当初の提案が行わ用いたネットワークがまずは構成され，これらが複数共れた 2000 年前後の状況を反映したものであり， それ存しつつ， 部分的に相互接続しているのがホームネッ

以外にもプレーンが存在し得ることも示している．各

トワークの全体構成ということになる．つまり，ホープレーン内では，全く独自の物理媒体やプロトコルス

ムネットワークというシステムは，AV 家電のネット

イート（ 注 : 組み合わせて使う各種プロトコルのセッ

ワークや白物家電のネットワークとい っ たサブシステ
ムの複合体として実現されるものといえる．これは，オフィス等のネットワークがイーサネット（Ethernet）（5）（IEEE802.3, IEEE802.11）と IP（Internet Protocol）（IPv4,

Accessnetwork

BP
Modem
or
ONT

BP

比べると，極めて場当たり的で扱いにくいものに見える．

IC audioPrinterTV
AV plane

AV-HDDBP

EP
EP

MTA（VoIP） EP

特に留意が必要なのは，プロトコルスタックという観点

Cordless
phone

EP

DVC
PC plane

DSC

FAX
Video
phone

TEL/FAX
plane

LC
Camera monitor EP

ムで異なっているということである．例えば，電動カー

BP

テンや電気錠といった住宅設備を考えると，それぞれにMicrowave
ovenEP

Refrigerator
Air-conHome
appliance
plane
Other
planes

ネットワークインタフェースを備えるためには，モータ

Internet protocol（IP）などのアクチュエータを動かす電気回路，それを制御すHome access class（HA）る電子回路，更にネットワークインタフェ ース回路とHome bridege class（HB）

PS: PortalServices
BP: Boundary Point

いう形になり，極めてコスト高となる．住宅設備は長期

解説論文：ホームネットワークの現状と標準化動向

D-VHS

PC

LC

で考えたときに，レイヤ構造がそれぞれのサブシステ

EP
EP

LC

PS

IPv6）といった汎用技術で一元的に構築されているのににわたって固定的に設置されており，また，ほとんどが

DVD

STB

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

（4）

RF

図1

Internet protocol（IP）
Proprietary protocol
Home client class（HC）

Home decoder class（HD）

J.190(07)̲F5-1

LC: Layer-1/2 Converter
EP: Endpoint

ITU-T J.190 勧告におけるホームネットワークアーキテクチャ

91

解説論文
ト）が使われることもあり，これを特定領域プロトコル

イン経由での通信を行う．IP ネットワーク上では XML（Proprietary Protocol）と呼んでいる．図中左半分の，プロ（Extensible Markup Language）で記述されたデータがやりトコルとして TCP（Transmission Control Protocol）/IP が取りされ，そのスキームを順次決めていくことで様々な使われている部分を IP ドメイン，右半分の特定領域プロ

種類の機器やサービスに対応することが提案当初から想トコルを使っている部分を特定領域プロトコルドメイン

定されていた（2）．

と呼ぶ．PLC（Power Line Communication）や小電力無線

このような特定領域と IP の両方のプロトコルを利用を用いた ECHONET（Energy Conservation and HOmecare

可能な，いわば各プレーンごとのゲートウェイ機能を有（1），（7），（8）NETwork）
や，ZigBee（9），Z-Wave（10） 等で接続する機器のことを HC（Home Client）クラス，プレーンされた暮らし環境プレーンや，IEEE1394 や HDMI（High-

内の各機器を HD（Home Device/Decoder）クラスと呼び，

Definition Multimedia Interface），DLNA（Digital Living

家庭と広域ネットワークを接続するホームルータやホー（11）

Network Alliance） で接続された AV プレーンといった

ムゲートウェイと呼ばれる機器を HA（Home Access）ク

ものが特定領域プロトコルドメインの実例である．

ラス，更に，無線 LAN（Local Area Network）アクセスポ

IP ドメインは単にプロトコルとして IP を使っている

イントや PLC（Power Line Communication）モデムのようというよりは，インターネットへの IP レベルでの接続に伝送媒体を変換する機器を HB（Home Bridge）クラス性を有する部分であると捉えるのが適切で， 技術的にと定義することで，各機器の役割を明らかにしている．

は TCP/IP プロトコルスイートを使っていてもインター

これらの機器クラスは一つの物理的な機器と必ずしも 1

ネットへの接続性のない閉じられた IP 接続の部分は，や対 1 ではなく，また，各機器クラスの中には PS（Portal

はり特定領域プロトコルと解釈する．一方，PC やタブ

Services）や BP（Boundary Point）といった論理要素（logical

レット端末，IPTV（Internet Protocol TV）に対応した STB

elements）が定義されており，複合的な機器も表現するこ（Set Top Box）やレコーダはそれぞれが IP と特定領域プとが可能である．

ロトコルとのゲートウェイであり，特定領域プロトコル

この規格が制定された時代には，白物家電の制御を行

ドメインのみならず，IP ドメインにも所属しているとみうタッチパネル式のホームコントローラ，他の AV 機器

なす．PC には USB（Universal Serial Bus）で接続されたに対して GUI（Graphical User Interface）も提供すること

周辺機器があり，これを PC 経由で他の IP 接続された機のできる高機能な STB など，独立した HC として機能す

器と共有する形になることもあることから，USB 部分がる機器群が製品化されることが現実視されていた．しか特定領域プロトコルドメインで，PC がゲートウェイのしながら，こうした高機能な機器はそれなりの規模のソ役目を担っていると考えられる．この例でも示唆される

フトウェアを必要とし，高価になりがちでソフトウェア

ように，同種のプレーンが複数存在することも想定されのメンテナンスやセキュリティ対策も必要となることかている．

ら，現状では敬遠されているのが実情である．その代わさて，アプリケーションによ っ ては，各プレーン内

り，もともとは HA として考えられていたホームルータの機器だけではなく，異なるプレーンに属する複数の機に各プレーンにおける特定領域プロトコルやアプリケー

器を連携させる必要が生じてくる．それぞれのプレーンション実行の機能までを持たせ，いわば HC 機能を統合

内では異なるプロトコルが使われているが，これらのプしたホームゲートウェイを利用する形態が有望視されてレーン間の相互接続を行う際に，個別のプレーン間同士いる．このホームゲートウェイにおけるルーティングやでゲートウェイを配置するのではなく，IP という一つのフィルタリングなどの低位レイヤ機能をアクセスゲート

共通のプロトコルを用いて全てのプレーンが相互接続すウェイ機能，家庭内の機器との通信プロトコルへの対応

る形式をこのアーキテクチャは指向している．より具体も含めたアプリケーション実行機能をサービスゲート

的にいえば，各プレーンにはそれぞれのプレーン内で使ウェイ機能と呼び，ホームゲートウェイはこの二つの機われているプロトコルと，IP の両方を利用することの能を有するものと定義される．このサービスゲートウェ

できる機器があり，これをゲートウェイとして経由してイ機能が，後述するように，各アプリケーションの実現

各プレーン内の機器が他のプレーン内の機器と IP ドメの点では重要な役割を果たす．

92

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papers以上のように， ホームネットワークは複数の目的を持ち，異なる技術で実現されたサブシステムが相互接続

3 ホームネットワークの開発・発展の経緯

された複合型のネットワークシステムであることを考

ホームネットワークの研究開発はマイコンが家電製品

えれば，ホームネットワーク向けと称する物理・データにも利用可能となり，ISDN（Integrated Services Digital

リンク層技術が用途に応じて多数存在してしまうのも理

Network）という家庭間及び家庭内でのディジタル通信回

解できよう．また，AV 家電であっても電力を消費する線が実現されようとしてきた 1970 年代後半から始ま っわけであり，一つの家電をとってみても AV 機能のためており，それなりの歴史を有しているといえる．その経のネットワーク接続と電力マネジメントのためのネット

緯を振り返ることは，現在の規格群の位置付けなどを理ワーク接続の両方を有するという形態も考え得る．つま解する上でも重要である．

り，テレビは DLNA による AV プレーンとしての機能と

ISDN 時代に電電公社（現，NTT）を中心に研究開発が同時に，ECHONET による暮らし環境プレーンに所属し進められた技術はホームバスと呼ばれたもので，そのアて，電力消費モニタリングや消し忘れ防止などを行うな

プリケーション分野も広く，ホームショッピングやホー

ど，複数のネットワーク機能を持つ可能性がある．こうムバンキングといった在宅でのネットワークサービスかした点が理解できれば，ホームネットワークに関して多ら，宅外からのプッシュホンを通じたエアコンの制御や，数の規格が存在しているのは，類似したものが乱立してAV 機器間の制御など，現在のホームネットワークで想いるというよりは，それぞれが役割分担をしながら使わ定されているものと余り変わらないアプリケーション群

れるものが多数存在しているという状況にあることが分が考案されていた．しかしながら，1980 年代当時は経済かろう．

的に日本が余りにも強すぎたため，新たな市場が日本製

なお，ITU-T J.190 勧告は国際標準規格ではあるが，品に席巻されることを恐れた各国からの抵抗があり，こ全体の見通しを付けるためのアーキテクチャ文書と呼ばの技術は国際標準として成立しなかったとともに，商業れる類の規格であって，これに基づいて製品が作られる

的にもコストにも見合うものとは言い難か っ たことかような具体的な技術規格ではない．ITU-T においては，

ら，実質的には陽の目を見ずに終わることとなった．
1990 年代に入ると家電のディジタル化という大きな変な機能が必要であるかというアーキテクチャ 文書を制化が生じた．ディジタル家電はそれまでの家電と比べ，定し，次に，要求要件（requirements）文書で何をどこま何らかのネットワークインタフェースを付加するのに必で実現せねばならないかを明確にした上で，具体的な技

要な障壁が低く，ホームネットワークが一気に現実味を術規格を作成するという手順を踏む．ITU-T J.190 は主増したといえる．特に，1990 年代半ばにビデオカメラに OSI（Open Systems Interconnection）7 レイヤでいうレがディジタル化されたのと前後して登場した IEEE1394

イヤ 2，レイヤ 3 辺りの接続を示しているようにも見えハイパフォーマンスシリアルバス（17），（18）という，コンるが，本質的にはプレーンとドメインの混在を記述した

トローラの存在を前提としない機器同士の接続技術は大ものであって，必ずしも直接的にレイヤ 2 やレイヤ 3 ときな期待を集めた．この時代の技術はそれまでの通信事しての実装とは一致しないことには注意を要する．家庭業者中心の全体像を見据えたトップダウン的なものとい

（12）

，

うよりは，機器メーカー主導のボトムアップ的なホームなどで別途規程されており，具体的な伝送技

ネットワーク技術といった様相が強い．また，IEEE1394

術は G.9960（14），G.9961（15）とい っ た ITU-T 規格のみなだけでなく，PLC や同軸ケーブルモデム，Bluetooth の内の接続媒体に必要とされる要求用件などは G.9970（13）

G.9971（16）の規格も使われるという形になる．

ような無線，100 Mbit/s の FastEthernet や IEEE802.11 無更に，後述する OSGi（Open Services Gateway initiative）

線 LAN，IPv6 とい っ た家電機器をネットワーク接続すなどのソフトウェアコンポーネントがどこに載るかとる技術の基礎となる低位レイヤ技術が進展を見せたのもいう議論でも，機器間の役割分担の議論のベースとしてこの時代である．

らず，IEEE や BBF

ITU-T J.190 は使われ得るが，実装の際にはまた別の規格が必要となる．
解説論文：ホームネットワークの現状と標準化動向

更に，この時代には，UNIX や TCP/IP，オブジェク
ト指向プログラミングといった技術が家電の分野にも応93

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

新しいシステムを考える上では，まず，どこにどのよう解説論文用されるようになり，ECHONET のように現在にもつテンツの著作権関連から生じる制約であり，純粋に技術ながる規格の開発が開始されている．しかしながら，各的な問題ではないが，一般消費者にとっては極めて分か

種の低位レイヤ技術がコスト的な観点も含めて実際に実りにくく，IPTV，DLNA いずれにと っ ても普及の妨げ用化になるためにはしばらく時間を要し，期待を集めたの一つの要因になっている．

IEEE1394 も相互接続性の確保やアプリケーションの開

こ の よ う に ，DLNA は IP 技術を 用い て は い る が ，発の点で難航し，実用となるには至らなかった．その間

IPTV のようにインターネットを経由するものではなく，に急速な進展を見せたのが PC とインターネットの普及

むしろ，DRM の観点からは家庭内に閉じたところでしであり，その流れが次の 10 年の流れに続いてゆく．

か通信できないようにする必要があり，実装上でも一つ

2000 年代は一言で言えば IP 化の 10 年となった．IPTVの IP ブロードキャストドメイン内で使うことが想定さ

や NGN（Next Generation Network）という形で，テレビれている．これはいわば，IP 技術を用いながらもその IP

放送と電話という長年使われてきた社会インフラストラ

パケットはインターネットに NAT されたりルーティン

クチャ の TCP/IP プロトコルスイートによる再定義が行グされることのない「 閉じた IP ネットワーク」接続とわれたことはまだ記憶に新しい．これとも関連しつつ，いうものが存在していることを意味している．こうした

ホームネットワーク技術においても IP 化が進むことと閉じた IP ネットワークの利用はホームネットワークにな っ た．最も顕著にその成果が現れたのが DLNA であ

おいては随所に見ることができ，白物家電や住宅設備をる．1990 年代には IEEE1394 のような新規技術で映像伝

ネットワーク化する ECHONET においてもこうした IP送の要件を満たそうとしたが，FastEthernet のコモディの利用の仕方がとられている．ECHONET（8）は 1997 年

ティ化により，これをイーサネット上の TCP/IP プロト

から開発が始まり， 当初は独自のアドレス体系を有す

コルスイートで実現することの現実性が極めて高まった．

るネットワークレイヤを有し，直接物理・ デーリンク

IEEE1394 のような組込み系の技術と比べ，IP 技術は開技術上で用いることを想定していたが，実際に 2002 年

発者の数もはるかに多く，開発ツールや製品に必要な部

頃から製品化された際には Bluetooth や無線 LAN，イー

品も多数の選択肢から選ぶことができるため，結果としサ ネ ッ ト 上 の UDP（User Datagram Protocol）/IP 上 にて，極めてコストを低く抑えることができる．映像コン

ECHONET のネットワークレイヤをカプセル化する形のテンツをディジタル伝送する際に大きな問題となってい規格が採用されている．この IP ネットワークもいわばた著作権保護技術（DRM：Digital Rights Management）の

ローカルな物理リンクの代わりを果たすものであり，閉面でも，IEEE1394 上で実現され「ハリウッドが唯一認めじた IP ネットワークを形成する．DLNA の場合とはやている DRM」とされていた DTCP（Digital Transmission

や異なり，ECHONET の場合には制御を行うコントロー

Content Protection） を IP 上で実現した DTCP-IP が開発

ラ（ゲートウェイ）がインターネット上のサービスと通され，DLNA は IEEE1394 による映像ネットワークの代信を行いながら稼働することが多いが，この場合でも家替を果たすことが可能となった．IP インタフェースで映

庭内のコントローラがインターネットとの通信を行う

像が伝送できれば，番組表やウェブブラウザなどのイン能力と，ECHONET 機器の閉じた IP ネットワーク内でターネット系の他のアプリケーションと同じ物理イン

ECHONET を使った通信を行う能力の両方を持ち，必要

タフェースを共有することもでき，しだいに多くの機器に応じてそれぞれとの側との通信を行うことで両者が連に DLNA 機能が搭載されるようにな っ てい っ た．この携する．つまり，IP 層での到達性ではなく，アプリケー

DLNA について注意が必要なのは，この規格は家庭内のションゲートウェイによるアプリケーション層での接続

機器間での伝送を行うものであって，サービス事業者かが行われているわけである．このようなコントローラはらの動画配信をインターネット経由で受ける IPTV サー

前述の ITU-T J.190 勧告における HC クラスの機器であビスとは異なるものであり，更に，これらの間には連続

るといえ，技術として IP を用いていても特定領域プロ性がないという点である．つまり，IPTV で家庭内に持トコルとみなすべきネットワークが家庭内に構成される

ち込まれた映像コンテンツを，そのまま DLNA で家庭内ということを意味している．

の AV 機器で共有できるとは限らない．これは主にコン
942000 年代はこのような閉じた IP ネットワークの形態
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papersも含めた IP 化の進展が進み，現在のスマートグリッド

従来の規格から下位レイヤの機能を切り離し，IP 技術

技術へとつなが っ ていくが，この IP 化の動きと並行しを前提としたネットワーク上の上位レイヤ規格として再て，全く異なる特定領域プロトコルの開発が進展したこ

定義を図っ た ECHONET Lite に移行を始めるなど IP 技とも忘れてはならない．IEEE1394 による AV ネットワー

術（ 閉じた IP ネットワークの採用）への流れは着実にクが IP 技術による DLNA に置き換わったのと並行して，続いている．新しい物理・ データリンク技術の開発は，HDMI（High Definition Multimedia Interface）が生まれて

6LoWPAN を含めた IP 技術の採用を前提とするのが通例（19）．DLNA は圧縮されたコンテンツを機器間で伝となり，無線，PLC などを中心に技術の発展が続いてい送することに用いられるが，HDMI は無圧縮のコンテンる．特に，現状，PLC 技術の開発が顕著であり，2000 年

ツを伝送する． 典型的な利用方法は Blu-ray Disc/HDD

代に実現された高速 PLC の技術を転用し，低消費電力か

レコーダと， すぐ近くに設置してあるテレビとの接続

つ低コストながらも数百 kbit/s 程度の速度を確保した新は HDMI で，別の部屋に設置されているテレビとの接続

たな PLC 技術がスマートグリッドの用途で注目を浴び

が DLNA という形態である．DLNA では圧縮コンテンており，IEEE1901.2 や ITU-T G.hnem（G.9955, G.9956）

ツのデコードと IP ネットワーク上の伝送を安定して行として国際標準化も進められている．

きた

一方，2000 年代には， 機器の接続技術や機器やセンが，HDMI は PC とディスプレイとを接続するディジタ

サの機能のモデル化，データ構造の共通化とい っ た事

ルインタフェースである DVI（Digital Visual Interface）を

項の技術開発が進むのに対して，どのようにアプリケー

ベースとしたもので，遅延はほとんど生じない．無圧縮

ションを実現するかに関する技術の立ち遅れが目立っての伝送を考えた場合，FullHD の解像度で更に色解像度をきた．つまり，各機器をネットワーク化して制御を行え

上げたり 3D 化を図ると数 Gbit/s から 10 Gbit/s 程度のる仕組みまでは実現できたが，それをどう動かすとユー

速度となり，これを IP ネットワークで伝送するために

ザにとって利便性があるのかという部分の開発が立ち遅は高価な 10 Gbit/s のイーサネットを必要としてしまう．

れ，リモコンで各機器を操作しているのと変わらない状

AV ネットワークであっても技術的な要求要件が IP ネッ

況，精々で操作すべきボタンの数が減ったという状況にトワークと合わない部分もあり，それをカバーする新たとどまっていた．実のところ，この，どのように意味のな特定領域プロトコル技術が開発されてきた例といえる．

あるアプリケーションを提供するかという問題は，ユビ同様に 2000 年代になって新たに出現してきた特定領域プ

キタスコンピューティングにおけるコンテキストアウェ（9），RF4CE（後アアプリケーションの実現にほかならず，本質的に難しに ZigBee の一プロファイルとして吸収される）がある．

い問題を抱えているため，乏しい計算リソースしか持た

これらは，乾電池で数か月から数年といった長期にわたないコントローラだけで解決できるものではない．また，る利用を可能とする技術で，各ノードが間欠的にスリー

しだいに実用レベルに近づくにつれ，実証実験では個別プしたり他のノードの通信を中継するマルチホップ通信の案件の作り込みで対処してきた，機器の仕様の違いの技術を用いて送信出力を上げることなく通信範囲を拡大

吸収や，新たな機器の追加，それに伴うプロトコルの追できる仕組みを備えている．こうした特徴は従来の無線加を円滑に行えるための仕組みが必要となってきた．

ロトコル技術には，ZigBee（10）や Z-Wave

技術と TCP/IP プロトコルスイートでは実現しにくく，新たな技術の開発が行われた．

これらの課題を解決する技術として 1999 年から開発さ（20）れてきたのが OSGi（Open Services Gateway initiative）
で2010 年代に入ると， 低消費電力型の無線にも対応である．OSGi は Java ベースのソフトウェアプラットホー

き る 6LoWPAN（IPv6 over Low power Wireless Personal

ム技術であり，一つの Java VM の上にバンドルと呼ばれArea Networks）が開発され，ZigBee をはじめとする特るアプリケーションソフトウェアを複数稼働させること

定領域プロトコル技術が担おうとしていた役割が再度 IPができ，このバンドル単位で他のバンドルに影響を与え技術で実現されることになりつつあるとともに，HDMI

ることなく停止したり入替えを行うことができる．また，はイーサネットチャネルとして，同一ケーブルの中にバンドルの管理はネットワークを経由して行うことがで

FastEthernet 相当の接続を実現し， また，ECHONET もきることから，家庭内に設置したコントローラのソフト

解説論文：ホームネットワークの現状と標準化動向

95

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

うためのバッファリングとでかなり大きな遅延が生じる

解説論文
ウェアを OSGi の仕組みを用いることで，部分的にアッや住宅設備を端末としたクラウド技術の開発が今後必要

プデートしたり，必要に応じて追加したりすることが可である．

能となる．OSGi 技術そのものは Java 開発環境である

以上に述べてきた通信技術やソフトウェア技術以外

Eclipse でも用いられて広く普及しており，組み込まれたの要因として，家庭内機器の本体機能があることも忘れ

製品も自動車，OA 機器など，多種に及んでいる．ホーてはならない．1980 年代のマイコン導入や 1990 年代のムネットワークのコントローラとして用いる場合には，

ディジタル家電の出現はネットワーク接続との整合性

いわゆるホームゲートウェイの中に組み込んで使われるを飛躍的に高めたが，HDD レコーダへのコンテンツの形態が多い．実際に，我が国でも NTT のブロードバンド

蓄積が実現したことで家庭内の様々な場所での視聴といサービスで提供されているホームゲートウェイの中にはうニーズが生じたように，機器の本体機能の変化により

OSGi の機能を有するものがあり，この機能を他の事業

ネットワークアプリケーションが発展するケースも少な

者に利用させるためのサービスが「フレッツ・ジョイン

くない．最近の例では，太陽電池，燃料電池，蓄電池とト」として 2011 年から提供されている．

いった，いわゆる創エネ蓄エネ機器や，プラグインハイ

OSGi ではコントローラ側のソフトウェアの管理を

ブリッドや電気自動車の出現は，それまでは消費エネル

行う機能の仕組みまでは提供されるが， 各アプリケー

ギーを抑制する目的しかなかったエネルギーマネジメン

ションが必要とする情報を提供する仕組みはそれぞれのトアプリケーションに，熱及び電気エネルギーの効率的

アプリケーションごとに提供する必要がある．例えば，な運用といった新たな課題を追加しつつある．現状では天気予報に合わせたエアコン運転を行おうとすれば，家

まだ実現されていない介護ロボットや家事ロボットの実

庭内のエアコン制御プログラムと連動して情報を提供す

現や，開発はされながらも未だ余り利用されていない，るサービスをインターネット上に用意する必要がある．

家電機器とは独立して部屋の各部の状況を計測するセン

こうしたネット側のサービスの中には，課金の仕組みや，

サネットワークや，心拍数や血圧といったバイタルセン

ある規格の機器を動かすための手順，またユーザのプロ

サの家庭への導入など， 新たな機器の出現は， ホーム

ファイル情報の提供といった，アプリケーションによらネットワークの全体像にも大きく影響を与えていくものず共通したものも含まれる．これらを一元的に提供すると考えられる．

ことができれば，この共通サービスを用いることで，ア
プリケーション特有の部分の開発だけを行うことでサービスの実現が可能とな っ てくる．こうした共通のサー

4 ホームネットワーク技術の標準化団体

ビスを提供するための仕組みは一般にサービスプラッ

ホームネットワークに関する標準化団体の数は多く，

トホームと呼ばれ，現状でも開発の途上にある（ 図 2）．

それらの間の関係がよく分からないという声は多い．これ

サービスプラットホームは家庭内での技術というよりはは，今までにも述べてきたように，ホームネットワーク

クラウドやウェブサービスの技術であり，パソコンや携を実現するために必要な技術が多岐にわたっていること

帯電話を端末としたクラウド技術の発展と並行して家電から必然であるともいえるが，幾つかの観点から標準化
団体を分類すれば理解は容易になる．ここでは，1. 標準化の範囲，2. 技術開発の方針，3. 対象地域，の三つの観

VOD

サービス
顧客情報

HVAC

点を紹介する．これらの観点で標準化団体を分析していけウェブサービス，
ホームゲートAPI
ウェイ
制御

ば，一見似通った目的を持つ団体が，互いに補完し共生す
各プレーン

サービス
プラットホーム

る関係にあるといった状況が理解しやすくなる（21）．
（1）標準化の範囲
標準化を行う対象が，様々なアプリケーションを含めたホームネットワーク全体に及ぶのか，ある特定のアプ
リケーションやビジネス範囲を対象とするのか，あるい

図2

96

サービスプラットホーム型のホームネットワークシステム

は特定の技術の発展に関わるものなのかという観点であ通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papersる．一般に，全体像のアーキテクチャからの議論を行おる場合がある．携帯電話の TD-SCDMA（Time Division-

うとするのはデジュリ機関が中心となり，ビジネスの対

Code Division Multiple Access）やビデオディスクの EVD象としてフォ ーカスが定まるにつれて民間のフォ ーラ（Enhanced Versatile Disk）とい っ た規格と同様，ホーム

ムが中心となる．例えば，ITU-T ではスマートグリッド

ネットワークの分野でも IGRS（Intelligent Grouping andやホームネットワークとい っ た分野全体を対象としてResource Sharing）という規格が DLNA の代わりに中国

Focus Group や Joint Coordination Activity が形成され，参内で使われる規格として ISO/IEC JTC1 SC25 の中で国際照モデルのようなアーキテクチャの検討も行うのと同時標準化の俎 上に上っている．IGRS は白物家電系規格のに，各 Study Group では具体的な技術，例えばトランシー

ITopHome と並び，他の地域で利用されることは余り考

バ仕様に関する勧告（規格）といったところまでを標準えられないが，中国マーケットだけでも他の国際標準との対象とする． この ITU-T のトランシーバ仕様である

比肩する規模となる可能性を秘めているとも考えられ，G.hn（G.9960，G.9961）に対しては，その普及とビジネ

今後はこのような，技術仕様を一見しただけでは国際市

スの立上げを行おうとする HomeGrid Forum という民間場で通用するのか，特定の地域だけでしか使われないのフォーラムが存在し，マルチベンダの製品間で相互運用か判断できない標準が増えるものと思われる．一方，こ可能とするための規程の開発を行っており，技術規格そうした例とは別に，欧州では ETSI（欧州電気通信標準化のものをつくる ITU-T とはいわば共生関係にある．アー機構），CENELEC（欧州電気標準化委員会），CEN（欧州

キテクチャに関する勧告はこうした具体的なビジネス活標準化委員会）のように，それぞれ ITU，IEC，ISO に相動には直接的に結び付かないものの，議論の土壌を与え当する地域における標準策定を行う団体を有しており，る上で重要な役割を果たすことになる．

地域内での標準を決めるだけでなく，国際標準における（2）技術開発の方針

自地域の優位性を高める役割を担っている．我が国を含標準化団体の中には，新規の技術を開発する（会員が持ち寄って規定していく）団体が多いが，既存の技術をめたアジア地域においても APT（アジア・太平洋電気通信共同体）の強化などが求められている．

組み合わせて利用する際の運用規定に相当する部分だけを開発する団体もある．DLNA もこうした運用規程のみを扱う団体の一つであり，UPnP Forum（22）や，IETF など

5む す び
本稿では，ホームネットワークの全体像を理解する一を実現するための規格を構成している．要素技術として助にすべく，その構成，開発・発展の経緯，標準化団体

開発されている規格は年々増加していくわけであり，あの分類などについて述べてきた．冒頭にも触れたように，る目的に応じてどの規格をどう組み合わせて実現するの

現在盛り上がっているスマートハウスに関する検討はエがよいかを検討する団体の意義は増していくものと考え

ネルギーマネジメントという特定アプリケーションに特られる．

化したホームネットワークの一部の議論を行っているに（3）対象地域

過ぎず，システムのコスト的な妥当性のためにも様々な標準技術は本来の意味合いからすれば国際的にも 1 種類であるのが望ましいのかもしれないが，地域ごとのアプリケーションに対応できるバランスのとれたホーム
ネットワークの発展を目指すことが重要である．

特質を反映させるために複数の標準が存在することもまた意味がある．多くの場合，国際標準の本体には全世界で共通の事項を記載し，地域ごとに異なる部分を Annexのような形で収録するとい っ た方法が取られるが，最初からある地域でしか使われないであろう技術を独立した国際標準として認可する場合もある． 特に， 近年
躍進めざましい中国の技術は中国以外ではほとんど使われる見込みがなくても国際標準として制定されてい解説論文：ホームネットワークの現状と標準化動向

文 献（ 1 ） 丹康雄， スマートハウス構築のためのホームネッ
トワーク技術 2011， インターネットメディア総合研究所レポート スマートグリッドシリーズ，vol. 6，
インプレス R&D, May 2011.
（ 2 ） 丹康雄監修，宅内情報通信・放送高度化フォーラム
編，ホームネットワークと情報家電，ユビキタス技術シリーズ，オーム社，2004.

97

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開で開発された技術を組み合わせて相互接続性のある機器

解説論文（ 3 ） 丹康雄 , ホームネットワークを支える要素技術， 映情学誌，vol. 59, no. 5, pp. 676-678, May 2005.
（ 4 ） 丹康雄， 家庭内 AV ネットワークの現状と課題，
映情学誌，vol. 63, no. 7, pp. 15-18 , July 2009.

（22） IEEE1394, IEEE Standard for a High-Performance SerialBus, p. 954, Oct. 2008.
（23） 1394 Trade Association（IEEE1394 の上位層規格），
http://www.1394ta.org/（ 5 ） 丹康雄， ホームネットワーク（OSGi, ECHONET）
モデルに基づく家庭内エネルギーマネジメント，

文献を利用される方へ

情報処理，vol. 51，no. 8，pp. 959-965, Aug. 2010.

ITU，IEC，ISO，IEEE の標準規格文書は基本的にはそれぞれ（ 6 ） 丹康雄， 進展するホームネットワークの現状と将来のウェブサイトから購入することになる．しかし，IEEE802

展望， ITU ジャーナル，vol. 40, no. 3, pp. 34-37, March2010.
（ 7 ） ITU-T J.190, Architecture of MediaHomeNet（rev1）
，July
2007.
（ 8 ） ITU-T G.9970, Generic home network transportarchitecture, Jan. 2009.
（ 9 ） ITU-T G.9971, Requirements of transport functions in IP
home networks, July 2010.
（10） ITU-T G.9960, Unified high-speed wire-line based home
networking transceivers - System architecture and physicallayer specification, Dec. 2011.
（11） ITU-T G.9961, Unified high-speed wire-line based home

委員会のように，一部無料で入手可能な規格もある．また，対応する国内団体が日本語の抄訳を作成していることがあり，これらは無料で入手可能なことも多い．TTC（23）

では 2012 年から全ての文書を無償でダウンロード可能としている．
フォーラムの規格は扱いがそれぞれの団体によって異なり，
OSGi や UPnP，BBF，ZigBee は文書がサイトからダウンロー
ド可能（自分の所属等の情報を要求されることもある）が，DLNA や Z-Wave のように販売されているか会員のみへの提供となっている場合もある．スマートハウスで注目を浴びている ECHONET 規格は，最新版は会員のみとしてきているが，新規格である ECHONET Lite については誰でも最新版を無償ダウンロード可能としている．

networking transceivers-Data link layer specification, Jan.
2010.

（平成 24 年 1 月 31 日受付，4 月 24 日再受付）（12） IEEE802 規格全般，http://www.ieee802.org/（13） TTC 文書ダウンロードページ，http://www.ttc.or.jp/cgi/
document-db/index.html（14） OSGi Alliance, http://www.osgi.org/（15） UPnP Forum, http://upnp.org/（16） Broad Band Forum, http://www.broadband-forum.org/（17） ZigBee, http://www.zigbee.org/（18） DLNA 規 格 発 注 ペ ー ジ，http://www.dlna.org/dlna-forindustry/about-dlna-corporate-history/guidelines（19） IETF（IP 規格全般），http://www.ietf.org/（20） ECHONET, http://www.echonet.gr.jp/（21） Z-Wave, http://www.z-wavealliance.org/

98

丹 康雄（正員）
1993 東工大大学院理工学研究科博士後期課程了．博士（工学）．同年，北陸先端大
情報科学研究科助手．同情報科学センター
助 教 授，情 報科 学 研 究 科助 教 授を 経て2007 教授．2004 から国立情報学研究所，
2005 から独立行政法人 情報通信研究機
構兼任．

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

解説Topics of Emerging
Technologies
小特集：ホーム
ICT の新たな展開

個人向け健康情報管理サービス「ポケットカルテ」について
北岡有喜 Yuki Kitaoka 独立行政法人 国立病院機構 京都医療センター

1. ま え が き

本稿では，クラウド型 PHR（Personal Health Records）
あるいは PLR（Personal Life-log Records）サービス「ポケッ健康・医療・福祉分野における ICT（Information andトカルテ」の概要を紹介する．
「ポケットカルテ」はクラCommunication Technology） 利活用は， 遅ればせながウド型サービスゆえに，携帯電話や PHS あるいはイン

ら，1990 年代後半から導入が活発とな ったオーダエン

ターネットに接続可能な PC（Personal Computer）があれ

トリーシステムや電子カルテシステムなどの病院情報シば全国どこでも無料で利用可能である．2011 年 3 月 11

ステム（HIS：Hospital Information System）により，急日発生の東日本大震災被災地区の方々にも有効利活用頂

速に進みつつある．

ければ幸甚である．

HIS の導入により期待されるアウトカムには，①診療予約制導入による待ち時間の短縮，②重複検査・投薬の回避による経済的・肉体的苦痛の軽減，③クリティカル

2. 「ポケットカルテ」の誕生

パス＊ 1 などの応用による定額支払い制導入＝診療費の著者は，国立京都病院（現，独立行政法人国立病院機

明朗化，④ EBM（Evidence-Based Medicine：根拠に基づ

構京都医療センター）に着任した 1995 年から同院の電いた医療）による良質な医療の提供，⑤システムによる子カルテシステムの研究開発を開始し，1999 年 3 月か

医療過誤の防止，などが挙げられている．しかしながら，ら同システムを本番稼働させ，約 30 万人の診療記録を

いずれも医療機関におけるデータマネジメントと様々な二次利用可能な形で電子保存することに成功した．
ところが，国立京都病院の受診歴を持つ近隣の地域住（Business Process Reengineering）」が主眼であり，直接，民の多くは，個人開業医も含めた「かかりつけ医」を診療受療者が利便性を感じることはまれである．
「 患者中心科別に複数受診している．国立京都病院が属する京都・の医療」というキーフレーズがまことしやかに診療現場

乙訓二次医療圏の全診療記録を「個々の住民単位で全数保で使われる一方，HIS やその接続体としての地域医療連

存」し，PHR あるいは PLR を構築するためには「一地域携システムなど保険医療分野における ICT 利活用は，ま一患者一電子カルテ」の実現が必須であった．この実現にだまだ「患者中心」にはほど遠いのが現状である．

向けて，「かかりつけ医」も経済的な負担が最小限で利用

1995 年 1 月 17 日，著者らは阪神・淡路大震災を経験できるよう ASP（Application Service Provider：クラウド

した．その復興の中で，医療機関の壊滅や火災による紙サービスの一種）型の電子カルテシステムを構築し，試験カルテの消失や焼失を経験し，「自らのデータは自ら守る」

サービスを 2004 年より開始した．

ことの重要性と，大規模災害時などにそれを支えるため

しかしながら，2005 年 4 月に個人情報保護法が施行のセーフティネットの必要性を痛感した経験から，「患者され，公益のためとはいえ，診療データをその所有者で中心」を実現すべく構築したものが個人向け健康・医療・ある患者の許可なく統計処理などに二次利用することが福祉情報履歴管理サービス「ポケットカルテ」である．

困難となり，「 一地域一患者一電子カルテ」では実現不＊1 クリティカルパス（= クリニカルパス）とは，特定の疾患を持つ患者に対して，入院から退院までの医療の内容（検査，手術，処置，投薬，注射，リハビリ，指導，看護ケア，食事指導，安静度，退院指導など）
を時間軸に沿って標準化し，計画表にまとめたもののことをいう．標準化の結果，
計画表どおりに入院経過が進行した場合の診療費（入院費）
を患者は事前に知ることができ，診療費の明朗化・透明化につながる．

解説：個人向け健康情報管理サービス「ポケットカルテ」について可能な個々の患者の「自己情報コントロール権」（1）を完全に満たすための新たな仕組み作りが必要となった．
そこで著者は，自らが顧問を務める特定非営利活動法人日本サスティナブル・コミュニティ・センターのプロ© 電子情報通信学会 2012

99

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

データの二次利活用，すなわち「医療提供サイドの BPR

解説

3.「ポケットカルテ」を利用するメリット「ポケットカルテ」は利用者にどのようなメリットを提供できるのだろうか．想定されるメリットを以下に立場別に概説する．
まず，一般の「ポケットカルテ」利用者は・いつでもどこでも自分自身の健康情報の閲覧・
メンテナンスが可能となり，自身の健康管理が容易に実現する．
・転院などの際にも再検査などに煩わされず，効率
図 1 「ポケットカルテ」の携帯サイトトップページ（会員用）

的な診察が受けられる．
・担当医の診療方針などについて他者に意見（セカンドオピニオン）を求めやすくなり，安心・安
全な受診が可能になる．
・蓄積された個人の健康情報に基づいた予防医療
サービスも構築していくことで，健康管理のためのアドバイスが受けられるようになる．
医療機関・救急隊など「ポケットカルテ」利用者を受け入れる立場の方は・患者の病歴などを容易，かつ正確に把握できる環
境が整い，更に質の高い医療を迅速に提供することが可能になる．

図 2 「ポケットカルテ」の PC サイトトップページ

ジェクトとして個人向け健康・ 医療・ 福祉情報履歴管理システム「ポケットカルテ」を考案・企画・開発し，（2）
2008 年 6 月から一般に公開した（図 1，図 2）．

「ポケットカルテ」は，利用者が「自己情報コントロー
ル権」を完全に満たす形で自己の診療情報を蓄える仕組
みとして考案した．すなわち「ポケットカルテ」は，利用者が自ら自己の生涯健康・ 医療・ 福祉履歴情報を蓄えるためのいわゆる「情報銀行」であり，自らが誕生して以降，生下時の母子手帳記録から始まって，経験した・救急現場等では迅速な現場処置が可能になり，救急隊員と医療機関の連携を助ける．
また，国家的な課題の解決として・蓄積された健康情報を統計的に分析することが可能となり，医学の発展に貢献する．
・他医療機関での診療情報を確認できるようになれ
ば検査や投薬の重複がなくなり，医療費の適正化が見込める．
など，枚挙に暇がない．

様々な予防接種や罹患した傷病とそれに対して受けた診療行為，あるいは健診結果や健康食品・嗜好品情報，市
販薬やサポーターなどの准治療品などの購買情報などの4. ディジタル領収書プラットホームの構築

全てを「記録」として預けることが可能な PHR あるいは

「ポケットカルテ」は 2008 年 6 月より試験サービス

PLR システムである．

を開始（3） した後，同年 10 月より正式無料サービスを開始（4）した．正式無料サービスを開始後僅か 4 か月で，利用者は 1 万人を突破し，モバイルコンピュ ーティン

100

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

TopicsReviewsof Emerging
Technologies
Technology
andReports

グ推進コンソーシアム主催の「MCPC award 2009」グ
ランプリ / 総務大臣賞 候補にノミネートされ

，モバ

（5）

次に，患者や利用者が「ディジタル領収書」を実装した医療機関やドラッグストア等を選択して訪れるイン（6）

センティブは何かを考えると，何らかのディスカウント

しかしながら，利用者 1 万人超以降の登録者数増加

やポイントサービスが想定される．しかしながら，保険が緩やかとなったため，利用者などに調査を行ったとこ

診療においては，保険薬局及び保険薬剤師療養担当規則

ろ，「医療機関やドラッグストア等でディジタルデータ（ 昭和三十二年厚生省令第十六号）第四条第一項等におをもらえないため，いちいちデータを手入力しなければいて，「 保険薬局は健康保険法第七十四条の規定によるならず，面倒」という意見が多数であることが判明した．

