第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its...

6
- 19 - 第 4 世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開 ㈱NTT ドコモ ネットワーク研究所 〒239-8536 神奈川県横須賀市光の丘 3-5 E-mail: [email protected] あらまし モバイルネットワークは,セルラー技術を基盤として広帯域化,マルチメディア化が進んでおり,将来, 第 4 世代ネットワークにおいては,3 次元の音声・映像や生体情報通信に至るまでリアリティの極めて高い通信が 可能になるであろう.一方,近年の組込み IC 等マイクロデバイスの発展はめざましく,近い将来,人が気づかなく ても周辺に遍在するコンピュータがさりげなく生活をサポートする「ユビキタスコンピューティング」の世界がや ってくると思われる.高い伝達能力を持つモバイルネットワークとこのユビキタスコンピューティングの世界が効 果的に協調すれば,従来のモバイル通信サービスの向上だけでなく,実社会に密着した,ユーザの生活を支える新 たなサービス(ユビキタスサービス)が提供できる可能性がある.本発表では,4G ネットワークの接続能力をモ バイル端末を介して実環境に遍在するユビキタスデバイスまで拡張することによりグローバルなユビキタスネット ワーキングを実現する方式を提案する.この新しいネットワークアーキテクチャとそれによって生まれる価値およ び技術課題を議論する. キーワード 4G モバイルネットワーク,ユビキタスネットワーク,ネットワークアーキテクチャ,ユビキタスゲ ートウェイ 4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World Kazuo IMAI Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka, Yokosuka-shi, Kanagawa, 239-8536 Japan E-mail: [email protected] Abstract Mobile networks have been evolving towards broadband and multimedia based on cellular network technology. Even enhanced-reality communications such as 3D visual and bio-info communications will be available in the next-generation, i.e. 4G, mobile network. On the other hand, as the remarkable development of micro-device technologies such as sensors and RF tags, we will soon see the ubiquitous computing environment in which computers will support human life without imposing any stress on the users. We are expecting that entirely new class of services will emerge if we can combine the broadband mobile networks and ubiquitous computing environment effectively. In this presentation, we discuss an approach towards ubiquitous networking enhancing the capability of the 4G mobile network by expanding its networking capability to the ubiquitous devices via gateways on the edge of the mobile network. New values created by the new architecture and its technological challenges are described. Keyword 4G Mobile Network, Ubiquitous Networking, Network Architecture, Ubiquitous Gateway

Transcript of 第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its...

Page 1: 第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World Kazuo IMAI Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka,

- 19 -

第 4 世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開

今 井 和 雄

㈱NTT ドコモ ネットワーク研究所

〒239-8536 神奈川県横須賀市光の丘 3-5

E-mail: [email protected]

あらまし モバイルネットワークは,セルラー技術を基盤として広帯域化,マルチメディア化が進んでおり,将来,

第 4 世代ネットワークにおいては,3 次元の音声・映像や生体情報通信に至るまでリアリティの極めて高い通信が

可能になるであろう.一方,近年の組込み IC 等マイクロデバイスの発展はめざましく,近い将来,人が気づかなく

ても周辺に遍在するコンピュータがさりげなく生活をサポートする「ユビキタスコンピューティング」の世界がや

ってくると思われる.高い伝達能力を持つモバイルネットワークとこのユビキタスコンピューティングの世界が効

果的に協調すれば,従来のモバイル通信サービスの向上だけでなく,実社会に密着した,ユーザの生活を支える新

たなサービス(ユビキタスサービス)が提供できる可能性がある.本発表では,4G ネットワークの接続能力をモ

バイル端末を介して実環境に遍在するユビキタスデバイスまで拡張することによりグローバルなユビキタスネット

ワーキングを実現する方式を提案する.この新しいネットワークアーキテクチャとそれによって生まれる価値およ

び技術課題を議論する.

