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情報家電機器のためのミドルウエアに関する現状と将来動向

慶應義塾大学政策・メディア研究科

専任講師 中澤 仁

アウトライン

デジタル家電機器と情報家電機器

ホームユビキタスコンピューティング

ホームユビキタスコンピューティングとミドルウエア

ミドルウエアの事例：ECHONETミドルウエアの事例：VNA情報家電機器ミドルウエアの現状まとめ

今後の方向性

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デジタル家電機器と情報家電機器

－最近の情報家電機器－

デジタル家電と情報家電

デジタル家電機器家電機器にネットワークがついた目的的な機器

インターネット｛電子レンジ、冷蔵庫｝

IEEE1394対応A/V機器ハードウエアビデオレコーダ

情報家電機器計算機能を遍在させる汎用的な機器

ホットスポットや複合センサユニット

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最近の情報家電機器（１）ー慶應大学スマートファニチャー

Creating Ubiquitous ServicesPrivace SpacePublic Space

Consists ofComputingCommunicationSensingActuation

uService as a Light

Seeing the environments through the light

phone ringing

temperature

time to take medicine

door locked

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uService as a Mirror

A normal mirror withtouch paneliPAQ installed

Utilized asa mirrora smart information kioska personal reminder

最近の情報家電機器（２）ー各種の複合センサユニットー

Berkeley MOTE（米国）Smart-Its（欧州）

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最近の情報家電機器（３）ー参考事例ー

ホームユビキタスコンピューティング

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情報家電機器利用のシナリオ

ガス台

•地震がきたら火を止める•地震がきたらテレビもつける

地震計

• ジョイスティックや話し声でテレビを操作する。

チューナ

• タイマー録画

• FAXの内容を音声に変換して読み上げる。

•FAXを受信したら印刷しないでテレビに表示する。

• ガス台の前に人がいなくなったら火を消す

情報家電機器のコンポーネント化機器は機能単位で分解され、人のタスク要求によって他と一体となって協調動作する。

ホームユビキタスコンピューティング：コントロール（制御）

現状情報家電機器をPCに接続した環境。

PC：マスターその他：スレーブ

ユーザは、PC上のアプリケーションプログラムを使用して、情報家電機器を制御する。

情報家電機器が持っている機能以外のことはできない。

PCを中心とした集中環境PCを中心とした集中環境

IEEE1394InfraredRS232CJetsend

制御

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ホームユビキタスコンピューティング：コーディネーション（協調）

本研究の目的情報家電機器同士が、PC等の機器を介さずに直接通信する分散環境。

ホームネットワークに対して柔軟なサービス要求を行えるメカニズムが必要

各情報家電機器が単体で提供する機能以上のことを、組み合わせによって実現可能

分散環境分散環境

サービス要求

∑=

<<Nf

iiNf CNcNo

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ホームユビキタスコンピューティングに関する研究の例

実証的な研究がいくつかあるTRON（The Real-time Operating system Nucleus）ホームオートメーション研究の実証住宅として「トロン電脳住宅」が建設された。1992年

GAIA（イリノイ大）Smart Space Lab（慶應大）EasyLiving（マイクロソフト）STONE Room（東大）Aware Home（ジョージア工科大）House_nAdaptive House

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ホームユビキタスコンピューティングとミドルウエア

サービスオブジェクト

制御

制御

制御

制御 制御 制御

ストリームサービス間通信

ホームネットワークホームネットワーク

自分が家に帰ってきたら、玄関においてあるRFタグリーダがタグを検知して、テレビと照明とエアコンを自動的につけてほしい。

自分がいる部屋のエアコンをPDAをつかって制御したい。

家事をしなくちゃなの。自分がいる場所にあるテレビやディスプレイで、娘が今何をしているか監視したいわ。娘の画像は彼女がいる所のビデオカメラで撮影してね。

サービス要求

情報家電機器のためのミドルウエア

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情報家電機器のためのミドルウエア

多様な情報家電機器をユーザの要求に基づいて協調させるには、共通基盤となるシステムソフトウエア（ミドルウエア）が必要である。1. サービス記述フレームワーク 情報家電機器の機能を制御するプログラム（サービスオブジェクト）を開発するための共通規約