一部負担金等の支払を受けるもの」とされ，その減額はイルコンシューマ賞を受賞した．

そこで，医療機関やドラッグストア等で利用者がいつ許されない．

も無条件で受け取るものをデータ取得媒体とすることをしかしながら，唯一，法的に認められたディスカウン

考え，領収書をターゲットとした．従来の領収書に QRトとして「医療費控除」制度がある．「医療費控除」とは，コード（ 二次元バーコード） を印刷し，「ポケットカ

日本の所得税及び個人住民税において，自分自身や家族

ルテ」利用者がその QR コードをカメラ付き携帯電話やのために医療費を支払った場合に適用となる控除で，所PHS などで読み取ることによりデータ入力できる仕組み

得控除であり，物的控除である（8）．

（7）

を考案した．また，この QR コード付き領収書を「ディジタル領収書」と呼称することとした（図 3）．
しかしながら，医療機関やドラッグストア等の領収書

5. ディジタル領収書を活用し，

e-Tax で医療費控除を申請しよう！

に「ディジタル領収書」システムを実装するには，医事2007 年度の総務省の統計によれば，二人以上の世帯

会計システムや POS（Point Of Sale）レジシステムの改における保健医療費の年間総額は平均で 10 万円を超え修が必要となり，医療機関やドラッグストア等に負担がてきた．この事実は，二人以上の世帯において，50％の発生する．

確率で医療費控除が受けられる可能性を示唆している．

この課題を解決するためには，「ディジタル領収書」にもかかわらず，二人以上の世帯の 50 ％ が，実際に医実装時に発生する負担を上回る何らかのインセンティブ

療費控除の恩恵を受けているわけではない．なぜなら，が必要である．医療機関やドラッグストア等にとってのそれは医療費控除の手続きが煩雑で，医療費控除を受けインセンティブは何か，それは言うまでもなく患者や利るためには，世帯全員の医療費の領収書を 1 年にわたっ用者の増加である．

て収集し，帳簿化することが必要だからである．加えて，医療費控除に関する事項を記載した確定申告書の提出が必要で，その際，領収書など「領収した者のその領収を出の際に提示しなければならないからである（8）．
しかしながら，2008 年からは e-Tax を用いて医療費控除を電子申請する場合，原則，領収書の添付が不要となった．
今回，著者らは，この規制緩和を利用し，医療機関や様々なヘルスケア関連の支出に関する領収書を「ディジタル領収書」化し，それをカメラ付き携帯電話や PHS な
どで読み取ることにより，世帯全員の医療費の領収書を簡単に収集，管理できるサービスを考案した．考案したサービスを実用化するために，総務省の平成 21 年度

図3

 ィジタル領収書（領収書に印刷した QR コード）
デによるデータ入力

解説：個人向け健康情報管理サービス「ポケットカルテ」について「ICT 経済・ 地域活性化基盤確立事業（ユビキタス特区事業）」に「医療機関のディジタル領収書プラットフォー
101

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開証する書類」を確定申告書に添付するか確定申告書の提解説○医療機関からの領収書データ（ディジタル領収書）をリアルタイムに ASP に蓄積し，患者は「ポケットカル
テ」を経由して安全に PC や携帯から自身のデータを「ヘルスケア家計簿」に取り込む．薬店等の市販医薬品の購入データも ID-POS 経由で取得し，これらを医療費控除明細の作成やセルフメディケーションに活用する．
○このサービスで地域住民は，自身の医療費（ヘルスケア支出）の管理を通して，安心安全で質の高い健康・医療・福祉の情報が得られる．更に e-TAX など電子行政サービス利用の向上 / 経済や地域の活性化に寄与する．
ヘルスケア家計簿（インテージ）

PocketCarte

サービス連携（相互リンク）
ヘルスケア家計簿サーバ

サービス連携（ID-POS データ授受）

ID がとれる会員等に入会

図4

ディジタル領収書
既存のポケットカルテサーバ（携帯用 /PC 用）

インターネット＋
携帯電話
ヘルスケア家計簿
サービスの利用
ディジタル領収書の・携帯や PC でヘルスケア家計簿が利用できる・医療機関やドラッ
グストアの領収書【薬店・コンビニ】
データが自動入力
地域の小売事業者
される（市販医薬品，オムツ等） ・医療費控除明細の作成，e-TAX 利用をサポート

ポケットカルテ（SCCJ/ 京都医療センター内）

ポケットカルテ

ID 登録・管理【サービス利用者】
地域住民

携帯端末の ID を使用した使いやすく高度な個人認証の仕組みを利用

医療機関の領収書
データを蓄積し，所有者である患者に提供．更なる付加価値
サービスを研究開発
可能に．

ディジタル領収書 ASP 機能
提供サーバ

公衆無線（PHS など）
ディジタル領収書
領収書発行システ
ムにディジタル領収書のモジュール
を接続（簡易な導入）有機環境がなくともリアルタイムにアップロードを実現する

医事会計システム

領収書（紙）QR コード印字

QR コードでディジタル領収書データを確認し，ヘルスケア家計簿に登録できる

医療サービスの利用
薬の購入など【医療機関】
京都医療センター
診療所・調剤薬局

 成 21 年度総務省委託事業「医療機関のディジタル領収書プラットフォーム構築とヘルスケア家計簿との平＊2連携による地域住民への付加価値サービスの実現」

ム構築とヘルスケア家計簿との連携による地域住民への付加価値サービスの実現」として公募申請し，2009 年
11 月に採択され（9），開発・構築し，2010 年 2 月より正式無料サービスを開始した

6. ディジタル領収書プラットホームによる「ポケットカルテ」へのデータ転送構築した「ディジタル領収書」プラットホームを普及さ（10）

せ，利用者が経験した様々な予防接種や罹患した傷病と医療費には病院や診療所などで保険医療を受けた際にそれに対して受けた診療行為，あるいは健診結果や健康支払う保険医療費と，ドラッグストアやコンビニエンス

食品・嗜好品情報，市販薬やサポーターなどの准治療品

ストア，量販店などで購入した物品のうち，医療費としなどの購買情報などの全てを「ポケットカルテ」に簡単にて認められる保険外医療費とがある．後者については，「記録」としてデータ転送できる環境構築を目的として，

例えば，子供のオムツは医療費としては認められない

京都市・宇治市・城陽市・久御山町の推薦を受けた提案が，大人のオムツに関しては，数量の上限はあるにせよ，（プロジェクト名称：「地域共通診察券（仮称：すこやか

医療費として認められる．また，タクシー代は通常医療安心カード）発行による安心・安全な健康医療福祉情報

費ではないが，足の骨折などで歩行困難な場合は，自宅基盤整備事業」）を，総務省の「平成 22 年度地域 ICT 利

や最寄りの駅から医療機関までのタクシー代が保険外医活用広域連携事業」公募に申請し，採択された（11）
（図 5）
．

．

療費として認められるケースがある．

これを受け，著者らは，本事業に参加する地方公共団

このように，保険外医療費に関しては，認められるか

体及び京都府，各位各層の有識者とともに運営協議会をどうかといった仕分け作業が必要であり，著者らは「ヘ発足し，2011 年 1 月より京都医療センター（京都市伏見ルスケア家計簿」というシステムとのサービス連携によ区）を中心に 3 市 1 町の対象地域（約 79 万世帯）を対象

り，医療費控除にかかる情報収集→帳簿化→ e-Tax ホーに，本プロジェクトの実証サービスを開始した（12）．

ムへの自動整形を半自動化し，2010 年 2 月から正式無本事業では，前年度の成果物である「ディジタル領収料サービスを開始している（10）（図 4）．サービスの概要を書」プラットホームによる「ポケットカルテ」へのデー

成果ビデオとして YouTube に公開しているので，以下

タ転送の仕組みの対象を，前年度の「医療費控除」の対の URL から御覧頂ければ幸甚である．
http://www.youtube.com/watch?v=IAER0i4ZGBk
102＊2 図中のヘルスケア家計簿（インテージ）という記載は，ヘルスケア
家計簿が株式会社インテージの製品であることを示している．

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

TopicsReviewsof Emerging
Technologies
Technology
andReports

）

（

一つ

図5

地域共通診察券（すこやか安心カード）発行による安心・安全な健康医療福祉情報基盤整備事業・＊3
イメージ詳細図象となる領収書・明細書の金額情報に加えて，①処方内ド）という IC カードの発行を開始した（12）（図 6）．

容，②検査内容とその結果，③処置内容，等に広げた．

サービスの概要を成果ビデオとして YouTube に公開し

特に①については，従来の紙ベースのお薬手帳のようているので，以下の URL から御覧頂ければ幸甚である．

に，シールを貼ったり，手書き転記したりという手間のhttp://www.youtube.com/watch?v=w-ISKTvmSvA

ない，全自動記録化された「電子版お薬手帳」サービス

地域共通診察券（すこやか安心カード）内には利用者のとして提供しており，利用者に好評を得ている（図 2：

氏名・生年月日・ポケットカルテ ID 以外に，今までに画面左メニュー内「電子版お薬手帳」参照）．

受診したことのある医療機関の「保険医療機関コード」と小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

7. 地域共通診察券（すこやか安心カード）「ポケットカルテ」の利用には，カメラ付き携帯電話，PHS，バーコードリーダ，PC といった情報端末を使いこなす必要がある．しかしながら，医療機関・ドラッグスト
アなどの受診者・ 利用者の全てがこれらの情報端末を使いこなせるわけではない．これらの情報端末を使いこなせない，あるいは使っていない受診者・利用者にも「ポケットカルテ」サービスを利用して頂けるよう，対象地域の 5
病院と久御山町役場で地域共通診察券（すこやか安心カー＊3 図 中 の NICU と い う 記 載 は， 新 生 児 特 定 集 中 治 療 室（Neonatal
Intensive Care Unit）の略語で，病院において早産児や低出生体重児，または何らかの疾患のある新生児を集中的に管理・治療する部門である．

解説：個人向け健康情報管理サービス「ポケットカルテ」について

図6

ポケットカルテサイトにおける地域共通診察券（すこやか安心カード）の説明

103

解

説
② 利用地域の拡大
本計画は，総務省平成 22 年度地域 ICT 利活用広域連携事業に著者をプロジェクトリーダとして採択され，京都府の支援下に，京都市・ 宇治市・ 城
陽市・久御山町の各首長の推薦を得て，この 3 市 1町の住民 5 万人に対して地域共通診察券を発行中である．平成 23 年度地域 ICT 利活用広域連携事業では生駒市も対象域に加えた 4 市 1 町域で総務省事業としての継続採択を受けており，更なる利用者拡

図7

 域共通診察券（すこやか安心カード）と対応
地
IC カードリーダ大を図った．
③ 参加住民の利便性向上

その医療機関における「患者番号」のセットが 30 セット

参加住民は 1 枚の地域共通診察券を持参するだけまで登録できる仕組みとなっている．地域共通診察券（すで，当該総務省事業に参加予定の 200 以上の医療機

こやか安心カード）1 枚を持っていれば，かかりつけ医な

関を利用することが可能となる．その結果，複数のど日常に受診する複数の医療機関を受診することが可能

医療機関をまたがった各参加住民の医療履歴が，自となり，非常に利便性が高い．また，地域共通診察券（すらの「ポケットカルテ」に個人単位で時系列に自己

こやか安心カード）内には診療情報などの個人情報は記録管理可能となる．

されていないため，万が一の紛失時にも利用者が不利益を被る可能性は最小限で，再発行も容易である（図 7）．

④ 未知の evidences の発見・創出
厳密な個人情報保護の下に，「ポケットカルテ」に集積された個人単位の時系列医療履歴データを

8. 患者中心の医療を目指して統計解析し，診療データ由来の，「未知の evidencesの発見・創出」を試行する．創出された「evidences」

著者らがこの 15 年間に考案・企画・設計・開発し公に基づき，当該個人の保健福祉や「自らが受けたい

開した「ポケットカルテ」や「ディジタル領収書」のイン医療」決定のために有効利活用するための方法論やフラストラクチャを活用して集積されたデータを統計解

考え方を検討する．また，この「evidences」に基づ

析し，「未知の evidences の発見・創出」をすることで，き明らかとなる個々の住民単位の最良最適な医療を個々の「ポケットカルテ」利用者の保健福祉や「自らが実現するための医療経済の在り方や保健福祉政策の受けたい医療」決定のために有効利活用するための方法

在り方を検討することも可能となると思われる．

論や考え方を検討すること，換言すれば，EBM による良質な医療を全ての「ポケットカルテ」利用者が享受できる社会インフラを構築すること，これが「患者中心の医療」実現のための著者らの今後のライフワークとなる．

創出された「evidences」に基づき明らかとなる個々の

具体的には，以下のステップを計画している．

住民単位の最良最適な医療を実現することは，「医療の① 地域共通診察券の発行による利用者拡大

質を向上しつつ，国民総医療費を適正化し，国民皆保険「evidences」の信頼度の向上はデータ数に依存す

104

9. む す びを維持する」ことに大きく寄与すると考えられる．

る．データ数の向上は利用者数に依存し，利用者を「ポケットカルテ」は，政府の新成長戦略の実現に向け更に拡大するために，「ポケットカルテ」と連動し，て内閣官房の高度情報通信ネットワーク社会推進戦略本

かつ単独でも利用可能な地域共通診察券の発行を開部（IT 戦略本部）が設置した「医療情報化に関するタス始した．これにより携帯電話や PC を利用していな

クフォース」において公表された「どこでも MY 病院」

い住民も「ポケットカルテ」のインフラが利用でき構想の実現説明資料（13）の最終ページで「
（参考）
「ポケッ

る環境を整備しつつある．

トカルテ」サービス」として掲載されており，構想実現の通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

TopicsReviewsof Emerging
Technologies
Technology
andReports

参考となる，日本で運用中の PHR の先進事例として位置付けられ，既に公共政策において活用されつつある．
「ポケットカルテ」や「地域共通診察券（すこやか安心（ 8 ） 国税庁：No.1120 医療費を支払ったとき（医療費控除），http://www.nta.go.jp/taxanswer/shotoku/1120.htm（ 9 ） 京都ユビキタス特区で，医療機関の「ディジタル
領収書」サービスを提供〜総務省の「ICT 経済・地

カード）」を通じて，医療の情報化・地域住民の健康増進

域活性化基盤確立事業（ユビキタス特区事業）」にへの貢献・電子行政サービスの普及を推進し，更に利用

採択〜，http://www.dokokaru.net/modules/news/article.

者の統計データの活用により，関わる全ての人々にとってメリットの大きい新しい公共サービスを創造することを継続して目指したいと考えている．

php?storyid=92（10） 医療機関の「ディジタル領収書」管理サービスを活用し，e-Tax で医療費控除を申請しよう！，https://pocketkarte.net/pkreceipt/guest/index.action（11） 地域共通診察券（仮称：すこやか安心カード）発文 献（ 1 ） OECD Guidelines on the Protection of Privacy andTransborder Flows of Personal Data, http://www.oecd.org/
document/18/0，3343，en_2649_34255_1815186_1_1_1_1，
00.html（ 2 ）「ポケットカルテ」，https://pocketkarte.net/（ 3 ） 〜特定健診・保健指導データにも対応した個人向け
健康情報管理サービス〜電子カルテを活用して医療の ICT 化を実現する「ポケットカルテ」について，
http://www.dokokaru.net/modules/news/article.
php?storyid=64（ 4 ） 〜特定健診・保健指導データにも対応した個人向け

行による安心・安全な健康医療福祉情報基盤整備
事 業 〜 総 務 省 平 成 22 年 度「 地 域 ICT 利 活 用 広 域連携事業」委託先候補として採択〜，http://www.
dokokaru.net/modules/news/article.php?storyid=101（12） 地域共通診察券「すこやか安心カード」の発行を始めました，https://pocketkarte.net/g_info_card.action（13） 高度情報通信ネットワーク社会推進戦略本部（IT戦略本部）> 専門調査会等 > 医療情報化に関するタスクフォース 第 1 回会合 平成 22 年 9 月 8 日資料 5-1，「どこでも MY 病院」構想の実現説明資料，
http://www.kantei.go.jp/jp/singi/it2/iryoujyouhou/dai1/
siryou5_1.pdf

健康情報管理サービス〜電子カルテを活用した医療サービス「ポケットカルテ」の正式無料サービスをス
タ ー ト，http://www.dokokaru.net/modules/news/article.
php?storyid=76（ 5 ） 電 子 カ ル テ 情 報 サ ー ビ ス「 ポ ケ ッ ト カ ル テ 」 が「MCPC award 2009」グランプリ／総務大臣賞 候補にノミネート〜正式サービス開始 4 ヶ月で，10,000
ユーザーを突破〜，http://www.dokokaru.net/modules/
news/article.php?storyid=83（ 6 ） 個人向け健康情報管理サービス「ポケットカルテ」
が「MCPC award 2009」でモバイルコンシューマー
賞を受賞〜「モバイルを活用したより安心・安全なdokokaru.net/modules/news/article.php?storyid=85（ 7 ） QR code，http://www.qrcode.com/index.html

解説：個人向け健康情報管理サービス「ポケットカルテ」について

京大医学部付属病院，市立舞鶴市民病院，大津市民病院などを経て 1995 から国立京都病院産科医師．同年から情報システムについての統括責任者として同病院のシステム開発に携わる．2002-05 産科医長，2003-07 医療情報部部長．2004-05 特定非営利活動法人日本
サスティナブル・コミュニティ・センター(SCCJ) 顧問として個人健康・医療・福祉履歴
管理サービス「ポケットカルテ」，「地域共通診察券」を考案・運用
開始．2006-08 から独立行政法人 国立病院機構本部 情報化統括責任者 (CIO) 補佐官兼務．IT コンソーシアム京都 医療情報化部会長，国連主催「情報社会世界サミット大賞」選考委員会日本代表，新しい日
本を作る国民会議「21 世紀臨調」運営委員ほか．

105

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

地域医療環境の実現」をさらに加速〜，http://www.

北岡有喜

解

説

小特集：ホーム ICT の新たな展開

ICT による安全・安心な地域社会づくりに向けた取組み～岩見沢市の児童見守りの取組み紹介と高齢者サポート実証実験～
黄瀬信之 Nobuyuki Kise 岩見沢市役所
鹿谷征生 Yukio Shikatani パナソニック株式会社 東京 R&D センターにおける ICT 利活用を展開している．特に，本稿では安

1. ま え が き

全・ 安心分野における ICT 施策への取組みについて述

北海道岩見沢市では，市内に独自の ICT（Information

べる．

and Communication Technology）基盤を構築し，安全・安心に暮らせるまちづくりに取り組んでいる．本稿で2.2 安全・安心分野の課題

は，岩見沢市が安全・安心分野に関して取り組んでいる

安全・ 安心分野の地域課題として，以下の声・ 悩み

課題について述べ，ICT 利活用の導入事例について紹介を背景とした児童と高齢者の見守りの実現が挙げられする．具体的には，児童や高齢者の見守りへの取組み及る．まず，児童については，子育て中の保護者へのイン

び高齢者サポートシステムの概要と実証実験について報

タビューで登下校時の事故や事件に対する不安の声が上告する．

がっている．また，高齢者については，単身世帯の増加に伴う安否確認の困難さが民生委員の悩みとして上がっ

2. ICT 利活用に向けた取組み概要ている．
このような日常の様々な生活課題が存在する安全・安2.1 岩見沢市の概要と ICT 施策

心分野について，本稿では 3. に岩見沢市での二つの ICT

岩見沢市は，面積 481.10 km ，人口約 9 万人の市であ施策事例を紹介する．3.1 に IC（Integrated Circuit）タグり，65 歳以上の高齢者の比率は約 27％と全国的にも高を利用した児童見守りシステム，3.2 に高齢者サポート

い地域である．また，札幌市から東方約 40 km，北海道

システムを取り上げる．また，4. では IC タグを利用しの道央圏に位置し，日本有数の豪雪地帯でもある．そのた高齢者サポートシステムの検証結果を踏まえて，更にため，住民間のコミュニティ形成や，新産業の創造，地高度化したシステムの概要と，その評価実験について述

元雇用の創出などの課題がある．このような地域性を持べる．

2

つ岩見沢市は，「住民生活の質的向上」，「地域経済の活性化」を基本コンセプトとして，平成 5 年度から ICT 施
策を積極的に推進している．平成 9 年度に，ICT 施策の3. 安全・安心分野への ICT 施策事例拠点である自治体ネットワークセンターを開設するとと3.1 児童見守りシステム

もに，全国の自治体で初めて自営の光ファイバ網の整備（1）IC タグサービスの導入・運用を開始した．現在まで市内 103 施設のネットワーク環境を確立するなど，地域 ICT 基盤を構築してきた．

岩見沢市は，総務省公募の「地域児童見守りシステム
モデル事業」（平成 18 年度）に全国 16 か所のモデル地

これらの ICT 基盤の下，①双方向遠隔学習などの教育区の一つとして道内では唯一採択された．当モデル事業

分野，②遠隔画像診断などの医療分野，③地域住民・企において，IC タグを利用した登下校管理を行う IC タグ

業・行政協働による児童や高齢者の見守りなどの安全・サービス，不審者情報などの一斉配信を行う一斉同報配

安心分野，④企業進出や雇用機会の創出などの雇用分野

信サービスを市内全小学校で平成 19 年 10 月から実施

106© 電子情報通信学会 2012

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

TopicsReviewsof Emerging
Technologies
Technology
andReports

父母，学校，地域，企業，行政等が協働し，児童の安全・安心を高めるためのコミュニティシステムとして展開
情報管理
センター

不審者
情報等

比較的容易に導入できた．システムの共同利用により，保市内全小学校及びモデル児
童館の玄関に設置の電子タ
グリーダ にて児童の登下校
情報を収集

護者からの問合せ窓口を一元化して民間事業者へ委託できた．このことにより，運用コストの大幅な縮減につながっ

登下校
情報等

自治体，教育委員会
警察，消防，都道府県等

電子タグ・パッシブタグ /アクティブタグの併用

学校 児童館学校，児童館【情報提供（検索・掲載）機能】【登下校情報】【緊急通報（一斉同報配信機能】

登下校情報等を登録された携帯電話等に対し通知を行うとともに，静止画像による確認機能を提供

事件，事故，災害情報等について，情報源が特定され，かつ緊急性が高い情報について一斉同報配信

緊急情報の掲載はもとより，児童に関する地域ポータル機能として，
父母や学校，地域，企業，町内会，
防災ボランティア，行政等が各々持つ情報を相互に共有○○小学校より緊急お知らせ

図1

3.2 高齢者サポートシステム（1）IC タグサービスの導入・運用
3.1 の児童見守りシステムにおける IC タグの活用評
価を基に，単身高齢者の安全・安心な生活確保を主題と大雪警報発令のため□時に一斉下校となります．

情報源及び情報利活用者を特定た．今後は，更なる広域展開をもくろんでいる．

コミュニティ全体が情報源・利活用者

児童見守りのための IC タグサービス

して，平成 20 年度の「地域 ICT 利活用モデル構築事業（総務省）」の活用による開発・検証を行った．このサービスでは，住民・企業・行政協働により，高齢者の「健した．このとき，IC タグサービスでは，950 MHz 帯特康増進」と「安否確認」を地域全体でサポートする体制確

定小電力無線デバイスを内蔵した IC タグを用いた．

立を目指した．モデルとなる町内会において，約 180 名

図 1 に児童見守りのための IC タグサービスを示す．

の高齢者に IC タグを携行してもらい，町内会協力者やIC タグサービスは，ICT 基盤を活用し，地域住民や行

公共施設など約 40 か所に IC タグリーダを設置し，IC政などが協働で，児童の登下校時の安全・ 安心を高め

タグの情報を検知，収集した．

るサービスである．IC タグを携行した児童が学校の児

図 2 に高齢者サポートシステムを示す．高齢者サポー

童玄関を通過すると玄関に設置した IC タグリーダが IC

トシステムは企業が運営するコンタクトセンター，行政

タグを検知し，情報管理センターを通して，保護者が登が開催する健康生活に関する講座，地域の町内会，民生録するメールアドレス（4 件まで）へ登下校情報が送信

委員のサポートの三つから成り立つ．

される．専用サイトでは，通過時の画像を確認すること

コンタクトセンターは収集した IC タグの検知情報をができる．また，不審者情報など緊急性が高い情報につ管理する．長時間 IC タグの動きがない場合は，まずコン

いては，保護者の携帯電話などへ一斉に送信し，即座にタクトセンターから自宅へ電話をする．応答がない場合

児童の安全を確認する手助けになる．当初，1，2 年生は担当民生委員や町内会へ連絡する．民生委員や町内会対象であった IC タグサービスは保護者の要望を受け，3は，コンタクトセンターからの連絡を受け，高齢者宅へ

年生まで拡大するとともに，小学校だけでなく，児童館

かけつけ・ 状況確認を行う．このように，コンタクトにも IC タグリーダを設置し学童保育との連携を図った．

センターと町内会，民生委員との連携体制を確立した．

サービスの登録率は平成 23 年 12 月現在，約 73％まで

健康生活に関する講座

タグによる歩行履歴等の確認

行政増加した．保護者へのアンケート（平成 22 年度）結果
では，IC タグサービスを利用して登下校に関する安心が高まったと約 94％の回答を得た．このことから，ICTの利活用が保護者にとって登下校に対する不安解消に寄与したといえる．
（2）近隣地域への展開
平成 22 年度には，「地域 ICT 利活用広域連携事業（総務省）」の採択の下，保護者からの評価が高い児童見守りシステムについて，岩見沢市，滝川市，夕張市の 3 市共同利用環境を構築した．自治体ごとの環境に多少の違いはあるが，岩見沢市が先行して実施しているため，他の 2 市は・「タグ」の移動情報を管理（例：○日○時病院通過）
・歩行情報（○日○km）を分かりやすくお知らせ

データ管理

企
業

参加

運動や食事，楽しくおつき
運動や食事
楽しくおつきあいする方法など健康生活に関する講座を開催

参加

お声かけ
日常生活をサポート
日常生活をサポト・お宅での様子の確認
・緊急時のかけつけなど

相談，緊急連絡・緊急時の連絡先（インバウンド）
・毎日架電（アウトバウンド）

コンタクトセンター

緊急連絡

かけつけ，
状況確認

地
域

町内会，民生委員サポート
町内会，民生委員サポ
ト

住民，企業，行政協働による高齢者の安全安心サービスを具現化
図2

高齢者サポートシステム

解説：ICT による安全・安心な地域社会づくりに向けた取組み〜岩見沢市の児童見守りの取組み紹介と高齢者サポート実証実験〜

107

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

その結果， 平成 19 年度に約 45 ％ であ った IC タグ

解説

具体的には，コンタクトセンターは，高齢者のサポート

した高齢者サポートサービスへ拡張し，住民参加型の実窓口として各種相談の対応（インバウンド）を行う．ま証実験（1），（2）として実施した．この実証実験では，高齢た，希望者には定期的な声掛けによる安否確認（アウト者を見守る側に対して，高齢者の居場所情報を提供するバウンド）も行う．定期コールにおいて，体調不良によだけでなく，音声通話など高齢者自身の操作も可能にすり日常生活に支障をきたす方がいることを把握し，担当るなど，IC タグを用いたサービスにはない機能を追加

民生委員との連携により対応した実績がある．また，健している．本実証実験にあたっては，実験用の端末とし康サポートとして，健康生活に関する講座を開催するとて市販の携帯電話を拡張した携帯端末（以降，ユビキタ

ともに，IC タグの検知情報から歩行距離が推定できるス端末）と，位置情報を発信する位置マーカを試作した．

システムを導入した．このシステムでは，歩行推定距離

これらの実験端末の詳細については 4.4 にて述べる．

をグラフ化してコンタクトセンターから高齢者に対して定期的に分かりやすくお知らせできるようにした．
利用頂いた高齢者からは，IC タグはお守りみたいで

なお，本実験は，平成 20 〜 22 年度まで総務省「ユビキタス・プラットフォーム技術の研究開発」プロジェク
トの一環で実施した．

安心できるとの意見を頂いた．また，町内会からは IC
タグを契機に，高齢者との交流や会話が増え，高齢者を4.2 サービス概要

見守る意識の向上につなが ったとの評価を得た．ただ

図 3 にユビキタス端末と位置マーカを利用した高齢者

し，IC タグのみでは，高齢者の安全・ 安心を確保できサポートサービスの概要を示す．

るわけではない．したがって，危険な状況にいち早く気

高齢者にはユビキタス端末と自宅用の位置マーカを提付くためのツールとして活用しながら，人が効率良く動供する．高齢者は在宅時にはユビキタス端末を自宅内にけるような体制作りが最も重要であると考える．

配置し，外出時には携行する．在宅中はユビキタス端末（2）他サービスへの展開が位置マーカと通信することにより在宅していることを北海道大学とツルハドラッグが連携して平成 22 年 3

コンタクトセンターへ伝える．また，在宅時・外出時に月から，テレビ会議システムを活用した遠隔健康相談実

かかわらず，緊急時にはユビキタス端末を簡単に操作す

証実験を開始した．保健師や看護師などの専門家から健るだけでコンタクトセンターと連絡が取ることができる．

康維持・増進に関わるアドバイスを気軽に受けられる環

コンタクトセンターは，サポート対象の高齢者の状況境を構築した．平成 23 年 12 月現在では岩見沢市を含むを収集・把握する役割を担う．高齢者の在宅確認や，高道内 5 店舗，道外 5 店舗で実施している．また，岩見沢

齢者からの緊急連絡時の居場所を地図上で把握できる．

大和店には IC タグリーダを設置し，IC タグを利用したコンタクトセンターは高齢者の置かれている状況によ

歩行推定距離データを北海道大学の看護師がすぐに参照

り，民生委員や高齢者の御家族，医療機関へ連絡する．

できるようになった．これにより，高齢者にとっても具民生委員は，ユビキタス端末を使うことでコンタクト

体的な健康指導を受けることができるようになった．

センターと同様に，担当の高齢者の在宅確認，外出確認が

4. 携帯端末を用いた高齢者サポート実証実験

宅内に設置した
位置マーカ

在宅時

外出時

GPS

屋外に設置した
位置マーカ

探索

ユビキタス端末

4.1 取組みアプローチ
3. で述べた IC タグ・IC タグリーダを利用した高齢者
見守りシステム（以降，IC タグシステム）の検証を通じて，以下の要望があることが分かった．

ユビキタス端末を送信

そこで，IC タグのような可搬型デバイスをより身近な端末である携帯電話に置き換えることで，更に高度化
108

民生委員
長時間の在宅のときは
声掛け依頼
状況の判断
迅速なサポート

緊急時

連絡
家族

コンタクトセンター

・いざという緊急時に高齢者側から連絡したい
・より広い範囲での居場所の把握がしたい

ユビキタス端末

位置マーカとの通信により外出，移動，帰宅を自動的に検出
移動履歴★

緊急ボタンのワンプッシュでコンタクトセンターに現在位置 現在位置は地図上に表示を通知し，通話接続

図3

救急車の要請病院，救急車携帯端末を用いた高齢者サポートサービス

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

TopicsReviewsof Emerging
Technologies
Technology
andReports

でき，その状況に応じた支援活動を行う．例えば在宅期間

トワークへ接続するタグリーダ機能を持つ IC タグリー

が一定の日数を超えた場合は，身体上の問題が発生していダをインフラ側や宅内に設置した．そのため，インフラる可能性があるため，訪問・声掛けなどを行う．

側や宅内にネットワーク設備が必要であった．それに対して，本システムでは，タグ機能として位置情報を発信

4.3 システム概要する位置マーカをインフラ側や宅内に設置した．また，

ユビキタス端末を実験参加者である支援者側（民生委

タグリーダ機能を 3G 通信可能なユビキタス端末に搭載員など）と高齢者が携行し，位置マーカを各々の自宅及し，高齢者や支援者側が携行するという構成とした．こび公共施設など街中に設置する．図 4 に実証システム

れにより，インフラ側や宅内にネットワーク設備が不要の概要を示す．3. の IC タグシステムでは IC タグ携行となった．

者が IC タグリーダの設置箇所を通過したときしか居場所が検出できなかった．これに対して，本システムでは高齢者がユビキタス端末を携行していれば外出中どこ

4.4 実験端末（1）概 要でも居場所が伝えられるようにした．ユビキタス端末は

図 5 にユビキタス端末の概観を示す．ユビキタス端末

周囲に位置マーカが存在するときにはその位置マーカ

は，音声通話やデータ通信機能，GPS モジュールを備えから受信した位置情報を位置推定サーバに送信する．位

た携帯端末に，自ら電波を発信する 950 MHz 帯特定小置マーカと通信できない場合は GPS（Global Positioning

電力無線デバイス（以降，アクティブタグ）を内蔵した．

System）機能を定期的に起動し，特定した位置をコンタ

アクティブタグにより，自身の識別子（ID）を発信する

クトセンターへ送信する．

タグ機能または識別子（ID）を読み取るタグリーダ機能

本システムでは，インフラ側や宅内設置時のネットとして動作させることができる．950 MHz 帯特定小電

ワーク環境の整備が不要となるなどの設置容易性を考慮

力無線の通信距離は数 m 〜数十 m に達し，高齢者宅のした．具体的には，IC タグシステムに対して，実験参敷地外から宅内へ通信するとい った用途に用いること加者が携行する端末とインフラ側や宅内に設置する端末ができる．通信プロトコルは IEEE802.15.4 をベースとの役割を変更した（表 1）．IC タグシステムでは，高齢したが干渉回避や同期方式は独自に開発し実装した．ユ者や支援者側がタグ機能を持つ IC タグを携行し，ネッ

地図上での
位置確認

位置マーカ

GPS

緊急ボタン

位置情報

（自宅・公共施設）

位置推定
サーバ

GPSからの
緯度・経度

音声通話

図5

3G網
ユビキタス端末
（外出時）

図4
表1

実証システムの構成

役割分担の変更（タグ機能とタグリーダ機能）
IC タグを利用した
システム

タグ機能
（ネットワーク
非接続）

ユビキタス端末

コンタクトセンター

ユビキタス端末を利用したシステム

高齢者，支援者側が携行 インフラ側，宅内に設置（IC タグを携行）（位置マーカを設置）

タグリーダ機能
インフラ側，宅内に設置 高齢者，支援者側が携行（ネットワーク（IC タグリーダを設置）（ユビキタス端末を携行）
接続）

位置マーカ

位置マーカ

USB 充電器

ユビキタス
端末（a）位置マーカを USB 充電器に接続した状態（b）位置マーカと端末を専用
クレードルにセットした状態

図6

位置マーカ

解説：ICT による安全・安心な地域社会づくりに向けた取組み〜岩見沢市の児童見守りの取組み紹介と高齢者サポート実証実験〜

109

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

インター
ネット

位置マーカID解説

ビキタス端末の操作はタッチパネルで行うが，高齢者が扱いやすいように，機能を絞った簡単な操作メニューとした．

4.5 検証実験と考察（1）概 要安全・安心分野の地域課題である，単身高齢者の安否

また，このユビキタス端末に対して位置情報を提供す確認に対して，地域の民生委員の活動負担減を支援する

る位置マーカを試作した．図 6 に位置マーカの概観をとともに，4.1 の高齢者からの二つの要望を満たす，サー示す．位置マーカはユビキタス端末に内蔵したものと同

ビスの社会受容性の検証を目的に実験を実施した．実験

じアクティブタグを内蔵しており，タグ機能として動作は，平成 22 年 12 月 23 日〜 翌年 2 月 28 日までのおよする．タグリーダ機能として動作するユビキタス端末は

そ 2 か月間，44 名の方の協力の下，実施した．

位置マーカが固定的に持つ設置位置を示す識別子を読み

本実証システムで実現した緊急連絡サービスに対し，取ることができる．宅内への位置マーカの設置，及び帰民生委員・高齢者・市職員を交えてヒアリング及びアン宅時の端末への充電といった利用シーンを考慮し，位置

ケート調査を行った．その結果として，携帯電話を利用

マーカが取付け可能，かつ，ユビキタス端末の充電も同することによる高度化したサービスの社会受容性を確認時に可能なクレードル型を開発した．

した．

（2）緊急通話時と連動した居場所通知機能（2）アンケート結果と考察

IC タグを利用したシステムでは，コンタクトセンター

図 7 にアンケート結果を示す．いつも持ち歩いてい側から高齢者側への連絡手段しかなかった．このシステる携帯電話を利用し，緊急時にはどこでも自分の居場所

ムに対して，本システムの新しい機能として緊急時にはが通知できるといったサービスのニーズが高いことが分

高齢者側から連絡を取ることができる．緊急時に高齢者

かった．また，緊急時や在宅が続くようなときのみ，信側から連絡を取る場合には，できるだけ少ない操作が求頼できる地元自治体にだけ自身の現在位置を通知するめられるため，ユビキタス端末上に専用の緊急ボタンをサービスは，高齢者のみならず支援者側の民生委員から

配置した
（図 5）
．この緊急ボタンをワンプッシュすると，も安心して利用できることが確認できた．

電話による音声通話ができ，同時に自分の居場所を自動

一方，もっと小型軽量なものを望む意見もあった．こ的にコンタクトセンターへ通知できる．

のことから，見守る側と見守られる側など利用者に応じ（3）位置情報取得に関する機能拡張て別の端末にするなどのカスタマイズが必要であると考利用者に対して煩わしい操作を軽減するために，利用えられる．

者の意思と関わりなく定期的な位置情報通知が必要とな

また，アクティブタグと GPS 機能を併用することにる．そこで，居場所検知手段としてアクティブタグによよる位置特定の効果を定量的に評価するために，別の検る位置特定と GPS 機能を併用することとした．これに証フィールドにて評価実験を実施した．フィールド上により，外出時であっても，居場所をコンタクトセンター

位置マーカを設置し，ユビキタス端末を携行した被験者へ通知することができるようにした．
本機能拡張にあた っては，GPS 機能だけでは定期起動による電力消費が大きくなるという潜在的な課題が想定された．一方，高齢者の生活スタイルを考慮すると，高齢者の 1 日当たりの在宅時間が平均 21 時間（3）となっている．このことから，在宅時はより消費電力の小さい
アクティブタグ通信を行い，外出時にのみ GPS 機能を使用することとした．具体的には，宅内設置した位置
マーカと通信しているときは，位置マーカから位置情報を受信（GPS 機能はオフ状態）し，位置マーカと通信で■ 緊急通報サービスのニーズに関する設問
今後，どのようなサービスが欲しいですか？（複数回答可）「欲しい」と答えた人の人数
緊急時に位置を知らせるサービス
あらかじめ登録した人の位置が分かるサービス
コールセンターからの定期的なお声がけサービス
外出時などに見守りしてもらえるサービス
市や地域からのお知らせサービス
運動アドバイスなどのサービス
その他

0

110

10

20

30

(人)

■ 緊急通報時の位置情報の有効性に関する設問
位置情報の通知を行う緊急通報ができると安心できますか？
？
（自分で通報する場合）

必要ない
15％

図7

位置情報の通知を行う緊急通報ができると安心できますか？
（緊急者の支援で通報する場合）
無回答 15％

無回答 13％

きない屋外にいるときだけ GPS 機能を起動することとした．

無料なら欲しい100 円までなら払っても良い
300 円
〃
500 円
〃
1000 円
〃

安心できる
72％

必要ない
10％

安心できる
75％

アンケート結果（緊急連絡サービス）

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

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これまでの検証成果を基に，既存の緊急通報装置や民
移動経路
（真値）

間主導による携帯端末を用いた各種相談，傾聴サービス

誤差：18.1 m（GPS 受信時）などのコンタクトセンターサービスを平成 24 年度から
アクティブタグ
受信（●）

能や健康増進に関する支援機能構築に向けた検証を継続

GPS 受信
（●）

GPS軌跡

開始する予定である．一方，外出時における緊急連絡機して行い，地域コミュニティサービスとしての効率的な運用体制を確立させる．このような取組みを通して，今誤差：18.4 m
位置マーカ（アクティブタグ受信時） （■）

図8

位置特定の定量評価検証が検出される位置と実際の位置とを比較した．図 8 に評
価実験結果として，上空から見た実際の移動経路とアクティブタグ利用時の位置及び GPS 受信時の位置を示す．
位置マーカ付近を通過時にはアクティブタグ通信を利用することにより位置誤差が 18.4 m 以下という値が得られた．一方，位置マーカ付近でない場所では GPS 機
能を利用して位置誤差 18.1 m 以下という値が得られた．
このことから，GPS 電波が受信可能な屋外や，宅内などの GPS 電波が届かないために位置マーカを設置してい後も引き続き，高齢者が安全・安心で快適な生活を送ることができる環境を目指し，積極的に地域サービスの向上を図る予定である．
文 献（ 1 ） 川上哲也， 高齢者の安心・安全サポートを目指した H20 年度実証実験， ユビキタスネットワーキン
グフォーラムシンポジウム，Oct. 2009.
（ 2 ） 川上哲也，横堀充，高原利幸，伊藤快，栗原紹弘， ア
クティブタグ内蔵端末を用いた高齢者サポート実証
実験， 2010 信学ソ大，SS62-63, Sept. 2010.
（ 3 ） 総務省・統計局， 平成 18 年社会生活基本調査，調査票 B に 基づく 結果生活時 間 編， http://www.stat.
go.jp/data/shakai/2006/index.htm，参照 March 5, 2011.