キーワード 4G モバイルネットワーク,ユビキタスネットワーク,ネットワークアーキテクチャ,ユビキタスゲ

ートウェイ

4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World

Kazuo IMAI

Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka, Yokosuka-shi, Kanagawa, 239-8536 Japan

E-mail: [email protected]

Abstract Mobile networks have been evolving towards broadband and multimedia based on cellular network technology. Even enhanced-reality communications such as 3D visual and bio-info communications will be available in the next-generation, i.e. 4G, mobile network. On the other hand, as the remarkable development of micro-device technologies such as sensors and RF tags, we will soon see the ubiquitous computing environment in which computers will support human life without imposing any stress on the users. We are expecting that entirely new class of services will emerge if we can combine the broadband mobile networks and ubiquitous computing environment effectively. In this presentation, we discuss an approach towards ubiquitous networking enhancing the capability of the 4G mobile network by expanding its networking capability to the ubiquitous devices via gateways on the edge of the mobile network. New values created by the new architecture and its technological challenges are described. Keyword 4G Mobile Network, Ubiquitous Networking, Network Architecture, Ubiquitous Gateway

Page 2: 第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World Kazuo IMAI Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka,

- 20 -

1c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

第4世

代モ

バイ

ルネ

ット

ワー

クと

ユビ

キタ

スへ

の展

20

04

.7

.2

0N

TTド

コモ

ネッ

トワ

ーク

研究

所今

井和

第1回

実空

間指

向ユ

ビキ

タス

ネッ

トワ

ーク

ワー

クシ

ョッ

2c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

edye

ar19

9720

0120

10

Traffic

4G

へ向

けた

サー

ビス

展開

year

1997

2001

2010

マル

チメ

ディ

3G 音

声2G

音声

2005

2G C

NPD

C-P

2G R

AN

2G-- m

ode

mod

e

モバ

イル

・イ

ンタ

ーネ

ット

モバ

イル

・イ

ンタ

ーネ

ット

IP N

W3G

/3.5

G4G

W-L

AN

All-

IP N

W4G

ユビ

キタ

スユ

ビキ

タス

-多種

端末

・デ

バイ

-マル

チア

クセ

-実空

間(モ

ノ)情

-リア

ル連

携サ

ービ

モバ

イル

・ユ

ビキ

タス

モバ

イル

・ユ

ビキ

タス

Non

セル

ユビ

キタ

スデ

ータ

2G

デー

3G C

NA

TM

3G R

AN

モバ

イル

・マ

ルチ

メデ

ィア

モバ

イル

・マ

ルチ

メデ

ィア

3GW

ebW

eb,,

mai

lm

ail

3c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

モバ

イル

ネッ

トワ

ーク

展開

のシ

ナリ

3G

-CN

3G

-RA

N

IP-C

NIP

-CN

3G

-RA

NIP

-RA

N3G

-RA

NIP

-RAN

4G-R

AN

ATM

bas

edIP

-B

B w

/ lim

ited

or fu

ll IP

rout

ing

Ubi

quito

us n

et

WLA

NW

LAN

IP-

BB

w/ f

ull I

P ro

utin

g

Plu

g In

4c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

アク

セス

ネッ

トワ

ーク

の能

10.

1In

form

atio

n

Speed (

Mbit/s)

1010

0

4G

Nom

adic

Wirele

ss A

ccess

M

illim

ete

r-w

ave

LA

N

3.5

G3G

Mobili

ty

•H

igh-sp

eed

•H

igh-c

apac

ity

•Low

bit c

ost

•IP

-ba

sed

2G

広義

の4

G(B

eyond

3G

)

Ubiq

uity(

端末

数/ 情

報多様

化)

Nea

r Fie

ld C

omm

. net

Nea

r Fie

ld C

omm

. net

?•

low

-sp

eed

& c

apac

ity

•in

term

itte

nt

& s

cat

tere

d•

short

dela

y tim

e•n

on IP

-ba

sed?

?

Sens

or ne

t

Sens

or ne

tRF-I

D net

RF-ID ne

t

Ad hoc

net

Ad hoc

net

Page 3: 第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World Kazuo IMAI Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka,

- 21 -

5c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

3G

~4G

コス

1/10-1/100 p

er

bit

情報

速度

:384kb

ps

100 M

bps

(peak

, cellu

lar)

1 G

bps

(peak

, sp

ot

area)

多様

無線

アク

セス

環境

に柔

軟対

容量

10-fo

ld t

han

3G

All-

IP化

:経

済化

とサ

ービス

の多

様性

Cap

abili

ty

能 力 向 上能 力 向 上

モビ

リテ

ィ制

御:

セル

ラー

単一

方式

異種

無線

シス

テム

間シ

ーム

レス

モビ

リテ

伝達

シス

テム

ATM

(C

S an

d P

S)

伝送

遅延

50 m

s以

4G

モバ

イル

ネッ

トワ

ーク

の目

標条

6c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

Data speed[bps]

9299

0001

10M

1M 100k

10k

2G &

2.5

G

2M

W-C

DM

A

App

rox.