2. サービス間通信機構 サービス間の情報交換機構

3. サービス要求処理機構 ユーザからの指示（サービス要求）を受け付けて処理する機構

既存のサービス統合ミドルウエアHAVi、UPnP、ECHONET、Jiniなど

技術的課題

ネットワーク課題アドホックネットワーク、センサネットワーク、マルチセマンティクス通信

プラットフォーム課題資源管理、サービス管理、障害検知と報告、ユーザインタフェース

アプリケーション課題アプリケーションフレームワーク、タスク記述、コンテキストアウェアソフトウエア、サービスの動的選択、サービスの動的スケジューリング

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考察すべきこと

誰がプログラムを記述するのか家電機器メーカー、ネットワーク管理者、ユーザ

何をプログラムするのか情報家電機器自体、家電機器同士の連携

いつプログラムするのか製品出荷前、製品配置時、利用時

どうやってプログラムするのかプログラム言語、XML、GUI、実空間指向UI

どこでプログラムするのか工場、オフィス、家

なぜプログラムするのかプログラムの必要性がそもそもあるのか

ミドルウエアとは

様々なオペレーティングシステムが稼動している様々な情報家電機器があったときに、

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ミドルウエアとは

複数の情報家電機器を使って、複雑な処理や作業を実行するアプリケーションを記述するために、オペレーティングシステムの上に位置するソフトウエア

情報家電機器

OS

アプリケーション

ミドルウエア

ミドルウエアとは

ミドルウエアの構成アプリケーションを記述するためのライブラリ

アプリケーションを駆動するためのランタイムアプリケーションの起動・終了メカニズム

通信メカニズム

ディレクトリメカニズム

例.NET Jini CorbaRPC RMI HAViECHONET UPnP

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抽象度による分類

汎用度の高い通信メカニズム

アプリケーションの明確な抽象化

ユーザインタラクション

RMI Ninja CORBA EventHeap

HAVi AIRE

UPnP Jini ECHONET GAIA GalaxyAMIDEN

既存のミドルウエア

Ninja

CORBA

EventHeap

HAVi

AIRE

UPnP

ECHONET

GAIAAMIDEN

Jini

ADSVNA

GENARADAR

Active BadgeSystem

EasyLivingTracker

海外の企業

海外の大学日本

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ミドルウエアの事例Ⅰ

－ECHONET－

ECHONET規格

白物家電機器や照明、空調設備等の住宅設備を相互接続するネットワークおよびそのためのミドルウエアの規格

家電機器の抽象化された概念を通じて、家庭内機器の制御や監視をボトムアップに実現

対応機器が発売され始めた

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アプリケーションイメージ（ECHONETホームページより）

ECHONET規格の基本

機器オブジェクトによる抽象化遠隔制御のインタフェースを規定

機器オブジェクト

アプリケーション

制御と情報取得

ECHONET機器

コントローラ

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機器オブジェクトの例

センサ関連機器ガス漏れセンサ、防犯センサ、風速センサ、救急用センサ、地震センサ、来客センサ、人体位置センサ

空調関連機器家庭用エアコン、空調換気扇、空気清浄機

住宅・設備関連機器電動ブラインド、給湯器、電力量メータ、ガスメータ

調理・家事関連機器電器ポット、冷凍冷蔵庫、オーブンレンジ、炊飯器、洗濯機

健康関連機器体重計

管理・操作関連機器規格2.11では該当なし

開発の範囲（ECHONETホームページより）

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ミドルウエアの事例Ⅱ

－VNA－

VNAアーキテクチャ

Virtual Networked Applianceユーザの作業に必要なサービス群を統合し、1台の仮想的な情報家電機器として扱うタスクベースコンピューティングミドルウエア。情報家電機器のコーディネーションを、電源ボタンを押す並の単純さで実現したい。

サポートしている情報家電機器IEEE1394対応ビデオデッキ、EVI-D30（首振りカメラ）、Spider（RFタグリーダ）、FAM3（電源制御装置）、照明装置、DSP AX-1（アンプ）、DA100（温度センサ）、PDP 502M（プラズマディスプレイ）、JMF（ビデオ送受信ライブラリ）など

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情報家電機器の分類マスター機器

ホームネットワークに接続されている。

VNAアーキテクチャのランタイムソフトウエアを動作させられる。

スレーブ機器レガシー機器。マスター機器に2点間接続される。スレーブ機器のランタイムはマスター機器で動作。

VNAアーキテクチャ：機器の分類

VNAアーキテクチャ：Serdget

ホームネットワークホームネットワーク

情報家電機器では以下が動作している。VNAランタイム：共通機能のセットを提供Serdget：機器依存のサービスを提供Port（ポート）：Serdgetが持つ通信端点