る箇所など，より広い範囲で居場所情報が正しく検出できることが検証できた．

5. む す び
岩見沢市では，平成 5 年から現在に至るまで，地域のICT 基盤の構築と，教育・医療・福祉・行政など広範な分野への ICT 利活用を促進してきた．安全・安心分野にビスに取り組んだ．その中で，高齢者側からの緊急連絡，より広い範囲での居場所把握といった要望を受けて，携帯電話を利用したシステム拡張を行った．住民参加型の実証実験を通して，参加頂いた高齢者や支援者の方々から本システム拡張に対する高い評価を頂いた．

1990 北海道岩見沢市に奉職．以来，情報化部門において，ICT 基盤や利活用システ
ムの構築等に携わり，現在，同市企画財
政部企業立地情報化推進室長として ICT の高度利活用による「住民生活の質的向上」「地域経済の活性化」を主題とした様々な施策を展開．

鹿谷征生
1996 東工大大学院理工学研究科修士課
程了．同年，
松下電器産業株式会社に入社．
放送ネットワークサービス等に関する研究開発に従事．現在，パナソニック株式会社
東京 R&D センター主任技師．ICT を利用したセンサネットワークに関わる研究開発に従事．

解説：ICT による安全・安心な地域社会づくりに向けた取組み〜岩見沢市の児童見守りの取組み紹介と高齢者サポート実証実験〜

111

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

おいて，IC タグを利用した児童及び高齢者の見守りサー

黄瀬信之

解

説

小特集：ホーム ICT の新たな展開

スマートハウスを構成する基本技術
三菱電機株会社 住環境研究開発センター
伊藤善朗 Yoshiaki Ito
小泉吉秋 Yoshiaki Koizumi 三菱電機株会社 住環境研究開発センター
中田成憲 Masanori Nakata 三菱電機株会社 住環境研究開発センター
矢部正明 Masaaki Yabe 三菱電機株会社 住環境研究開発センター

20％弱である（1）．HEMS 導入コストは，HEMS による

1. ま え が き

電気料金削減効果で回収可能なことが普及のための必要

環境への配慮や省エネルギー対応等のスマートハウス

条件の一つであると考えられる．

や，HEMS（Home Energy Management System）への期

また，既築住宅にも広く HEMS を導入するには，配待が高まっている．HEMS という概念は決して新しいも線工事を不要にするなど設置コストや設置作業の簡易化のではない．1980 年代後半には Home Automation シスが必要である．更に，家庭には既に種々の家電機器が導テムと呼ばれ，2000 年代初めには HEMS を用いた大規

入されており，HEMS 導入のためにこれらを新製品に．しかしながら，HEMS

買い替えることは現実的でない．既存機器も HEMS のの実現コストとそれに見合うユーザベネフィット，ある

モニタ／制御の対象として取り込める仕組みが必要であいは既築住宅／ 既存機器への対応の困難さなどのため，る．これら，HEMS 実用化に向けた課題を表 1 に整理す

現状では大きく普及するには至っていない．

る．機器自体の低コスト化，設置・調整費用の低減，既模な実証実験が行われてきた（1）

一方，2011 年 3 月の東日本大震災以後，人々の意識は大きく変化し，喫緊の節電やエネルギー自給，万一の際設住宅・ 既存機器への対応が HEMS 普及のための大きなハードルとなっている．

の安全・安心機能への要求が高まり，これらの機能を搭載したスマートハウスやそれを具現化する HEMS への期
待が急速に高まっている．本来，家庭内の電力消費や発表1
課HEMS 実現のための課題

題

内

容

電などのエネルギー管理を主体とする HEMS であるが，コスト低減

HEMS 導入コストが，リーズナブ
ルな期間で回収可能か？

インターネットを介して各種社会インフラストラクチャ

設置・調整
コスト低減

新築・既築住宅に，簡単に設置・調整工事ができるか？

と接続され，エネルギー需給調整への対応など社会イン
フラストラクチャの一部としても期待されている．

既存機器対応既存機器を HEMS の対象とするこ（マルチベンダ対応が必要） とが可能か？

本稿 2. ではこれら HEMS 実現上の課題を，3. ではこれらを解決した実現例として大船スマートハウスの概要を示す．4. では，個々のブレークスルー技術に関する概要を述べる．

3. 大船スマートハウスの概要
三菱電機株式会社では，2010 年からスマートグリッ

2. HEMS 実現の課題

ドに関する実証を尼崎・和歌山・大船で開始した（2）．実証は，供給，配電，需要家技術の全域をカバーするもの

HEMS 実現には，家全体を統合管理する HEMS コン

で，供給から需要に至る運用を含む技術確立を行い，低トローラ，家電機器をホームネットワークに接続する家

炭素社会実現への貢献を目指している．スマートグリッ

電機器アダプタ，宅内外の各種状態をモニタするセンサ

ド対応の実証ハウスとして建設した大船スマートハウス

等の導入費用が必要とされる．一方で，HEMS で実現可の外観を図 1 に，実証項目を表 2 に，主な住宅仕様，主

能な省エネは，過去の実証実験結果から見て，せいぜい要設備を表 3 に記載する．

112© 電子情報通信学会 2012

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

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スマートハウスに設置される住宅・制御設備のほか，各
種環境条件におけるエネルギー消費を計測するため，天候，温熱，電力などの各種計測設備が設置されている．

4. ブレークスルー技術
大船スマートハウスに導入したブレークスルー技術を
図1

項

項

期

大船スマートハウス外観

表2

大船スマートハウス実証項目と概要

目

内

容

1．HEMS 実現技術の確立
HEMS コントローラ
ホームネットワーク
生活パターンセンサ
家電機器アダプタ
2．CO2 ゼロエミッション実現のためのエネ
ルギー管理モデルの構築

目2010 年
2011 〜 12 年

間

設備構築・実証実験開始
実証実験・評価

以下に概観する．大船スマートハウスにおける HEMSの構成を図 2 に示す．
HEMS は，発電・ 蓄電・ 放電など宅内の電力を制御するパワーコンディショナシステム，宅内に設置されたセンサ情報に基づき各種機器を最適制御する住設機器
制御システム，宅外サービスとの連携機能を提供する
ホームゲートウェイシステムの三つのサブシステムで構成される．これらのサブシステムを相互接続することで，宅内の省エネ，節電制御，宅外との連携による高齢者の見守りサービスなどの安全・ 安心機能など種々の機能を実現する．新築・ 既築を問わず容易に導入可

表3

大船スマートハウス住宅仕様と設置機器能なことを目指し，900 MHz 帯域無線を用いたワイヤレスホームネットワークと，専用ワンチップによる組込

項

目

内

面

積

建築面積：124 m2，延べ床面積：223 m2

容

建築工法

2 × 4 工法（オール国産材）

間取り

各階別の 2 世帯住宅
1 階：1LDK ＋インドアガレージ
2 階：3LDK

住宅性能 Q 値（熱損失係数）：1.43 W/m2・K（実測値） C 値（隙間相当面積）：1.86 cm2/m2

住宅設備

・分散／集中型換気・空調システム
・高効率ヒートポンプ機器
・太陽光発電（一部太陽熱利用）
・LED 照明・電気自動車，蓄電池
・HEMS
・ホームゲートウェイ
・パワーコンディショナ

計測設備

・宅内温熱環境計測システム
・電力計測（発電，蓄電，消費）システム
・配線システム（交流，直流）

可能 な ECHONET（Energy Conservation and HOmecare
NETwork）規格（10）に準拠した家電機器アダプタ等により構成した．
＜住宅内＞＜宅外＞

自然エネルギー利用（
自然エネルギー利用（ 太陽光／熱・自然風）
太陽光／熱・自然風）
蓄電
蓄電

太陽光発電システム

環境センサ
ロスナイ
換気システム

電気自動車
蓄電池

電動窓

電動ブラインド

LED照明
電灯線

電力供給
電力供給
生活パターンセンサ（電力計測，機器検出）

通信線

レンジグリル
IHクッキングヒータ

HEMSコントローラ

エアコン

エコキュートヒートポンプ
温水床暖房

蓄熱
蓄熱

ホームゲート
ウェイ

宅外連携
宅外連携

TV
PC

大船スマートハウスは，自立循環型住宅のガイドラ
イン（3）に準拠した高気密・高断熱住宅である．住宅及

放熱・
遮蔽
放熱・ 遮蔽

発電
発電

パワーコンディショナ

図2

機器制御アダプタ（900 MHz帯無線通信）

大船スマートハウス設置の HEMS の構成

び設備の基本性能は，（ 独）建築研究所坂本雄三理事長
監修の下，基準を満足することを確認した．

4.1 HEMS コントローラ

住宅は，宅内エネルギーの融通等の実験に対応できる

HEMS コントローラへの主要な要求仕様を表 4 に整ように 2 世帯住宅（1 階：高齢者二人，2 階：若年四人理する．コスト制約の厳しい組込みハードウェア上に，世帯）として設計し，各フロア独立して動作する設備・

リアルタイム性の強い三つの機能を実装することは難し

システム設計とした．大船スマートハウスには，通常のく，HEMS コントローラのコストアップの大きな要因に

解説：スマートハウスを構成する基本技術

113

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

制御設備

み形低コスト HEMS コントローラ，既存機器にも対応

解

説
表4

HEMS コントローラ主要要求仕様

機

能

概

要

通

信

ホームネットワークとの通信制御機能

制

御発電／蓄電，電力消費等の状況を把握し，予測し，最適制御する機能

表示

情報をユーザに提示し，操作を受け付ける機能

−55
−60
−65
−70
−75
−80
−85
−90
−95

大船スマートハウス１階電波強度なっていた．
前記課題解決のために， 表 4 に示す HEMS コント

送信端

A

ローラに必要となる周辺機能（ 通信デバイスの接続，表示素子接続， 音・ タッチパネル・ スイッチなど操作デバイス接続の機能）と最も処理負荷の重い液晶パ
大船スマートハウス２階電波強度

ネル等の表示素子への描画処理をハードウェア化した
HEMS コントローラ用専用ワンチップ LSI（Large Scale

−55
−60
−65
−70
−75
−80
−85
−90
−95

図4

900 MHz 帯域無線ホームネットワークの通信性能．更に，同チップ上で動作す（4）Integration）を開発した

る省メモリ GUI（Graphical User Interface）ライブラリては，専用線，無線，電力線搬送通信などが想定されるを開発することで，HEMS コントローラのハードウェ

が，配線・設置工事，調整の容易性の視点からは，無線

アの大幅な低コスト化を実現した（4）．また，手間のかか方式が優位（6）であると考えられる．

る GUI 画面のソフトウェア実装に関しては，PC 上の開現状国内で適用可能な無線帯域としては，2.4 GHz 帯

発支援ツールを提供することにより，従来比 1/5 の工数

域（ZigBeeTM，無線 LAN など），900 MHz 帯域が利用

で HEMS コントローラ用の GUI ソフトウェア実装を可可能であるが，本システムでは通信距離や障害物に対能とし，開発コストも併せて低減した．

する回り込み性能など，宅内通信に優れた特性（6），（7）を（4）

直接的にホームネットワークに接続することが難し
い既存の家電機器やコスト制約の厳しい一部照明機器，

有する 900 MHz 帯域を用いた無線ネットワークによりホームネットワークを構成した．

センサなどは，HEMS コントローラに設けた汎用入出大船スマートハウスにおける通信性能の実測結果を図力に接続し， これらの入出力間の関連を HEMS コン

4 に示す．図中 A を送信端に，中継局なしに宅内での良トローラ上で自在にプログラミング可能とすることで好な通信が可能であり，ホームネットワークとして十分

HEMS の適用対象機器を拡大した（図 3）．

な性能を有することを確認した．

ECOチェック

決定通信
インタフェーススイッチ
コントローラ

いつ使用されたかという情報が重要であるが，各家庭で

画像伸張
エンジン
CPU

スピーカ

戻る

エネルギーを効率的に管理するには，どういう機器が

液晶コント
GUI
エンジン
ローラ
タッチ
パネル

メニュー

4.3 生活パターンセンサ

GUIチップ液晶

MITSUBISHI

入力
・センサ等

出力
・照明
・空調

運転/停止

の機器使用実態は多様で，これを把握することは困難と

音コント
ローラ

ROM

通信コント
ローラ

されてきた．本解決のために，分電盤に一つのセンサをRAM設置するだけで，電力を計測するとともに主要機器の使用状況を検出する生活パターンセンサを開発した（8）．生図3

HEMS コントローラ構成とその専用チップ

活パターンセンサの外観と機器の使用状況の同定原理を
図 5 に示す．機器動作時に流れる特有の消費電流波形を

4.2 ワイヤレスホームネットワーク

あらかじめ識別子として学習しておき，電力を計測する

HEMS 導入におけるもう一つの課題は，設置エンジニとともに，パターン認識によりリアルタイムに機器動作

アリングコストである．ホームネットワークの候補とし
114

状態を同定する．
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

TopicsReviewsof Emerging
Technologies
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家電ごとに異なる高周波電流
家電ごとに異なる高周波電流

エアコン対応
プログラム

分電盤

計測電流

照明

エアコン

未登録

登録

インタプリタECHONET
ミドルウェア

IHクッキング
ヒータ

図6

生活パターンセンサによる機器運転の検出原理

機器制御アダプタ

無線
モジュール

登録

機器の稼働を検出

図5

IT 端子（シリアルインタフェース）
ECHONET 規格化

ダウンロード

家電機器アダプタの構成

ラムは，エンジニアリングの形態により，家電機器からダウンロードする方法，設定機からダウンロードする方

表5

生活パターンセンサの評価試験結果
正解率（％）
単体

複法，インターネット経由でダウンロードする方法の 3 種類の方法を選択可能とした．

合

掃除機

100.0

99.4

IH クッキングヒータ

100.0

98.1

オーブンレンジ

100.0

98.4

エアコン

100.0

95.4

5. む す び
これら HEMS 実現技術を適用した HEMS を構築し，
大船スマートハウスに設置した．2011 年 7 月より，CO2

本センサを実際に人が居住する家庭 5 軒に設置し，生活パターンセンサとしての性能を評価した（8）．評価結果

ゼロエミッションの実現性，及びシステムの有用性確認のための実証実験を本格的に開始している．

を表 5 に示す．ここでは，機器を動作させた時刻に，生HEMS コントローラには，発電・蓄電・蓄熱，負荷制

活パターンセンサで正しく動作を検出できた場合を正解

御，放熱などの制御対象を，自然エネルギー（太陽光／としている．単体試験とは，表 5 の機器をそれぞれ単独熱，風），各戸生活パターンの変動に合わせて，最適制で動作させた場合の正解率，複合試験とは，複数の機器御するためのエネルギー管理モデル（図 7）を搭載してを恣意的に組み合わせ，操作した場合の機器同定の正解いる．図 7 中，太線はエネルギーフローを，破線は制御率を示している．これら試験により実フィールドにおい対象要素への制御フローを示す．HEMS では，発電・て，十分な性能を持つことを確認した．

蓄電，機器稼働など状況把握や，天候など宅外からの情

4.4 家電機器アダプタの計画的，効率的利用を行う．

家電機器をホームネットワークに接続するための汎用性の高いアダプタを開発した（5）．家電機器アダプタは，

太陽エネルギー

家電機器に設けられた端子に接続され，各機器をホー
ムネットワークに接続可能とするものである．コマン
ド・通信手順等のネットワーク仕様及び家電機器接続端子仕様は，ECHONET 規格（9） に準拠することで，複数

温水・躯体

自然風

メーカーの機器にも対応可能とした．更に，家電機器ア
ダプタに小形のインタプリタを搭載し，家電機器接続時に，家電機器コマンドと ECHONET コマンドの変換プ

負荷

蓄熱

家電住設機器放熱

解説：スマートハウスを構成する基本技術

蓄電

パワー
コンディショナ

蓄電池

自然循環

サービス
プロバイダ

計測
計測
天候等

予測
予測

制御
制御
売買電

ＨＥＭＳ

電力供給

ログラムをダウンロードすることで，種々の機器に対応することができる汎用性を実現した（図 6）．変換プログ

発電

図7

エネルギー管理モデル

115

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

報に基づき将来の宅内の需要・供給状況を予測し，電力解説
Sato, Practical solution for constructing ubiquitous＜CO2排出量＞
100

network in building and home control system,
1392, April 2007.

機器の高効率省エネ化
約55％

IEEE

Trans. Consumer Electronics, vol. 53, no. 4, pp. 1387-

自然エネルギー活用

その他
（調理）

（ 7 ） 小泉吉秋，峯澤聡司，遠藤聡， 950MHz 帯の宅内

HEMSによる削減

電波伝搬特性， 2010 信学ソ大，BS-8-2, Sept. 2010.
（ 8 ） N. Kushiro, M. Katsukura, M. Nakata and Y. Ito， Non-

太陽光発電
による削減

換気

intrusive human behavior sensor for health care system,
Human Computer Interaction International Conference,

冷房0％

従来の一般住宅

Sept. 2009．
（ 9 ） エコーネットコンソーシアム， エコーネット規格，

大船スマ一卜ハウス

http://www.echonet.gr.jp/spec/index.html
CO2 ゼロエミッション実現性見込み（机上計算）

図8

高気密・高断熱，最新の高効率機器の導入による省エ
ネ 45％，HEMS 導入（自然エネルギーの有効活用，省エネ最適制御）により 10％強の削減を見込んでいる．この差分を太陽光発電により補完することで CO2 ゼロエ
ミッション住宅の実現を見込んでいる（図 8）．
本編に記載したブレークスルー 技術の適用により，HEMS が大規模に市場普及し，社会の節電・省エネ，安伊藤善朗
1986 中大・理 工・電気電子 情 報 通 信卒．
同年，三菱電機株式会社入社．現在，同社住環境研究開発センターシステムエンジ
ニアリング部部長．ビル，住宅等設備機器のネットワーク，システムの開発に従事．
電気通信主任技術者，防犯設備士．

全・安心システムの実現に寄与できることを期待する．

小泉吉秋
謝

辞
住宅建築においては三菱地所ホーム株式会社に，またHEMS コントローラ用専用チップ開発に際しては，セイ
コーエプソン株式会社に御協力を頂いた．ここに謹んで1991 慶大・理工・電気卒．同年，三菱電機株式会社入社．現在，同社住環境研究
開発センター伝送ネットワークグループマ
ネージャー．ビル，住宅等設備機器のハードウェア開発，ネットワーク開発に従事．

感謝の意を表します．

中田成憲

文 献
（ 1 ） 若菜理恵， 三菱電機の HEMS， 電気と工事，vol.
44, no. 1, pp. 34-40, Jan. 2003.
（ 2 ） 三菱電機広報， スマートグリッド事業について，
http://www.mitsubishielectric.co.jp/news/2010/0517-1.pdf（ 3 ）（財）建築環境・省エネルギー機構， 自立循環型住宅， http://www.jjj-design.org/project/index.html（ 4 ） 久代紀之，中田成憲，勝倉真，小泉吉秋，向井卓也， 組
込み型 GUI プロダクトライン開発への実践的アプ
ローチ， 組込みシステムシンポジウム，Oct. 2009.
（ 5 ） Y. Koizumi, T. Ito, S. Suzuki, Y. Ochiai, and N. Kushiro,
Program downloadable adaptor for home network,

IEEE

Trans. Consumer Electronics, vol. 53, no. 2, pp. 357-362,

1994 東工大大学院総合理工学研究科博
士前期課程知能化学専攻了．同年，三菱
電機株式会社入社．現在，同社住環境研
究開発センターシステム技術グループマ
ネージャー．ビル，住宅等設備機器のシステム設計，ユーザインタフェース設計
に従事．

矢部正明
1997 埼玉大大学院理工学研究科博士前期
課程環境制御工学専攻了．同年，三菱電機株式会社入社．現在，ビル，住宅等設備機器のネットワーク，システムの開発に従事．

Feb. 2007.
（ 6 ） N. Kushiro T. Higuma, M. Nakata, H. Kubota, and K.

116

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

解説論文

Topics of Emerging
Technologies
小特集：ホーム
ICT の新たな展開

様々なホーム ICT サービスの創造基盤～ホーム ICT 基盤～
The Creative Foundation for Various Home ICT Services 〜 Home ICT Platform 〜

山田辰美 Tatsumi Yamada
小林英嗣 Eiji Kobayashi

矢原大司 Taishi Yahara
山崎育生 Ikuo Yamasaki

†1

†1

†2

Summary†3

近藤重邦 Shigekuni Kondo
湊 賢治 Kenji Minato†1†2

ホーム ICT（Information and Communication Technology）基盤とは，新しいホーム ICT サービスを実現するために必要となる様々な共通機能を基盤として提供することで，迅速なサービス導入，サービス開発コストの低減などを実現する基盤技術である．本稿では，ホーム ICT サービスを創造するための基盤であるホーム
ICT 基盤に関する研究開発の取組みについて紹介する．

Key words

ホーム ICT，ソフトウェア配信，OSGi，HGW，バンドル

能について述べる．3. ではホーム ICT 基盤のコア技術で1 まえがきある OSGi（Open Services Gateway initiative）について概一般家庭内や事業所などのオフィス内には， 多種説し，4. ではホーム ICT 基盤のソフトウェア配信機能に多様の宅内機器が あ る ． ホ ー ム ICT（Information andついて詳説する．5. では，ホーム ICT 基盤に関わる標準

Communication Technology）基盤は，これら多種多様な機化について述べ，最後にまとめる．

器がネットワークに接続された環境において，簡単・安心・安全・便利に利用できるサービスを実現する基盤である．ここで想定しているのは基盤に接続されている機2 ホーム ICT の目指す世界

器を連携させて，ホームセキュリティや，家電の電源管

最初にも述べたようにホーム ICT は，誰もが安心・安理・ 制御など，家庭内で有用な様々 なサービスである．

全・簡単・便利に宅内機器とホームネットワークサービ

NTT サイバーソリューション研究所では，従来から研究スを利用することができる快適で豊かな生活の実現を目指開発を続けているソフトウェア配布・管理技術をコア技している．ユーザや宅内機器にとって，宅内と宅外が簡単術とした，ホーム ICT 基盤の研究開発に取り組んでいる．

かつ安全につながることが当たり前の世界，そのような世

ホーム ICT への取組みについては，世界のキャリアにお界を実現する様々なホーム ICT サービスを推進するため，（1）いても取組みが進んでいる．例えば北米では Verizon

ホーム ICT 基盤の研究を行っている．2.1 では，従来より2011 年 10 月にサービスを開始した．また，同様な取組

NTT で検討・研究開発を続けてきたコア技術に基づいて（2）

みをヨーロッパでもドイツ・テレコム

が E.ON，EnWB

開発し，より便利な世界の簡単な実現を目標としているという電力・ ガス会社，及び eQ-3，Miele という住設会

ホーム ICT 基盤のグランドデザインについて説明する．

社と連携したサービス提供について公開している．
本稿では，NTT で研究開発を行っ ているホーム ICT

2.1 ホーム ICT 基盤コア技術のグランドデザイン

基盤について解説する．2. ではホーム ICT のグランドデ

ホーム ICT 基盤は，宅内機器を接続するホームゲート

ザインとその実現のためにホーム ICT 基盤が持つべき機

ウェイ（Home Gateway，以下，HGW）及び HGW 内のソ
フトウェア群と，ネットワーク上のホーム ICT 基盤サー

†1 NTT サービスエボリューション研究所，神奈川県
NTT Service Evolution Laboratories, NTT Corporation,
Yokosuka-shi, Kanagawa 239-0847, Japan†2 NTT 未来ねっと研究所，神奈川県
NTT Network Innovation Laboratories, NTT Corporation,
Yokosuka-shi, Kanagawa 239-0847, Japan†3 NTT 東日本株式会社ネットワーク事業推進本部研究開発センタ，東京都
R&D Center, Network Business Headquarters, NTT East Corporation,
Shinjuku-ku, Tokyo 163-8019, Japan

解説論文：様々なホーム ICT サービスの創造基盤～ホーム ICT 基盤～

バにて構成されている（図 1）．ホーム ICT 基盤は様々な分野の複数のホーム ICT サービスを実現するため，個々のサービス事業者や機器メーカーの課題や要望を解決す
るのみでなく，以下に示す四つの技術コンセプトで開発を行っている．
© 電子情報通信学会 2012

117

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

が

解説論文
になってしまう．そこでホーム ICT 基盤では，ユーザご
ホーム ICT
サービスソフトウェアのサービス事業者 ダイナミックな配信・管理

HGW による一元制御
ホームパネル

ホーム ICT 基盤
ホーム ICT
基盤サーバ

ネットワーク
OSGi
バンドル

通信機能を基盤で提供

プリンタ

HD カメラ

OSGi
フレームワーク

OSGi
バンドル

図1

HGW

監視カメラ
カメラ
ドアホン

メディアサーバ（HD レコーダ）
ディジタル
TV

多様な宅内機器プロトコル
への対応

ホーム ICT 基盤コア技術のグランドデザイン（1）多様な宅内機器プロトコルへの対応とに各々が必要とするソフトウェアモジュールをダイナミックに配信・管理することで，HGW のリソース効率化を図る．また，共通的に利用できるソフトウェア機能のインタフェースを共有することで，ホーム ICT サービ
ス開発コストの低減を図る．併せて，客がサービス利用に際してのソフトウェアのインストール等の作業をなくすことを実現する．
（4）通信機能を基盤で提供
ホーム ICT サービスに必要となる通信機能を，サービ

宅内機器には様々な製品があり， その通信インタス事業者や機器メーカーが開発するのでは，やはりサーフェ ースやプロトコルは多種多様である．従来の電話

ビス開発コストが上がってしまう．例えば，宅内機器にサービスのように，通信事業者がネットワークインタ

何かの反応があった場合にメールを送信するサービスを

フェースを規定し，それに合わせて機器メーカーが対応考えた場合，宅内機器自体にメールクライアント機能を機器を作る形態では， ホーム ICT サービスで利用でき

実装しなければならず，また，その機能はメール送信以

る機器が限定されてしまう上に，対応機器の開発コスト

外のことはできないものになってしまう．しかし，通信の上昇により製品の販売価格が上がることが予想され事業者が基盤機能として提供することで，サービス事業る．そこで，ホーム ICT 基盤では，宅内機器ごとに異な者や機器メーカーのサービス提供コストを低減し，ホーるプロトコルを HGW の OSGi バンドル（ソフトウェア

ム ICT サービス提供への障壁を排除する．例えば，宅内

モジュール）で吸収し，機器が既に実装しているインタ

機器自体に何かを知らせる共通的な機能さえ搭載していフェースに基盤側が合わせる，という形態をとることで，れば，誰宛にメールをいつ送信するなどのサービス動作

ローコストで多様な宅内機器の連携を実現する．併せて，はホーム ICT 基盤側のプログラムで実現することが可能

客にとって初期設定などの煩雑な作業の軽減を図る．

である．

（2）HGW による一元制御
ホーム ICT サービスごとに機器を終端するためのゲー

2.2 では， このグランドデザインに基づき， ホーム
ICT 基盤が持つ四つの機能について説明する．

トウェイ装置が存在する状態では，宅内に複数のゲートウェイ装置を設置する必要があり，不便な上に専用ゲー

2.2 ホーム ICT 基盤の機能

トウェイ装置分のコストがホーム ICT サービス利用料

ホーム ICT 基盤は，OSGi をコア技術とし，四つの機金として加算されることとなる．ホーム ICT 基盤では，能により実現する（図 2）．これらの機能により，ユーザ

サービスごとに異なるゲートウェイ装置を一つに集約にとってネットワークを意識させることなくサービス利し，ゲートウェイ内で事業者用ソフトウェアの多重化を用できること，サービス事業者や機器メーカーにとって実現することで，利便性向上とサービス開発コスト低減を図る．

外出先・宅外
ユーザ操作機器（ウェブ画面等を利用）（3）サービスソフトウェアのダイナミックな配信・管理
ホーム ICT サービスは多分野にわたり， 宅内機器も多種多様である．そのため，宅内機器のプロトコルもサービス
事業者サーバ

アクセス画面機能
通信管理機能種類が多く，サービスごとのプログラム動作内容も多種

自宅

ソフトウェア管理機能

多様となる．このように数多く存在するプロトコルと各サービス内容を実現するプログラムを全て HGW に搭載

宅内のネット
ワークに接続する機器

機器管理機能ネットワークホーム ICT 基盤サーバ

HGW

ホーム ICT 基盤

すると，HGW 自体がハイスペックなマシンとなり，一般家庭に設置することが非現実的な，コストの高いもの

図2

118

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

ホーム ICT 基盤の構成と機能

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papers

ネットワーク機能を意識させることなくサービス提供が的に宅内端末を操作する場合や，リモートサポートなどできること，その双方を実現する．ホーム ICT 基盤では，でも利用が可能である．

基盤の提供するインタフェースを使うことで各基盤機能（4）ソフトウェア管理機能

を非常に簡単に利用することができるようになる．
（1）アクセス画面機能

各家庭内で異なる必要なソフトウェアを動的に配信，管理する機能である．ホーム ICT サービスを効率的に実ユーザが宅内機器を操作するための画面などを表示す現するためには，①低コストでのシステム構築，②宅内る機能である．宅内機器の発見結果や操作結果，現在のごとに異なるソフトウェアの柔軟かつ動的な管理が必要

利用機器情報などもユーザへ表示する．ユーザは携帯電となる．これらの要件を満たすため，ホーム ICT 基盤で話や PC などで，本機能が提供するアクセスページへア

は，HGW 上のソフトウェアを OSGi 標準に準拠するソ

クセスし，宅内端末への操作命令や各種情報の確認など

フトウェアモジュ ールとして構成している．特に OSGiを行える．また，サービス事業者はホーム ICT 基盤のは Java に基づくため， ハードウェアや OS（Operating

サーバインタフェースを通じて，同様なウェブページを

System）に依存せずソフトウェアを開発することが可能

構築することも可能である．

であり，また，OSGi の特徴であるソフトウェアモジュー（2）機器管理機能

ル化の仕組みによりライブラリの活用などソフトウェア

宅内ネットワークに接続された機器の効率的な発見をの再利用性が向上するため，低コストでホーム ICT サー行う機能と，該当機器が利用するホーム ICT 基盤上の機

ビス用のプログラムを開発することができる． 更に，能をマッピングして管理する機能である．特に機器発見

OSGi では，OSGi フレームワーク（以下，OSGiFW）上の方法については様々な方法があるが，後述するソフトで動作するソフトウェアモジュ ールの追加・ 削除・ 起

ウェア管理機能を用いることで，適宜最適な発見方法や動などを，再起動することなく行うことができる．そのプロトコル群を追加・変更することができるため，世のため，ホーム ICT 基盤により HGW を再起動することな中で次々と発売される機器に柔軟に対応することが可能

く遠隔から行うことができ，ユーザの手を煩わせず，他である．宅内機器を発見した後は，どの機器がどのサーサービスに影響を与えない．

ビスで利用対象であるかを管理し，サービス利用対象機器に対して利用するホーム ICT 基盤利用機能のマッピン
グを行う．
（3）通信管理機能
ホーム ICT サービスの提供に必要とされる各種通信

ホーム ICT 基盤は，これら四つの機能をセンタ側の設置されるホーム ICT 基盤サーバと各家庭に設置される
HGW とを連携させて実現する．3. では，ホーム ICT 基
盤のコア技術である OSGi について概説する．

機能を提供する機能である．今まで各機器への制御命令器のプロトコルに合わせたメッセージを作成し，宅内機

3 OSGi器へ信号を届けるための通信路の確保を行う必要があっ

OSGi（3） は，OSGi Alliance により標準化されている

た． しかし， ホーム ICT 基盤の通信管理機能を利用す

Java をベースとしたソフトウェアのモジュール化を実現ることで，各宅内端末の持つ各プロトコルの差異はホーする汎用な「ソフトウェアコンポーネント技術」である．

ム ICT 基盤で吸収され， 宅内端末との命令の送受信を1999 年の OSGi Alliance 設立当初はホームネットワーク

HGW が命令に適したプロトコルを利用できる．これににおける利用を主な適用域として誕生した技術だ っ たより，サービス事業者や機器メーカーは，サーバや機器が，その汎用性から現在では多様な分野において利用さの通信プロトコル用プログラム等を開発することなく，れている．

ホーム ICT サービス用の通信の実現が可能となる．本機
能による通信は，サービス事業者サーバやユーザの認証

3.1

後に行うことで，安全な通信を実現する．また，本機能

この OSGi はホーム ICT サービス実現にとって重要なはユーザが利用するだけでなく，サービス事業者が能動課題である「多様性にいかに効率的に柔軟に対応するか」

解説論文：様々なホーム ICT サービスの創造基盤～ホーム ICT 基盤～

OSGi 誕生の背景

119

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

等の送信は，サービス事業者や機器メーカーが自ら各機

解説論文を背景に生まれた技術である．多様性といっても様々な

そのプロセス上で Java 言語により記述されたミドルものがある．特にホーム ICT サービスを実現する上で，ウェアである OSGiFW が動作する．この上に，複数の考慮しなければならない多様性としては以下のようなも

OSGi バンドル（ 以下，バンドル）をインストールしてのが挙げられる．

実行する．バンドルとは，OSGi におけるソフトウェア

多様性① ホームネットワーク機器の多様性：制御対コンポーネントの単位であり，複数のファイルをまとめ象となる宅内機器は様々 なベンダにより製造され，た JAR フォ ーマットによ っ て構成されている．バンド

多様化する．

ルには通常，（1）Java プログラムであるクラスファイル，多様性② ホームネットワーク技術の多様性： 宅内（2）バンドルのメタ情報を記載したマニフェストファイ

機器が具備するホームネットワーク技術も， 古くルが含まれる．また，場合により Java ライブラリ（JAR

（4）

（5）

，Jini

は UPnP（6），LonWorks， そして HAVi や（7）

ECHONET（8）， 最 近 で は Bluetooth（9），Zigbee，（10）

イティブプログラム，HTML ファイル，ドキュメントなどのリソースファイルなどを含むことが可能である．

など多様化している．

ZWave

フォーマット），OS に依存する C 言語などで書かれたネ

多様性③ ホーム ICT サービスの多様性： サービス

OSGi は Java 言語を採用していることにより，一度開事業者も多様化し，提供されるホーム ICT サービ

発したバンドルは， 対象となる機器のプラットホーム

スも多様化すると予想され，同じ機器をいろいろ（ハードウェア，OS 等）が異なっても，全く修正せずになホーム ICT サービスで利用したいと考えるよう動作させることが可能となる．つまり，バンドルは OSになる．

を問わず，再利用することが可能になる．

多様性④ エンドユーザが利用するサービスの多様性：

更に，OSGi では，バンドルはネットワークを介してエンドユーザが利用するホーム ICT サービスの組合サーバから適宜機器にダウンロード・ 実行することがせも多様化する．

できる．制御対象の宅内機器や，利用したいホームネッ

上記多様性①〜④に柔軟に対応するために，HGW に高トワーク技術，ホーム ICT サービスに応じて，OSGiFW

いソフトウェアモジュール性を持たせ，かつネットワー

上で動作させるバンドルを変えることにより，HGW のクを用いてそのモジュールを容易に配信できる技術「ソフハードウェアを交換することなく多様性①〜③に対応可

トウェアモジュール化技術」として OSGi が誕生した．

能となる．また，利用するホーム ICT サービスに応じて，ユーザごとに動作させるバンドルの組合せをカスタマイ

3.2

ズすることにより，多様性④への対応も可能となる．

OSGi の構造

OSGi の基本構造は図 3 のようになり，OS 上で Java

また，OSGiFW は， 要求に基づきバンドルのインス

Virtual Machine（JavaVM）がプロセスとして実行され，トールや起動，停止，更新等のライフサイクル制御を行う機能をはじめ，バンドル間で連携するための仕組みや，

OSGi フレームワーク（J2SE/J2ME）Java バーチャルマシン
（Linux, Windows 等）
OS
ハードウェア

4. では，2. で述べた四つの機能うち，ソフトウェア管
UPnP Device Service

XML Parser Service

HTTP Service

Log Service

自動車制御

Service Tracker

例

ネットワーク制御

Permission Admin

例

家電機器制御バンドル

例…

セキュリティ機能などを提供する．

基本サービスバンドル（OSGi 仕様で規定）

Package Admin

アプリケーションバンドル（用途に応じて開発・利用）

理機能について詳細に説明する．
…

4 ソフトウェア管理機能
ソフトウェア管理機能は，ユーザがサービスを利用する際に必要なバンドルをユーザの HGW に配布することにより，ユーザの手を煩わせずにサービスを提供することを可能とする．また，サービス提供者は，ソフトウェ
ア管理機能を利用することにより，サービス利用ユーザ

図3

120

OSGi を搭載した HGW の構成例

に対してバンドルを個別に渡す必要がなく，タイムリー
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papersめ，ユーザが電源を切ったり，乱暴な扱いによって壊れにサービス提供を可能とすることができる．
ソフトウェア管理機能は HGW にバンドルを配布するたりすることが想定される．バンドル配布機能はこのよ「バンドル配布機能」と HGW で提供するサービスの提供

うな特性を踏まえて，以下で述べるような設計を行う必の可否並びに提供サービスに必要なバンドル情報をハン

要がある．

ドル配布機能に提供する「サービス管理機能」の二つの①

HGW 側にはマスター 情報を持たせない

HGW機能に大別される．以下の節で，それぞれの機能についはユーザの家庭内に設置され，定期的な保守や，デーて説明する．

タバックアップを行うような仕組みを持っ ていない．
また，突然の停電や，ユーザによる電源オフによって，

4.1 バンドル配布機能

処理途中のデータの整合性が担保できなくなる可能性

バンドル配布機能は， ユーザの利用サービスに応じがある．

てそれぞれの HGW に必要なバンドルを配布する機能

このため，ユーザの契約情報やそれに基づくバンド

であり，バンドル配布サーバ（ ホーム ICT 基盤サーバ）

ル情報のマスタデータはサーバ側で管理し，HGW がと HGW 内のバンドルの一つであるバンドル配布エー

故障した場合や，HGW 内のデータ整合性が取れなくジェントで構成される（図 4）．

な っ た場合には，HGW 取替えや，HGW の情報をリセットして工場出荷状態に戻すことにより，正常な処==オペレータ端末

バンドル
配布サーバ

UDP

Java API

バンドル

SOAP

② ユーザ管理機能を分離=

http, https 等

=

ウェブ
ブラウザ

理への復旧を行うことを可能とする．
バンドル配布エージェント

外部サーバ（サービス管理機能等）

連絡先，加入サービス，課金情報，料金支払い状況」などといった，ユーザ情報は，バンドル配布機能以外

OSGi FW
JVM
OSのサービスも含めて，一元的な顧客データ管理機能として実現する．ユーザ管理機能は，運用する会社・部

HGW

図4

署・ビジネスモデルによって要件が様々に変化する．

バンドル配布機能の概要

このような変化に対応するために，バンドル配布機能
ではユーザ管理機能を持たせずに，外部システムとの（1）バンドル配布機能の特徴
バンドル配布機能は，サービスに必要なプログラムをバンドルにすることで，更新対象でない他のサービスを停止せずにプログラムファイルの更新を可能とし，個々のユーザの「名前，住所，