14M

2MPeak

3G &

3.5

Gav

erag

eM

AX

sep

c.

2nd G

ban

d (8

00M

Hz

PD

C)

3rd G

ban

d (2

GH

z)

1k93

9495

9697

9802

0304

05

384k

2.4k

PDC

9.6k

PDC

28.8

kPD

CPa

cket

32k

PHS

64k

PHS

2nd G

ban

d (1

.9G

Hz

PH

S)

HSD

PA

無線

アク

セス

の高

速化

7c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

Plug

& A

cces

s:複

数ア

クセ

ス方

式の

容易

な収

イン

テリ

ジェ

ント

ネッ

トワ

ーク

制御

ルー

ティ

ング

制御

品質

制御

モバ

イル

ネッ

トワ

ーク

のAl

l IP

Loc

atio

nM

anag

erR

outin

gM

anag

erQ

oS /S

essi

on

Man

ager

Acc

ess

Coo

rdin

ator

Seam

less

Ser

vice

Supp

ort

3G3G

WW-- L

AN

LAN

4G4G

Serv

ice

Supp

ort P

latfo

rmSe

rvic

e Su

ppor

t Pla

tform

Net

wor

k C

ontr

ol P

latfo

rmN

etw

ork

Con

trol

Pla

tform

IPIP-- B

ack

Bac

k --B

one

Bon

e

シー

ムレ

ス無

線ア

クセ

ス大

容量

・低

コス

ト、

キャ

リア

グレ

ード

、簡

易運

Ubi

quito

us S

ervi

ceSu

ppor

t

ユビ

キタ

スサ

ービ

ス支

8c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

生体

情報

通信

リア

リテ

ィを

追求

した

モバ

イル

通信

分身

触覚

立体

映像

通信

立体

音響

通信

Page 4: 第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World Kazuo IMAI Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka,

- 22 -

9c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

Ana

log

Anal

ogsp

eech

spee

ch

1G2G

3G

リア

リテ

ィを

追求

した

モバ

イル

通信

に必

要な

帯域

Visu

alBio

logi

cal

必 要 バ ン ド 幅

Aud

io

ii -- Sho

tS

hotii -- M

otio

nM

otio

n

ii -- mod

em

ode2D

/3D

Vid

eo

ホロ

グラ

ムホ

ログ

ラム

ii -- App

liA

ppli

Rin

ging

Rin

ging

-- mel

ody

mel

ody

Rin

ging

Rin

ging

-- son

gso

ngM

ail

Mai

l

Still

imag

e

Text

Dig

ital

Dig

ital

spee

chsp

eech

3D A

udio

3D A

udio

触覚

触覚分

身分

必要

バン

ド幅

上昇

Sur

roun

dS

urro

und

3D

3D ii --

App

liAp

pli

Ste

reo

Ste

reo

4G10

cC

opyr

ight

2004

, NTT

DoC

oMo,

Inc.

All

right

rese

rved

ユビ

キタ

ス化

~通

信対

象が

広が

る~

通信

対象

の質

的・量

的拡

大:

膨大

なモ

ノ(埋

込み

デバ

イス

)、

様々

な実

世界

情報

が新

たな

対象

とな

テレ

コム

(人-

人の通信

)→

イン

ター

ネッ

ト(人

(PC)-

仮想空間

、人-人)

→ユ

ビキ

タス

ネッ

ト(モノ-

人、モノ

-モノ)