VNAランタイム

Serdget

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VNAアーキテクチャ：VNAドメイン

VNAドメインがVNAの有効範囲を規定Serdgetの検索は、そのVNAをロードした機器と同一、もしくはそれより外のドメイン内で行われる。

ホームネットワーク外からの制御は原則不可能

VNA

ロードVNA

ロード

サービス間通信機構

イベント-------------------------------------------

バルクデータ-------------------------------------

ストリームデータ--------------------------------

UPnP SIENA

Jini ADS

HAVi

VNAArchitecture

全タイプのサービス間通信をサポートする。

OS（Windows2000、Li nux、F reeBSDなど）

Ser vice D escripti on

VN AComponent

Serdget interface conceals differ ences among infor mation appliances of the same type ori ginated by thei r vendors, models, and versions. The concrete Serdgets behave as cl ient stub of VN AComponent.

Ser vice Di rectory

Dir ectory Instance

： ： Attr ibute T able

Attributes

Ser vice Availabili tyChange N otificati on

Notifies lis teners of attribute changes

VN AComponent Lookup

Searches the tabl e by a specifiedVNAComponent template

Notification API

LookupAPI

Ser vice R equest ProcessorPluggable S2S C ommunication

Ser vice R equestInvocator

Ser vice R equestDocument Parser

Ser vice Availabili tyChange Li stener

NotificationRequest

Lookup

Service R equestObject

Service R equest DocumentProtocol Modules

Message- path Generator

Message- pathGeneration

Networking API

Exchanged Data

OtherAppliances

DV VCRSer dget

Plasma Di splaySer dget

AmplifierSer dget

Video CameraSer dget

Ser dgetInterface

VNA Architecture

Application

Operating System

RTP RTSP HTTP

SMTP NNTP …

Port Interface

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仮想情報家電機器（VNA）

複数サービス間のコーディネーションを、一台の仮想的な情報家電機器と捉えるモデル。コーディネーションの定義をロードすること＝仮想情報家電機器の電源を入れること

コーディネーションの直感的な実現を可能とする。

テレビテレビ

スピーカスピーカ

映像

音声

VNA

DVDデッキ

イベント イベント

ライト

センサ

VNA VNA

DVDデッキ

OS（Windows2000、Li nux、F reeBSDなど）

Ser vice D escripti on

VN AComponent

Serdget interface conceals differ ences among infor mation appliances of the same type ori ginated by thei r vendors, models, and versions. The concrete Serdgets behave as cl ient stub of VN AComponent.

Ser vice Di rectory

Dir ectory Instance

： ： Attr ibute T able

Attributes

Ser vice Availabili tyChange N otificati on

Notifies lis teners of attribute changes

VN AComponent Lookup

Searches the tabl e by a specifiedVNAComponent template

Notification API

LookupAPI

Ser vice R equest ProcessorPluggable S2S C ommunication

Ser vice R equestInvocator

Ser vice R equestDocument Parser

Ser vice Availabili tyChange Li stener

NotificationRequest

Lookup

Service R equestObject

Service R equest DocumentProtocol Modules

Message- path Generator

Message- pathGeneration

Networking API

Exchanged Data

OtherAppliances

DV VCRSer dget

Plasma Di splaySer dget

AmplifierSer dget

Video CameraSer dget

Ser dgetInterface

VNA Architecture

Application

Operating System

RTP RTSP HTTP

SMTP NNTP …

Port Interface

VNAマークアップ言語

Serdget同士の協調方式記述するXML文書利点ポータビリティの向上

コンパイル不要のためユーザごとのカスタマイズが容易

記述の内容作業に必要となるSerdgetの属性を指定それらのSerdget間の通信パスを指定

記述者：主に機器のベンダ

流通流通構築構築 使用使用

OS（Windows2000、Li nux、F reeBSDなど）

Ser vice D escripti on

VN AComponent

Serdget interface conceals differ ences among infor mation appliances of the same type ori ginated by thei r vendors, models, and versions. The concrete Serdgets behave as cl ient stub of VN AComponent.