汎用的なインタフェースによってバンドル配布を行うように設計する．
③

サービス管理機能を分離

サービスの組合せの制約条件のチェックといったサービス管理機能は，運ログラムファイルを提供できることを特徴としている．

用する会社・ 部署・ ビジネスモデルによ っ て要件が

（2）バンドル配布機能の設計方針

様々に変化する．この変化に対応するため，バンドル

先にも述べたように，バンドル配布機能はバンドル配配布機能ではサービス管理機能を持たせずに，外部シ

布サーバと HGW 内のバンドルの一つであるバンドル配ステムから流通する情報がサービス管理されている前

布エージェントで構成される．サーバは，サービス提供

提で動作するように設計する．

者のビル内やデータセンタに設置され，保守・運用オペ④

HGW の保守・ 監視機能を分離

バンドルの動レータによって監視・管理され，ハードディスク，サー作に問題が発生する場合，一般的にはバンドル実行プ

バ，NW 機器とい っ たサーバ構成機器の冗長化，電源

ログラムが出力する「ログ」を解析することで問題解

バックアップ，データの定期バックアップなどを行うこ決を行う．しかしながら，ログの出力条件は，運用すとにより，サービス継続性を確保することが一般的である会社・部署・ビジネスモデルによって様々に変化する．一方 HGW は安価に提供するために，ハードウェア

る．このため，バンドル配布機能ではログ収集・提示の冗長化や電源バックアップ機能を付けないのが一般的

機能を持たせない．また，HGW はユーザの家庭内にである．しかしながら，ユーザの家庭内に配置されるた

設置され，ユーザによる明示的な電源オフや停電など

解説論文：様々なホーム ICT サービスの創造基盤～ホーム ICT 基盤～

121

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

ユーザの HGW ごとに，利用サービスに基づいた特定のプ

解説論文の原因により，電源が入っているとは限らない．この（3）バンドル配布機能の処理の流れため，故障などの障害が発生している HGW と電源がバンドル配布機能では，ユーザの利用サービスに必要切れている HGW との区別ができない．このような理なバンドルを，そのユーザの HGW で動かす必要がある

由から，バンドル配布機能では HGW 監視機能を持たため，まず，利用サービス情報を取り入れる．次に，そせない．

の情報に基づき，HGW 上にあるバンドルを更新する．

⑤ バンドル配布処理の最低性能条件を確保（ 外部連
携機能の影響排除）

ここで更新とは，HGW 内に必要なバンドルがなければバンドル配布機能には，（a）

配信し，利用を中止したサービスがある場合は該当バン

HGW に対するバンドル配布処理と，（b）契約情報のドルを削除し，バージョンが異なる場合は更新すること流通といった外部システムからの連携処理に分類されをいい，これらをシンクロ処理と呼ぶ．

る．（b）の処理が少し遅れたとしても，ユーザにとっ（4）シンクロ処理てのサービス品質には大きく影響しないが，（a）の処

シンクロ処理は以下の三つのステップにより構成される．

理が遅れる場合， ユーザに直接サービスを提供する

Step1 シンクロ情報取得

バンドルの配布（ そして起動）が遅れることになり，

Step2 バンドルライフサイクル制御

サービス品質に大きく影響する．もし，（b）の処理がStep3 シンクロ結果報告

大量に発生し，その処理のためにセンタサーバが過負

Step1 の シ ン ク ロ 情報取得は ， バ ン ド ル 配布エ ー

荷になり，（a）の処理ができなくなる場合，ユーザにジェントがバンドル配布サーバからシンクロ情報を取得

とってサービス品質が低下することになる．

する処理で，以下のタイミングでバンドル配布サーバにこのため，バンドル配布機能では，契約情報の流通を特定期間に特定回数しか処理しないような仕組みをアクセスしてシンクロ情報を取得する．
①

起動時シンクロバンドル配布エージェントが持たせることで，HGW に対するバンドル配布処理に起動したときにバンドル配布サーバからシンクロ情報

対する性能条件を担保することができる．

を取得する．バンドル配布エージェントが起動するタ⑥

サーバ側の負荷低減

イミングとしては HGW の電源起動時等がある．

バンドル配布機能が管理する HGW の数は，数百万オーダとなることを想定し②

定期シ ン ク ロ

起動後の バ ン ド ル 配布エ ーている．このため，サーバ側の処理をできるだけ減ら

ジェントが定期的にバンドル配布サーバからシンクロ

し，可能な限り HGW 側で処理を行うように設計する．

情報を取得する．

これにより，センタサーバ側で管理できる HGW の数をより増やすことが可能となる．
⑦ 大規模停電対応

前述のとおり HGW は，一般的③

トリガシンクロバンドル配布サーバからのUDP パケットを受け取っ た契機でバンドル配布サー
バからシンクロ情報を取得する．

にバックアップ電源を持たない．もし，大規模停電がこのシンクロ情報により，バンドル配布エージェント

発生し，数万〜数十万台の HGW が同じような時間帯

は自分が動作している HGW 上で動作させるべきバンドルに再起動する場合，サーバには，大量のアクセスが発

セット情報を取得する．バンドルセット情報には，バンド生する．

ルセットを構成する各バンドル情報が含まれている．

バンドル配布機能では，サーバ側で，HGW 側から

Step2 のバンドルライフサイクル制御では，バンドルのアクセス（同時接続数）制限を掛けることを可能と

配布エージェントはシンクロ情報の内容と HGW 内のしているため，大量のアクセスが発生しても，バンド

バンドルの状態を比較して， 必要に応じてバンドルのル配布サーバで資源不足によるスラッシング等が発生

install / start / stop / uninstall 等の一連の処理を実施する．

しないような仕組みを持ち，一方，HGW では，サーStep3 のシンクロ結果報告では，バンドライフサイク

バ側でのアクセス制限によりアクセス規制された場合

ル制御の実施結果をハンドル配布サーバに対して通知をに，リトライを行う仕組みを持たせることで，サーバ行う．バンドル配布サーバはシンクロ結果報告の内容を側での負荷を時間的に分散させる仕組みを持つ．

データベースに保存して，外部システムからの要望に応じてシンクロ処理の情報の提供を実施する．

122

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papers

このシンクロ処理により，HGW 上のバンドルは常に最サービスが実行可能なホームゲートウェイの機種情報

新最新のサービス利用に合った状態に管理・運用される．

（機種名やファームウェアバージョン等）は事前にサービス情報として登録しておく．
ユーザ宅に設置されている HGW の機種情報とユーザ

4.2 サービス管理機能

様々 なサービス提供者がバンドルセット（ サービスが新たに利用したいサービスのサービス情報として指定を提供するためのバンドルのセット）によって魅力的なされている HGW の機種情報を用いて，ユーザのサービサービスを提供し，ユーザの利用要望に応じて，多くのスの利用可否を判定する．

バンドルセットが HGW に配信されるようになること（2）リソース容量判定
ユーザが新たに利用したいサービスのバンドルセッ

で，ホーム ICT 基盤の利用価値は一層高まる．
一方で，HGW に配信されたバンドルセットが動作す

トが HGW 上で動作するために必要とするリソース容量

るためには，HGW が持つ有限のリソース（ディスク，メ

がユーザ宅の HGW の残容量の範囲内であるかどうかにモリ，CPU 等）を利用する必要があり，複数のバンドル

よって，ユーザのサービスの利用可否を判定する．HGW

セットが同一の HGW で動作する場合に，HGW のリソーのリソースとは，ディスク容量，メモリ使用量，CPU 使

スが不足すると，サービスが正常に提供できなくなると用量，収容可能バンドルセット数などを指す．

いう問題が起こり得る．また，あるサービスを利用する（3）サービス依存衝突判定にあたって，他のサービスの機能との連携をするために，ユーザが新たに利用したいサービスとユーザ宅のホー他のサービスも同時に利用しなければならない，またそムゲートウェイにて利用中のサービスとの依存衝突関係の逆で，他のサービスとは同時に利用できないというよ

性や利用したサービスとして同時に複数のサービスが指うに，サービス間に存在し得る何らかの関係性が満たさ定された場合のサービス間の依存衝突関係性が満たされれなければ，サービスが正常に提供できなくなるというるかによって，ユーザのサービスの利用可否を判定する問題も起こる．このように，ホーム ICT 基盤を利用して，ものである．サービスの依存衝突関係性とは，あるサー

同一の HGW 上で様々なサービス提供者のサービスを提ビスを利用するためには別のサービスに利用している必

供するためには，各サービスの特性や HGW のリソース要がある（ 依存関係），またあるサービスと別のサービを十分考慮した上で，HGW にバンドルセットを配信すスの両方は同時には利用できない（衝突関係）といった，る必要がある．しかしながら，4.1 で述べたように，バン

サービス間に存在し得る関係性のことをいう．

ドル配布機能は，HGW へのバンドルセットの配信／更このように，ソフトウェア管理機能のサービス管理機

新／削除の実施に対し，各サービスの特性や HGW のリ能により，HGW へのバンドルセットの配信可否を判断

ソースまでは考慮していない．そのため，ユーザに様々し，バンドル配布機能により，必要なバンドルセットのなサービス提供者のサービスをユーザに確実に提供するバンドルを HGW へ配布することにより，ユーザに対すことを目的として，各サービスの特性や HGW のリソー

る安定したホーム ICT サービスの提供が可能となる．

スを考慮し，複数のサービス間における調整を行うこと
により， サービスの実行性を保証する仕組みをホーム
ICT 基盤 におけるサービス管理機能では提供する．

5 OSGi 標準化への取組み

サービス管理機能では，HGW 上でバンドルセット正5. では NTT が OSGi Alliance にて進めてきたホーム

常に動作させるために，機種対応判定，リソース容量判

ICT 分野での OSGi 標準化活動の現状と今後の動向につ定，サービス依存衝突判定を実施し，バンドルセットのいて説明する．

配信可否を決定する．
（1） 機種対応判定
あるサービスがユーザ宅に設置されているホームゲー
トウェイで実行可能かを判定する．
解説論文：様々なホーム ICT サービスの創造基盤～ホーム ICT 基盤～

OSGi Alliance では， 複数の仕様検討専門部会（Expert
Group）に分かれて仕様化が進められている（表 1）． NTT
では主に Residential EG（以下，REG）にてホーム ICT 分野の仕様化を進めてきた．その仕様の第 1 版が「Residential
123

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

新／ 削除に特化しており，バンドルセットの配信／ 更解説論文
OSGi の Expert Group と仕様書の関係性

表1
内

担当 EG
（Expert Group）

容

仕様書（分冊）の名前

分（Protocol Adapter）を替えることにより任意の遠隔管理プロトコルに対応できる汎用的なものにしたのが仕様の特徴である．

OSGi フレームCPEG
OSGi Service Platform,
ワ ー ク 部分の（Core Platform EG） Core Spec.
仕様（1）DMT Admin Service Spec. Version 2.0

分野に よ ら な
CPEG
OSGi Service Platform,
い 共通部分の（Core Platform EG） Compendium Spec.
仕様

リーのオーバラップが可能となるように拡張することにエンタプライ
EEG
ズ 分野に 特化
（Enterprise EG）
した仕様

OSGi Service Platform,
Enterprise Spec.

ホ ー ム ICT 分
REG
野に 特化し た（Residential EG）
仕様

OSGi Service Platform,
Residential Spec.

既存の DMT Admin Service 仕様を，各管理モデルのツ
よって，より柔軟なデータモデルの提供が可能となった．
更に，その他細かい仕様の変更がなされた．
（2）Residential Device Management Tree Spec. Version 1.0
管理データモデルの一つとして「OSGiFW を制御する
ための管理データモデル」を定義している．このデータ

Spec. Release 4，Version 4.3（以後，REG 仕様）」として 2012

モデルを使うことにより，バンドルのインストール・起

年 5 月に正式リリースされた．

動・停止・アンインストール・更新などの制御や，サーResidential 仕様は ， 複数の個別仕様に よ り構成さ

ビスレジストリにサービス登録された OSGi サービスのれている．その中には，①全く新しい個別サービス仕情報取得が可能となる．

様 ， ② Compendium Specification R4.2 に 含ま れ て い（3）TR-069 Connector Service Spec. Version 1.0て，大きな機能追加・変更があった個別サービス仕様，

主 に ，TR-069 と DMT Admin Service の 変 換 を 行 う③ Compendium Specification R4.2 に含まれてほとんど変「TR-069 Protocol Adapter」が実行する，データ型の変換

わ っ ていない個別サービス仕様が含まれる．以下では，を 含 め た TR-069 RPC と DMT Admin Service API と の①及び②に該当する個別仕様を概説する．

マッピングを行う API． このマッピングの設計・ 実装には，TR-069 と DMT Admin の両方に関する詳細な知5.1

識が必要になるが，本サービスによ っ て容易に TR-069

Residential 仕様

Residential 仕様の最も大きなポイントは「TR-069 によProtocol Adapter を実装することができるようになる．

る OSGi が搭載された HGW の遠隔管理の実現」である（11）
更に，Broadband Forum（以下，BBF）
が TR-157 と（図 5）．その核となるのは，これまで携帯向け仕様としてして定義している「OSGi によらない一般的なソフト作成された既存仕様「DMT Admin Service Spec.」である．

ウェアモジュールを遠隔制御するためのデータモデル」

この仕様では，管理データモデルを OSGi サービスとを，OSGi で実現する場合の実装ガイドラインも別途提して動的に追加・ 変更・ 削除することを規定している．

供する．

また， 遠隔管理プロトコルとしては携帯向けの OMA-

その他，複数事業者のバンドルが同時に OSGiFW 上で

DM を第一のものとしながらも，遠隔管理サーバ対向部

動作する「複数事業者モデル」において，事業者間でのセパレーションを実現するセキュリティ機能の強化もな

OSGi フレームワークやバンドルのライフサイクル制御を行う
データモデルTR-069 RPC とDMT Admin API のマッピング

遠隔管理プロトコルには TR-069 を利用

ACS

TR-069ProtocolAdapter

TR-069Connector
Service

Residential Device
Management Tree

例：TR-098 (IGD Tree)

DMT
Admin

DMT Admin Service 拡張により別々の実装者がオーバラップするデータモデルを提供可能にされた．OSGiFW での OSGi サービスのセパレーション
機能は Core Spec. R4.2 に既に加えられていたが，今回のResidential 仕様では Configuration Admin Service Spec. にもセパレーション機能が追加された．
なお，REG では， 以下を個別仕様の候補として次期Residential 仕様の検討も開始している．
●

ZigBee デバイスに対する制御 API．

●

宅内デバイスの抽象化された API．

●

BBF で策定中の PD-174 関連の Proxied Device 対応．

●

UPnP Device Management と OSGi の連携対応．

OSGi Framework

図5

124

HGW 遠隔管理のための主な個別仕様

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
PapersNTT としては，引き続き OSGi に関する標準化活動を進めることにより，ホーム ICT の更なる発展に貢献していく．

6む す び
本稿では，ソフトウェア管理機能を中心にホーム ICT
技術について述べた．当技術を利用したサービスとしてNTT 東日本，西日本から「フレッツ・ジョイント」として，サービス事業者向けプラットホームサービスを開始している．
今後は，サービス提供，ユーザが利用しやすい環境を目指して更なる研究開発を進める予定である．具体的には，サービス提供者向けには，バンドル作成のための共通ライブラリ，SDK の拡張や，クラウドサービスとホーム ICT サービスの連携など，よりサービスを提供しやすい環境の実現を推し進める．一方，ユーザ向けには，ユー
ザ自身がホーム機器のシナリオを設定できる環境など，
よりユーザのカスタマイズ可能なホーム ICT サービスの提供方法の実現を目指していく予定である．
文 献（ 1 ） Verizon, http://www22.verizon.com/investor/news_
the_smart_home_is_here_making_life_easier_for_
consumers__thanks_to_new_verizon_service.htm

山田辰美（正員）
1990 九州芸工大大学院修士課程了．同年，
NTT ヒューマンインタフェース研究所入所．技術協力センタ，NTT コミュニケーショ
ン科学基礎研究所，知財センタを経て，現在，サービスエボリューション研究所主任
研究員．主にホーム ICT 基盤のサービス提供戦略を担当．

矢原大司
1995 神戸大大学院工学研究科修士課程了．
同年，NTT 光ネットワークシステム研究所へ配属．以来，映像配信事業サービス，ディ
ジタルサイネージ事業のシステム開発，サー
ビス企画に関わった後，現在，サービスエ
ボリューション研究所主任研究員．主にホーム ICT 基盤のサービス提供戦略を担当．

近藤重邦（正員）
2003 慶大・理工・卒．2005 同大学大学院理工学研究科総合デザイン工学専攻修士課程
了．同年，NTT サイバーソリューション研究所
入社．以来，OSGi をベースとしたソフトウェア
モジュール配信基盤に関する研究開発に従事．
現在，サービスエボリューション研究所研究員．
OSGi Alliance Residential Expert Group において OSGi Residential 仕様策定に携わる．

小林英嗣（正員）
2002 慶大大学院理工学研究科総合デザイ
ン工学専攻修士課程了．同年，日本電信電話株式会社入社．以来，コンテキスト
アウェアコンピューティング，ホームネッ
トワークシステムなどの研究開発に従事．
現在，NTT 未来ねっと研究所研究主任．

（ 2 ） Deutsche Telekom, http://www.telekom.com/media/
consumer-products/14852（ 3 ） OSGi Alliace, http://www.osgi.org/（ 4 ） UPnP, http://www.upnp.org/（ 6 ） LonWoks, http://www.echelon.com/technology/lonworks/（ 7 ） ECHONET, http://www.echonet.gr.jp/（ 8 ） Bluetooth, https://www.bluetooth.org/（ 9 ） Zigbee, http://www.zbsigj.org/（10） ZWave, http://www.z-wavealliance.org/（11） Broadband Forum, http://www.broadband-forum.org/（平成 24 年 1 月 16 日受付，4 月 24 日再受付）

解説論文：様々なホーム ICT サービスの創造基盤～ホーム ICT 基盤～

1996-03 東大・工・電子情報工学卒．1998-03
同大学大学院工学系研究科電子工学専攻修士課程了．同年 -04 日本電信電話株式会社入社．主任研究員．IP 網のトラヒック制御・網管理技術の研究に従事した後，NTT サイバーソリューション研究所にて 2003 から OSGi 専
門家として，OSGi Alliance での標準化活動，
OSGi を用いた研究開発に従事．現在，NTT
東日本株式会社，ネットワーク事業推進本部，研究開発センタ勤務．
2006-03 から 1 年間 IBM Ottawa Software Lab. にて客員研究員．

湊 賢治（正員）
1989 愛媛大大学院工学研究科修士課程了．
同年，NTT 伝送システム研究所入社．ネットワークマネジメントの研究に従事．1996
から NTT アドバンステクノロジ社でマネジ
メントシステムの開発・販売を行う．1999
NTT 研究所を経て，2002 から NTT コムウェ
ア 社 で 動 画 配 信 シ ス テ ム の 開 発 に 従 事．
2005 からホーム ICT の研究開発に従事し，
ホーム ICT 基盤サーバを開発．2012-03 から NTT 未来ねっと研究所にてネットワークマネジメントシステムの研究に従事．

125

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開（ 5 ） JINI, http://java.net/projects/jini/

山崎育生（正員）

解説論文

小特集：ホーム ICT の新たな展開

センサを用いた住宅内人物移動検出システム
Human Detection Systems using Sensors in Home Environments

村尾和哉 Kazuya Murao†

Summary

近年のユビキタスコンピューティング技術の発展により，住宅やオフィスなどの空間にセンサを設置したスマートホームやスマートオフィスが出現してきたことで，人の移動情報を把握して家電などの効率的な制御による省電力化が期待されている．人の移動情報は住人の見守りや不審者検出への応用も期待されており，人物移動検出技術に関する研究は数多く行われている．本稿ではセンサを用いた人物移動検出システムを紹介するとともに，
特に赤外線人感センサを用いた住宅内人物移動検出システムを解説する．

Key words

ユビキタスコンピューティング，スマートホーム，人物移動検出，センサ

起動や効果が現れるまでに時間を要する機器は人がその1 まえがき場所に現れる前に制御することが望ましく，人の行動を2005 年に我が国の二酸化炭素排出量を 1990 年比で考慮しないこまめな制御は QoL（Quality of Life）の低下

2008 から 2012 年の間に 6% 削減することを約した京都を招くため，人の行動を検知・予測して機器を制御すべ

議定書が発効され， 二酸化炭素排出量削減は国民全体きである．そのためには，屋内での人の移動に関する情の社会問題として認識されている． 更に，2011 年 3 月

報を取得する必要がある．また，住人の行動に関する情11 日に発生した東日本大震災の影響で全国的に電気の報は屋内の機器制御による消費電力削減だけでなく，住供給能力が不足する事態となり，国民の節電に対する意

人の見守りや不審者の検出など安全面・防犯面への応用

識は高ま っ ている．このような背景による国民の省電も期待されている．

力・ 省エネルギー に対する意識の向上と情報科学技術

環境にセンサなどのデバイスを遍在させて利用する形の発展から，センサデバイスを用いて家庭内や事務所内

態をユビキタスコンピューティングと呼び，独立行政法の電力消費を最適化するシステムである HEMS（Home人情報通信研究機構（NICT）では，情報通信技術（ICT：

Energy Management System）や BEMS（Building Energy

Information and Communication Technology）を家の中に導（1）Management System）に注目が集まっている．

入し，住む人の振舞いや状況を認識して，ホームネット

これらのシステムは家庭やオフィスに設置されたセン

ワークで家電を制御してサービスを提供する「ユビキタ

サデバイスから得られた情報を元に自動的に機器の ON/

スホーム」を構築している．ユビキタスホームでは人物

OFF 制御を行うものである．例えば，テレビや照明に人検出や行動検出のために，住宅内にカメラやマイク，床感センサを設置して人の不在検出を行い，誰もいないと

圧力センサ，赤外線人感センサ，RFID（Radio Frequency

きは自動的に電源を切ることで電力消費を削減する．しIdentification）タグ，照度センサ，加速度センサ，水量

かしながら，現状では「誰もいなければ電源を切る」やセンサなどを設置して，取得したデータを分析してホー「誰か現れたら電源を入れる」といった単純な制御しか行

ムネットワークサービスを提供するための検証を行ってえず，エアコンなどの空調設備を単純に制御して頻繁にいる（2）．他にも多くの人物移動検出システム＊ 1 が提案さ

ON/OFF を行うと，トイレへ行くために一時的に部屋をれているが，住宅に適用することを考えると利便性だけ離れただけで暖房が切れて温度が下がり，再び暖めなくでなく，プライバシやメンタル面の問題にも配慮する必てはならず無駄な電力が生じる．同様に，テレビ使用時要がある．また，住人は一切の機器を持たず，操作をせに席を外しただけでテレビや衛星チューナの主電源を切ると，席に戻っ た際に映像が現れるまで数秒を要する．
†

126

神戸大学大学院工学研究科，神戸市
Graduate School of Engineering，Kobe University, Kobe 657-8501, Japan© 電子情報通信学会 2012

＊1

検出対象として，2 地点間の移動や存在位置，存在エリア，人物 IDなどが挙げられ，それらを検出対象とするシステムまたは手法を本稿では総称して人物移動検出システムと呼ぶ．将来の居場所を予測する手法も近年活発に研究されているが，将来の予測には現在の移動情報の把握が不可欠であり，本稿ではセンシングデータを取得した時点において完了している移動を検出するシステムを紹介する．

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papersず，住人に対して監視されている印象を与えないシステ

は住人か否かの特定が求められる．高価なデバイスを大量ムが望ましい．

に設置するなどの金銭的コスト及びデバイスの常時携帯

本稿では， これまでに提案されている人物移動検出や頻繁な操作などのユーザへの精神的・ 肉体的コストがシステムを紹介し，住宅内利用の観点から見た適用可能

高ければ，詳細な情報を高い精度で取得できるように，コ性及び解決すべき課題を述べるとともに，筆者の研究グ

ストと情報量にはトレードオフが存在する．両者のバラン

ループで取り組んでいる赤外線人感センサを用いた住宅

スをどのように取るかは利用環境に依存し，目的に応じて内人物移動検出システムについて解説する．

様々な手法が提案されている．以降では，表 1 に示す代表的な人物移動検出システムについて詳説する．

2 センサを用いた人物移動検出システム

2.2 ユーザ携帯型システム

2.2 ではユーザがデバイスを携帯し環境側に設置され2.1 人物移動検出システムのあらまし

た機器との通信などによって移動検出を行うユーザ携帯センサを用いた人物移動検出に関しては 2000 年以降
活発に検討され，現在までに数多くのシステムが提案さ型システムを紹介する．

れている．代表的なシステムは使用するセンサの種類に（1）デッドレコニング

よってユーザ携帯型と環境設置型に大別でき，それらの加速度センサや角速度センサ，地磁気センサなどを特徴を表 1 に示す．ユーザ携帯型は，加速度センサや無用いたデッドレコニングによる移動検出手法が存在す線電波受信機，非接触タグなどのデバイスを携帯するたる（3）．デッドレコニングとは相対的自己位置推定法のめ個人 ID を明示的に取得できるが，デバイスを携帯すことで，時刻 t における位置 pt ＝（xt , yt）が既知である

る煩わしさがある．環境設置型は，カメラや赤外線受光

場合に，時刻 t＋1 における位置 pt＋1 を次式に従って算器など環境に設置されたセンサからの一方的なセンシン

出する．
p t＋1 = p t＋d t＋1

グによるものである．デバイスを携帯する必要はないが，

d t＋1 =（lt＋1 sin θ t＋1 ，lt＋1 cos θ t＋1 ）個人 ID は明示的には得られないためデータ解析によ って取得する必要がある．

ここで，dt＋1 は差分ベクトルで時刻 t 〜 t＋1 までの位

ここで，個人特定の必要性はアプリケーションに依存

置変化である．この位置変化は移動距離 l と移動方向 θする．例えば，家電制御を考えた場合，機器の ON/OFFで表現でき，ユーザが携帯している加速度センサの値か制御では個人特定は不要だが，予測的制御や温度調節など

ら移動距離 l を，角速度センサや地磁気センサの値からの柔軟な制御には個人特定が必要である．また，住人の見移動方向θを推定して現在位置 p を逐次的に更新する．

守りには対象とする人物の特定が求められ，不審者検出にサーバや基地局との通信は必要なく，ユーザが携帯して

ー

ユ

ザ
携
帯
型

環
境
設
置
型

法

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

表1
手センサを用いた人物移動検出手法

使用するセンサ

性

能

特

徴

デッドレコ
ニング

加速度センサ，角速度 移動距離の 10% 程度の誤差で位（ジャイロ）センサ
置推定

・センサ端末のみで推定可能・誤差が蓄積するため定期的に補正が必要

無線電波強度WiFi や Bluetooth などの電波受信器

・利用環境が幅広い
・複数の基地局が必要

非接触タグ

非接触タグまたはタグ
ほぼ確実に位置推定
リーダ

カメラ画像／
音声解析

ビデオカメラ，マイク

98% 程度の精度で画像内の物体
検出・検出精度が高い
・プライバシの問題がある

空調フィルタ気圧センサ

65% 程度の精度で部屋単位の位
置推定

・センサ設置箇所が少ない
・間取りによる影響が大きい
・欧米の空調設備（HVAC）が必要

電気回路，水道管，ガス管

電力モニタ，圧力セン 85 〜 90%（電気），94%（水道），95 ・センサ設置箇所が少ない
サ，マイク%（ガス）の精度で使用機器を特定 ・機器を使用したときのみ位置を検出可能

人感センサ

赤外線人感センサ

5 〜 10 m の誤差で位置推定

85% 程度の精度でセンサ設置箇
所単位の位置推定

解説論文：センサを用いた住宅内人物移動検出システム

・確実に移動を検出可能
・移動に伴うタグ接触行為が必要
・壁やモノにタグの設置が必要

・蛍光灯制御などのために設置されている・誤反応，未反応が多い

127

解説論文
いる端末のみで実現できる点が特徴である．センシング

三点測量する手法や，電波地図と呼ばれる位置座標と各は数ミリ秒おきの離散時間間隔で行うため，センシング

基地局の電波強度の対応を記録した情報と照らし合わせ

間の移動変化は近似される．また，歩行時の手の振りやて存在確率を算出する手法がある（6）．文献（7）では事前

着地時の上下振動によ っ てセンサの移動と人の移動はに収集した位置と電波強度の関係から電波地図を作成し，完全には一致しないため， デッドレコニング単体ではユーザが受信した各基地局からの電波強度を重みとする

誤差が蓄積し続ける．この点に関して文献（3）では地磁

パーティクルフィルタ（8）を用いて位置推定を行っている．

気センサから取得したデバイスの向きの変化の分布から

無線電波強度を利用した手法は商業施設のように複数の把持状態かスイング状態かを識別し，スイング状態では基地局（アクセスポイント）が設置されている環境であれセンサの移動成分を人の移動成分に補正している．デッば高い精度で位置推定が可能である．通信のために設置

ドレコニングの位置推定誤差は 1 周 550 m の長方形に近されている基地局を二次的に利用しているため，設備投い公園のコースを歩いて 1 周した場合で約 10% である．

資のコストは小さい．しかし，位置推定誤差は 5 〜 10 m

一般的にこの手法は屋外から地下に入ったり，建物や樹程度であり（7），（9），住宅内での利用には更なる精度改善

木の影に隠れたりして GPS（Global Positioning System）

が求められる．また，電波受信用の端末を携帯する必要

が位置情報を取得できないときに補完的に用いられる．

があることからも，住宅内への適用には課題が残る．

住宅のように移動範囲が狭く，細かく自由に動き回る環（3）非接触タグ

境では誤差が増大する．また，計測中にセンサの装着箇

RFID などの非接触タグまたはタグリーダを装着し所や方向を事前に想定した移動モデルから逸脱して自由た手で移動箇所やモノに接触することで移動情報をに変えることはできない．利用者の負担を軽減するため取得する手法が提案されている（10）． 地下鉄の改札でにはリアルタイムな補正処理などセンサの自由な装着へ

PASMO や PITAPA などを利用して通過すると，駅単位の対応が求められる．

の移動情報を取得できるように，ドアを通過する度に（2）無線電波強度

認証を求めるようなセキュリティが堅牢な施設ではド携帯端末を保持したユーザの位置情報を取得するた

ア（部屋）単位での移動情報を取得できる．この手法でめに GPS が広く利用されているが， 高層ビルが多い

は接触を忘れない限り移動経路と人物 ID を確実に取得

都会や屋内では高い精度を得ることが困難である．そでき，センサの誤反応が極めて少ないことが特徴であこで， 携帯電話網や Bluetooth， 無線 LAN（Local Area

る．取得した接触情報から行動を推測する研究として，

Network）を用いて，受信した電波を発する基地局の位家の中に存在するあらゆるモノにタグが付けられてい置とその電波強度から位置推定する手法が提案されている Tagged World という環境において外出などの振舞い

（4），
（5）

．特に無線 LAN は近年急速に普及しており，無をモノと接触した順序から検出する手法（11） やベイジ

線 LAN を用いた手法に注目が集まっている．推定方法のアンネットワーク（12）を用いて確率的に検出する手法（10）例として，図 1 に示すように場所が既知の基地局からのが提案されており，それぞれ 95% 及び 80% の精度で受信した電波の強度を元に基地局からの距離を算出して外出する動作を検出している．非接触タグを用いる手る法ではデバイスを携帯するだけでなく，漏れなく移動を検出するためには移動に応じて機器にタッチしなけ

r2

基地局 2

基地局 1

r1

ればならない．また，あらゆるモノや部屋の入口，廊
基地局 1
基地局 2
基地局 3

→ r1
→ r2
→ r3

下に読取り装置を設置する必要があるため，環境構築のコスト削減が課題である．
2.3 環境設置型システム

r3
基地局 3

ユーザ携帯型システムは個人特定が明示的に可能であるという特徴を持つが，常時デバイスを携帯する行

図1

128

電波強度に基づく三点測量を用いた位置推定

為を煩わしく感じたり，充電のために放置したり，携通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papers

帯し忘れた場合に利用できないという問題点がある．

る敷居は低い．しかし，住宅内では住人に対して常に監これに対して，住人は一切の機器を携帯せず，家の中視されている感覚を与えるなど精神的負担になるため，に設置したセンサのみから移動を検出するシステムがプライバシ保持への対策が求められる．

提案されている．本節ではそのような環境設置型シス（2）屋内インフラ設備

テムを紹介する．

画像解析より間接的なアプローチとして， 環境に設

（1）画像解析

置したセンサから人の行動によ っ て変化する環境の値

環境設置型システムとして，最も直接的でかつ正確を取得して位置や移動を検出する手法が提案されていなものがカメラ画像を用いた手法である．対象の画像

る．例えば，HVAC（Central Heating，Ventilation，and Airからウィンドウと呼ばれる局所領域を多数切り出し，各Conditioning）と呼ばれる家庭内の空調を一括管理するシ領域において輝度勾配の方向と強度をヒストグラム化

ステムのエアフィルタに気圧センサを設置して，部屋移（13）

した HOG（Histograms of Oriented Gradients）特徴量

動やドア開閉時に生じる気圧差を利用した移動検出手法

や平均輝度値の差分によって求められる Haar-like 特徴が提案されている（18）．HVAC は吸気口から部屋の空気を量（14）などの特徴量＊ 2 を抽出し，Adaboost（15）などの認吸い，浄化や温度調節を行った後，各部屋の送気口から識器を用いて人の検出を行っている．また，図 2 に示す

新しい空気を送る．図 3 に示すように人がドアを通過す

ように背景画像などのテンプレート画像と検出対象画

ると空気の流れが悪くなるため送気と吸気の気圧差 ∆ P2像の輝度や色の差分から求められる特徴量をゆう度とは非通過時の気圧差 ∆ P1 よりも大きくなることを利用ししたパーティクルフィルタを利用した物体検出手法がてドアの通過を検出している．このシステムは空気清浄（16）．前状態によって画像内に撒かれたフィルタ 1 か所のみにセンサを設置するだけでよいた

パーティクルは現状態のゆう度に従っ てパーティクル

め，導入や維持が容易である．移動検出の精度は 65% 程の密度が更新されるため，画像内の移動物体が存在す

度と低く，部屋の形状にも大きく依存するため更なる改る（変化が大きい）箇所にパーティクルが密集し，物体良が必要である．また，HVAC の普及率は 1997 年時点

を検出する．カメラを用いた手法では，取得できる情報でアメリカやカナダで約 66%，欧州やオーストラリアで量の多さから人物や不審者，動線などを高精度で検出で55% であり現在も増加中であるが，住宅が比較的小さい

提案されている（17）

き，文献（13）では 200 枚の MIT pedestrian database

日本や韓国では普及していない．
また，電気回路（19）や水道管（20），ガス管（21）にセンサを人が存在しない箇所を人と判断する誤検出率は 0.02%

設置して使用状況を取得し，使用されている機器を特定と報告されている．カメラを用いたシステムの目的はすることで機器の場所に人がいることを判断する手法も侵入者の検知や工場での労働者の監視，スポーツ映像の提案されている．水道管のシステムでは上下水道の水道解析などであり，そのような環境ではカメラを設置す

管にマイクロホンを設置して水の使用を検出する．食器洗浄機なら給水と排水を交互に決まった時間間隔で 2 回

背景画像繰り返す．一方，トイレは 1 分程度の給水中に 20 秒程
検出結果画像検出対象画像度の排水を 1 回行う．このように設置されている機器に
HVAC
エアフィルタ
送気 圧力差 ∆ P1

HVAC
エアフィルタ
送気 圧力差 ∆ P2
吸気

空気の流れ

図2

吸気
空気の流れ

パーティクルフィルタを用いた物体検出＊ 2 特徴量とは時間やデータ長，領域で切り取られたセンシングデータから得られる平均値，最小値，データ数，時刻などの値の総称である．一
般的にそれら特徴量を要素とするベクトルも特徴量と呼ばれる．

解説論文：センサを用いた住宅内人物移動検出システム

ドア（非通過時）

図3

ドア（通過時）HVAC の気圧差を利用した移動検出129

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開の画像に対して 98% の精度で画像中の人物を検出し，

解説論文
よ っ て水の使用状況が異なるため，機器を特定できる．

部屋に 1 個程度で，接触センサは全ての部屋のドアに設機器を特定できれば，機器を設置している部屋に人がい置しておりセンサの密度は高くないが，接触センサは移ると判断できる．同様に電気回路をセンシングすれば電動検出が主目的であり，一般的に住宅には設置されてい化製品が， ガス管をセンシングすればガスを使用する

ないため追加的に設置しなければならない．

機器の使用を検出できる．ただし，これらの手法の特徴

これに対して，本田らは疎に配置された人感センサ

として機器を使用しなければ位置情報を取得できないたのみを用いた研究として移動可能な経路上に存在する

め，忘れ物を取りに部屋に行って電気を点けずにすぐに人感センサでネットワークを構築し，センサノード間

退出した場合や，照明やテレビが点いているリビングにの反応時間差を利用して移動検出を実現している（25）．

行ってそのままソファに座ってテレビを見た場合などは疎なセンサ配置における問題点は，誤検出や未反応が人の移動を検出できない．

発生した際の移動検出性能の低下である．例えば，移（3）赤外線センサ

動経路に隣接した部屋のセンサが誤反応した場合，「そ環境設置型システムとして，蛍光灯の制御などに用いの部屋に入室した」と誤検出する．また，移動経路上のられている赤外線人感センサを利用した手法が提案されセンサの一部が未反応の場合，移動が分割して検出されている．赤外線センサには能動型と受動型があり，能動る．このような現象に対処するために，この研究では図型はセンサから赤外線を照射して，反射や遮蔽によって4 に示すようにセンサネットワークをグラフで表現し，変化する受光赤外線量の変化から物体を検出する．原理

各センサからのホップ数を格納した隣接行列と各セン

上，検出範囲内に入った全ての物体を検出するが，小動サ間の移動時間の分布を格納したセンサ間移動時間行

物や落ち葉には誤反応しないように設計されていること

列から，標準的な移動時間を逸脱する反応は除外し，途が一般的である．一方，受動型は熱を持つ物体の表面か中の反応を補完することで連続した移動経路を検出しら放出される赤外線を受光し，赤外線量（温度）の変化かている．大学の研究室における一人の移動検出精度はら人を検出する．受動型は温度変化を検出するため基本

95.6% で，センサの誤反応を意図的に発生させた擬似的的に屋内で使用される．玄関ドア付近や庭，風呂場，駐な複数人環境では 86.1% の精度が得られている．しか車場などには能動型が用いられる．このように赤外線人し，標準的な移動時間と異なる時間で通過すると誤検出

感センサは移動物体の有無を検出する．誤検出や未検出することが確認されており，家のような様々 な年代のは多いため，データ除去や補間などの適切な前処理が必人が存在する環境に対応するには汎用な標準移動時間要である．文献（22）では多数の赤外線人感センサを用モデルを構築するか，人物を特定後に個人特化したモ

いてオフィス内の人物移動検出を行っている．センサをデルを適用する必要がある．

数 m 間隔で格子状に配置して，隣接するセンサノードの天井に赤外線センサを設置する手法に対して，床面に反応順序を符号化し，ある時間内に反応した符号列の長圧力センサを設置する手法も考えられる．圧力センサはさや最初と最後に反応したセンサの位置を特徴量として，分解能が高く，高い検出性能が得られると考えられるが，ベイズ分類器（23）を用いて移動の種類を判定している．あ他の使用目的がないため既に導入されている住宅は極める位置に「入る」「去る」「方向転換する」「直進する」「とて少なく，圧力センサを各部屋の入口の床面に埋め込む

どまる」「二人が異なる方向へ去る」「二人が異なる方向から入る」という動作の種類とその方向の検出精度は約90% である．赤外線センサは 500 個単位の購入で 1 個当
り 30 米ドル程度だが，設置するセンサ数が数百個と多く，設置や維持コストの削減が課題である．

センサネットワーク

1
2

一方，Wilson らは天井に設置した赤外線人感センサとドアの開閉を検出する接触センサを用いた移動検出手法

1

6

3

4

5

グラフと隣接行列7

 10 10 11 12 22 22 22 
1 1 0 2 1 1 1

A= 2 1 2 0 1 3 3
2 2 1 1 0 2 2
2 2 1 3 2 0 17
2 2 1 3 2 1 0
6

2

3

4

5

を提案している．移動人物が二人の場合 30 分の生活デー
タに対して 98% の精度を得ている（24）．人感センサは一130

図4センサノード間移動時間分布を用いた移動検出

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
Emerging Technologies
Emerging
Papersと数千万円程度必要＊ 3 であり敷居が高い．
ここで，使用されているセンサだけでなく，従来研究で検出や識別に用いられているアルゴリズムに着目すると，ベイジアンネットワーク（10）や移動時間分布を用い