実世

界情

仮想

空間

情報

個人

情報

仮想

化仮

想化

テレ

コム

世界

イン

ター

ネッ

ト世

ユビ

キタ

ス世

11c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

Ubi

quito

us E

xten

sion

from

Mob

ile N

etw

orks

モバ

イル

(セ

ルラ

ー)端

末で

は到

達で

きな

かっ

た領

域へ

のネ

ット

ワー

クの

拡大

ユビ

キタ

スデ

バイ

ス(埋

め込

み微

小デ

バイ

ス、

情報

家電

等)に

よる

アド

ホッ

ク的

ネッ

トワ

ーキ

ング

によ

る情

報到

達性

の拡

Mob

ile N

etw

ork

ユビ

キタ

ス化

~ネ

ット

ワー

クが

広が

る~

12c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

●M

obile

Inte

rnet

Mob

ile In

tern

et=

モバ

イル

ネッ

トワ

ーク

とイ

ンタ

ーネ

ット

の連

携に

よる

ビジ

ネス

機会

●M

obile

Ubi

quito

usM

obile

Ubi

quito

us=

モバ

イル

ネッ

トワ

ーク

とユ

ビキ

タス

環境

の連

携に

よる

新た

なビ

ジネ

ス機

Mob

ileM

obile

Inte

rnet

Inte

rnet

Mob

ile

Mob

ile

Inte

rnet

Inte

rnet

Mob

ileM

obile

Inte

rnet

Inte

rnet

Mob

ile

Mob

ile

Inte

rnet

Inte

rnet

Ubi

quito

usU

biqu

itous

Mob

ile

Mob

ile

Ubi

quito

usU

biqu

itous

ユビ

キタ

ス化

~新

ビジ

ネス

が広

がる

i-mod

eサー

ビス

あら

ゆる

端末

、デ

バイ

スが

連携

し、

実世

界情

報を

用い

たサ

ービ

スの

展開

(仮

想・リ

アル

連携

Page 5: 第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World Kazuo IMAI Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka,

- 23 -

13c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

モバ

イル

ユビ

キタ

スネ

ット

ワー

キン

グと

は何

4G R

adio

Acc

ess

4G N

etw

ork

Net

wor

k

Ubi

quit

ous

Wor

ldU

biqu

itou

s W

orld

Ubi

Ubi

-- loc

al

loca

l NW

sN

Ws

低能

力デ

バイ

スに

よる

ネッ

トワ

ーク

(e.g

. TA

Gs

and

sens

ors)

→モ

バイ

ルネ

ット

ワー

クに

よる

グロ

ーバ

ル接

続性

の提

Mob

ile W

orld

Mob

ile W

orld

(H-H

com

m. &

cyb

er)

(Rea

l Wor

ld)

Ub

iU

bi-- l

ocal

lo

cal N

Ws

NW

s高

性能

デバ

イス

によ

るネ

ット

ワー

ク(e

.g. h

ome

appl

ianc

es)

→広

帯域

の接

続性

4G N

WU

biqu

itous

Lo

cal

NW

Mob

ile-U

biqu

itous

NW

4G

モバ

イル

はユ

ビキ

タス

拡張

基盤

とな

14c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

ユビ

キタ

スG

W

ユビ

キタ

スG

W(U

bi-G

W )

をモ

バイ

ル端

末へ

原デ

ータ

Ubi

GW

デー

タ集

約プ

ロト

コル

変換

デバ

イス

依存

プロ

トコ

モバ

イル

・グ

ロー

バル

・ネ

ット

ワー

ク(M

GN

)

Mob

ile-U

biqu

itous

NW

(4G

+)

Ubi

GW

ユビ

キタ

スロ

ーカ

ルN

W(U

LN

PAN

Sens

or N

Wモ

バイ

ル端

末で

情報

のフ

ィル

タ、

集約

Hom

e N

W家

電機

器を

制御

制御

信号

パー

ソナ

ルな

コン

テキ

スト

収集

プロ

トコ

ル、

デー

タ変

換ユ

ビキ

タス

デバ

イス

を指

15c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

モバ

イル

ユビ

キタ

ス連

携に

よる

価値

•広域

•グロ

ーバ

ルID

•公衆

ユー

ザ(A

AA

, Priv

acy保

護)

•強い

構造

/強

いコ

ネク

ティ

ビテ

•充実

•一様

(通信

端末

、P

C等

)

モバ

イル

NW

の特

•ロー

カル

•ロー

カル

/ 無数

•私設

、個

別的

(認

証能

力弱

•アド

ホッ

ク的

(イン

フラ

レス

, 弱

い接

続性

•貧弱

(微小

デバ

イス

)

•多様

(セ

ンサ

ー、

タグ

から

情報

家電

まで

ロー

カル

ユビ

キタ

スN

Wの

特性

より

良い

QoS

のた

めの

ネッ

トワ

ーク

制御

処理

能力

補完

広域

到達

ULN

間の

相互

接続

ULN

のた

めの

セキ

ュア

ネッ

トワ

ーキ

ング

ユビ

キタ

ス化

への

効果

•NW

カバ

レッ

• ID割

•利用

ユー

•構造

/接

続性

•ノー

ド処

理能

•端末

種別

16c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

•ロー

カル

•ロー

カル

/ 無数

•私設

、個

別的

(認

証能

力弱

•アド

ホッ

ク的

(イン

フラ

レス

, 弱

い接

続性

•貧弱

(微小

デバ

イス

)