Ser vice Di rectory

Dir ectory Instance

： ： Attr ibute T able

Attributes

Ser vice Availabili tyChange N otificati on

Notifies lis teners of attribute changes

VN AComponent Lookup

Searches the tabl e by a specifiedVNAComponent template

Notification API

LookupAPI

Ser vice R equest ProcessorPluggable S2S C ommunication

Ser vice R equestInvocator

Ser vice R equestDocument Parser

Ser vice Availabili tyChange Li stener

NotificationRequest

Lookup

Service R equestObject

Service R equest DocumentProtocol Modules

Message- path Generator

Message- pathGeneration

Networking API

Exchanged Data

OtherAppliances

DV VCRSer dget

Plasma Di splaySer dget

AmplifierSer dget

Video CameraSer dget

Ser dgetInterface

VNA Architecture

Application

Operating System

RTP RTSP HTTP

SMTP NNTP …

Port Interface

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情報家電機器ミドルウエアの現状

現状：ミドルウエアのフラグメント化

複数のミドルウエアを相補的に運用しないと、多様な情報家電機器を利活用できない。

同質なサービス

異質なミドルウエア群

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サービスオブジェクト

イベント

イベント

イベント

イベント イベント イベント

ストリームサービス間通信

ホームネットワークホームネットワーク

自分が家に帰ってきたら、玄関においてあるRFタグリーダがタグを検知して、テレビと照明とエアコンを自動的につけてほしい。

自分がいる部屋のエアコンをPDAをつかって制御したい。

家事をしなくちゃなの。自分がいる場所にあるテレビやディスプレイで、娘が今何をしているか監視したいわ。娘の画像は彼女がいる所のビデオカメラで撮影してね。

サービス要求

サービス統合ミドルウエア

なぜフラグメント化するのか？

サービス間通信機構特定の形態のサービス間通信のみをサポート

ヘテロジニアスなサービスの実現を妨害

サービス記述フレームワーク外部インタフェースを呼び出す際に、内部構造に関する知識が必要

特定のサービス同士が相互に依存し、ヘテロジニアスなサービス間のコーディネーションを妨害

サービス要求処理機構サービス要求の形態が限定されていて、コーディネーションの要求が不可能

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今後の方向性

今後の方向性

新しい社会インフラとしての情報家電機器あらゆる機器を接続するためのミドルウエア

新しい形の情報家電機器それに付随するミドルウエアも課題となる

空間の即興的なスマート化空間をスマート化する器具としての情報家電機器

ミドルウエア同士の接続複数の家を対象とした制御・監視等実現のため

人間理解のためのミドルウエア空間や人間に関する高意情報をリアルタイムに理解

ビジネスモデル情報家電機器とそのミドルウエアが利益を産むか？

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新しい社会インフラとしての情報家電機器

あらゆるものが「繋がっている」街車：自動清掃車、エコカー、自動広告バス

建物：電動ブラインド、知的看板、知的建築素材

街：知的消化栓、信号、知的標識、街灯、街路樹

家屋：（インター）ホームネットワーク

公共サービス：医療、教育、自治体サービス、政府

新しい形の情報家電機器

知的標識大気汚染がひどくなるとエコカーのみ進入可

知的看板バスに掲載された広告を端末にダウンロード

スマートカップ飲み過ぎ警報を発令

水質警報を発令（海外で便利）

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空間の即興的なスマート化

情報家電機器を置くだけで、周囲に存在する他の情報家電機器の制御・監視や協調を可能とする設置コストや管理コストの低減が期待できる

ミドルウエアの共通仕様が重要となる

資源管理とサービス発見

認証

情報家電機器同士の通信

ミドルウエア同士の接続

全世界共通のユビキタスコンピューティングミドルウエアを作る。

異なるミドルウエアを相互接続する。セマンティクスの統合同じデバイスがミドルウエアごとに異なって表現されていることへの対処

通信メカニズムの統合同じデータがミドルウエアごとに異なって通信されていることへの対処

操作性の統合同じユーザ要求がミドルウエアごとに異なって記述・実行されていることへの対処

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オーバーレイミドルウエア

異なるミドルウエア上で動作しているコンポーネントを何らかの形で抽象化

IEEE1394 UWB Bluetooth Zigbee Ethernet 802.11PLC

TCP、UDP

HTTP

UPnPJiniVNA

CORBAHAVi ECHONET

GAIA、他

IPv4、IPv6

オーバーレイミドルウエア

人間理解のためのミドルウエア

人間の記憶や思い出の補助参考：AwareHomeプロジェクトキッチンで調理している間に電話がかかってきて長話してしまった老婦人。何をどこまで調理したか？

空間や人間の状況に応じた機器の自動制御ベイジアンネットワークを使用した研究が盛んになっている。

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まとめにかえて：新しいビジネスモデル

そもそも市場はどこにあるのか？あるアメリカ人との会話：「日本の家は狭いから遠隔制御しなくていいのでは・・・？」

ミドルウエアに関する知識に基づくビジネスある情報家電機器を特別な用途に使用するために必要なプログラムを売る。

流通流通構築構築 使用使用

10円