N

台所

人感センサ

玄関

ト
階 イ
段 レ

洗面所

ホール

廊下

浴室

1F

ト
イ 階
レ 段

2F
予備室

た尤度計算（25）などの確率ベースのものが用いられている．これらは，事前にデータを収集しなければならない

リビング

主寝室

和室

洋室２

ホール

洋室１

という特徴がある．間取りは家によって様々であり，他の家のデータを利用することはできない．複数人が生活していると住人ごとのデータの分離が困難であるため，

図5

実験家屋「iHouse」の間取りとセンサ配置

対象とする家のデータを採取するには住人が一人で移動情報を記録しながら数日間生活する必要がある．建築時

赤外線受光部

にデータ収集するならば，家主が住む前に他人が数日間USB コネクタ

生活する必要がある．この問題に対し，筆者は環境に設置した赤外線センサのみを用いて，事前のデータ収集を必要としないシステムの開発を行っており，その現状を
3. で解説する．

3 赤外線センサを用いた人物移動検出手法

図6

赤外線人感センサ（左）とセンサ設置の様子（右）筆者が所属する研究グループでは NICT が管理している 2 階建て 4LDK の一軒家の実験住宅「iHouse」（ 図 5）

赤外線人感センサの仕様

表2

3.1 実験環境

検出距離
検出範囲

最大 5 m

水平方向

38°

鉛直方向

22°

＊6

において部屋間移動検出に関する研究を行っている．浴検出ゾーン数24 個

価格5,900 円（税込）

室は水分による故障とお湯による誤反応の可能性の観点からセンサを配置しておらず，浴室以外の各部屋＊ 4 には少なくとも 1 個のセンサが配置されている．また，部屋以外には廊下や階段に設置されており，合計 25 個設置されている．使用している人感センサは図 6 に示す NTT ア

シリアル接続センサコントローラ

天井
赤外線センサ住人

た人間はほぼ確実に検出するため，一般の蛍光灯制御に用いられている赤外線人感センサと本研究で用いている

図7

センサコントローラ

サーバTime, Sensor ID, Value
10:20:02, Kitchen, Found
10:20:10, Kitchen,NotFound
10:20:11, Living, Found…

システムの構成

人感センサの性能の差は小さく，検出範囲が異なるだけ

介して住宅内にあるサーバに接続されている．センサはである．検出範囲が性能に与える影響は廊下の幅や設置

500 ミリ秒おきにセンシングし，センサコントローラに箇所から床までの距離に依存するため，適切に設定する

情報を「Found」か「Not Found」を通知する．センサコン必要があり，検出範囲を絞るためのアタッチメントが併

トローラは前回サーバに通知した状態と異なる状態が 1

せて販売されている．

秒間（2 サンプル）続けばサーバに現在の状態を通知する．

各センサは図 7 に示すようにセンサコントローラを＊ 3 http://www.dkh.co.jp/product/ctlg/cur/chap3.pdf＊ 4 便宜上，玄関，トイレ，洗面所など移動の目的地となる場所を部屋と定義する．
＊ 5 http://www.sotomiru.net/SN/MultiThermo/mp12.html

解説論文：センサを用いた住宅内人物移動検出システム＊ 6 検出ゾーンとは一つの光学系で構成される線的な光芒の広がりの範囲である．検出ゾーンに人体が侵入すると床や壁などの背景が放射する赤外線の代わりに人体が放射する赤外線を受ける．一つの検出ゾーンは人感センサの赤外線受光部から放射状に広がるため，センサに近いほど狭く，離れるほど広くなる．

131

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

ドバンスドテクノロジ株式会社製 SN-MP13 ＊ 5 で，センサの仕様を表 2 に示す．人感センサは検出範囲内に入っ

LAN 接続解説論文
人感センサの特徴として，「Found」及び「Not Found」はばリビングから 1F トイレに移動した場合にリビングに人の有無でなく，範囲内の移動物体の有無であり，人が設置されているセンサ A と B が反応し，その後廊下の存在していても動いていない場合は「Not Found」が出力

C と D が反応しトイレのセンサ E が反応するため，学習される場合がある．そのため本研究では「Found」の情報

データはセンサ ABCDE となる．反応したセンサ ID 列のみを利用している．また，人感センサの特徴として移にも同様の文字列（例ではセンサ B が未反応としている）

動経路上に隣接するセンサの誤反応や，移動速度が速いが含まれるため，この場合，学習データ 5 文字のうち 4

ために移動経路上のセンサの未反応が発生することが文字が一致しているため一致率は 0.8 となる．このようある．更に，センサは移動物体の有無のみを検出するたにして時刻 t＝0 〜 T までの各学習データの一致率を計

め，複数の住人が同時に移動する場合，サーバが受信し算し，最大の一致率を示す移動を出力し，一致した文字

たデータには複数の移動から生成されるデータが混在す列をサーバのセンサ ID 列から削除する．その後，再びる．これらの理由により，単純に反応したセンサが設置

時刻 t＝0 〜 T までの各学習データの一致率を計算し，されている場所を接続して移動経路を検出することは困最大の一致率がしきい値以下になるまで繰り返す．ただ難であるため工夫が必要である．

し，しきい値を上回る一致率の移動が複数ある場合は，一致率が最も高い移動のうち学習データ長が最も長いも3.2 検出アルゴリズムのを選択するとしている．学習データ長も同じ移動が複

サーバが受信したセンサ列から移動情報を推定する手数ある場合は時刻が最も若いものを選択する．移動情報法を簡単に述べる．詳細は文献（26），（27）を参照して頂を出力した後に，対応する文字列をサーバのセンサ ID

きたい．本研究ではサーバが受信したセンサの ID 列か列から削除することで，一度検出された移動が再び検出

ら部屋間の移動情報を抽出する．移動情報を機器の制御されることを防ぐ．複数の住人が同時に移動した場合でなどに用いる場合にはリアルタイムで処理しなければなも，異なる移動に対応する ID 列は互いに削除されない

らないが，生活パターンを就寝後に解析して知識化する

ため全ての移動を検出できる．

ような場合は一日のデータをオフラインで処理する方法

移動に伴うセンサの反応は家ごとに異なるため家ごとも有効であるため，現段階ではオフラインでの処理を考に学習データを作成する必要があるが，実際に住人が全えている．

ての移動を行っ てデータを採取するには手間が掛かる．

提案手法の流れを例を用いて図 8 に示す．例では母がそこで，始点の部屋と終点の部屋を結ぶ移動可能な経路

リビングから 1F トイレへ行き，移動の間に子は 2F ト

上にあるセンサが順番どおり反応するとして各移動の学

イレから寝室へと移動している．センサ ID を一つの文

習データを生成した．この手法では移動可能な経路を指字として扱い，ある時刻 t において過去 W 秒間に得ら定すれば家の大きさにかかわらず，実際に動かなくてもれたセンサ ID 列と後述する学習データを DP マッチン

学習データを生成できる．また，住人の特性に関する情

（28）

グ

を用いて文字列比較し，一致率を計算する．例え

報は用いていないため，移動速度などに依存しない学習
データとなっている．

反応したセンサ ID
母移動開始

母：リビング→1F トイレに移動

母移動終了
ACDE

子：2F トイレ→寝室に移動

子移動開始

t−W

図8
132

子移動終了

DP マッチング
で文字列比較

移動検出アルゴリズム

一致率
0.8
1.0
0.0
0.4
…

…

…

ABCDE
KLMNOP
FEGHI
ABCXY

時間

サーバが受信したセンサ ID
ウィンドウ WSTAKCLMDENOP
t

学習データ
リビング→1F トイレ
2F トイレ→寝室
1F トイレ→洋室 2
リビング→和室t

KLMNOP

3.3 移動検出性能

図 5 の住宅において，住人が一人の場合と二人の場合でシナリオに従いデータを収集した．一人の場合は浴室を除く 11 部屋間を行き来する全ての経路を移動した．二人の場合は二人が各自の判断で自由に 10 分程度滞在と移動を繰り返して移動した．自由に移動したため，すれ違いや同じ部屋に二人がいる場面がある．ウィンドウサ
イズ W は 25 秒とした．これは 1 回の移動に掛かる時間
が最長 25 秒であ っ たためである．検出された移動の正通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Topics ofTechnology
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Emerging
Papers

誤を判断する基準は，データ収集時に記録した移動開始

最大値 0.821 とな っ た．同程度の密度の人感センサ及時刻及び移動終了時刻に基づき，移動終了後 25 秒以内

びドア開閉センサを用いている手法に正しい移動が検出された場合のみ正解とし，それ以外場合 98% の精度で移動を検出しており，現状では性能は誤検出としている．

面で劣るが，疎な配置の人感センサのみで，事前に学習

移動検出の Recall，Precision 及び F-measure を図 9 に示す．それぞれの指標は以下の式で求められる．

（24）

では住人二人のデータを採取しなくても高い精度で移動を検出できることを確認した．文献（24）では住人が四人の場合でも評価しており，精度は 70% 程度まで落ちていることかC（A I B）
C（A）
C（A I B）
Precision ＝
C（B）
2・Recall・Precision
F-measure ＝
Recall ＋Precision

Recall ＝ら，本手法でも複数人での挙動を確認する予定である．
誤検出の原因を考察すると，台所とリビングの接続部
分の近くに両部屋のセンサが設置されているため，台所に入っ たときにリビングのセンサが反応している例が

ただし，A は全移動のサンプルの集合，B は全検出確認できた．また，設置位置や角度が原因で反応が鈍感

結果のサンプルの集合，C（・）は集合内のサンプルなセンサがあり，移動として検出されなかった例もあっ

数で あ る ．Recall と Precision が と も に 高い 結果が 理た．稼働しているセンサの組合せを変えて検出精度を評

想であるが， 両者はトレードオフの関係にあるため，価したところ，特定のセンサの有無によって認識精度がF-measure を評価指標とすることがデータ検索やセンサ

大きく変化することを確認した．これはセンサの検出範

データ処理分野では一般的である．結果より，検出ア

囲の設定で解決できる問題であると考えられるが，家のルゴリズムを終了させるためのパラメータである一致

構造に応じたセンサの検出範囲及び設置箇所の設定方法

率のしきい値を下げると検出結果の出力回数が増える

は今後の課題とする．

ため Recall が上昇するが，確度の低い結果も出力されるため Precision が低下する．一致率のしきい値を上げると，確度の高い結果のみ出力されるため Precision は

4む す び高くなるが， 検出漏れが多くなり Recall が低下する．

本稿では，センサを用いた人物移動検出システムに

結果の F-measure より， 住人が一人の場合はしきい値

ついて紹介した．システムによ っ て利用するセンサや0.8 で最大値 0.953，住人が二人の場合もしきい値 0.8 でアルゴリズムが異なるため，適する利用環境は屋外や商業施設やオフィスなど様々 であり，ユーザがシステ

1

ムから受ける印象や，デバイスを携帯する必要性，機器を設置するコスト，実際に居住したデータの必要性と0.6

い っ た点で違いがある．本稿の後半では筆者のグルー

0.4
0.2

Precision

F-measure

1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05

0

Recall

評価値

一致率のしきい値

プが研究している赤外線人感センサのみを用いた人物
移動検出システムを解説した．本稿で紹介したシステ
ムによ っ て人の移動情報を得ることで，家電機器の高度な制御や予測的な制御による電力消費の削減，家庭

1

内での互いの位置情報の共有，見守りが必要なお年寄

0.8

りの生活パターンの変化の検出，就寝中の侵入者の検0.6

知などへの応用が期待される．

0.4
0.2

RecallPrecision

F-measure

謝 辞

1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05

0

本稿の著述にあたって協力頂いた神戸大学大学院工学

一致率のしきい値

研究科寺田努氏，富士通株式会社松倉隆一氏，株式会社

図9

性能評価結果（上：一人，下：二人）

解説論文：センサを用いた住宅内人物移動検出システム

富士通研究所矢野愛氏に感謝致します．
133

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

評価値

0.8

解説論文
文 献
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Sept. 2006.
（12） 本村陽一， ベイジアンネットワークソフトウェア，
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（平成 24 年 1 月 18 日受付，5 月 12 日再受付）（16） C. Yang, R. Duraiswami, and L. Davis, Fast multiple object
tracking via a hierarchical particle filter, Int. Conf. Comput.
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134

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using a level-building DTW algorithm, IEEE Trans.
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村尾和哉
2006 阪大・工・電子情報エネルギー工学科卒．2008 同大学大学院情報科学研究科修士課程了．2010 同研究科博士課程
了．2010 日本学術振興会特別研究員 PD．
2011 神戸大大学院工学研究科助教．博士（情報科学）．ウェアラブル・ユビキタス
コンピューティングの研究に従事．

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

電子情報通信学会

2012 年ソサイエティ大会の開催地から～ 4,000 m の感動を体感しませんか～

富山大学

堀田裕弘

富山大学
キャンパス

Yuukou Horita

本大会の会場となる富山大学五福キャンパスは，富山県のほぼ中心の富山市にあり，既存の県内 3 国立大学（富山大学，富山医科薬科大学，高岡短期大学）を再編・統合し，
平成 17 年 10 月に誕生した新生の富山大学のメインキャン
パスです．この統合で，人文・人間発達・経済・理・医・
薬・工・芸術文化という多様な教育・研究分野を持つ 8 学部，和漢医薬学総合研究所，附属病院の 10 部局からなる

写真 3 ヘルン文庫の棚

写真 4 「神国日本」原稿

総合大学となりました．富山大学は，これまでも世界の発展に寄与する基礎研究のみならず，東アジア地域をはじめ（「神國日本」とも呼ばれる）の手書き原稿上下 2 冊約 1,200

諸外国との交流を通じ，東洋と西洋の英知と科学の融合す枚からなります．ヘルン文庫は，学会開催中は随時見学すなわち ｢知の東西融合｣ を目指し，フロンティア的学術活ることができます．

動に努めてきました．伝統的な 薬 業の蓄積を基に世界のさて，富山は地理的に日本海側のほぼ中央に位置し，関薬草を収集した民族薬物資料館（杉谷キャンパス）などは東・関西・中京圏のいずれにも等距離という地の利を有し，｢知の東西融合｣ を具象化した象徴的存在といえます．

豊かな自然や独特の農林水産資源にも恵まれています．中五福キャンパスの正門から入りますと，右手にあるだ円

国・韓国・ロシアなどアジアを中心とした諸外国への門戸

形の白亜の建物が目に飛び込んできます．これは，黒田講も年々拡大され，薬都富山，ものづくり富山，教育県富山堂と呼ばれており，ふるさと富山をこよなく愛し，ふるさの存在は全国的にも注目されています．

との高等教育の充実と富山大学の発展を願った富山市出身「環境未来都市」に選定された富山市は，LRT（次世代型の黒田善太郎氏（現在のコクヨ株式会社）の全額寄附によ

路面電車システム）を核とした公共交通の整備が進んでいり，昭和 32 年 11 月に建てられました．今の黒田講堂は，る全国でも先進的な都市で，北陸新幹線開業（2015 年）に平成元年 11 月，先代の遺志を受け継いだ黒田暲之助氏，

合わせて LRT 路線の更なる延伸も計画され，世界各国か

黒田靖之助氏並びにコクヨ株式会社の全額寄附により新たら視察に訪れるほど注目を集めている地方都市です．LRTに建設されたものです．講堂に入って右手の壁の銘板には，である市内環状線「セントラム」は富山市の中心市街地を黒田善太郎氏が記した「天職を全うせよ」と本学学生の成循環している便利な路線です．会場から一駅先には，全国長を祈る一文が刻まれており，今も本学の発展を見守って

でも珍しい富山県水墨美術館もあります．

います．

富山県が誇る 3,000 m 級の立山連峰からの雪解け水は，五福キャンパスのメインストリートの奥にある中央図

谷間を縫い，大小 300 もの河川が網目のように流れ，富山

書館には，東洋の知を求め続けた小泉八雲の蔵書 ｢ヘルン平野のコシヒカリやチューリップを育んでいます．また，文庫｣ があります．この文庫は，「耳なし芳一」や「雪女」

この水は水深 1,000 m の天然のいけすである富山湾に注ぎ，などの『怪談』で知られるラフカディオ・ハーン（Lafcadio

ホタルイカ，シロエビなど多種多様な魚を育んでいます．

Hearn，1850 〜 1904，日本に帰化して小泉八雲）の旧蔵書

この高低差 4,000 m を有する富山の雄大な四季折々の自然で，洋書 2,069 冊，和漢書 364 冊及び「日本：一つの解明」

景観と文化遺産，情緒豊かな伝統の祭りと豊穣な旬の山海の幸，パノラマ絶景などは富山に来て頂くことで体感できます．
最後に，富山で是非体感して頂きたいものは，富山湾の新鮮なネタだけで握った「富山湾鮨」です．
「富山のすし」は，
魚が新鮮，米が美味しい，水が美味しいから，美味しいのです！また，富山の深層水を使ったたくさんの商品もお土産には最適です．皆さん，
是非，パノラマ絶景とキトキト（新鮮）の富山へ来てみられ〜．

写真 1 黒田講堂（現在）

写真 2 セントラム

2012 年ソサイエティ大会の開催地から〜 4,000 m の感動を体感しませんか〜© 電子情報通信学会 2012135

Hamburug
BerlinDortmundLeipzig

BonnFrankfurt
Nuremberg
Munchen

ドイツ連邦
物理工学研究所

ドイツ日記

山口敦史

～その 4：ドイツの親切～

私たちの体験した親切

1

Atsushi Yamaguchi

これらは私たちがドイツで体験した数々の親切のご
く一部に過ぎません．小さな親切まで入れたら，数え

今回は，ドイツの親切についてお話したいと思いま

きれないほどの親切を体験してきました．もちろん私す．まずは，私たち夫婦が体験したドイツでの親切のたちは，日本でも日常生活の中で数々の親切を経験し例をいくつか挙げてみます．

てきました．しかし，ドイツの親切は日本のそれとはある日，妻が朝のごみ捨てに行くとき，ごみの量が多く手がふさがっていたことがありました．すると，少し性質が違っていて，一歩踏み込んだより積極的な親切だと思うのです．

たまたま近くを通りかかった見ず知らずの青年が，わ2

ざわざ妻のために建物の出口のドアを開けてくれたそ

親切に必要なもの

うです．更にその青年はごみ捨て場まで付いてきてく

例えばドイツに来る前の私が，前述の例で逆の立場れて，ごみ捨てボックスの蓋を開けてくれたそうです．

だった場合，ここまでの積極的な親切が全部できたか

また，ある有名な喫茶店を探していたときのことでと言われると，あまり自信がありません．それは，たす．私たちは近くと思われる場所をあちこち探し回っとえ親切のためとはいえ，見ず知らずの他人にこちらたのですが，どうしても目的の喫茶店が見つかりませからあれこれ干渉するという行為に，どうしても抵抗ん．仕方なくたまたま目に入った近所の家の方に場所があったからです．それは，助けが必要ならまず自分を伺ったところ，歩いて数分のところにあると教えてからこちらに助けを求めてくるだろう，そうでもない

くれました．しかしそれだけでなく，その方は私たちのに下手にこちらから手出しをしたら余計なお世話にのためにわざわざそこから喫茶店の前まで一緒に歩いなりかねない，と思っていたからです．しかし，実際て案内してくれました．また，高速鉄道 ICE でベルリに体験すれば分かるのですが，積極的な親切が余計なンから帰ってきたときのことです．私たちの乗る予定

お世話になることなどほとんどないのです．少なくとだった電車は故障で車両が交換されることになり，指も私の場合，今までドイツで受けた親切は，どれも嬉定席が全てキャンセルになったり，1 時間遅れてベル

しいものばかりでした．そして，ドイツに来てもうすリンを出発したり，いろいろと混乱していました．ド

ぐ 1 年が経とうとしている今では，私も前より自分か

イツ語の分からない私たちには，そもそも乗っているら他人に進んで親切にするよう意識するようになりま

電車が目的地に向かっているのかどうかすらもよく分した．そしてその過程で，私はドイツ式の積極的な親からないという状況でした．しかし，そんな不安そう

切を実現するのに重要な二つのことを発見しました．

にしている私たちに，何人ものドイツ人の方たちが，まず一つ目は，常に自分の周囲をよく観察すること

英語で状況を丁寧に説明し助けてくれました．車内でです．例えばバスでお年寄りに親切にしようと思ったの検札の際にも，車掌が私たちに向かってドイツ語でら，まずお年寄りの存在に気付かなければ何も始まり何かを説明していると「車掌さん，英語で説明してあません．これは当たり前のことなのですが，積極的にげて！」とすかさず助け舟を出してくれました．当時

親切をしようと思ったら，かなり意識して自分の周囲はまだドイツに来て間もない頃で不安で一杯だったこを観察する必要があります．ドイツに来て以来，私はともあり，それらの親切にはとても助けられました．

以前よりもずっと注意深く自分の周りを観察するよう

136© 電子情報通信学会 2012

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

Reportになりました．例えば誰かとエレベータで一緒になっき，たくさんの人が助けようとしてくれているのに，たら，その人がどういう状況か，大きな荷物を持って「自分でやりますから結構です．」と意地を張り，苦労

いないか，ちょっとした助けを求めるシグナルを出ししてその荷物を担ぎ込んでいたら，それはスマートでていないか，（失礼のない範囲内で）よく観察するようないばかりかむしろ見苦しくなってしまいます．更にになりました．そして，相手が助けを必要としているは親切を提案したほうも，気まずい気分になってしま

ようなら，見て見ぬふりをせず，迷わず手を差し伸べいます．

ます．これは，最初はなかなか勇気が要りますが，何特にこの二番目の，親切を上手に受ける，という点

度か繰り返して相手に喜んでもらえると，だんだん抵を私はあまり教えられてこなかった気がします．「他抗なくスッとできるようになってきます．

人には親切にしましょう！」というのはよく耳にしま

しかし，積極的な親切を実現するには，提供するだ

すが，「他人の親切は素直に受けましょう！」というのけでは駄目なのです．もう一つの重要な点，それは親はあまり聞いたことがありません．しかし，上に述べ切を提案された側が，素直にその親切を受け取ること

たように，積極的な親切を実現するには，どちらも同です．どんな積極的な親切でも，相手に受け取ってじ比重で重要だと思うのです．そして，ドイツ人は，

もらえなければ成立しません．ドイツに来て最初の親切の提供はもちろん，この親切の受け方も実に上手頃，私はドイツ人の同僚に親切な提案をしてもらったなのです．ドイツ人に対して親切を提案すると，気持

とき，実はかなりの回数丁重に断っていました．そん

ち良くすっと受け入れてくれるので，こちらもとても

なに親切にしてもらうのは，何だか悪いと思っていた

気分が良くなります．そして，親切のやり取りを経てからです．そのせいで，せっかくの親切を何度も台な送り側と受け側の両者が感じるこの気持ち良さ，それしにしてしまったのかと思うと，今でも恥ずかしくながお互いに次の積極的な親切への原動力となっている

ります．親切を提案したのに素直受け取ってもらえなのではないでしょうか．

かったという経験をしたら，中には次から親切を提供

後

に

3

するのをためらってしまう人もいるかもしれません．

最

そうなってしまったら，積極的な親切の実現は難しく

今回はドイツの親切についてお話しました．最後なるばかりです．親切は，素直に「ありがとう．是非に，親切にちなんで私の職場での出来事を一つ紹介しお願いします．
」と受けるのが良いのだと思います．そましょう．

して，自分が役に立てることがあればそのとき快くお

私の職場のあるグループが，数年前に，原子時計

手伝いすれば良いだけのことで，私のように悪いのでの性能を大きく向上させる画期的な手法を提案しましはないかなどと考えすぎることはないのです．

た．そして，それをあらゆる国際会議・論文などで何以前，あるレストラン評論家の本を読んだとき，次度も発表して宣伝していました．当然，その実現を目のようなことが書いてありました．高級レストランで指して実験も進めてきました．しかし最近，アメリカ

は最高級のサービスを提供してくれます．しかし，その別のグループが，全く同じ手法を使って先に実験をのサービスが成立するには，客の側にもそれを受ける

成功させてしまったのです．グループ内では，衝撃的に値する器が要求されるのです．食事のマナーが守れなニュースでした．そのニュースを聞いて，私は「残念ていなかったり，つまらなさそうにしていたり，会話だったね．でも何で彼らはすぐにできたのだろうね？」

はネガティブな話題ばかり…そのような客では，せっとドイツ人の同僚に聞いたところ，彼の返事は以下のかくの最高級のサービスが台なしです．これはレスト

ようなものでした．
「うちのグループがいろいろな場所

ランでのサービスの話ですが，私は親切にも似たようで発表しすぎたのだと思う．あれだけ発表すれば，後なことが言えると思うのです．親切を提供してもらっは実験するだけだもん．そういう意味では，うちのグたら，それを素直に受け入れる器が大事だと思うので

ループは，少し親切すぎたのかもしれないね．
」

す．例えば，重い荷物を持ってバスに乗ろうとしたと若者よ！世界にでよう！ ドイツ日記 〜その 4：ドイツの親切〜

137

解説

Technology Reviews and Reports

技術が社会基盤となるとき，我々は何をすべきか～ウェブにおける PKI 応用の例に学ぶ～
島岡政基 Masaki Shimaoka セコム株式会社 IS 研究所
松本 泰 Yasushi Matsumoto セコム株式会社 IS 研究所
高木浩光 Hiromitsu Takagi 独立行政法人 産業技術総合研究所

1

はじめに

インターネットや携帯電話に見られるように，情報通信技術（以下，単に技術）の進歩とその社会基盤化が著しい．
これに伴い，通信の秘匿や認証を実現する暗号等の要素技
術が社会基盤に深く組み入れられるようになった（1）．

ときに初めて顕在化し，技術が社会基盤となった後に発生すれば，社会への影響は大きい．特に急速に技術が社会基盤化するようになった近年では，問題が顕在化した後の制御が難しくなる傾向にある．
本稿では，ウェブにおける PKI（Public Key Infrastructure）
応用の事例を題材として，技術の社会基盤化において暗ここで，技術の誕生から普及の過程でそれに関与する

黙知問題が社会に与える影響について考察し，我々技術技術者を，その役割に応じて次の 3 種類に分けて考えて者が今後どのように取り組んでいくべきかについて議論

みたい．技術を考案し，基本的な仕組みを設計する技術を深めるきっかけとしたい．

者をデザイナー，技術を社会に普及させていくフレーム

以下，2. でまず，背景として，ウェブにおいて PKI がワークやミドルウェアの類を設計・実装する技術者を実必要とされた理由と，その誤用によって生じた問題につ装者エンジニア，それらの実装を利用する技術者を利用いて概説し，3. でその具体的な技術であるサーバ認証の者エンジニアと呼ぶことにする．

仕組みを解説する．その後，4. で，誤用によって生じた

デザイナーは技術を考案し，アルゴリズムやプロトコ

証明書検証不可問題について三つのケースに分類して考ル，アーキテクチャといった基本仕様を策定する．しか察し，5. で，デザイナーの暗黙知問題とはいかなるもの

し，多くの場合において，この過程で基本仕様に記述さか考察する．

れない，あるいは記述され損ねた暗黙の前提や要件とい った情報が何かしら存在する．これら基本仕様から取りこぼされた情報を，本稿ではデザイナーの暗黙知と

2

背

景

呼ぶ．実装者エンジニアが基本仕様に基づいてフレーム

ウェブの世界で既に広く普及している暗号化通信の方

ワークなどを設計・ 実装する際には，そうしたデザイ式として TLS（Transport Layer Security）がある（2）．ウェ

ナーの暗黙知をくみ取りつつ設計・ 実装することが求ブにおける TLS 利用ではサーバ認証を必要とするが，められる．そして，利用者エンジニアは実装者エンジニ

サーバ認証が必要とされる仕組みを正しく理解しなけれアが提供する実装に基づいて技術を利用することになば，誤った使い方をしてしまい，結果として，TLS で本るが，利用者エンジニアは基本的に実装者エンジニアに来期待される通信の秘匿が実現されない事態となる．

よって提供された実装が関心の対象であり，基本仕様やデザイナーの暗黙知には必ずしも関心を払わない．

2. では，サーバ認証が必要とされる仕組みについて概説し，誤った使い方の典型例を紹介する．

こうした技術者の階層構造と，階層を超えた情報共有
サーバ認証の本来の目的と要件が難しいというデザイナーの暗黙知の問題により，技術

2.1

はしばしば，普及の過程でデザイナーの意図しない方向

TLS では最終的に共通鍵暗号を用いて通信内容の暗号へと流されていくことがある．この問題は，利用者エン化を行う．そのためには共通鍵をサーバとクライアント

ジニアがデザイナーの暗黙知から逸脱した使い方をしたが第三者に知られることなく共有する必要があるが，こ138© 電子情報通信学会 2012

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology Reviews and Reports

解説
れをどのようにして実現するかが問題となる．特にウェブにおける暗号化通信では，初めて訪れるショッピング
サイトでクレジットカード番号を暗号化して送信したいというニーズがあり，そのような状況では，事前に利用者とショッピングサイトが共通鍵の共有を準備するわけにはいかない．
そこで鍵交換プロトコルが必要となるわけであるが，Diffie-Hellman 鍵交換（3）を採用したとしても，中間者攻撃耐性がないことが知られている（4）．例えば，サーバと図1ある自治体サイトの子供向けコンテンツ（2005 年 1 月時点）

クライアントの通信の間に攻撃者が割り込み，サーバと攻撃者，攻撃者とクライアントの間のそれぞれで DiffieHellman 鍵交換を用いた暗号化通信を行い，攻撃者がそれぞれの通信を互いに中継した場合，全体として通信が成り立っていても，通信内容は攻撃者に秘匿されない．
この攻撃を防止するため，クライアントの通信相手が偽サーバ S ′ではなく真サーバ S であることを検証する
鍵交換プロトコルが TLS に組み込まれている．具体的には，S は認証局 C からあらかじめ公開鍵証明書（以下，

図2

セキュリティ警告証明書）の発行を受けておく．クライアントは，S と通ません」と書かれていた．
「次へ」
ボタンをクリックすると，信する際に S に対して証明書の提示を要求し，その証明

図 2 のセキュリティ警告が表示される状態であった．

書が認証局 C から発行された証明書であること，及び

ここで問題は 2 点ある．1 点目はセキュリティ警告がC がクライアントの信頼する認証局であることを検証す表示されることであり，2 点目はセキュリティ警告を無る．S ′が認証局 C と結託するか，S の私有鍵を入手しな視させていることである．このセキュリティ警告は，2.1

い限り，中間者攻撃は防止される．

で述べた中間者攻撃が起きている可能性があることをここで認証局 C は，S と暗号化通信を行う可能性があ意味するものである．この警告を無視して通信を続けれるエンティティ全てにおいて信頼されている（3.3 参照）

ば，不正な第三者に通信内容を盗聴・改ざんされる可能ことが望ましく，また S に証明書を発行する際には，発性がある．このセキュリティ警告を無視させる指示をし行相手が S 以外の何人でもなく S 自身であることを確認て「問題ありません」と説明することは，利用者に誤っすることが求められる．

たセキュリティリテラシーを植え付けることになり，ここのようにして，ウェブにおける暗号化通信は，サーバ認証の存在を前提として成り立っているのである．

れが広まればセキュリティ警告が形骸化し，社会全体のセキュリティリテラシーを低下させかねない．
こうしたセキュリティ警告を無視させるサイトの事例

2.2

サーバ認証の誤った使い方

は，2005 年当時，筆者が一部の行政機関を調査しただ

2005 年 1 月，ある自治体のウェブサイトで公開され

けでも国の機関で 3 件，地方公共団体で 4 件あり，更にていた子供向けコンテンツにおいて，図 1 のようにセ2007 年に一部の大学を対象に調査した際には，新たにキュリティ警告を無視させる指示をしている事例が存在

22 件が確認された．

していた＊ 1．図 1 はクイズコーナーの回答入力画面であ

本稿では，このようなサーバ認証に関するセキュリ

り，「答えは暗号化されて送られます」「セキュリティのティ警告が現れるサイトを（証明書）検証不可サイト，

警告メッセージが表示されることがありますが，問題あり

そのようなサイトがセキュリティ 警告を無視させたり＊1

高木浩光 @ 自宅の日記 http://takagi-hiromitsu.jp/diary/20050114.
html（2012 年 3 月アクセス）回避させることを証明書検証不可問題と呼ぶことにし，
4. でこの問題について論じる．

解説：技術が社会基盤となるとき，我々は何をすべきか〜ウェブにおける PKI 応用の例に学ぶ〜

139

3

サーバ認証に関する基礎知識

サーバ認証のより詳しい仕組みについては，文献（1），（5）などで述べられているが，3. では証明書検証不可問

認する，3b）クライアントは証明パスが有効であることを確認する，3c）クライアントは証明パスの起点となる
ルート証明書が自身のトラストリストに含まれていることを確認する，という一連の処理によって行われる．

題を理解する上で必要な基礎知識について説明する．
3.2
3.1

パブリック認証局と証明書ストア

トラストリストは， ウェブブラウザや OS（Operating

サーバ認証の仕組み

ウェブにおける TLS 利用では，ウェブブラウザなど

System） に付属する証明書ストアと呼ばれるリポジトリでのクライアントがウェブサーバにアクセスする際に，管理されることが多い．Windows であればトラストリスト

1）ウェブサーバの認証（真正性の確認）を行った後，は，証明書ストアの中の「信頼されたルート証明機関」と呼2）クライアント・サーバ間で暗号化された通信経路をばれる場所で管理されており，Internet Explorer や Google．後者の説明は割愛し，本稿の論点に関係す

Chrome などがこれを参照している．一方，Mozilla Firefox

確立する

（5）

や Opera などは Windows の証明書ストアとは別に，ウェブ

る前者について以下に概説する．
サーバ認証を行うには，ウェブサーバは PKI におけるブラウザで独自の証明書ストアを用いて管理している．

認証局からあらかじめドメイン名が記載されたサーバ証

これらの証明書ストアには，あらかじめ幾つかのルー

明書の発行を受けておく必要がある．認証局は階層構造

ト証明書が登録されており，これらのルート証明書に対を持つことができ，最上位の認証局はルート認証局と呼応する認証局はそれぞれパブリック認証局と呼ばれる．

ばれ自己署名証明書を持つ．本稿では，ルート認証局の証明書ストアを管理するウェブブラウザや OS のベンダの自己署名証明書のことをルート証明書と呼ぶ．

大半は，文献（6），（7）のようにパブリック認証局を登録す

図 3 に示すルート証明書からサーバ証明書までの証明書るための登録ポリシを規定している．これらの登録ポリシのシーケンスは，証明パス（Certification Path）と呼ばれでは，認証局に対する技術要件だけでなく，WebTrust forる．このようにルート証明書から証明パスがつながったサー

CA（8）などの認証局運用認定基準に基づく認定を取得するこ

バ証明書のことをルート証明書から検証可能なサーバ証明とを運用要件として求めていることが多い．

書という．一般にサーバ認証の証明書検証を行うクライアン

また，ほとんどの証明書ストアでは，利用者が後からルートは，幾つかのルート認証局を信頼しており，この信頼するト証明書を登録することも可能である．パブリック認証局でルート認証局の証明書の集合はトラストリストと呼ばれる．

なく，特定少数が利用することを想定するルート認証局はプ

サーバ認証は，1）クライアントがサーバにアクセス

ライベート認証局とも呼ばれ，これら後から利用者が登録すする，2）サーバがクライアントにサーバ証明書を含むる認証局を，本稿では信頼するプライベート認証局と呼ぶ．

証明パスを送信する，3a）クライアントはアクセス先ド

プライベート認証局もパブリック認証局もトラストリ

メイン名が証明書記載のドメイン名と一致することを確

ストに登録されれば，サーバ認証において両者は区別されることなく扱われる．

利用者が信頼する認証局

ルート証明書（自己署名証明書）
CA1
発行者：CA1
中間 CA 証明書の 主体者：CA1
発行
中間 CA 証明書
発行者：CA1
CA2
主体者：CA2…

…
CAn サーバ証明書の発行

利用者 アクセス

サーバ

中間 CA 証明書
発行者：CAn−1
主体者：CAn
サーバ証明書
発行者：CAn
主体者：サーバ

証明パス

3.3

ルート証明書の信頼

一般に，利用者がルート認証局を信頼してトラストリ
ストに登録する際には，以下の要件を満たす認証局に限定して行うべきである．
・ルート証明書を安全な方法で入手できること．
・入手したルート証明書の真正性を安全に確認できる方法が提供されていること．
・利用者が負うリスクなどがルート認証局の文書で明示

図3

140

証明パス

されており，かつ利用者が合意できる内容であること．
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology Reviews and Reports

解説パブリック認証局の場合，2 点目まではあらかじめウェ（1）なぜセキュリティ警告は無視されるのか

ブブラウザ等に登録されているので省略可能である．3 点

サーバ認証において 3.1 で述べた検証処理が失敗する目については 3.2 で述べたように認証局運用認定基準な

検証不可サイトでは，ブラウザは図 2 のセキュリティ警

どに準拠することで簡略化，すなわちウェブブラウザを利告を表示する．このセキュリティ警告は，ブラウザの種用する時点でウェブブラウザにあらかじめ登録されたルー類によって表示方法が多少異なるが，おおむね表 1 に分ト証明書を信頼することに合意したものとみなしている．

類したように警告理由を表示する．

一方，プライベート認証局の場合は利用者による作業が必要となる．前記 1 点目の安全な入手方法としては，
ルート証明書を偽物に差し替えられたり不正な内容に改表1

サーバ認証におけるセキュリティ警告の分類

サーバ証明書のルート認証局

警告理由

パブリック
認証局

以下のいずれかあるいはその組合せ①証明書が失効している②証明書が有効期限切れ③証明書が別サイトのアドレス用④中間証明書の設定不備

プライベート認証局

以下のいずれかあるいはその組合せ①〜④及び⑤発行元認証局が信頼されていない

ざんされない方法が必要であり，理想的には手渡しで授受する．2 点目は，例えばルート認証局がルート証明書の拇印（SHA-1 などのハッシュ値）を利用者に安全な方法で周知し，利用者は受け取ったルート証明書の拇印をそれと照合する．3 点目については，商用認証局の多くは証明書ポリシ（CP: Certificate Policy）及び認証局運用規程（CPS: Certification Practice Statement）と呼ばれる

このセキュリティ 警告を無視させようとするサイト

文書（9）を規定しており，証明書発行基準や認証局の鍵管は，しばしば問題視された（10）．セキュリティ警告とい理，安全基準などに加えて，認証局や利用者の義務と責う重大なダイアログが表示されるにもかかわらず，なぜ任などについて明記しており，これらを利用者が読んでそれを無視させようとするのか，またなぜそれを受け入同意できる内容かを確認する ．

れる利用者がいるのか．その原因は過去のセキュリティ＊2

しかし，検証不可サイトの多くは，そのルート証明書

警告の分かりにくさにあったものと考えられる．

がこれらの要件を満たしておらず，利用者にリスクを負a）Internet Explorer 6.0 の 例

わせるものとなっている．

Internet Explorer 6.0 のセキュリティ警告では，「このサ

例えば 図 2 に 示した

イトと取り交わす情報は，ほかの人から読み取られたり変証明書検証不可問題

4

更されることはありません．しかし，このサイトのセキュリ
ティ証明書には問題があります．」とある．
「ほかの人から

4. で は，2.2 で 触 れ た 証明書検証不可問題 に つ い

読み取られたり変更されることはありません」との記述は，て，まず一般的なケースについて述べる．次に，特徴

盗聴・改ざんリスクに影響を与えないとの誤解を与えるも的なケーススタディとして行政機関や大学のケースにので，「問題があります」と書かれていても，サイト管理者

ついて述べる． 前者が政府認証（GPKI：Government

や利用者の目には軽微な問題と映ってしまうであろう．

Public Key Infrastructure）と地方公共団体組織認証基盤

実際には，「ほかの人から読み取られたり変更される（LGPKI：Local Government Public Key Infrastructure）

ことはありません」との記述は誤りであり，2.1 で説明でそれぞれ 1 件のルート認証局を登録させようというのした中間者攻撃を想定すれば，通信している相手が誰だに対して，後者は各大学でそれぞれルート認証局を登録