•多様

(セ

ンサ

ー、

タグ

から

情報

家電

まで

•広域

•グロ

ーバ

ルID

•公衆

ユー

ザ(A

AA

, Priv

acy保

護)

•強い

構造

/強

いコ

ネク

ティ

ビテ

•充実

•一様

(通信

端末

、P

C等

)

モバ

イル

ユビ

キタ

ス連

携に

よる

価値

ロー

カル

ユビ

キタ

スN

Wの

特性

モバ

イル

NW

の特

•NW

カバ

レッ

• ID割

•利用

ユー

•構造

/接

続性

•ノー

ド処

理能

•端末

種別

モバ

イル

NW

への

効果

端末

機能

の拡

NW

カバ

レッ

ジの

拡大

膨大

な数

のユ

ーザ

収容

のた

めの

新た

な役

割(s

ocia

l inf

ra. V

alue

)

リア

ル連

携に

よる

サー

ビス

拡大

Page 6: 第4世代モバイルネットワークとユビキタスへの展開4G Mobile Network and Its Extension to Ubiquitous World Kazuo IMAI Network Laboratories, NTT DoCoMo Inc. 3-5 Hikarino-oka,

- 24 -

17c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

Mob

ility

bitr

ate

スマ

ート

環境

制御

(アク

チュ

エー

タ, ス

マー

トホ

ーム

& オ

フィ

ス)

新ユ

ーザ

イン

タフ

ェー

ス(ゲ

ーム

, 家電

, ロボ

ット

)Pe

rvas

ive

Com

putin

g(仮

想オ

フィ

ス,

仮想

端末

)

リア

リテ

ィ通

信(3

D音

声・映

像/高

精細

画像

)

Ubi

quit

y

トラ

ッキ

ング

トラ

ッキ

ング

情報

配信

情報

配信

制御

制御44GG

++

セン

シン

グセ

ンシ

ング

流通

系:ト

ラッ

キン

グ(SC

M, 品

質管

理)

交通

系:自

動車

走行

監視

(障

害監

視,

自動

運転

健康

系:生

体セ

ンシ

ング

(生

体情

報監

視,

遠隔

診断

モバ

イル

ユビ

キタ

スに

よる

サー

ビス

価値

18c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

気づ

かな

くて

もサ

ービ

スを

享受

(落と

し物

通知

等)

より

多様

なサ

ービ

スを

享受

安心

なネ

ット

ワー

ク接

続環

輻輳

のな

いN

W運

モバ

イル

ユビ

キタ

スネ

ット

ワー

キン

グの

主要

素モ

バイ

ルユ

ビキ

タス

ネッ

トワ

ーキ

ング

の主

要素

人・物

・環

境情

最適

サー

ビス

提供

通信

状況

セマ

ンテ

ィッ

ク接

続制

御セ

マン

ティ

ック

セキ

ュリ

ティ

NW

状態

セマ

ンテ

ィッ

クリ

ソー

ス制

アタ

ック

・ク

ラッ

ク・

不正

情報

流通

等阻

xSP

QoS

/経路

通信

理解

実世

界理

容易

なネ

ット

ワー

ク利

Use

r con

text

Use

r con

text

NW

con

text

NW

con

text

Com

. con

text

Com

. con

text

19c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

新ネ

ット

ワー

ク研

究の

ねら

ユー

ザ&

実環

ユー

ザ&

実環

モバ

イル

ユビ

キタ

スネ

ット

ワー

キン

環境

理解

コミ

ュニ

ケー

ショ

ン理

解ネ

ット

ワー

理解

通信

理解

ユー

ザ理

実世

界理

「理

解」に

もと

づく

人に

優し

いサ

ービ

スの

提供

通信

環境

の多

様化

に柔

軟な

対応

可能

なネ

ット

ワー

キン

弱い

接続

性・遥

かな

到達

環境

浸透

20c

Cop

yrig

ht

20

04, N

TT D

oCoM

o, In

c. A

ll rig

ht re

serv

ed

Than

k yo

u fo

r you

r atte

ntio

n!