か分からない状況であり，間に割り込んだ者によ ってさせようとしていたという特徴がある．

盗聴も改ざんも可能な状況を示す警告である．間に割り込んだ者を含めた通信相手についてそれ以外の第三者に

4.1

一般的なケース

4.1 では，一般的な証明書検証不可問題について解説する．

は「読み取られたり変更されることはありません」という意味では間違いではないが，そのような区別をしても利用者にとっては意義のないことである．
ウェブでの TLS 利用において暗号化とサーバ認証と＊2

CP/CPS における記述項目は，RFC 3647（9）で規定されている．

が不可分なものであることを理解していない限り，この解説：技術が社会基盤となるとき，我々は何をすべきか〜ウェブにおける PKI 応用の例に学ぶ〜

141

図4

Firefox 2.0 のセキュリティ警告

図5Internet Explorer 7.0 のセキュリティ警告

警告の真意を理解することは難しく，利用者向けの警告文としては不適切なものといえる．

図6

Firefox 3.0 のセキュリティ警告

しまうことはなくなった．
具体的な数は調査していないが，こうしたブラウザのb）Firefox 2.0 の例 次に Firefox 2.0 のセキュリティ警告

改善に伴い，後述の行政機関など一部を除き，全体としの例を図 4 に示す．こちらは，明らかに証明書が信頼でて検証不可サイトは減少傾向にあると見られる．

きる状態にないと分かる文言になっているものの，ダイ
行政機関のケース

アログの初期値が「このセッションの間だけ一時的に証明

4.2

書を受け入れる」，またボタンのフォーカスも「キャンセ4.2 では GPKI 及び LGPKI における証明書検証不可ル」ではなく「OK」ボタンになっているため，そのままク問題について解説する．この問題については文献（11）リックすればサイトにアクセスできてしまう．つまり警が詳しいが，ここでは本稿の論点に関係する部分につい告を無視できる選択がデフォルトになってしまっており，て解説する．

安全設計の観点からは利用者に不親切である．

（1）経 緯一般に，利用者には必ずしも十分なセキュリティリテ

GPKI 及び LGPKI は，2000 年に施行された電子署名

ラシーを期待できないことを前提に設計は行われるべ法に基づく府省官職及び地方公共団体職責による電子署

きであり，また，例え十分なセキュリティリテラシーが名のための証明書発行を目的としてそれぞれ整備されあっても，何かの拍子にこのダイアログが表示された瞬た．しかし，GPKI 及び LGPKI のアプリケーションに間にマウスをクリックしてしまったり Enter キーを押しは少なからずウェブサイトを通じた電子申請等を行うもてしまえば，肝心の警告メッセージを読むことなくサイのがあり，通信路における盗聴・ 漏えい対策のためにトにアクセスしてしまうことになる．

サーバ認証を必要とするものがあった．

（2）セキュリティ警告の改善

GPKI 及び LGPKI では，このサーバ認証のためのサー2006 年にリリースされた Internet Explorer 7.0 及び 2008

バ証明書をアプリケーション認証局と呼ばれるそれぞれ

年にリリースされた Firefox 3.0 において，セキュリティ

独自のプライベート認証局から発行していた．セキュリ

警告はそれぞれ図 5，図 6 に示すように改善された．どちティ警告を表示しないようにサーバ認証を行うには，こらもポップアップ表示が廃止され，ブラウザの画面全体にれら GPKI 及び LGPKI のアプリケーション認証局を利大々的に表示されることで，他の警告とは明らかに異質

用者のトラストリストに登録する必要があった．

なものと認識しやすくなり，文言に注意を払わない利用者にも直感的に危険性が理解されるようになった．

最終的に，これらアプリケーション認証局は，2006 年にWindows のトラストリストに登録されパブリック認証局とな

文言も「問題があります」「安全性を確認できません」

り，2008 年には WebTrust for CA の認定も取得した．こと大きな表記に修正された．これらの改善によ ってセれにより，利用者によるルート証明書の登録作業は不要に

キュリティ警告は，ブラウザが表示する他のダイアログ

なり，セキュリティ警告も表示されないようになった．

などとは明らかに異なる表示になり，サイト側も警告の（2）本ケースの問題点無視を推奨しにくくなったといえる．

2006 年にパブリック認証局となるまでの間，GPKI

更に，デフォルトではサイトへのアクセスを続行でき

及び LGPKI のアプリケーション認証局では，利用者にないようになり，気付かずに，あるいは誤って接続してルート証明書を配布しトラストリストへ登録することを142

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology Reviews and Reports

解説
推奨していた．
しかし，配布方法及び推奨する登録手順に不備があり，その問題点について文献（11）によって指摘された．
問題点は以下の 2 点に集約できる．

こうした問題を防ぐために，ルート証明書を配布する
際には改ざん・なりすましが起きないよう安全に配布することが求められる．
b）ルート証明書の拇印照合 信頼できない通信路によa）信頼できない通信路によるルート証明書の配布 一般るルート証明書の配布がやむを得ないとするならば，配に，公開鍵証明書は証明書の発行者が署名しているので布した証明書が改ざん・なりすましのされていないもの

改ざん耐性があるとされるが，改ざん耐性は証明書の発であることを確認する方法を提供する必要がある．そこ

行者の署名によって保証されるものなので，ルート証明

で，GPKI 及び LGPKI では，ルート証明書を利用者が書のように発行者と主体者が同一の自己署名証明書には入手した後，改ざん・なりすまし対策としてルート証明

成立しない．自己署名証明書の場合は，改ざんした内容

書の拇印照合を利用者に対して求めていた．

に対して自身で署名することが可能である．

拇印照合を適切に行うことができれば，ルート証明書

このため， 自己署名証明書を配布する場合には改は安全に利用者に配布できたことになるのだが，拇印照

ざん・なりすまし対策が不可欠となる．しかしながら，合の方法にも 2 点の問題があった．拇印照合が必ずしもGPKI 及び LGPKI では，サーバ認証を行わない，通信容易な操作ではないことと，照合に必要な情報の入手が路が平文のウェブサイトを通じてルート証明書を配布しやはり容易ではないことである．

ていたため，改ざん・なりすましの恐れがあった．

前者は，証明書のプロパティを表示させるという能動プライベート認証局をトラストリストに登録すること的な操作が必要な上に，そこに拇印として表示されるを目的としたルート証明書の配布において，改ざん・な

20 Byte の 16 進数という無意味で長い文字列を照合しなりすましが行われると，結果的に意図したルート認証局

ければならない．後者は，照合すべき拇印が特定号の新X のそれとは異なるルート証明書 Y をトラストリストに

聞広告や官報に掲載されたため，過去の新聞や官報から登録してしまう可能性がある．そして，トラストリスト

該当号を探し出す必要がある．こうした作業が，拇印照に登録されたルート認証局から発行された証明書を用い合を行う全ての利用者に求められる．

れば，基本的にセキュリティ警告なしにサーバ認証する

特定少数を対象としたプライベート認証局であれば，ことが可能となる．例えば以下のようなケースである．

こうした作業も利用者に手厚いサポートを行うことで対・ある組織において，組織内のサーバへのサーバ証明

処することも可能かもしれないが，全国の不特定多数が書発行に限定したルート認証局 X を構築し，利用

利用者となり得る GPKI 及び LGPKI で，こうした作業者である構成員のトラストリストに登録してもらうを利用者に期待することは無理がある．

ためにルート証明書 X を配布したとする．

（3）社会的影響

・このときに，ルート証明書の配布を安全な経路で配これらの問題は，最終的にパブリック認証局となるこ

布しなければ，悪意あるものがルート認証局 Y をとで解決されたものの，強いコンプライアンシーが求め構築し，ルート認証局 X になりすましまたは改ざんられるはずの行政機関が率先して検証不可サイトを立てする形で構成員のトラストリストに登録させることたことは，次の 2 点で社会的な影響が大きかったといえが可能となる．

る．一つは，これに追従する検証不可サイトが乱立する

・この場合，構成員は，意図しないルート証明書をトことへの懸念，もう一つは，利用者である国民がセキュ

ラストリストに登録してしまうことで，不正な証明

リティ 警告への警戒心を弱めてしまい，社会全体のセ書を見抜けないことになる．

キュリティリテラシー低下を招く懸念である．

・つまり，ルート認証局 Y が組織外サーバに証明書を

前者については，実際に，2.2 で述べたある自治体の例

発行し，当該サーバに構成員がアクセスした場合，本や，4.3 で後述する大学の例など，幾つもの事例が確認さ来であればセキュリティ警告が出るはずだが，ルーれている．後者については，4.1 で述べたように，セキュト証明書 Y を誤って登録したことによってセキュリ

リティ警告の改善と，アプリケーション認証局のパブリッ

ティ警告が表示されなくなってしまう．

ク認証局化が図られたことによって回避された．

解説：技術が社会基盤となるとき，我々は何をすべきか〜ウェブにおける PKI 応用の例に学ぶ〜

143

4.3

大学のケースるべきルート認証局の数の多さである．行政機関のケー2.2 で述べたように，2007 年において 22 の大学でセスでは，GPKI 及び LGPKI それぞれのアプリケーション

キュリティ警告を無視させていたことが確認されていた．大認証局 1 件ずつが登録されれば，行政機関に関するサー学における検証不可サイトは，ルート証明書を利用者に配バ証明書は一通り検証可能となる．一方，大学のケース

布・登録させようとしている点で 4.2 の行政機関に共通す

では，教職員以外の一般の者にもルート証明書の登録をるが，行政機関の検証不可サイトは，2006 年にブラウザ

要求あるいは推奨しているケースが多く見られた．これのセキュリティ警告が改善されて以降収束していったのに対はすなわち，様々な大学のサイトにアクセスする利用者

し，大学のそれは，その後も多数確認されている．

は，それらの大学のルート認証局をことごとくトラスト

つまり，大学の検証不可サイトは，図 5 や図 6 のようリストに登録する必要が生じる．

なセキュリティ警告すら無視させようとしている点で，3.3 で述べたように，ルート証明書をトラストリスト

利用者のセキュリティリテラシーに与える悪影響がよりに登録することは，それだけ利用者のリスクが高くなる

強く懸念される．

ことを意味する．安易にルート証明書の登録を推奨する

本来大学は，技術を利活用した社会生活を送ることにことは，利用者のリスクを不必要に高めることになるのなる学生に対して，正しい情報セキュリティリテラシー

で慎むべきである．トラストリストへの登録を求める利を身につけさせる役割を担うべき立場にあるはずであり，用者の範囲は，例えばルート認証局を運営する組織の構

その点からしても，セキュリティ警告を無視させること成員に限定しておくことが望ましく，プライベート認証による学生への影響の責任は重大といえよう．

局という名称もそこに由来している．

（1）対 策
ルート証明書を利用者に登録・ 配布するにあた っては，大学は 3.3 で述べた要件に対応すべきである．

すなわち，不特定多数の利用者を対象とするのであればプライベート認証局ではなくパブリック認証局を用いるべきであり，行政機関のケースは例外的なものとして捉えるしかない．

大学が運用する認証局において，対象となる利用者のまた， 特定の利用者を対象とするプライベート認証局で範囲は，教職員，学生，その他の 3 種類に大別できるが，あっても，3.3 で述べたように，利用者が負うリスクを正しく

ルート認証局の信頼に関しては，大学と従属関係を持つ利用者に説明し，そのリスクを最小化すべく認証局が負う義教職員と，従属関係を持たない学生及びその他という 2

務と，その義務を認証局が継続的に遵守することについて，種類に分けて，次のように考えるべきである．

利用者の理解を得る必要があることを忘れてはならない．

教職員だけに使用させるルート認証局であれば，プライ
ベート認証局として設置すればよいが，従属関係を持たない者を含めた対象に信頼してもらおうとするルート認証局

5

考

察

は，パブリック認証局と何ら変わりはないことになり，パブ5. では，4. で解説した証明書検証不可問題について，

リック認証局と同レベルの運用が求められる．これを各大問題が生じた背景や原因を考察し，その上で，証明書検学が個々に実現することはおよそ現実的ではないだろう．

証不可問題を通じて浮かび上がる，ウェブと PKI の関係

この課題に対応するため，国立情報学研究所が全国のにおけるデザイナーの暗黙知問題について考察する．

大学を対象にパブリック証明書を発行するサーバ証明書
証明書検証不可問題

プロジェクトを 2007 年から開始している（12），（13）．現在

5.1

ではこのプロジェクトには 279 機関が参加しており，問4. で述べたように， 証明書検証不可問題はセキュリ

題が指摘された 22 件についても，その後，うち 13 機関ティ警告の無視とルート証明書の登録にある．

がプロジェクトに参加するなど，大学における検証不可（1）セキュリティ警告の無視

サイトの削減が進められている（14）．

4.1（ 1）で述べたように，かつてのバージョンのブラウザ（2）プライベート認証局と利用者の関係

は，セキュリティ警告の危険性を示す力が弱く，その結果，大学のケースを行政機関のケースと比較して，最も異4.2 や 4.3 に示したようにセキュリティ警告を軽視する検証なる重要な点は，利用者ごとにトラストリストに登録す不可サイトの続発をもたらした．セキュリティ警告の無視

144

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology Reviews and Reports

解説が常態化すれば，サーバ認証は役に立たないものとなる．

れているのは，こうした理由によっている．

通信相手であるサーバが本物かどうか，つまり中間者がそれにもかかわらず，ルート証明書の安易な配布が広介在していないかどうかを確認できなくなれば，例え利用者

まるのは，事前共有する情報が秘密情報ではなく公開情から見て通信路が暗号化されていても，それが本来の通信報（ルート証明書は公開情報）であることから，暗号化

相手との間のエンドツーエンドでの暗号化なのか，利用者して渡す必要がないとの誤解が生じているのではないか．

から中間者までの暗号化なのか，区別がつかなくなる．

適切に暗号化しなければ，通信路上で偽の証明書に差し（2）ルート証明書の登録替えられる脅威があるのであって，TLS はそれを防ぐた

4.2（2）（a）で述べたように，ルート証明書を登録させる

めにあることが理解されていないのではないだろうか．

場合にそのルート証明書の配布方法は極めて重要である．
実装者エンジニアと利用者エンジニアの責務

基本的に，ウェブサイトが利用者に対して何かを手渡しな

5.2

どのオフラインの手段で配布できる関係にない限り，ルー

5.2 では，証明書検証不可問題における，技術者三者ト証明書をオンラインで配布することは簡単ではない．手のうち実装者エンジニアと利用者エンジニアが負うべき渡しなどオフラインで配布するのは基本的にはコスト高責務について考察する．残るデザイナーに関しては暗黙となる．オンライン配布の場合には，改ざん・なりすま

知問題として 5.3 で述べる．

し対策として利用者がルート証明書の拇印を確認する必a）実装者エンジニア 証明書検証不可問題における実要があるため，利用者に高いセキュリティリテラシーと確

装者エンジニアの代表例はブラウザベンダである．ブラウ

認作業が求められ，これもまた余り現実的でない．

ザベンダは，3.2 で述べたトラストリストへのパブリック認

その一方で，配布されたルート証明書を利用者のトラ証局の登録や，4.1（ 2）で示したような利用者に対して直感

ストリストへ登録する作業そのものは非常に容易であ的で分かりやすいセキュリティ警告の表示を提供するようり，例えば，ルート証明書のファイルをダブルクリック

努めるべきだろう．後者は単にユーザリテラシーの向上だ

して高々 6,7 クリック程度で登録ができてしまうため，

けでなく利用者の責任を明確にする上でも重要である．

ルート証明書の登録における安全な配布手段の重要性を

プライベート認証局をトラストリストへ登録する行

理解していないと，登録作業の容易さに囚われて，安易為は利用者が責任を負うものであり，そのためにもブラな配布をしてしまうことになる．

ウザベンダは，利用者に責任が発生することをセキュリ（3）暗号化通信への誤解

ティ警告によって確実に理解させる工夫が求められる．

ルート証明書の安易な配布が広まる原因の根本は，TLS

こうした問題について，ブラウザベンダは必ずしも理で実現される暗号化通信がどのような脅威から防御するも解が不足していたわけではないのであろうが，セキュリのであるかが，理解されていないことによるものと考える．

ティ警告の表示方法が不十分であったことが，検証不可

2.1 で述べたように，中間者攻撃を防ぐには通信相手サイトの乱立を招き，誰にでも容易に分かるよう表示すを認証する必要がある．Diffie-Hellman 鍵交換は，事前る工夫がより一層求められてきたことは 4.1 で述べたとに秘密鍵を共有する準備を必要とすることなく暗号化通おりである．現在では 4.1（2）で述べたとおり既に改善信を可能とする技術だが，中間者攻撃耐性がない．TLS

されているものの，社会基盤化した後になってこうしたでは，認証局というあらかじめ利用者に信頼された第三課題が生じたことは反省すべき点だろう．

者を用いることでこれを解決した．

b）利用者エンジニア 証明書検証不可問題における利しかし，それによって事前の準備が一切不要となるわ

用者エンジニアの代表例は，ウェブサーバ管理者やサイけではない．利用者とウェブサイトの間で認証局というト運営者と呼ばれる人たちである．ここでは両者をまと事前共有情報を持つ準備が必要である．その準備をオン

めて管理者とする．

ラインの手段で実現しようとしても，その準備が完了す

管理者は，サーバ認証に用いるサーバ証明書をどの認るまで，安全な通信路を確立できないのだから，そもそ

証局から発行してもらうか選択の余地があるが，その証も安全にオンラインで準備することは不可能である．パ

明書は利用者に使用させることになるのであるから，こブリック認証局があらかじめトラストリストに組み込まの選択は利用者に対する責任を負う．ウェブサーバにア

解説：技術が社会基盤となるとき，我々は何をすべきか〜ウェブにおける PKI 応用の例に学ぶ〜

145

クセスする利用者が不特定多数であれば，パブリック認の確立というものが十分に理解され成熟した概念として

証局から検証可能な証明書を用いるべきである．

広まっていたら，2）や 3）は暗黙知ではなかったかもし

利用者が特定可能であるならば，利用者に信頼されたれない．しかし，ウェブの社会基盤化とそれに伴う TLS

プライベート認証局から検証可能な証明書を用いることの急速な普及によって，ゆがんだ形，すなわちルート証も許される場合があるだろう．しかし，当該ウェブサー

明書の配布・ 登録は安易に可能なものと誤解され，セバにアクセスするために利用者が新たにプライベート認

キュリティ 警告も軽視されてしまうという状況につな

証局を信頼しなければならないような場合には，3.3 でがったものと考えることができる．

述べたように，ウェブサーバ管理者は利用者に対してプこうしたデザイナーと実装者エンジニアの間のひずみ

ライベート認証局のルート証明書を安全に配布する，あは，利用者エンジニアやエンドユーザにも影響を与える

るいは安全な配布方法を説明する義務がある．

ことになる．そして，それがセキュリティに関する問題で

なお，プライベート認証局を信頼することによって生ある場合，その影響は「よく分からないまま責任やリスク

じ得るリスクは一義的には利用者の自己責任の下で負うだけ負わされている」という一方的な形で表れかねない．

ものではあるが，証明書検証不可問題の原因となるようデザイナーの暗黙知問題を解決していくには，究極的にな，説明不十分なまま利用者にセキュリティ警告を無視

は実装者エンジニアだけでなく利用者エンジニアや更にはさせる指示をウェブサーバ管理者が行っている場合には，

エンドユーザまでがデザイナーの暗黙知を正しく理解する

それに従った利用者が通信を盗聴されて損害を被った際ことかもしれない．しかし，技術の社会基盤化が進む中に，警告を無視させたことが間接的にそのような被害をで，そこに組み込まれた個々の要素技術についてまで暗もたらしたとして，ウェブサーバ管理者の責任が追求され黙知を正しく理解することは容易なことではない上に，増ることとなりかねないことを認識しておくべきである．

して社会基盤化することで利用者エンジニアやエンドユー
ザの範囲も広範となることから，より現実的な解決方法を

5.3

デザイナーの暗黙知問題

検討していく必要があるだろう．かといって，実装者エン証明書検証不可問題におけるデザイナーの暗黙知は，ジニアやデザイナーに掛かる責任が大きくなれば，技術革

1）サーバ認証における中間者攻撃耐性の重要性，2）ルー

新へのブレーキにもなりかねないため，技術者全体でこうト証明書の配布・登録の難しさ，3）セキュリティ警告

した課題を円滑に解決していけるようなフレームワークをが伝えるべき説明の重要性の 3 点にあると考えられる．

整備していく必要があるのではないだろうか．

こうした暗黙知がなぜ存在するのか，そしてこうした暗例えば，実装者エンジニアは，これまで以上にデザイ

黙知を明文化していく上での課題について考察する．

ナーの暗黙知を正確に読み取り，また複雑化する暗黙知

近年の多くの技術は，様々な要素技術の組合せによっをひもとくことが求められるだろう．更には，利用者て成り立っている．デザイナーの暗黙知問題は個々の要

エンジニアによる誤用などを最小化するためにも，それ素技術に応じて存在し得るので，これら要素技術の組合らを正確に実装に反映させる必要がある．社会基盤化しせによ って成り立つ複合技術においては，デザイナーていく技術に関わる実装者エンジニアは，こうした責務の暗黙知問題を正確にひもとくことがますます難しく

を改めて自覚していくべきと考えるが，これらを実装者なっていると考えられる．例えば，前述の 1）は認証とエンジニアだけで負担していくのは荷が重いかもしれな

暗号が不可分な TLS という複合技術による問題とみない．一方でデザイナーは，基本的な仕組みを設計した後すことができるのではないだろうか．また，技術の発展

も，暗黙知を最小化するよう非機能要件や設計の背景・が加速することで，要素技術が生まれてから複合技術が動機付けなどを明文化して実装者エンジニアへ伝えてい実装されるまでが短縮化し，実装者エンジニアが各要素くことが求められるだろう．デザイナー 自身による活技術における暗黙知を習熟する十分な時間の確保ができ動が困難であれば，代わりに暗黙知を明文化していくエ

なかったり，あるいはデザイナーが明文化する前に複合

バンジェリスト的な役割を果たす技術者がそれを補完す技術の実装が進み，結果的に暗黙知化してしまうものもるということも考えられる．エバンジェリストはデザイあるのではないか．もし仮にネットワークにおける信頼

ナーを補完する形で，暗黙知を最小化するよう非機能要146

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology Reviews and Reports

解説
件や設計の背景・ 動機付けなどを明文化していくことが期待される．こうした啓発活動は，直接インセンティ
ブが期待できるものではなくボランティア的な位置付けになるかもしれないが，当該技術で生計を立て，当該技術の普及を推進するインセンティブを持つ技術者や組織は，こうしたエバンジェリストとしての役割もまた重要であることを認識しておくべきではなかろうか．

6

む

す

び

本稿ではウェブにおける PKI 応用の事例を題材として，技術の社会基盤化において暗黙知問題が社会に与える影響について検討した．ウェブにおける PKI 応用の他にも，例えば，近年社会基盤化が著しい携帯電話向けの
ウェブやスマートフォン向けアプリにおいても，いわゆ
る携帯電話 ID 問題（15） や Android のパーミッション問
題が見られるように，暗黙知の問題が潜在し得る分野が考えられる．技術者は，デザイナー，実装者エンジニア，
利用者エンジニアという位置付けの中で自らの果たすべ
き役割を意識していく必要があるのではないだろうか．
これは個々人の意識に頼るのみでなく，社会システムと（Version 2.0）， http://www.mozilla.org/projects/security/certs/policy/, Feb 2012，2012 年 3 月アクセス．
（ 8 ）American Institute of Certified Public Accountants，Inc.
（AICPA）and Canadian Institute of Chartered Accountants（ C I C A ）， We b Tr u s t P r o g r a m f o r C e r t i f i c a t i o n
Authorities， Version 1.0，AICPA/CICA，Aug. 2000.
（ 9 ）S. Chokhani，W. Ford， R. Sabett， C. Merrill，and S.
Wu， Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate
Policy and Certification Practices Framework, RFC
3647，Internet Engineering Task Force，Nov. 2003.
（10）高木浩光， オレオレ証明書の区分 第三版 ，高木浩光
＠自宅の日記，http://takagi-hiromitsu.jp/diary/20071117.
html#p02，Nov. 2007，2012 年 3 月アクセス．
（11）高木浩光，関口智嗣，大蒔和仁， GPKI 及び LGPKI におけるルート証明書配布方式の脆弱性と解決策， 情処コンピュータセキュリティ研究会，第 5 回コンピュー
タセキュリティシンポジウム（CSS2002），Nov. 2002．
（12）サーバ証明書の発行・導入における啓発・評価研究プ
ロジェクト，https://upki-portal.nii.ac.jp/docs/server.
（13）島岡政基，西村健，古村隆明，中村素典，佐藤周行，岡部寿男，曽根原登， 学術機関のためのサーバ証明書発
行フレームワーク ，信学論（B），vol. J95-B, no. 7，pp.
871-882, July 2012．
（14）UPKI オープンドメイン証明書自動発行検証プロジェク
ト，https://upki-portal.nii.ac.jp/docs/odcert.
（15）高木浩光， 携帯電話向け Web におけるセッション管理の脆弱性， 暗号と情報セキュリティシンポジウム
2011，Jan. 2011．

して自然に解決されていくような何らかのフレームワー
クを整備することが望ましいかもしれない．これは業界全体で議論していくべき課題と筆者らは考える．
●○ 文 献（ 1 ）島岡政基，松本泰， SSL 証明書の事例に見る暗号アル
ゴリズムの移行問題 : 収束しない 2010 年問題， 信学論（B），vol.J94-B, no. 1, pp. 1-13, Jan. 2011．
（ 2 ）T. Dierks and E. Rescorla， The Transport Layer Security（TLS）Protocol Version 1.2， RFC 5246，Internet
Engineering Task Force，Aug. 2008.
（ 3 ）W. Diffie and M. E. Hellman， New directions incryptography, IEEE Trans. Inf. Theory, vol. IT-22，no. 6，
pp. 644-654，Nov. 1976.
（ 4 ）C. Kaufman，R. Perlman, and M. Speciner，石橋啓一郎
訳， ネットワークセキュリティ， ピアソン・ エデュ
ケーション，2000.
（ 5 ）鈴木春洋，若山公威，杉江修，村瀬晋二，奥野琢人，高須紀樹，岩田彰（ 監修），インターネット暗号化技術―PKI, RSA, SSL, S/MIME, etc.，ソフトリサーチセン
ター，2002．
（ 6 ）Microsoft， Microsoft root certificate program，Microsoft，http://technet.microsoft.com/en-us/library/
cc751157.aspx, Jan. 15, 2009, 2012 年 3 月アクセス．
（ 7 ）Mozilla Foundation， Mozilla CA Certificate Policy
解説：技術が社会基盤となるとき，我々は何をすべきか〜ウェブにおける PKI 応用の例に学ぶ〜

島岡政基
平 10 慶大大学院理工学研究科修士了．同年，
セコム株式会社入社，平 16 から IS 研究所．
平 17 〜 21 国立情報学研究所客員准教授（兼務）．平 23 より総研大後期博士課程在学中．
公開鍵認証基盤を中心に認証基盤の研究開発に従事． 平 21 より ICSS 専門委員．

松本 泰
セコム株式会社 IS 研究所勤務．計測分野，
情通通信分野，情報セキュリティ分野の企
画，研究，設計，開発，運用に従事．平 19
経済産業省商務情報政策局長表彰「情報セキュリティ促進部門」受賞．

高木浩光（正員）
平 6 名工大大学院博士課程了．博士（工学）．
同大助手を経て．平 10 電子技術総合研究所（当時）に転任．平 13 独立行政法人産業技術総合研究所に改組．平 17 から同研
究所情報セキュリティ研究センター主任研究員．平 12 情処 Best Author 賞．平 19 情報セキュリティ文化賞．専門は並列分散コンピューティング，プログラミング言語処
理系，コンピュータセキュリティ．

147

技術と制度のおはなし Technology and Regulation

解説

700/900 MHz 帯周波数再編の最新動向
Aut h or

中越一彰 Kazuaki Nakakoshi 総務省 総合通信基盤局
1

我が国における携帯電話の状況と周波数確保の必要性

我が国の携帯電話の加入者数，人口普及率は，平成 23ている移動通信トラヒックデータの収集・ 分析からも，
平成 22 年 12 月〜 23 年 12 月までの 1 年間で約 2.2 倍に増加したことが分かっている（図 1）．

年 11 月末時点で， 約 1 億 2,436 万加入，97.3% に達し

今後も，ハイビジョン映像のアップロード，映像教材のており，そのうち 99.4% を第 3 世代携帯電話等が占めてストリーミング，大容量のサイネージ情報の配信等，多様ないるなど，我が国のモバイルインフラストラクチャ環境

サービスの提供が想定されており，トラヒックの更なる増大は世界最先端のレベルにある．

が見込まれる．このような背景から，より一層充実したワイ

他方で，社会・経済活動の高度化・多様化を背景に，
インターネット接続や動画像伝送等のデータ通信利用がヤレスブロードバンド環境を実現するため，需要に的確に対応した周波数を確保することが求められている．

拡大傾向にあること，また，スマートフォンに代表されるようにインターネット接続環境での利用を重視した携
帯電話等の普及によって，移動通信トラヒックは増加を続けている．総務省が移動通信事業者の協力を得て行っ

2

携帯電話システムによる 700/900 MHz 帯の利用方法の検討

ワイヤレスブロードバンド環境の実現に向けて必要となる周波数の確保が求められる中，我が国においては，

トラヒックの増加は，各社のスマ一トフォン利用者数の増加や，動画等の大容量コンテンツの利用増加等が主要因と推測される．

移動通信トラヒック（月間平均）（Gbit/s）

年間約 2.2 倍
に増加

160
140
120

40

154.6

105.2

80
60

181.3

123.5

100

62.9

71.2

82.2

う空き周波数帯（900 MHz 帯）が新たに携帯電話システ
ム用周波数として使用可能となる．
このため，情報通信審議会情報通信技術分科会携帯電話等高度化委員会（ 平成 23 年 1 月 18 日から．平成 23
年 1 月 17 日までは携帯電話等周波数有効利用方策委員会）では，平成 21 年 12 月から，700/900 MHz 帯を使用する携帯電話システムの導入に向けて，必要な技術的条20

件の検討を開始した．

0

送信と受信とに別の周波数を割り当てる方式の携帯電※移動通信事業者 5 社（NTT ドコモ，KDDI，ソフトバンクモバイル，イー・アクセス，
UQ コミュニケーションズ）の協力により移動通信のトラヒック（非音声）を集計．

図１

148

デジ化）完了に伴う空き周波数帯（700 MHz 帯）及び第 2世代携帯電話システムに使用されている周波数再編に伴

200
180

平成 24 年 7 月以降，地上テレビ放送のディジタル化（地移動通信トラヒックの推移© 電子情報通信学会 2012

話システムを導入する場合，携帯電話端末の送信周波数（上り）と携帯電話基地局の送信周波数（下り）のペアを組む必要がある．技術的条件に関する検討の過程で，同通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology and Regulation①早期に利用するため，700 MHz 帯と 900 MHz 帯を上り / 下リペアで利用すべき

案900-1：3GPP BAND8（欧州）における割当を考慮した案（現状の割当周波数による案）（5 MHz×2）
航空無線航行システム

810 820 830 840 850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960

700 MHz 帯

800 MHz 帯

900 MHz 帯

パーソナル無線

携帯電話（↑） MCA 携帯電話（↓）
815

地上テレビ放送のディジタル化完了により利用可能

第 3 世代携帯電話等が使用

第 2 世代携帯電話のサービス終了に伴う周波数再編により利用可能

845

MCA
905

RFID

915
STL

案900-2：3GPP BAND8（欧州）における割当を考慮した案（RFID/MCAをガードバンドに移行する案）（15 MHz×2）
航空無線航行システム②国際的な周波数ハーモナイズ（アジアまたは北米）を考慮して
上り / 下りペアで利用すべき

図2②国際的な周波数ハーモナイズ（欧州）を考慮して上り / 下リ
ペアで利用すべき

810 820 830 840 850 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960

携帯電話（↑） MCA 携帯電話（↓） GS
815

845

RFID
915 925

MDA（特長）
他システムが移行不要で2012年7月から利用可能．
（主な課題）①ガードバンドの有効利用②パーソナル無線の使用期限，
携帯電話との共用可能性③800 M携帯との間のガード
バンド幅

（特長）
携帯電話は欧州と，RFIDは米
国とハーモナイズ．
（主な課題）①RFID/MCAの移行可能性（スケジュール，支援措置等）②パーソナル無線及びSTLの使用期限，携帯電話との共用可能性③800M携帯との間のガードバ
ンド幅（追加搭載フィルタの特性の明確化）

携帯電話システムの 700/900 MHz 帯利用に関する意見

帯域の携帯電話システムによる利用について，①空き周

図 3 900 MHz 帯割当検討モデル案（再編案）と干渉検討パターン

波数帯をそのまま割り当てるため，周波数再編が不要でソナル無線等が存在していることから，携帯電話等高度早期に利用可能となる 700 MHz 帯と 900 MHz 帯を上

化委員会は，携帯電話システムとこれらの無線システム

り ／ 下りペアで利用する考えと，②携帯電話端末のグの干渉検討を行った（図 3）．

ローバルな利用等の観点から重要となる国際的な周波数

具体的には，各システムが 1 対 1 で対向する最悪条件のハーモナイズを考慮し，700 MHz 帯及び 900 MHz 帯

モデルを原則として，各システムの規格値や電波の伝搬のそれぞれにおいて上り／下りペアで利用する考えが提モデルを用いた計算により，被干渉局の許容干渉レベル起された（図 2）．そのため，総務省は，「グローバル時

に対する所要改善量を求める検討を行った．規格値を用代における ICT 政策に関するタスクフォース」の下に設いた検討で干渉回避に必要な改善量が残る場合，与干渉

置された「ワイヤレスブロードバンド実現のための周波局の設置場所やアンテナ方向の調整等を行うサイトエン数検討ワーキンググループ」において 700/900 MHz 帯にジニアリングや無線機に挿入するフィルタ実力値等を考おける周波数割当の検討を行うこととした．

慮した場合の改善量や，各システム間で干渉が発生する

同ワーキンググループは，700/900 MHz 帯における複確率について計算機シミュレーションを行うことを検討

数の割当検討モデル案を提示するとともに，平成 22 年

し，各システム間の所要ガードバンド幅と共存条件を明11 月に周波数割当の基本方針として，国際的な周波数のらかにした．併せて，900 MHz 帯に導入の可能性があ

ハーモナイズを考慮し，700 MHz 帯及び 900 MHz 帯のる携帯電話システムとして 4 方式（3.9 世代（LTE），第それぞれの帯域において上り／下りペアで利用すること

3 世 代（W-CDMA/HSPA），3.5 世 代（HSPA Evolution，が適当であるとし，周波数再編の基本方針等の取りまと

DC-HSDPA）の携帯電話システム）の技術的条件についめを行った．このため，携帯電話等高度化委員会では，て検討を行い，平成 23 年 5 月に委員会報告を取りまと同ワーキンググループが提示した割当検討モデル案に基めた．同月に本報告を受けた情報通信審議会情報通信技

づき，700/900 MHz 帯を利用する携帯電話システムの技術分科会は，「900 MHz 帯を使用する移動通信システム

術的条件について検討を進めることとなった．

の技術的条件」として一部答申を行った．
総務省では， 本答申を踏まえ， 平成 23 年 12 月に

2.1 900 MHz 帯を利用する携帯電話システムの技術的条件の検討
900 MHz 帯に関する割当検討モデル案では，携帯電話＊1

システムの近傍に MCA（Multi-Channel Access） 無線＊2システム，RFID（Radio Frequency IDentification） ，パー

900 MHz 帯携帯電話システム，MCA 無線システム及びRFID の技術基準や周波数割当計画の変更等，所要の制度整備を行った．
なお，干渉検討で得られた各システムの所要ガード
バンド幅を 900 MHz 帯に適用し，MCA 無線システム及び RFID の周波数移行等を行うことにより，携帯電話シ＊ 1 マルチチャネルアクセス：陸上運輸，防災行政，タクシー等の分野で使用．
＊ 2 個体識別情報を近距離の無線通信によってやり取りするシステ
ム（電子タグ）．物流等の分野で使用．

解説：700/900 MHz 帯周波数再編の最新動向

ステム用の周波数として 15 MHz × 2（上り周波数及び下り周波数）を確保することが可能となる（図 4）．また，
欧州で広く利用されている周波数配置（携帯端末送信：
149

説

815

携帯用
（基地局）

MCA

（基地局）

845 850 860

MCA

STL

第2世代携帯電話用（端末）周波数の再編により空く周波数

890 903 905 910

周波数移行

周波数再編

958

RFID

携帯用
（端末）

900 パーソナル無線

950 960(MHz)

案 700-1：現状の割当周波数で割り当てる案（15 MHz×2）
700

携帯用
（端末）
815

900
MCA

（基地局）

880

890

携帯用（端末）930 940 945 960
(MHz)
925

携帯用（基地局）

880 〜 915 MHz，携帯基地局送信：925 〜 960 MHz）と710

720 730ITS

740 750

915MHz から 930 〜 940 MHz 帯に移行することとした．

760 770780 790

810 820 830

800

FPU/
ラジオマイク745

携帯電話（↑）

810 820 830

766

776

796

携帯電話（↑）

815

同一無線機内案 700-3：AWF における検討案を考慮した割当案（35 MHz×2）
700
698

710

720 730

740 750760 770※ITS

780 790800※

755 765

810 820 830
携帯電話（↑）

806 815案 700-4：TDD 方式に割り当てる案
700
698

710

TV 放送

720 730

740 750

ITS

TDL●●
TDL●●

760 770780 790800

810 820 830

FPU/ ラジオマイク

携帯電話（↑）

806 815の整合性を確保することが可能となる．このため，総務省では，MCA 無線システム使用周波数を現行の 905 〜

800

同一無線機内欧州の割当【上下間隔45MHz】

900 MHz 帯における周波数再編

780 790

FPU/ ラジオマイク

TV 放送

図4

760 770

案 700-2：米国における割当を考慮した割当案（20 MHz×2）

TV 放送

915

740 750

815

携帯用
携帯用
MCA
（端末） RFID （端末） （基地局）

携帯用
（基地局）

845 850 860

720 730
ITS

TV 放送

700

【周波数再編後】

710

特定
PM

【周波数再編前】

●●

解

（特長）
他システムの移行が不要で，2012 年 7 月から利用可能（主な課題）①諸外国との割当との連関性②韓国との混信回避③FPU/ ラジオマイクとのガー
ドバンドの精査（特長）
米国で割り当てられた周波数とハーモナイズを実現（主な課題）①FPU/ ラジオマイクの移行先確保及び移行可能性②韓国との混信回避③FPU/ ラジオマイクとのガー
ドバンドの精査（特長）※
AWF で検討中の周波数 とハーモナイズを実現（UL/DL の配置は未定）（主な課題）①FPU/ ラジオマイクの移行先確保及び移行可能性②韓国との混信回避③AWF 案による割当を行う見通しのある国の動向（特長）
WMAXForum Class7 とのハーモナイズを実現（主な課題）①FPU/ ラジオマイクの移行先確保及び移行可能性②韓国との混信回避③FPU/ ラジオマイクとのガー
ドバンドの精査

図 5 700 MHz 帯割当検討モデル案（再編案）と干渉検討パターン

また，RFID の使用周波数を 950 MHz 帯から 920 MHz

線システムの干渉検討を行い，各システム間の所要ガー帯へ移行させるにあたり，スマートメータ等での活用がドバンド幅と共存条件を明らかにした（図 5）．

期待されるアクティブ系小電力無線システムを中心に，併せて，700 MHz 帯に導入の可能性がある携帯電

使用周波数幅を現行の 8 MHz 幅（950 〜 958 MHz）から

話 シ ス テ ム の 4 方 式（LTE，W-CDMA/HSPA，HSPA

15 MHz 幅（915 〜 930 MHz）に拡大し，それらの利便性

Evolution，DC-HSDPA） の技術的条件について検討をを向上させた．併せて，現在，903 〜 905 MHz 帯を使用行い，平成 24 年 2 月に委員会報告を取りまとめた．同しているパーソナル無線については，携帯電話など他の月に本報告を受けた情報通信審議会情報通信技術分科会

移動通信システムの発展に伴って近年利用者が急激に減は，「700 MHz 帯を使用する移動通信システムの技術的少していることから，使用期限を平成 27 年 11 月 30 日ま条件」として一部答申を行った．

でとした．このため，免許有効期限の到来前に利用終了を

総務省では， 本答申を踏まえ， 平成 24 年 4 月に余儀なくされる利用者が発生することから，平成 27 年度

700 MHz 帯携帯電話システムの技術基準等，所要の制度までの間において，これらの者に対して特定周波数終了対整備を行った．また，周波数移行が必要となる既存シス策業務による給付金の支給（電波法に基づき，国が既存利テムのうち，ラジオマイクの移行先周波数における技術用者に対して一定の給付金を支給することで，自主的な無的条件を明らかにするため，平成 24 年 1 月から情報通線局の廃止を促すための制度）を行うこととしている．

信審議会情報通信技術分科会移動通信システム委員会において技術的検討を行い，平成 24 年 4 月に委員会報告

2.2を取りまとめた．今後，総務省では，技術的検討の結果

 00 MHz 帯を利用する携帯電話システムの7
技術的条件の検討を踏まえて，特定ラジオマイクの移行先周波数における700 MHz 帯に関する割当検討モデル案では，地上デジ

技術基準等の制度整備を行うとともに，FPU についても，

＊3

タル放送，
ITS（Intelligent Transport Systems） ，
FPU（Field＊4＊5

Pickup Unit） ，ラジオマイク

が携帯電話システムの移行先周波数における技術的条件に関する検討を開始する予定である．

近傍に存在していることから，携帯電話等高度化委員会

なお，干渉検討で得られた各システムの所要ガード

は，900 MHz 帯と同様に携帯電話システムとこれらの無バンド幅を 700 MHz 帯に適用し， ラジオマイク及びFPU の周波数移行等を行うことにより，携帯電話シス＊ 3 高度道路交通情報システム．
＊ 4 報道，スポーツ中継など放送事業で使用される可搬形システム．
＊ 5 各種興行やスタジオ等において，音声・音響等を伝送するためのワイヤレスマイクシステム．

150

テム用の周波数として 30 MHz × 2（上り周波数及び下り周波数）を確保することが可能となる（図 6）．また，
AWG（APT Wireless Group：アジア・太平洋地域におけ
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology and Regulation

地デジ用周波数の再編（リバック）により
空く周波数

710

FPU
ラジオマイク

術的条件によって他の目的にも利用可能な周波数

携帯用
（端末）

710 714 718

携帯用
（基地局）

ITS
748 755 765 773

703

ワイヤレス
マイク

ラジオマイク（ホワイトス
ペースのみ）

携帯用
（端末）

770
806810 815
845
(MHz)
ホワイトスペース※/1.2GHz
帯等に移行 ※放送用に割り当てられて
周波数再編
いるが，地理的条件や技【周波数再編後】
地デジ

ワイヤレスマイク地デジ

総務大臣は特定基地局の開設指針を定めることができる

1.2 GHz 帯 /2.3 GHz 帯に移行

【周波数再編前】803758
携帯用（端末）とされている．このため，周波数再編及び携帯電話事業者への新たな周波数の割当は，改正電波法に基づく以下のプロセスによって行われた．
（1）総務省は，①使用させる周波数や通信方式，②特定

携帯用
（端末）

基地局の配置及び開設時期（人口カバー率とその期限）815など最低限満たすべき要件，③競願時の審査基準（既

845
(MHz)

携帯用（基地局）

アジア・太平洋地域の割当（検討中）【上下間隔 55MHz】

図 6 700 MHz 帯における周波数再編

存無線局による周波数使用を使用期限前に終了させる（終了促進措置）ために行う費用負担可能額の多寡等）
等を「開設指針」として定める．
（2）携帯電話事業者は，開設指針を踏まえ，終了促進措る無線技術関連のフォーラム）において，アジア・太平置の費用負担可能額等を含む，特定基地局の「開設計

洋地域における携帯電話システムの周波数ハーモナイズ

画」を総務省に提出する．

の実現に向けて検討された周波数配置（携帯端末送信：（3）総務省は，提出された「開設計画」について，「開設

703 〜 748 MHz，携帯基地局送信：758 〜 803 MHz）と指針」に照らして審査し，新たな周波数を割り当てるの整合性を確保することが可能となる．このため，総携帯電話事業者を決定する．

務省では，ラジオマイクが使用する周波数を，現行の（4）決定した携帯電話事業者は，既存無線局の免許人に

770 〜 806 MHz からホワイトスペース（ 放送用などあ対して，終了促進措置を実施して周波数移行を促進さる目的に割り当てられているが，地理的条件や時間的せる．周波数移行を行う免許人は周波数の変更手続き

条件によ って他の目的にも利用可能な周波数帯）またを総務省に行う．

は 1.2 GHz 帯に移行するとともに，FPU が使用する周
波数を，現行の 770 〜 806 MHz から 1.2 GHz 帯または（5）周波数移行によって空いた周波数帯に，携帯電話事業者が，特定基地局を順次，開設していく．

2.3 GHz 帯に移行することとしている．併せて，交通安
全や環境等の様々な分野での課題解決の手段として期待されている ITS が使用する周波数として，平成 23 年 12月に 755 〜 765 MHz を割り当てた．

3.1

700/900 MHz 帯携帯電話システムの参入希望調査

700/900 MHz 帯に携帯電話システムを導入するため，総務省は， 平成 23 年 8 月 2 日〜 31 日の間，700/900 MHz
帯携帯電話システムに関する参入希望調査を実施した．

3

改正電波法に基づく周波数再編の概要

これは， ① 700/900 MHz 帯の周波数割当を希望する理由，②割当を希望する周波数帯等，③導入を希望する技

総務省は，周波数再編の迅速化を図るため，平成 23

術の名称と導入希望時期等について基礎的な調査を行い，年に電波法の一部改正による制度整備を行った．改正さ700/900 MHz 帯への携帯電話システムの導入に向けた開れた電波法は平成 23 年 8 月末から施行されている．改設指針の策定等，所要の制度整備の検討にあたり，その正電波法によって，携帯電話事業者が新たに携帯電話基参考とするためである．本調査に対して，イー・アクセ

地局を開設する際に，その周波数帯を使用している既存

ス株式会社（以下，イー・アクセス），（株）エヌ・ティ・

無線局の周波数を変更するために必要な費用を携帯電話

ティ・ドコモ（以下，NTT ドコモ），KDDI 株式会社及事業者が負担することによって既存無線局の周波数移行

び沖縄セルラー電話株式会社（以下，KDDI グループ），を促進させて，早期に携帯電話サービスの提供を行うこ

ソフトバンクモバイル株式会社（以下，ソフトバンクモとが可能となった．

バイル）の四者から希望が提出された．

なお，電波法では，特定基地局（携帯電話基地局のよ提出された希望のうち， ①周波数割当を希望する理

うに，無線通信を確保するため，同一の者に相当数開設

由に関しては，四者が共通してトラヒック増への対応

されることが必要な無線局）の円滑な開設を図るため，を挙げるとともに，イー・ アクセス及びソフトバンク

解説：700/900 MHz 帯周波数再編の最新動向

151

解

説

モバイルから，カバーエリアの拡大が挙げられた．②希適合項目があれば，当該申請は認定されないことになる．

望する周波数帯等に関しては，900 MHz 帯は四者から，絶対審査基準を満足する複数の申請があ った場合に700 MHz 帯はソフトバンクモバイルを除く三者が希望しは，競願時審査基準として，①周波数移行に係る費用（上た．③導入を希望する技術に関しては，四者が共通して

限 2,100 億円）を最も多く負担可能な者（第 1 基準），②

LTE を挙げるとともに，ソフトバンクモバイルから，当平成 31 年 3 月末において LTE の人口カバー率が最も大初は 3.5 世代の携帯電話システムを先行して導入する希きい者（ 第 2 基準），③周波数移行を実施するための対望が示された．

策・体制がより充実していること等（第 3 基準）により審査を行い，一者を選定することとなる．

3.2

四者からの申請は，いずれも絶対審査基準を満足して 00 MHz 帯への携帯電話システム導入に向けた
9
制度整備等いたため，競願時審査基準によって最も優れた開設計画

参入希望調査の結果等を踏まえ，総務省は，900 MHzを選定することとなった．競願時審査基準のうち，第 1

帯への携帯電話システムの導入に向けて，平成 23 年 12基準，第 2 基準においては申請の優劣を判断できなかっ月に「3.9 世代移動通信システムの普及のための特定基地たため，第 3 基準を適用して審査が行われた．

局の開設に関する指針」を定めた．本開設指針の基本的

第 3 基準は，①周波数移行の実施対策・ 体制の充実

考え方は以下のとおりである．

度，②他電気通信事業者等への卸電気通信役務の提供等（1）近年のトラヒック急増に対応するとともに，早期にによる特定基地局の利用促進に関する計画の充実度，③

LTE の普及を図るため，15 MHz 幅× 2 を一者に割り割当周波数帯の有無及び差異や割当周波数幅に対する契当てる．

約数の程度等を基準としている．審査の方法は，審査の（2）高度なブロードバンドサービスの提供を可能とする
ため，10 MHz 幅以上× 2 の電波を使用した高度通信

透明性・客観性を確保するため，各基準への適合度合いを点数化し，合計点数の最も高い者とした．

サービス（75 Mbit/s 相当以上）の提供を義務付ける．

審査の結果， 総務省は， 平成 24 年 2 月 29 日に第 3（3）改正電波法に基づき，900 MHz 帯周波数を割り当て

基準への適合の度合いが最も高いソフトバンクモバイルられた携帯電話事業者が，無線機器の取得費用や工事の開設計画の認定を行った．なお，開設計画の認定に当費用等の経費を負担して，既存無線局の終了促進措置

たり，開設指針の趣旨及び審査結果等を踏まえ，LTE にを実施する．

よる広範なブロードバンドサービス普及への取組みや円（4）携帯電話事業者が提出する開設計画の審査は，絶対滑な周波数移行の実施及び透明性の確保等を条件として審査基準と競願時審査基準により実施する．

付与している．各申請の内容及び審査の詳細については，総務省は， 平成 23 年 12 月 14 日から平成 24 年 1 月

総務省ホームページ上で公表（http://www.soumu.go.jp/

27 日まで本開設指針に基づく特定基地局の開設計画の申

main_content/000148840.pdf）しているので，関心のある請を募集し，イー・アクセス，NTT ドコモ，KDDI グルー方は参照して頂きたい．

プ，ソフトバンクモバイルの四者から申請が行われた．
申請された開設計画の審査は，上記（4）のとおり，絶対審査基準と競願時審査基準によって実施された．

3.3

 00 MHz 帯への携帯電話システム導入に向けた
7
制度整備等

絶対審査基準とは，申請時に最低限満たすべき基準で700 MHz 帯への携帯電話システムの導入に向けて，総あり，①特定基地局の設置に関する具体的な計画を有し務省は，「3.9 世代移動通信システムの普及のための特定ていること，②必要な資金調達計画や単年度黒字を達成

基地局の開設に関する指針」に，700 MHz 帯の周波数をする計画を有していること，③既存無線局の周波数移行

使用する特定基地局の開設計画に関する事項を追加するに最低限必要な費用（1,200 億円）の調達ができること，

改正を平成 24 年 4 月に行った．従前の開設指針からの④既存無線局の周波数移行期限から 1 年後までに高速

主な変更点は以下のとおりである．

サービス（75 Mbit/s 以上）が実現していること等が定めら（1）割り当てる周波数を 10 MHz 幅× 2 とし，三者に割れている．申請された開設計画の中に絶対審査基準の不
152

り当てる．
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012Technology and Regulation（2）900 MHz 帯割当と同様に，700 MHz 帯周波数を割り数帯（710 〜 770 MHz）の電波を使用するため，地デジ当てられた携帯電話事業者が，既存無線局の終了促進

化前から使用されているブースタが地上テレビ放送と措置を実施する．その費用負担（最低必要額：600 億

携帯電話システムの両者の信号を増幅して，地上テレビ

円，最大必要額：1,500 億円）は，700 MHz 帯周波数

放送受信機器への過度の入力やブースタの処理能力をを割り当てられた事業者で按分する．

超えた動作不良を起こし，地上デジタル放送の受信に影（3）地上デジタル放送の受信電波を増幅するブースタ等

響を及ぼすことがある．このブースタ障害等を回避するに作用することによって発生する地上デジタル放送のためには，地上デジタル放送の受信に不要な周波数帯域

受信障害（ブースタ障害等）について，その防止また（710 MHz 以上）を受信しないブースタへの交換や不要なは解消を，700 MHz 帯周波数を割り当てられた事業者

周波数帯域をカットする受信フィルタのブースタへの挿が共同して行う．

入等を行う必要がある（図 7）．このため，700 MHz 帯周（1）及び（2）は，割当可能な周波数帯幅が広くなった

波数を割り当てられた事業者が共同してブースタ障害等

こと及び周波数割当を行う事業者数が複数となることにの防止または解消を行うことを，700 MHz 帯の周波数をよる変更である．

使用する特定基地局の開設計画の認定要件としている．

（3）は，携帯電話等高度化委員会が行った 700 MHz 帯

総務省では，今後，700 MHz 帯を使用する特定基地局を利用する携帯電話システムの技術的条件に関する検討の開設計画の申請を募集し，2012 年夏頃を目途として周の過程において，700 MHz 帯への携帯電話システムの導波数割当を行う事業者を決定する予定である．

入によって地上デジタル放送の受信障害が発生する可能性が明らかになったため，周波数を割り当てられた事業者にその対策を行うことを求めるものである．

4

む

す

び

地デジ化に対応するため，各々の地上デジタル放送のワイヤレスブロードバンド環境を実現するためには，

受信環境では，地上デジタル放送受信機器を地デジ化に電波利用の発展・ 拡大に伴う周波数需要の増大に対応

対応する機器へ交換する作業等が行われた．一方で，地した周波数の確保が必須である．このため，既存無線シ

上デジタル放送局から遠く離れた場所や一つのアンテナ

ステムの周波数変更によって空いた周波数帯を新しい無で複数の地上テレビ放送受信機器の視聴を行う場合，地線システムに割り当てる周波数の再編を行うことによっ

上テレビ放送受信機器に適正な強度の信号を入力させるて，利用可能な周波数を確保していく必要性が高まって必要があるため，アンテナで受信した地上テレビ放送信くると考えられる．

号を増幅するブースタが使用されている．各々の受信環

総務省では， 円滑かつ迅速な周波数再編の実施等に境下にあるブースタの多くは地デジ化前から変わらない

よって新たな需要に対応した周波数の確保及び割当を行状態にあると想定されるが，新たに導入される携帯電話

い，ワイヤレスブロードバンド環境の実現に向けた取組システムは，従来，地上テレビ放送で使用していた周波みを推進していくこととしている．

ブースタ障害イメージ

ブースタ障害対策
TV 受信系フィルタ
特性イメージ

地デジ化前
地上テレビ放送（アナログ）受信に必要な帯域を増幅
地上デジタル
放送局

アナログテレビ放送
770 MHz

携帯基地局
ブースタ

地デジ化・携帯電話等割当後
地上テレビ放送（デジタル）受信に不要な帯域も含めて増幅→地上デジタル放送の視聴に悪影響が生じる場合あり

地上デジタル放送
710 MHz

携帯電話等

携帯電話端末ブースタ障害対策後

テレビ放送
受信機器
携帯電話システム等の信号も増幅することにより，テレビ放送受信機器への過度の入力やブースタ飽和が発生する可能性がある．

図7

受信フィルタの挿入等によって，地上デジタル放送
受信に不要な帯域をカット

地上デジタル放送

710 MHzブースタ障害イメージと対策

解説：700/900 MHz 帯周波数再編の最新動向

携帯電話等

中越一彰
平 8 郵政省（現 総務省）に入省以
来，国際標準化や情報セキュリティに関する業務に従事．平 23 から総務省総合通信基盤局電波部移動通信課課長補佐．現在は，携帯電話システムや広帯域移動無線アクセスシステム等に関する技術基準の策定等を担当．

153

海底ケーブル建設・保守技術の開発～水中ロボットを中心に～（有）マリン・エコ・テック

白崎勇一
Yuichi Shirasaki（独）海洋研究開発機構海洋工学センター 浅川賢一
Kenichi Asakawa（株）KDDI 研究所 小島淳一
Junichi Kojiima

このような場所に海底ケーブルを敷設する場合には，まえがき

海底ケーブルを海底下に深く埋設して，人為的活動から膨大な需要の国際通信の大部分を支える光海底ケーブ
ルは世界中のあらゆる海域に敷設されていて，その総延長は約 100 万 km に及んでいます（1）．

海底ケーブルを保護するようにします．
海底ケーブルの埋設は，なぎさから水深 30 m 程度まで
ならダイバーにより行われてきました．しかし，より深い

深い海の底に敷設される海底ケーブルは，一旦障害と海域でも底引き漁業が行われるようになってきたため，長なると，その修理に多くの時間と費用が掛かることから，距離の埋設が必要となり，1970 年代前半にケーブル敷設

20 年余の長期間安定して稼働できるように高信頼設計・

船でえい航する方式の海底ケーブル埋設機械の開発が国内製造されます．このため海底ケーブルシステム自体の故外の通信会社で行われました．筆者（白崎）も入社早々，

障は今までほとんど起こったことはありません．

海底ケーブルのことも，海中で使用する機器のことも何も

しかしシステム自体がいかに高信頼で長寿命なもので分からないまま，いきなりこの開発に従事することになあっても，海底ケーブルが船のいかりや漁具に引っ掛けり，埋設機械の動作監視システムの開発を担当しました．

られたり，海底地震で発生する海底地滑りにより障害に1976 年に完成した日中間ケーブル（全長約 1,000 km）

なります．このような障害を防止し，長期間安定に通信

では，500 km の連続埋設（目標埋設深度は約 70 cm）にできるようにするための技術が海底ケーブル建設・保守

成功しました．当時としては世界新記録になります．

技術

（2）

です．余り外からは見えませんが，海底ケーブル

海底ケーブルが障害にならないように海底下に深く埋という通信インフラストラクチャを支えている重要な技

設するわけですから，その埋設されたケーブルが，万が術です．

一障害となった場合には，その修理は大変難しいものと1970 年代初めは，新しい海底ケーブル建設・保守技術なります．

の開発が始まった時期になります．海底ケーブル建設・「一旦埋設したケーブルは絶対障害とならない！」とい

保守技術の範囲は広いのですが，ここでは，その中から，う声を耳にしながら，その万が一の修理に対応できるよ海底ケーブル用水中ロボットの開発を取り上げます．

うに，埋設技術の開発に並行して，埋設ケーブルの障害修理技術の研究開発も独自に進めました．

どうして水中ロボットが必要なのかびょう埋設されたケーブルを修理する場合，①障害箇所を特定する，②障害箇所のケーブルを掘り出して切断する，

海底ケーブルの障害は，漁具や船 錨 などの人為的活動③切断したケーブルの両端をケーブル船に揚収する，④や，海底地滑りや摩損（流れや電食）のような自然現象に

ケーブル船上でケーブルの損傷箇所を切り離し，新しいより発生しますが，障害の 80％以上は人為的な活動が原

ケーブルを継ぎ足して修理した後，ケーブルを敷設する，

因です．そのような危険な場所に海底ケーブルを敷設しな⑤修理によって露出したケーブルを埋設する，等の複雑ければよいのではないかと思われるでしょうが，現実には，な海底作業が必要で，修理作業は長時間となり危険も伴そのような都合の良い場所はほとんどありません．

います．水深が 30 m 程度までであれば，ダイバーでこれ

154© 電子情報通信学会 2012

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

らの作業が何とかできますが，それ以上深くなると，どうしてもロボットによる作業となります．
この種のロボットは，ROV（Remotely Operated Vehicle：
遠隔操縦式ロボット）と呼ばれ，ロボット本体と船上操縦装置は可とう性のあるケーブル（テザーケーブルと呼ぶ）で結ばれていて，ロボットが装備しているテレビカ
メラの映像や各種センサ（方位計，潜水深度計，高度計）
からのデータを見て遠隔操縦します．ロボットで必要な電力は，テザーケーブルを介して船上から供給しますので，長時間の連続作業が可能です．

Optical rotary joint
Power lines

Mother ship

ROV を開発しよう

Power unit

Optical ﬁber
Cable winch

米 英 の 通 信 業 者 は 共 同 で，1976 年 頃 か ら AT&T のHauling machine

Bell 研究所が中心となり，米海軍の ROV をベースに，海底ケーブル修理用深海作業用 ROV「SCARAB」（最大作業

Control unit

Acoustic receiver of positioning system

深度 1,800 m）の開発を開始し，紆余曲折を経て 1980 年

Tether cableに完成させました．

Underwater
optical connectors

一方，KDD 研究所（現，KDDI 研究所）も日本周辺のCable
terminator
Headingsensor

国際通信ケーブルの埋設区間の保守や修理には ROV が必要になると早くから認識していました．しかし，研究所

TV cameras(black and whiteand color)の誰一人として ROV の開発に必要な機械工学や造船工学の基礎知識さえ持ち合わせていない状況で，国内に ROVS

Stereo stillcameraの開発実績のあるメーカーもありませんでした．

Depthometer
Altimeter

ただ，以前から研究していた海底ケーブル探索技術や各種センサ技術など，本来の専門である電気・通信・電Thrusters(four)CAAR

M

Sonar for acoustic beacon

子工学に関係するものについては自信がありましたので，
ROV 本体の設計に必要な造船工学や流体力学の知識は実図1

験を行いながら修得すればよいのではないかと，1977 年

MARCAS-200 の全体構成とロボット本体（寸法：1.4 W × 2.0 L × 1.1 H（m），重量 600 kgf）に海底ケーブル調査用 ROV 研究開発をスタートさせました．しかし「素人にできるはずがない」と心配（？）さブルを対象として，①海底ケーブルの埋設状況（埋設深れた人が多かったようです．この頃から ROV「SCARAB」

度）を簡単に調査する，②埋設ケーブルが故障したとき，の情報も少しずつ入ってきましたが，多くは「開発が順故障箇所を正確に見つける，③海底ケーブルを埋設する調に行っていない」という類で，うまくいっていない理前に，埋設作業に支障がないか海底の様子（地形や底質）

由は分かりませんでした．

を調べる，④ケーブルルート上に障害物があれば撤去す

最初に，潜航深度 30 m の手作りテストベッド ROV で，る，という用途に限定したものです．

プールや海での水中実験を通して，ROV の設計に必要な

この最初の ROV「MARCAS-200」の開発では，AT&T

基礎知識を徐々に習得していきました．試行錯誤を重ねの ROV「SCARAB」が持っていない新しい技術も付加すながら何とか 1980 年には ROV「MARCAS-200」（潜航深るという少し欲張った目標も立てました．

（3）

度 200 m）の試作にこぎ着けました．

「MARCAS-200」（図 1）は，
水深 200 m までの埋設ケー

それは，次世代の深海作業用 ROV では，複数の水中テレビ映像やソナーデータを含め大量のデータを ROV から開発物語：海底ケーブル建設・保守技術の開発〜水中ロボットを中心に〜

155

船上の監視操縦装置に長距離伝送するようになるとの想

ロープ切断機能などが追加され，海底ケーブル調査や保定から，世界に先駆けて，ROV 用光通信システム（光・守工事に活躍しました．

電気複合テザーケーブル，水中光コネクタ，ケーブルド

そうこうしている間に，深海トロールやカニ籠漁などラム用光スリップリング，4 波長双方向波長多重伝送シ漁業の活動範囲が広がり，海域によっては水深 2,000 mステム）を開発しました．この新しいシステムの開発は，でのケーブル埋設が必要な時代になりつつありました．

入社間もない筆者の一人（浅川）が担当しました．

このため光海底ケーブル時代を目前にした 1986 年に，日まだ光海底ケーブルが本格的に実用化される前の開発

本周辺の KDD が所有する海底ケーブルの保守・修理と新であったため，全てが初めての試みとなりました．特にたに計画されているケーブルの建設に活用できる大形深光ファイバ電力線複合形テザーケーブル（図 2）は，使用

海作業用 ROV「MARCAS-2500」（最大作業深度 2,500 m）

中に複雑な外力（張力，曲げ，ねじれ，水圧，側圧）が（図 3）を建造しました（4）．

加わることになるため，そのようなケーブルに光ファイバを組み込むのは，当時としては非常識の類でした．この難しいケーブルの開発には古河電工が尽力してくれま

通信システムが導入されるようになりました．
MARCAS-200 は実験機として試作されたもので，手作り的な要素も多々あり，最初の頃は，実海域で実験中によく故障し，徹夜で修理して朝に実験を継続するといアンビリカルケーブル（電気光複合3,000 m）

浮力材

した．この ROV 用光伝送システム実用化のインパクトは大きく，しばらくして，世界中のほとんどの ROV に，光1986年（KDD）

海底ケーブル作業用水中ロボット

トランスポンダ
音響映像ソナー

油圧スラスタ（６台）

照明ランプ
音響方向探知器
電動油圧ポンプ装置
マニピュレータ

テレビカメラ海底ケーブル

う経験を何度も味わいました．実験やトラブルを通して，

ジャイロコンパス，水圧センサ，
高度計，加速度計，水温計
油圧弁制御装置

ケーブルカッタ

海底ケーブル中継器

システム各部やセンサの設計の評価や改良を行うとともに，ROV の航行自動制御ソフトウェアや ROV の行動を制約するテザーケーブルの挙動解析方法の開発も行いました．これらの開発は，入社間もない筆者の一人（小島）が担当しました．

図3

大形深海作業用 ROV「MARCAS-2500」模式図（寸法：1.8 W×2.65 L×1.9 H（m），重量 3,600 kgf）

このロボットには，先の「MARCAS-200」のハードウェ
ア，ソフトウェア開発成果が盛り込まれ，海底ケーブル

MARCAS-200 は 1982 年に実用機に改造され，1987 年
のうまで，海底土質調査機能，土嚢運搬・設置機能，ワイヤ・の建設（埋設）から修理まで，全ての作業に対応できる
最先端のものとなりました．MARCAS-2500 は，光海底ケーブルの時代に移った 1987 年から埋設工事や修理工事

Optical f ibers

Tube
Polyethylene jacket
Kevlar tension members
Power lines

Kevlar tension members
Polyurethane jacketに 10 年間活躍し，次の ROV「MARCAS-II」（最大作業深
度 2,500 m）に交替しました．
海底ケーブル建設・修理用 ROV は，現在では，世界中のケーブル船で常設設備として複数搭載されて活躍しています．

AUV も開発したい
KDD 研究所では，ROV「MARCAS-2500」の運用開始後の1987 年頃から，AUV（Autonomous Underwater Vehicle）の研究開発を開始しました．AUV は，自律航行形水中ロ

図2

MARCAS-200 用テザーケーブル（外径 32 mm, 光ファイバ 6, 電力線 20, 抗張力材：ケブラー繊維，破断張力 9 t）

156

ボットと呼ばれるもので，ROV のようなケーブルを介して遠隔操縦されるロボットと異なり，バッテリを動力源
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

としたケーブルのない自律行動形水中ロボットで，自分できる，⑦調査したケーブル長を計測できる，⑧海底のが搭載している各種センサの情報をもとに自分で判断し画像撮影できる，⑨運用 ･ 保守が簡単．

て与えられた作業を遂行するものです．
なぜ，全く新しいロボットの研究に取り掛かったので
しょうか？

AUV の研究開発は，それまで ROV の研究開発を担当したメンバが中心となりましたが，ROV とは異なる新たな開発が必要でした．つまり ROV の場合は潜水作業中に大容量通信が可能な光海底ケーブルシステムに障害がトラブルが発生しても，熟練した操縦者であれば無事に発生した場合，もはや従来のように国際通信衛星でのバッロボットを揚収しトラブルシューティングすることがでクアップは困難となります．このため，従来以上に，ケーきます．しかし AUV の場合は，搭載コンピュータが判断

ブル障害を防止するため，安全なケーブルルートの選定，し行動することになるため，センサの誤動作を含め，シ

未然に障害を防止するための予防保全，早急な障害修理

ステム全体でどのような問題が発生するかを想定し，そ技術が重要になると考えたのです．

れに安全に即応できるようソフトウェアもハードウェア

そのためには，新しいケーブル敷設前にケーブルルーも構成する必要があります．ROV の開発や運用の経験がト周辺の海底面や敷設された既設ケーブルの状態を従来十分あるといっても，思考実験からだけではその最適設より正確に調査したり，敷設後に定期的に点検調査した計はできません．

り（予防保全調査），障害が発生したらすぐに駆けつけて

こ の た め，1991 年 に 実 験 機 AQUA EXPLORER 1000

障害点の位置と障害状況を正確に調査し，その後の効率（AE1000：最大潜航深度 1,000 m）を試作しました （図 4）．

的な障害修理に結び付けることが大切だと考えました．

AE1000 は，飛行機のように水平尾翼を動かして上下方向（5）

このような作業は，大形深海底作業用 ROV でも実施可に移動し，水平尾翼横の 2 台スラスタ（プロペラ式推進器）

能ですが，即応性が難しく，またコスト的にも見合いま

で水平走行方向を変えます．これをテストベッドとして，せん．しかし AUV であれば，どこでも傭船可能な小形船

各種センサの信号処理技術，
水中超音波による通信技術で運用できますので，即応性はもちろんとして，コスト

航行制御技術，水中撮像技術，省電力技術，小形化技術，

負担は格段に小さくなります．

エマージェンシー技術，航行シミュレーション技術など

このような理由で，海底ケーブル調査用 AUV を開発（6），の各要素技術の開発を徐々に進めました．

すべきだと考えたのです．しかし 1987 年当時，AUV のAE1000 の最初の海洋実験は，センサ信号による水平研究開発は世界的にも例が少なく，遠い将来は別として，

尾翼制御がうまくいかず情けない泳ぎっぷりで幕を開け

実用的な AUV がすぐに実現できると考えた人は皆無でしましたが，全く落胆はしませんでした．制御パラメータ

た．そのような状況でしたので，社内でもその研究に賛のチューニングで徐々に見事な泳ぎができるようになる

同する人はほとんどいませんでした．ただ，国内では唯一，のは確実だからです．

東京大学生産技術研究所の浦環教授が AUV の研究を活発に展開していました．

1993 年 3 月 23 日の朝日新聞の夕刊一面に「ケーブルさがし一人旅」という見出しで AE1000 の海中写真入り

我々は，AUV の当時の要素技術のレベルから考えると，の記事が掲載され，翌日の朝刊の天声人語でも取り上げ

高度な自律航行機能を有する AUV の実現は相当先になるられました．これが社内外で AUV の研究開発が認められだろうが，海底ケーブルの調査に目的を特化して設計・開発するならば，実用的な AUV を実現する見込みは十分あると考えていました．
そのような海底ケーブル用 AUV とは，① ROV に対し費用対効果が格段に優れる（建造コスト，運用コスト共），②機動性，ポータビリティに優れる（母船を選ばない），③連続運用時間は 8 時間以上，④ケーブルが敷設される海底面の起伏変化に追従できる，⑤海底ケーブルの敷設形状に追従できる，⑥海底ケーブルを自動トラッキング
開発物語：海底ケーブル建設・保守技術の開発〜水中ロボットを中心に〜

図4

実験機 AQUA EXPLORER 1000（AE1000）（寸法：2.6 L×2.1 W×0.7 H（m），重量 500 kgf）

157

なく，経済的な観点からも建造費・維持費・ランニングるきっかけとなりました．
AE1000 はテストベッドでしたが，AUV の具体的な運用方法を検討するため，実際の海底ケーブル調査にも使コスト等を検討しました．
当時，海底ケーブル保護のために埋設が必要な水深が1,500 m を越え，欧米の海域によっては 2,000 m に近づ用されました．
AE1000 で開発した各要素技術をベースとし，搭載機器・

きつつあったため，AE2000 の最大潜航深度を 2,000 m

センサ及びソフトを改良し，軽量化と連続運用時間の延に設定したのですが，艇体フレーム構造の軽量化，搭載長を図るため艇体形状を大幅に変更し，実用形 AUV である AQUA EXPLORER 2（AE2：最大潜航深度 500 m，連推進器

続航行時間：10 時間（1 ノット航行時））を 1997 年に開（7）発しました（図 5） ．

昇降舵
磁気センサ
ラジオビーコン
電子回路
バラスト切離し器

高度ソナー

超音波トランスポンダ
テレビカメラ

図6
図5

無線モデム
電池
超音波送受波器

ストロボ

ドップラーソナー

AE2 の内部構成

AQUA EXPLORER 2（AE2 ）と船上監視装置の画面（寸法：3.0 L×1.3 W×0.8 H（m），重量 260 kgf）

AE2 は，1999 年台湾海峡で約 400 km のケーブル調査に成功しましたが，調査終了直前に水深 20 m の海域で，船のスクリューに巻き込まれ大破するトラブルに遭遇しました．この経験は，超音波通信にとって条件が悪い浅い海域での AUV の運用方法や事故防止のためのソフト
ウェアの見直しに役立つこととなりました．それを反映した AE2 の 2 号機が 2000 年に開発され，海底ケーブル分野以外での AUV の利用に関する研究開発のためのテス
トベッドとしても利用され，現在に至っています．
一方，筆者の一人（白崎）は 1996 年に KDD の子会社の国際海洋エンジニアリング株式会社（現国際ケーブル
シップ株式会社）に異動していましたが，2001 年に AE2をベースとした商用 AUV である AQUA EXPLORER 2000
（AE2000：最大潜航深度 2,000 m：図 6，図 7）を 2 基建
造し，国外市場を含め広く海底ケーブルの商用調査とい（8）

う新規事業に投入しました．海底ケーブル用としては世界で初めての商用機 AE2000 は，技術的な観点だけで

158

図7

商用 AUV「AE2000」と船上監視装置

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

機器の小形・軽量化により，最大潜航深度 500 m の AE2（ 7 ）	K. Asakawa, J. Kojima, Y. Kato, S. Matsumoto, N.

と形状寸法，重量共ほぼ同じとなりました．これにより

Kato, T. Asai, and T. Iso,“Autonomous underwater
vehicle AQUA EXPLORER 2 for inspection of

センサ信号処理ソフトや通信処理ソフトの他に，重要なunderwater cables,”Adv. Robot., vol. 16, no. 1, pp.

航行制御ソフトにも，AE2 で十分確認されたものがそのまま流用できることになり，建造期間の短縮と建造費の27 - 42, 2002.
（ 8 ）	Y. Shirasaki, T. Asai, K. Tetsuka, A. Ikeuchi,
J. Kojima, Y. Kato, and K. Nakane,“The first

軽減に大きく寄与しました．

autonomous underwater vehicle for cable inspection,”
Proc. SubOptics’2001, pp. 733-736, Kyoto, Japan, May
2001.

（9）

水中ロボット技術は広く普及（ 9 ）	浦 環，白崎勇一，“水中ロボット：ROV と AUV,”海洋調査協会誌 , no. 74, pp. 2-11, Oct. 2003.

現在では，ROV は海底ケーブル建設・保守・修理に欠かせないものとして，世界中のほとんどのケーブル敷設船に常備されています．
一方，AUV の方は海底ケーブルの調査に使用される頻度はまだまだ少ないのが現状ですが，外国では海底石油ガス用のパイプラインの敷設前の海底地形の精密測量には盛んに活用されており，AUV がその調査のために走行した距離のトータルは，既に 12 万 km を超えています．
ところで，AE2 や AE2000 は海底ケーブルの分野から離れた意外なところでも活躍を始めています．それは，AUV が水中を三次元的に自由に走行できるという特徴を生かした海洋環境調査では，クジラなどの大形哺乳類の生態調査や流氷下のプランクトンの調査が行われています．一方，深海底を短時間で広域に調査できるという特徴を生かした熱水鉱床などの金属資源の探査です．

文献白崎勇一（正員）
1971 東北大・工・通信工学卒，1973 同大学大学院工学研究科修士課程電気通信工学専攻了．同年，国際電信電話株
式会社（現，KDDI 株式会社）入社．通信用海底ケーブルの建設・保守技術全般の研究開発に従事．1996 国際海洋エン
ジニアリング（当時）代表取締役社長，
2002 有限会社マリン・エコ・テックを設立し代表取締役就任．以来，海中計測・作業技術，地震津波観測ケーブルシステムの技術開発に従事．

浅川賢一

（1）
	光海底ケーブル執筆委員会編，光海底ケーブル，パレー
ド，2010．
（2）
	浅川賢一，通信用光海底ケーブルの建設保守技術，海洋音響学会誌，vol. 30, no. 2, pp. 105-110, April 2003.
（ 3 ）	Y. Iwamoto, Y. Shirasaki, and K. Asakawa,“Fiberoptic-tethered unmanned submersible for searchingsubmarine cable,”Proc. OCEANS ’82, pp.65-72, Jan.
1982.
（4）
	Y. Shirasaki, K. Asakawa, J. Kojima, H. Homma, and R.
Tamura,“Deep sea ROV“MARCAS-2500”for cable1974 東工大・工・電子物理卒，1979 同大学大学院総合理工学研究科博士課程
物理情報工学専攻了．同年，国際電信電話株式会社（現 KDDI 株式会社）．以来 KDD 研究所にて，通信用海底ケーブ
ルの建設・保守に必要なセンサと水中ロボットの研究開発に従事．2001 海洋
科学技術センター（現独立行政法人海洋研究開発機構）入社．以後，海底ケーブル式観測システム，
観測用水中グライダなどの研究開発に従事．工博．

maintenance and repair works,”Proc. Intervention’88,
pp. 627-641, April 1988.
（5）
	K. Asakawa., K. Kojima, J. Ito, Y. Shirasaki, and Y.
Kato,“Development of autonomous underwater
vehicle for inspection of underwater cables,”Proc.
Underwater Intervention’93, pp. 208-216, Jan. 1993.
（ 6 ）	小島淳一，自律型ロボットと音響通信，海洋音響学会
誌，vol. 28, no. 4, pp. 223-229, Oct. 2001.

開発物語：海底ケーブル建設・保守技術の開発〜水中ロボットを中心に〜

小島淳一（正員）
1979 東 工大・工・電気卒，1981 同大学
大学院工学研究科修士課程電子物理工学専攻了．同年，国際電信電話株式会社（現 KDDI 株式会社）入社．コンピュータを用いた海底ケーブルの敷設解析，水中ロボットの研究開発，水中音響機器の研究開発に従事．

159

固体エレクトロニクスの菅野 卓雄
研究と教育（前編）
東京大学名誉教授
東洋大学名誉教授

Takuo Sugano

はじめにとが起き，気をもむことはあったが無事に希望していた電気工学科に進学することができた．教養学部での1931 年東京生まれといっても父の転勤や戦争の影

数学，物理，化学の授業の内容で私にとって非常に強響もあって小学校入学から高等学校卒業までに名古い印象が残ったのは，いわゆる前期量子論の範囲では屋，東京，中国の青島，静岡県の富士市，そして東京あったが量子力学関連の授業で，本郷の工学部電気工と 5 回の転校を繰り返し，いずれの学校にも 1 年生

学科に進学した後も漠然とではあるが，そこに電気工として入学し，卒業まで在籍したことはないので出生学としても新しい世界が開かれるのではないかとの期地がどこであるかは私の人生にとっては余り意味がな

待感を持っていた．当時の日本の現状では東日本大震

い．むしろ多数回の転校により同窓会員として声を掛

災以後の今日と同様にエネルギー問題が解決されるべ

けて下さる学校が多くなり，友人の数が増えたことがき喫緊の課題の一つで，電力開発 5 か年計画が立てら有難いと感じている．

れ実行されており，それに関しては外国から石油を買その間中国の青島からの引揚げや戦中，戦後の学校制度の変革など目まぐるしく環境も変わり，大学もいう外貨がないので水力発電の開発に主力が注がれ水主
火従が常識といわれていた．

わゆる新制度の 2 年目で体制としては整備進行中の雰

一方いわゆる弱電分野では東京から大阪へ電話をし囲気もあったが，それでも東京大学での学部 4 年間，

ようとすると交換手に申し込んで 2 〜 3 時間は待たさ

特に駒場から本郷の電気工学科に進学してからの 2 年れるという現在では想像もできない状況を解決するた

間と引き続いて大学院での 5 年間の計 7 年間は私としめ東京・大阪間のマイクロ波回線の建設が重要な課題ては比較的落ち着いて勉学に集中できた期間であった．

であり，電気工学科の授業でもこれらに触れられる機会が多かったと記憶している．

東京大学での学生時代（1950 ～ 59 年）

これらの事情により最近いわれている「社会のための技術」 Technology for Humanityの精神を在学中

学部学生時代にショックレーの著書に触れるにたたき込まれたことは私のその後の研究者・教育者

そうはいっても専門学部への進学振分けを決めるのとしての重要な活動指針となり大変有意義であった．

に重要な最後の試験である教養学部の 2 年生の前学期

そのような中で多分学部の 4 年生のときであったとの期末試験がレッドパージ反対でボイコットされるこ
160© 電子情報通信学会 2012

記憶しているが，W. Shockley 著

Electrons and holes

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

My Frontier Journey

in semiconductors： with applications to transistor

再結合であると考えられていた．現在であればこのようを入手し読む機会に恵まれた．時期とな問題に対してはコンピュータシミュレーションによるして 1953 年頃であり，点接触トランジスタの発明がデバイスモデリングで定量的な評価がされるところであPhysical Review Letter に発表されたのが 1948 年，バろうが，当時はコンピュータが手軽に使用できる状況でイポーラトランジスタの発明が Physical Review に発はなく，またデバイスシミュレーションの発想もなくて表されたのが 1951 年であったので，トランジスタの解析的手法に頼らざるを得なかった．私の試作したト

出現はまさにホットニュースではあったが，学部のランジスタも，初期の合金接合トランジスタもエミッタ

授業では当然のことながら僅かに触れられただけであ接合，コレクタ接合面は球面の一部のごとき形状であっり，もちろん実用的な電子デバイスとしての評価も定たのでエミッタ・コレクタ電極周辺での正孔の再結合はまっていなかった．学部 4 年生の学力では Shockley

平行平面的なエミッタ・コレクタ接合構造を仮定した一先生の名著の真髄を理解することはできなかったが，次元モデルよりも大きくなるはずと考え，特にエミッタ

当時真空管を主なデバイスとして発展しつつあった電接合の曲率が正孔の表面再結合に及ぼす影響に着目し子工学の新分野がトランジスタに代表されるような量たが，そのためには三次元または少なくとも擬三次元

子力学的な物性科学を基盤とする分野に進展するのでモデルでの解析をしなければならない困難さがあった．

はないかとの予感がして，この分野を将来専攻したい

私の試作したトランジスタも，当時の合金接合トランと思い，故柳井久義先生の指導の下で学部 4 年の卒業

ジスタもエミッタ・コレクタの平面形状は円であったの研究ではマイクロ波用の半導体検波器，大学院ではバで，その回転対称性を利用して図 1 に示すように曲面でイポーラトランジスタの研究をさせて頂いた．

ある接合面を扁長回転だ円面座標の座標面である回転

electronics

大学院でトランジスタの研究に着手

双曲面で表して問題を一次元化して正孔分布を求め，表面再結合の電流伝達率に及ぼす影響を近似的に算出す

しかしバイポーラトランジスタの研究といっても柳井

ると第 2 種変形ベッセル関数で表示することができた．

久義先生の手許に RCA 製のガラス封じの合金接合ゲル

更に電流伝達率が表面再結合で決まる場合に対す

マニウムトランジスタが数個あったくらいで研究基盤のる，今日の言葉でいえばスケーリング則の基となる相構築から開始することになり，米国の Philco 社から発似法則等を提案することができたので，電気通信学会

表されていた n ゲルマニウムチップの両面から 電解研誌に論文（1） として投稿し，幸いにして採択され印刷

磨でベース領域になる部分を薄く研磨し，それに電解公表されたが，これが私の最初の論文となった．

研磨の極性を反転させてインジウムを電気めっきで付着

これらの研究成果をまとめて博士論文として提出させてエミッタ，コレクタを形成しバイポーラトランジ

し，1959 年 3 月に無事に工学博士の学位を授与されスタを作成することの追試から始めることにした．電て東京大学大学院を修了することができた．

解研磨，めっき及びそれに使用するノズル，直流電源，
ゲルマニウムチップにオーミック電極を合金化するための電気炉なども全て自分の手で作製した．

エミッタ接合面

このバイポーラトランジスタ試作研究で直面した問題
ゲルマニウムチップの一つはエミッタからコレクタへの電流伝達率がなか
なか 1 に近づかないことで，私の場合にはエミッタのインジウムと基板の n ゲルマニウムとのショットキーダ

コレクタ接合面

イオードでの正孔注入率すなわちエミッタ効率にも問題があったかもしれないが，他所で行われていたエミッタ
効率が 1 に近いはずの合金接合トランジスタでも電流

図1

伝達率が期待したほど 1 に近づかず，その原因は特に回転双曲面で接合面を表し扁長回転だ円座標系で拡散方程式を解いて正孔分布を求め，エミッタ近傍の正孔密度を評価して表面再結合
（1）
，
（2）
の電流伝達率に対する影響を算出

エミッタ周辺での n ゲルマニウム基板表面での正孔の私の研究者歴接合面が曲面のバイポーラトランジスタの解析用モデル

161

東京大学奉職からスタンフォード大学
へ研究出張（1959 ～ 63 年）
東京大学教官としての研究スタート

稿になり許されないが，当時は電気通信学会を含め関連分野の日本の学会に英文論文誌はなかったし，後日IEEE の関係者の意見を聞くと日本でいかなる研究が行われているか日本語も障壁になって知る手段に乏しい

大学院修了後幸いにして直ちに東京大学工学部電ので，日本の研究者が自分で英訳して投稿してくれる

気工学科，1 年後に電子工学科に奉職することができのなら日本人以外の学会員にとっても有益であるとのたが，当時は研究分野を選択していくことが精一杯で考えもあったようで許容されていた．

あって，研究テーマの選択も研究室の置かれている状
況の下で可能な範囲で決めざるを得ないという状況でスタンフォード大学で研究に従事あった．このような悩みは当時の日本の大学ではかな

私の求めに応じ幾つかの大学からの対応を頂いたが，り共通したことではなかったかと思われる．

最終的にはスタンフォード大学の故 John L. Moll 教授のしかしこのような研究の姿勢は止むを得ないとはいえ下で 1962 年 9 月から 1 年間研究に従事することができ褒められたことではなく，米国からの視察団が来訪された．当時のトランジスタ関係の教科書にはバイポーラト

た際，すかさずゲルマニウムトランジスタには余り将来

ランジスタの大振幅動作のモデルとして必ず Ebers-Moll性が期待できないにもかかわらず，なぜシリコントランのモデル，及び大振幅過渡応答特性として Moll 教授のジスタの研究をせずにゲルマニウムトランジスタの研究

論文が紹介されており，Moll 教授の業績は日本においてをしているのかと聞かれ，私の語学力では十分に反論でも広く知られていた．当時 Moll 教授は種々の新しいタイ

きず悔しい思いをしたことを覚えている．実際のところ

プの半導体デバイスの可能性を探求しておられ，その一

日本では当時シリコンの結晶は企業の研究室でやっと小環として金属ベーストランジスタのエミッタからコレクタ

指程度の太さのものが引上げに成功していた状況で，とへの電流伝達率の大きさを決める重要な因子である金ても大学の研究室に供給して頂ける状況ではなかった．

属薄膜中にフェルミエネルギーよりも 1 eV 程度高いエネ

例外はもちろんあったが，平均的には大学を含め，ルギーを有する電子（以後，本稿ではホット電子と称す

日本全体としては米国に比較して経済的に貧しく，研究る）を注入したときの飛程の測定をしておられ，私もそ内容も米国の後塵を拝することが多かったが，経済企の研究プロジェクトに参加した（3）．この研究プロジェクト

画庁が経済白書「日本経済の成長と近代化」の結びで「もは私の参加以前に現在では Physics of Semiconductor

はや戦後ではない」と記述したのが 1956 年であったこ

Devices の著者として世界的に有名な Professor Simonとに象徴されるように，それでも米国に追いつけと日

M. Sze が大学院学生で博士論文のテーマとして実験を開

本全体の研究者としての士気は高揚しており，私も前始しており，貴重な知己を得ることもできた．

記の米国視察団の指摘でめげることはなかった．

スタンフォード大学滞在中に最も印象が深かったの

しかしながら，客観的に見て彼我の実力の差は大きく，

は研究とスクーリングの内容の差であった．当時の日本

米国で更に研鑽をしたいと考えたが，その機会は現在との大学の研究や教育内容を詳細に網羅的に調査したわ

は比較にならないほど限定的で少なかった．当時自己努

けではないので私が気付いていない例もあると思われ力として許されていたのは外国の大学からの滞在費付受るが，多くの日本の大学の電気関係の学科では教育内入れを探すことで，そのために前記の電気通信学会誌に

容は古典物理学の範囲が主で，量子力学を基盤とする掲載された論文を英訳して米国の現在の IEEE の前身で物性科学については触れるとしても，その内容を理解ある IRE（Institute of Radio Engineers）の Proceedings

し，研究では使用するにとどまり，物性科学に対する（2）として採択され掲載され電子工学からの新たな貢献は乏しかったのに対し，ス

たので，その別刷を幾つかの米国の大学の著名な教授

タンフォード大学では物性科学に対しまさに新しい貢に送り研究の機会を与えて頂けることを求めた．

献をしていたことであって，これはスタンフォード大学に投稿した．幸いにして論文

今日では電子情報通信学会誌に投稿，掲載されたに限らず米国の主たる大学ではごく当たり前のことで論文を英訳して他の学会誌等に投稿することは二重投あったと思われる．また教育内容の例を示すと私はオー

162

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

My Frontier Journey

ムの法則は中学校で教わっていたが，大学に入ってもでの金属薄膜中でのホット電子の飛程の研究は私が後にシリコン MOS 電界効果トランジスタ（Silicon MetalOxide-Semiconductor Field-Eﬀect Transistor， 以 下， 本
稿では SiMOSFET と略記）に関連した電子の伝導現象の研究に着手する基盤となったばかりでなく，現象の本

150
100
50
0

19
55
19
58
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19
88
19
91

の本質を考えることはなかった．スタンフォード大学

累積発表論文数

結晶内電子の散乱から移動度を算出し，オームの法則

200

西暦（年）

図2

累積発表論文数

質をその物理に立ち返って完全に理解することの重要シリコンカーバイドの研究さを体験したという意味で，私の研究者としての将来

主たる研究テーマは半導体デバイス中の電子伝導にに極めて大きなインパクトを与えることになった．

主として東京大学工学部 3 号館研究室における研究・教育活動（1963 ～ 76 年頃）

関わるものと SiMOSFET に関わるゲート絶縁物，プロセス技術であったが，その他に探索的研究を行い，その一つとしてゲルマニウム，シリコン，Ⅲ−Ⅴ族化合物半導体以外の新しい可能性のある半導体として現在研究室の開設

大電力デバイス用半導体として研究・開発が行われて東京大学の電気系学科では助教授になると研究室いるシリコンカーバイト SiC に着目し，原子層の積み（実験室）が割り当てられ，更に技術系職員が一人配重ね型が 1 種類である立方晶系の SiC 薄膜の Si 基板上置されて自分独自の研究分野を開拓し確立していくこへの成長等の研究（4），（5）についても行った［中島尚男とが期待されていた．電子工学科の研究室が工学部 3（元（株）日立製作所，大阪大学名誉教授）＊，黒岩紘一号館の屋上に増築され，私にも 50 m2 程度の面積の研（元日本電信電話公社，元東京農工大学教授）］が，そ究室がスタンフォード大学へ出張する直前に割り与えのため成長温度を高温にすることが制限され，私の研られて，新井（旧姓越賀）夫差子助手（前埼玉大学教授）

究グループだけでこれ以上研究を継続することは困難

とともに研究・教育活動を開始した．

であったので中断することとした．

私が東京大学大学院の博士課程在学中から 1992 年に東京大学を停年退官するまでの 40 年間に学会誌等に

新デバイスの探索研究発表した原著論文の累積数は図 2 に示すようになるが，金属ベーストランジスタに関してはショットキー障

おおよそスーパリニアであるので年を追うごとに研究活

壁からの金属薄膜へ注入されたホット電子のフォノン動が活発になったのは明らかである．特に 1980 年以降，散乱による平均自由行程の理論計算（6）や金属薄膜を通毎年の論文数がそれ以前に比較し増えているのは，研過して真空中への放出実験を行った［新井夫差子助手］

究室が工学部 10 号館に移転するとともに研究基盤が整が，前者は半導体 / 金属 / 半導体構造の金属ベースト備されてきたことに負うところが大きいと思われる．

ランジスタのコレクタでの量子力学的反射を評価する

当時大学院の電気系専門課程では指導できる日本人のに有用な情報を提供するものであった．金属ベースト

大学院学生の数は教官一人当たり各学年一名を超えな

ランジスタの試作については従来使用されてきた金属

いとする内規があったが，私の研究室ではほとんど全て薄膜の真空蒸着では余り良い結果が得られていなかっの大学院学生が博士課程後期まで進学したので常時五たので，Si 上に Mo を化学堆積させて Si/Mo/Si の 3 層

人の大学院学生が在籍し，これに外国人留学生，企業か構造を作成し，［周順圭（EIKO
0.4 の電流伝達率を観測したらの研究生，卒業論文作成のための学部学生を入れる

（7）
社長）
］
が，この値は当時コレクタにおける量子力学と十人以上の人数になり，3 号館の研究室の約半分は実
験装置や実験台で占められているので現在の常識から言えば信じ難いほど狭い，混雑した研究室であったが，優秀で研究熱心なメンバが集まり意気軒昂であった．
私の研究者歴＊ 私どもの発表論文に記載した研究を博士学位請求論文の一部とした当時大学院博士後期課程学生であった方のみ［ ］内に氏名を記載させて頂いた．氏名の次の（ ）内に記載した機関名
は卒業後の主たる活動の場が明らかになるように表示した．

163

的反射を考慮して理論的に予測されていた値にほぼ等告されていたが，その機構については不明確であった．

しいものであったので，これ以上の電流伝達率の向上

そこでシリコン酸化膜に種々のⅢ族，Ⅴ族の元素を添が期待できないと判断し，金属ベーストランジスタの加したときのシリコン酸化膜の局所的な結晶化とりん研究はこの段階で中止することにした．

添加による可動イオン量の変化を研究し，添加したりん

また当時 GaAs を用いたガンダイオードが提案され

原子は SiO2 中で網構造形成原子（network former）に研究されていたが，Ge でも同様なマイクロ波発振がなってシリコン酸化膜の非晶質化を維持し，かつ膜中得られると考え実験で確かめることができた［楊炳焜のナトリウムイオンがⅣ族の Si に比較し過剰で不対に（8）（元 Northern Electric Co.）］．

なっているⅤ族りん原子の電子により中性化されることが BT（Bias Temperature）処理に対する安定化の機

ショットキー障壁からの電子放出の研究

構と推定されることを明らかにした［鳳紘一郎（元工金属とシリコンとの接触により形成されるショット（11）
業技術院電子技術総合研究所，東京大学名誉教授）］．

キーダイオードに関しては当時としては斬新的であっナトリウムの汚染源は産業界の努力で明らかになった真空イオンポンプ（Vac Ion Pump）を導入して良質て，その除去方法も確立して解決すると，次にナトの W-nSi 接触界面を実現して nSi の表面電位を制御す

リウムの汚染の影響を受け難い材料としてシリコンることにより正孔注入を抑制して高周波特性を改善で窒化膜が各国の研究者のテーマになり，我々も研究対きることを実証し［森野明彦（元日本電気株式会社，象としたが，同時に誘電率が SiO2 の 3 倍である ZrO2

（9）元（株）半導体先端テクノロジーズ社長）］ ，更にを 350℃で Si 基板上に低温化学堆積することによりショットキー障壁における電圧電流特性に関しボルツ

10 cm

マン（Boltzmann）の輸送方程式の数値解を求めるこことに成功し，今日重要な課題である高誘電率絶縁物とにより n 値（Ideality Factor）の電流依存性まで明ら（12）（High K Dielectrics）の一つの例を示した［鳳紘一郎］．

（10）
かにすることができた［森野明彦］．

シリコン酸化膜研究会

10−2程度のフラットバンド捕獲中心密度を得る

この頃までのシリコン酸化膜研究会の活動の成果は
日刊工業新聞社から書籍「MOS 電界効果トランジスタ」
として出版されている（13）．

一方 SiMOSFET の発明は既に 1960 年に公表されていたが，当時実用されていたベース領域をドーパントのシリコン表面反転層中の電子伝導の研究

拡散で形成するシリコンバイポーラトランジスタに比ゲート絶縁膜に起因する不安定の問題が解決する

較して動作速度が遅かったので超高周波通信や高速計と，次は SiMOSFET の動作速度の向上が課題となった．

算機には使用できず電卓用や MOS 可変キャパシタンス

それには SiMOSFET のチャネル長を短縮することとダイオードとして使用されつつあった．その過程でゲー

チャネル中での電子の移動速度を速くしなければなら

ト電極に電圧を印加したときにゲートしきい電圧がシないが，前者は製造技術上の問題であったので，後者フトするという不安定性が観測され，これが解決されに関わるものとしてシリコン表面反転層の電子の移動なければ SiMOSFET の実用化の見通しが立たないとの深度を研究対象とした．

刻な問題に直面し，産官学間で情報を交換し合い解決

シリコン表面での電子状態及び輸送現象に関してに当たらなければならないとの気運が起き，学会に所は表面量子化，すなわち擬二次元電子状態及び擬二次

属しない私的な研究会として 1965 年 11 月に「シリコン元電子伝導の観点から東京大学理学部物理学科の故植

酸化膜研究会」が発足し，お世話することになった．

村泰忠教授が興味を持っておられ，共同の研究会におゲート絶縁膜の研究
上記不安定性の原因はゲートシリコン酸化膜のナト
リウムイオンによるものであることは既に知られており，りんを添加することにより安定化できることも報164

いて多くの点で啓発を受け，またハワイでの日米セミナーを通じ，この分野での国際的な交流を広げることができたことは私のその後の研究の展開に対し大きな影響を与えることになった．
シリコン表面反転層の電子の移動度がシリコン結晶中
通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

My Frontier Journey

正規化磁気抵抗at B＝1 Wb/m3∆ρ /ρ（％）
t

0.8

300 K

Vg : ゲート電圧

これらの研究成果はコロナ社から出版された書籍

Vg＝2V

0.6

「表面電子工学」に収録されている（18）．

0.4しかし実測される Si-SiO2 界面準位はシリコンの禁制

Vg＝10V

帯内に U 字形の分布をしているので前記の Si-SiO2 界面における欠陥の物理・化学的状態に分布を仮定する

0.2

必要があり，図 4 に示すように Si-SiO2 界面での酸素空Vg＝40V0

図3（17）［飯塚哲哉（（株）ザインエレクトロニクス社長）
］
．

0

90

180

270

360

位を含む Si-Si 結合長，Si 空位を含む O-Si 結合長の関磁界入射角（°）

数として，これらの欠陥による界面準位のエネルギー

シリコン（111）表面反転層の室温磁気抵抗の（15）磁界印加方向依存性による電子状態の検証

値を計算した結果，結合長に指数関数分布を仮定すれ二次元状態の電子では磁界入射角が 90°
及び 270°，すなわち表面に対し垂直入射の場合磁気抵抗が最大になり，三次元状態では 145°と 325°で最大になることが理論的に知られており，図に示した実験結果は室温においても強反転状態では二次元電子状態に近い特性を示すが，弱反転状態では三次元電子状態に近い特性を示している．

ば U 字形の界面準位エネルギー密度分布が説明できることを明らかにした［桜井貴康（元（株）東芝，東京大学教授）］（19）．U 字形の界面準位エネルギー密度分布
は Si-SiO2 界面に限らずⅢ−Ⅴ化合物半導体と他の絶縁物との界面でも一般的観測されるので上記モデルはそれの移動度に比較して 3 分の 1 程度であることの主たる原らにも適用されると期待され，半導体 / 絶縁物界面で因の一つはシリコン表面での幾何学的凹凸によるいわゆる表面散乱であると考えられたので，電子顕微鏡による

（a）

（b）

凹凸の直接観測結果を用い実測される移動度の値が説明

O2−

できることを示した［陳仁栄（MITSUBA 社長）］（14）．

O

ネルギー分布が広くなるためどのように理解すべきか不明であったが，シリコン（111）表面反転層の電流
磁気効果及びシリコン（110）表面反転層の導電率の似であるが，強反転状態では擬二次元状態とするのが

Si4+

（d）

O2−
O2−

O2−

2−

O2−

Si4+

Si4+

Si4+

Si4+

Si4+

Si4+

Si4+

Si4+

Si4+

（ A ）Si 表面及び Si-SiO2 界面のモデル

電流磁気効果の測定結果である［榊裕之（東京大学名

Si伝導帯下端（15）,（16）Si-O 弱結合．

Si-SiO2 界面準位発生機構の理論的研究
半導体表面では表面での不対電子により禁制帯内にエネルギー準位が発生し電子，正孔の捕獲中心になることは理論的にも実験的にも確かめられていたが，Si-SiO2 界
面では結合欠陥がなければ界面準位は発生しないことと，界面に Si 空位，酸素空位が存在すればシリコンの禁制帯内に離散的な界面準位が発生するが Si-SiO2 界面で一般的に見られる U 字形にエネルギー状態密度を示す
界面準位は説明できないことを理論計算で明らかにした
私の研究者歴O2−（ a ）表面 Si 原子の不対電子では離散的捕獲中心しか発生しない（17）（ b ）結合欠陥のない Si-SiO2 界面では界面に捕獲中心は発生しない（17）（ c ）表面の Si 原子と酸素原子の結合が弱い場合（ d ）表面で Si 原子相互の結合が弱い場合

良い近似であることを明らかにした．図 3 は室温での誉教授，豊田工業大学長）
］

O2−

O2−

Si

温では明瞭に観測されるが実用的な室温では電子のエ状態は弱反転状態では三次元状態と考えるのが良い近

O2−

4+

シリコン表面反転層中での電子の擬二次元状態は低異方性の温度依存性を測定することにより室温で電子

O2−

（c）

0.2
Si 価電子帯上端

0.3
Si-Si 弱結合 酸素空位

∞
結合長
（nm）

Si-Si 結合（ B ）Si-O 弱結合（図Ａ（c））では結合長が無限大（表 面 Siの不対電子に相当）から短くなるに従い Si の禁制帯のほぼ中央から Si の導電帯端側に捕獲中心準位が発生するがSi-Si 弱結合（図Ａ（d））では結合長が無限大（表面 Si の不対電子に相当）から短くなるに従い Si の禁制帯のほぼ中央から Si の価電子帯端側に捕獲中心準位が発生する（19）

図4U 字形エネルギー状態密度分布を示す Si-SiO2 界面におけるキャリヤ捕獲中心のモデル

165

の捕獲中心密度を小さくするのに絶縁物が非晶質であることが重要であることを示唆する貴重な結論を得た．
この期間中，すなわち 1968 年 1 月からちょうど 1 年間いわゆる東大紛争が起きたが，幸いにして工学部 3号館は封鎖されることはなく，ほぼ正常な研究活動が継続できたことは幸いであった．紛争終結後小規模なク
リーンルームを研究室の約半分を仕切って設置し，その後 400 kHz の誘導加熱用発振器やオージェ（Auger）
電子分光用の電子銃や検出器などを設備したので，研究室は極めて混雑した状態になり，磁性半導体研究［飯塚哲哉］（20）用電磁石は学科の倉庫の片隅に，Lang カメラは学科の建物の裏玄関の横に置かせて頂くような状況になった．このような状況の下でも国際的な競争に勝つべく懸命な努力を払い外国からも注目される成果を挙げることができていたと自負しているが，それらはまさに個々の研究室メンバの努力の成果であった．
研究機関として国際的競争に立ち向かうには研究施設設備など研究基盤の整備がまず第一に行われることが望まれたが，私の研究室に限らず，電気工学科，電子工学科共通の問題であった研究室の狭さを解決するために，両学科として主として企業に寄付をお願いｘ
し，弥生キャンパスに工学部 10 号館を建設して当面の解決を図ることができた．
後編は，次号（No.23）に掲載致します．

文献（ 1 ） 柳井久義，菅野卓雄， 合金接合形及び表面堰層形ト
ランジスタの電流増幅率におよぼす表面再結合の影
響， 信学誌，vol. 40，no. 8，pp.883-892 Aug. 1957.
（ 2 ） T.Sugano and H. Yanai, Analytical studies on effects ofsurface recombination on the current amplification factor ofalloy junction and surface barrier transistors, Proc. Inst.
Radio Engin., vol. 48, no. l0, pp.l739-l749，Oct. 1960.
（ 3 ） S. M. Sze, J. L. Moll, and T. Sugano, Range-energy
relation of hot electrons in gold, Solid-State Electron, vol.
7, no. 7, pp. 509-523, July l964.
（ 4 ） H. Nakashima, T.Sugano and H.Yanai, Epitaxial growth of
SiC film on silicon substrate and its crystal structure, Jpn. J.
Appl. Phys., vol. 5, no. l0, pp. 874-878, Oct. l966.
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β -silicon carbide on silicon substrates, J. Electrochem. Soc.
Am., vol.l20, no.l, pp.l38-l40, Jan. l973.
（ 6 ） F. Koshiga and T. Sugano, Hot electron-phonon interaction
in metals, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 5, no. ll, pp l036-l038,
Nov. l966.

166（ 7 ） T. Sugano, T. Obunai, and H. K. Chou,

Fabrication of

Si-Mo-Si three layer structure and its current transfer
characteristics, Jpn. J. Appl. Phys., vol.8, no.9, p.ll62-1162,
Sep. l969.
（ 8 ） 楊炳焜，菅野卓雄， ゲルマニウム・マイクロ波発生素子の試作及び特性， 応用物理，vol. 40, no. 8, pp
844-849, Aug. 1971.
（ 9 ） 菅野卓雄，森野明彦，越賀夫差子，三島克彦，西千機，
松田誠道 , シリコンと二，三の金属との接触の特性，
信学誌，vol. 50, no. 6, pp. 1045-1052, June 1967.
（10） A. Morino and T. Sugano, Forward characteristics of Si
Schottky diodes, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 9, no. l2, pp. l484l494, Dec. l970.
（11） T. Sugano, K. Hoh, K. Kudo, and N. Hishinuma, Orderedstructure and ion migration in silicon dioxide films, Jpn. J.
Appl. Phys., vol. 7, no. 7, pp. 7l5-730, July l968.
（12） K. Hoh and T. Sugano, Low temperature vapor depositionof ZrO2 films on Si surfaces, Suppl. J. Jpn. Soc. Appl.
Phys., vol. 39, pp. l77-l84, Jan. l970.
（13） 菅野卓雄，小野員正，垂井康夫共編，MOS 電界効果
トランジスタ，日刊工業新聞社，東京 1969.
（14） T. Sugano, J. J. Chen, and T. Hamano, Morphology of SiSiO2 interface, Surf. Sci., vol. 98, pp. l54-166, l980.
（15） H. Sakaki and T. Sugano,

Galvanomagnetic effects insilicon surface inversion layers, Jpn. J. Appl. Phys., vol. l0,
no. 8, pp. l0l6-l027, Aug. l97l.
（16） H . S a k a k i a n d T. S u g a n o , A n i s o t r o p i c c h a n n e lconductivity of a MOS transistor on the（ll0）surface ofsilicon, Suppl. J. Jpn. Soc. Appl. Phys., vol. 4l, pp. l4l-l49,l972.
（17） T. Iizuka and T. Sugano, Calculation of energy levels ofoxygen and silicon vacancies at the Si-SiO2 interface, Jpn.
J. Appl. Phys., vol. l2, no. l, pp. 73-79, Jan. l973.
（18） 菅野卓雄，御子柴宣夫，平木昭夫共編・著， 表面電子工学 ，コロナ社，東京，1979．
（19） T. Sakurai and T. Sugano, Theory of continuously
distributed trap states at Si-SiO2 interface, J. Appl. Phys.,vol. 52, no.4, pp. 2889-2896, April l98l.

（20） T. Iizuka and T. Sugano, Magnetic and electricalproperties of vacuum-deposited CdCr2Se4 thin film,
Jpn. J. Appl. Phys., vol. 15, no. 1, pp.57-63, Jan. l976.

菅 野 卓 雄 （名誉員）
1959 東大大学院数物電気了，工学博士．同年，東大・工・電気・講師（専任），1960 同大学電子・助教授，1971 同教授，1991 工学部長，1992 東大名誉教授，東洋大教授，
1994 東洋大学長，2000 同大学理事長，2006 東洋大名誉教授，この間固体電子工学の研究，教育に従事．1995 紫綬褒章，2006 瑞寶重光章，2011 文化功労者，1974 本会業績賞，1992 本 会 功 績 賞，IEEE Jack A. Morton Award, 1995 IEEE
Life Fellow, 2001 NEC C ＆ C 賞，2005 応用物理学会業績賞，2007 国立交通大学（台湾）栄誉教授，
2008 国立成功大学（台湾）栄誉教授，2009 科学専業奨章（台湾）．

通信ソサイエティマガジン No.22［秋号］2012

今 る．しかし，グローバル化といっても，一体何を国際的な競争の中で企業が生き残っていくための必然と目的に，何をしようとしているのか，曖昧なまま，何ともいえる．

日，様々なところで「グローバル化」が叫ばれていが起こっている．これらの企業活動のグローバル化は，なく「グローバル化」と言っていることが多いように思え

このような状況のためか，近年，筆者の勤務する大学る．そこで少し，「グローバル化」について考えてみたい．

にも，大学のグローバル化，グローバル人材育成が強く

今日の世界を眺めてみると，日本も含め，各国は独立求められてきている．大学には教育と研究という二つの国であるにもかかわらず，自分で全てのことを決めるこミッションがあるが，大学のグローバル化は，単に外国とができなくなってきた．

人留学生が多くなる，日本

これは，経済活動を含むほから海外への留学生が多く

とんど全ての活動が他の国と関連してきているからで巻末言なる，外国人の教員が多くなる，あるいは講義が英語

あ ろ う． 工 業 製 品， 農 産物，サービスなど，ほぼ全てのものが海外の市場，かつ海外からの供給を必要とで 行 わ れ る， と い う こ とグローバル化雑感しており，各国の経済的相
互依存はますます強まって

通信ソサイエティ副会長

きている．実際，3.11 の大梅比良正弘

Masahir o U mehir a

震災では自動車用のマイク
ロコンピュータの供給が滞り，世界の自動車生産が大幅ではないであろう．グロー
バル人材とは何かとなると，更に難しい．英語でコミュニケーションができる
ことは最低限必要な能力であろうが，ただ単に言語力の話でないことは明らかである．大学の重要な役割の一つが企業に人材を供給するに落ち込んだこと，2011 年のタイの大洪水で日本の自動ことであることを考えると，企業のグローバル展開を支車・エレクトロニクスの生産が落ち込んだことは記憶にえる人材を育てることは重要である．問題は，グローバ

新しい．地球温暖化・気候変動の問題も自国だけで解決

ル人材を必要とする企業と，グローバル人材を育成する

することは不可能である．欧州の「ギリシャ」「スペイン」

側の大学が共通の認識を持っているといえない点にある．

問題も，為替レートの変動などを通じて我が国の経済・しばらくは大学と企業で，供給側と需要側の模索が続き産業にも影響を及ぼす．これも，人間，モノ，サービス，

そうである．

情報，通貨などが国境を越えて自由かつ素早く動くから

さて，最後になってしまったが，本会のグローバル化

で，多くの問題は，複数の利害関係者（国）の協力，妥協とは何であろうか．少子高齢化に伴い若年人口が減少しなくして解決できない．このように，お互いの国が相互ている日本において，日本人会員数が減るのは必然であに依存し，影響を及ぼし合うということが，そもそものる．しかし，これを補う外国人会員獲得がグローバル化「グローバル化」の本質であろう．このグローバル化がの目的というのは余りにも近視眼的で，会員各位にそれ進んだ理由は，まぎれもなく輸送機器・システム分野と，ぞれグローバル化された学会のイメージがあると思われ本会とも関連の深い通信・放送分野の技術の進歩にある．

る．前述のように，企業活動・経済活動などの全ての活翻って，企業活動のグローバル化について考えると，動がグローバル化する中，多くの課題は，多くの国が協

様々なモノ，情報が自由に動くようになると，競争のルー

力して当たらなければならない問題になってきている．

ルも変わる．我々の身近な電気・電子製品の分野では，

私は，このような問題を解決するには，日本人会員だけ

これまでは，モノを作るためのパーツで，特に重要なもではなく，より多くの国の研究者・技術者が集い，情のは基本的に自分で作る「垂直統合型」が有利であったが，報・意見を交換し，議論する場を提供することが，学会

今は，それぞれのパーツの一番安く良いものを世界からのグローバル化の意義であるように思うし，本会がその集めてモノを作る「水平統合型」が有利といわれている．

ためのアジアの拠点であれたらと思う．このために，会

これが各分野の世界で一番（またはせいぜい二番まで）の誌，論文誌，Global News Letter，あるいは研究会や全国企業しか儲からない，生き残れないといわれるゆえんで大会・ソサイエティ大会の活動がどうあるべきか，我々もあろう．税制，通信や輸送などのインフラストラクチャも考えていかなければならない．会員各位からも御意見，の状況も重要な要素であるが，様々なものがディジタル

御提案，並びに叱咤激励を頂ければ幸いである．

化され，どこで生産しても性能に大きな差が現れにくくなり，多くの工場が人件費の安価な国に出てしまうこと© 電子情報通信学会 2012

AfterwordNEXT ISSUE

秋
2012/No.22

2012年冬号（第23号） 2012年12月1日 発行

今時のアマチュア無線
私の研究者歴 菅野卓雄（後編）
私の技術者歴 広崎膨太郎
小特集

2012年8月25日 印刷

2012年9月1日 発行

Editors NoteEDITORIAL BOARD

このところ忙しくて運動する時間が取れません．そのためか疲

大橋正良

編集委員長

れやすく長めの休息が必要です．ということは，忙しくても運編集副委員長動する時間を作った方が，結果的に長い時間仕事ができること

赤埴淳一 朝香卓也になります．どなたか最適解を求めて頂けませんか？ （H.S.）
暑い中で編集後記を書いております．皆さんが本誌を読まれる
頃は残暑厳しき折でしょうか．今回は，スケジュールの都合で，慌ただしい校閲をお願いし，修正も迅速に対応してもらいました．メールは非常に便利ですが，お会いしてのフォローの大切さも痛感しました．

（Y.K.）

初めての編集担当でした．かなり楽観的に考えており，関連の皆様の御支援を頂きまして，自責分だけではありますが，やり遂げられました．深く感謝申し上げます．次はもう少しスマートにできるように努力します．

編 集 委 員BENJEBBOUR ANASS
岩井誠人
泉田 史
翁長 久
小野文枝
菊間信良
木下和彦
島田淳一
庄木裕樹
辻 宏之
西本 浩
村川一雄
山岡克式

ますが，最近大学でも試験日程等の掲示を写真に収める学生の姿をよく見掛けます．文字情報を画像として残すのには少し抵抗があり，僅かな情報であれば，せめてテキストとして記録し通信ソサイエティマガジン
B-plus へのお問い合わせ□御意見，御要望：b-plus@ieice.org□ホームページ▶ https://www.ieice.org/~cs-edit/magazine/index.html□ B-plus 年間購読のお申込みはこちら▶ https://www.ieice.org/~cs-edit/magazine/order_y.htmlておけばよいのにと思うこともありますが，時代の変化をます
ます感じる今日この頃です．

（T.M.）ICT というと私はどうしても Improved Circuit Theory に頭が行ってしまいます．学生時代からお世話になっている，まさにホーム的電磁界理論です．ICT がまだ IT と呼ばれていた頃は良かったのですが，ICT となった途端，私のイメージは電磁界理論です．
でも，御心配なく！ 本号は皆さんのイメージする優しい，易しいホーム ICT です．安心してお読み下さい．

（N.K.）

なりゆきにまかせていたら，いつの間にか〈B-plus〉編集委員となり，編集チームリーダとなっていました．魅力的なオタクの皆様との共同作業は楽しいことがいろいろあります．

（H.K.）

複写される方へ
本会は，本誌掲載著作物の複写に関する権利を一般社団法
人学術著作権協会に委託しております．本誌に掲載された著作物の複写を御希望の方は，（社）学術著作権協会より許諾を受けて下さい．ただし，企業等法人による社内利用目的の複写については，当該企業等法人が社団法人日本複写権セン
ター（（社）学術著作権協会が社内利用目的複写に関する権利を再委託している団体）と包括複写許諾契約を締結している
場合にあっては，その必要はございません．（社外頒布目的の複写については，許諾が必要です．）
権利委託先：一般社団法人学術著作権協会〒107-0052 東京都港区赤坂 9-6-41 乃木坂ビル 3F
Fax：03-3475-5619
E-mail：info@jaacc.jp
複写以外の許諾（著作物の引用，転載，翻訳等）に関しては，（社）学術著作権協会に委託致しておりません．直接，下記へお問い合わせ下さい．
問合せ先一般社団法人 電子情報通信学会〒105-0011 東京都港区芝公園 3-5-8
Tel：03-3433-6691「通信が見える 1 枚の写真」
を募集しているよ．
写真と説明文（300 文字以内）を b-plus@ieice.org に
送ってね．

荒木壮一郎
岡部寿男
菊池典恭
佐波孝彦
橘 拓至
三宅 滋

本誌の愛称は「B-plus」，正式名称は「通信ソサイエティマガ
ジン」，「IEICE Communications Society Magazine」です．
本誌掲載論文を文献引用する際は，邦文略称「信学通誌」，
英文略称「IEICE Commun. Mag.」を用いて下さい．

（H.I.）

携帯電話，スマートフォンで写真を撮っている人をよく見掛け

阿野茂浩
大槻知明
河東晴子
後藤忠広
関屋大雄
松田崇弘
吉田幸司

機械振興会館内

Fax：03-3433-6659

発行者／ 木暮賢司
発行所／ 一般社団法人 電子情報通信学会 通信ソサイエティ〒105-0011 東京都港区芝公園 3-5-8 機械振興会館
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日本海海戦「敵戦艦見ユ」の元第二高等学校 〜木村駿吉教授とその教室
明治 30（1897）年も少し過ぎ，日本とロシアの風雲は険しく緊張の度がとみに増した頃，日本海軍は戦争に備えてマルコニーの無線電信機の購入を計画した．しかし，その価格は余りにも高いので，我が国で独自に開発することに決した．そのため，
へい

海軍は仙台の第二高等学校物理学教授の木村駿吉先生を海軍教授として招聘した．その頃木村教授は私費を投じて無線通信の研究を行い，教室でその実験を行い生徒に見せていた．木造二階建ての物理学教室が，東北大学（仙台市青葉区片平 2-1-1）
学内に現存しているのである．海軍省に移籍した木村教授が中心となって開発したのが，（明治）三六式無線電信機である．
しょうかい

明治 38
（1905）
年 5 月 27 日，
ロシアから遠く来航してきた露国艦隊を哨戒中の信濃丸が濃霧中に発見し，直ちに無線電信を打った．火花放電のパチパチという鋭い音が電信室に響き渡った．これを受信した東郷平八郎司令長官座乗の旗艦「三笠」は「敵艦見ユトノ警報ニ接シ，連合艦隊ハ直チニ出動，之ヲ撃滅セントス．本日天気晴朗ナレドモ波高シ」と大本営に打電した．ここに我が艦隊は勇躍舳艫相銜んで出撃し，前代未聞の大勝利を得たのである．
じくろふく
掲載した写真は，筆者が平成 24 年 4 月 19 日，東北大学にて開催された本会アンテナ・伝播研究会に出席した折に撮影し【佐 藤 源 貞 】（正員）たものである．

マガジン編集委員会では「通信がみえる一枚の写真」をテーマに写真（電子ファイル（jpeg）あるいはプリント），タイトル，説明文（約 300 字）を募集致します．詳細は，通信ソサイエティマガジン HP（http://www.ieice.org/˜cs-edit/magazine/ieice/photo.html）を御参照下さい．
送り先：
【郵

送】
〒105-0011 東京都港区芝公園 3-5-8 機械振興会館内 電子情報通信学会 通信ソサイエティマガジン担当【メール】b-plus@ieice.org

までお送り下さい．

電子情報通信学会 通信ソサイエティマガジン
電子情報通信学会 通信ソサイエティマガジン

2012 秋号 No.22

小特集 ホームＩＣＴの新たな展開

二〇一二年秋号／第二十二号︵第六巻第二号︶ 平成二十四年八月二十五日 印刷 平成二十四年九月一日 発行
通信ソサイエティ 〒一〇五ー〇〇一一 東京都港区芝公園三ー五ー八 機械振興会館
ISSN 1884-4863

発行者／木暮賢司

発行所／ 一般社団法人 電子情報通信学会

雑誌 17783-09

定価 1,000 円（本体 952 円）