ntt研究所の取り組み43 余談その1nttのワークライフバランスの支援 ntt

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次世代無線LAN技術に対するNTT研究所の取り組み

2014年11月25日

NTT アクセスサービスシステム研究所篠原

2Copyright©2014 NTT corp. All Rights Reserved.

自己紹介

名前: 篠原笑子

学歴：2007年京都工芸繊維大学電子情報工学科卒業

・研究テーマ：位相制御注入同期発信機

2009年奈良先端科学技術大学院大学情報システム工学専攻修士課程修了

・研究テーマ：衛星通信キャリア重畳伝送方式

NTT入社後2009年未来ねっと研究所2014年アクセスサービスシステム研究所

・研究テーマ: 次世代無線LANのアクセス制御技術

レイヤは異なるが、全て無線通信の研究


目次

• NTT研究所のご紹介

• 無線LANの課題‐ 無線LANの発展

‐ 将来無線LANへの要望と課題

‐ 無線LANの効率化に向けて

• IEEE 802.11 Task Group ax (TGax)‐ 標準化の流れ

‐ TGax 概要

‐ 注目されている技術の例

• さらなる無線LAN高度化への取り組み⁃ 協調無線LAN

⁃ セルラと無線LANの融合

• まとめ


NTT研究所とは

ＮＴＴ研究所2,500人

グループ企業全体の経営方針戦略策定

応用技術開発・カスタマイズ・システム改良・オペレーション・研究成果のビジネス展開

日本電信電話株式会社（持株会社）

ＮＴＴ東日本

ＮＴＴ西日本

ＮＴＴｺﾐｭﾆ

ｹｰｼｮﾝｽﾞ

ＮＴＴドコモ

ＮＴＴデータ

技術と人材の流れ

ＮＴＴ研究所の役割

(1)科学技術の発展への貢献

(2)ＮＴＴグループ全体の

基盤研究開発

・ネットワーク基盤技術

・ユーザーサービス基盤技術

スタッフ部門

DimensionData


研究開発スタイル

【ＮＴＴ研究所（Ｒ＆Ｄ）の役割】【ＮＴＴ事業会社の役割】

研究開発事業化産業化

シーズ発掘製品・サービス開発事業のスタートアップ主力事業への展開

事業会社への新技術提供新規事業の提案

研究から開発へ

ベンダとの協力によりシステム（ソフト・ハード）を試作開発・実装

検証実験

事業からの要望社会からの要望

収益社会貢献

研究開発費

新技術の提案

ＮＴＴ東、ＮＴＴ西、ＮＴＴコミュニケーションズ、ＮＴＴデータ、ＮＴＴドコモなど


研究開発体制

サービスイノベーション総合研究所サービスエボリューション研究所

メディアインテリジェンス研究所

ソフトウェアイノベーションセンタ

セキュアプラットフォーム研究所

情報ネットワーク総合研究所ネットワーク基盤技術研究所

ネットワークサービスシステム研究所

アクセスサービスシステム研究所

環境エネルギー研究所

先端技術総合研究所未来ねっと研究所

デバイスイノベーションセンタ

先端集積デバイス研究所

コミュニケーション科学基礎研究所

物性科学基礎研究所

ブロードバンド・ユビキタス技術，エレクトロニクス技術，フォトニクス技術，コミュニケーション科学，物性・物質科学

情報ナビゲーション，xICT基盤／UX＊，音声言語メディア，映像メディア，クラウド基盤，オープンソースソフトウェア，ソフトウェア工学，暗号・セキュリティ

＊ユーザエクスペリエンス

コンバージェンスネットワーク，ネットワークアーキテクチャ，環境・エネルギー，ネットワークオペレーション，トラヒック・品質，ネットワーク技術


R&Dの分野

○高臨場感・高品質音声映像処理○クラウドコンピューティング○IP放送・VOD・地デジIP再送信○次世代ポータル、ｇoo○情報アプライアンス○オープンソースソフトウェア○サービス基盤アーキテクチャ○ICT環境評価技術

ＮＴＴグループ各社のサービス・ネットワークへ導入

○光/ワイヤレスアクセスネットワーク○高速・高品質IPネットワーク○超高速光伝送システム○NW用LSI、光デバイス、光フロントエンドIC○品質・トラヒック、認証・セキュリティ○燃料電池

ネットワーク技術サービス技術

革新技術

○ナノバイオ、量子コンピュータ、量子・ナノデバイス、量子情報処理○革新的音声認識技術、ｾﾝｻＮＷ・ﾃﾞｰﾀﾏｲﾆﾝｸﾞ技術○次世代暗号

ー先端技術から商用開発まで広範囲にー


研究開発成果 – 特許・論文

特許・論⽂は質・量ともに世界トップクラス■特許・実⽤新案出願数

約2,400件（保有特許数14,000件）

Natureなどトップジャーナルへの論⽂掲載

特許動向からみる世界の⾰新企業TOP100に選出（4年連続）

被引用数順位企業名

38,591IBM1

20,972AT&T325,6032 NTT

16,3774 ジェネラル・アトミクス社

10,6256 NEC10,0297 ルーセント・テクノロジ

11,4325 ヒューレッド・パッカード

8,6158 フィリップス7,9629 インテル6,29810 日立

トムソンサイエンティフィック ISI ESSENTIAL SCIENCE INDICATORS2002. 1. 1～2012. 6. 30に出版の論文における総被引用数

【物理学分野】■論⽂総被引⽤数

• 量⼦メモリー– ハイブリッド系の量⼦状態制御による量⼦メモリの原理実験に成功

• 半導体デバイス関連– GaN系半導体薄膜素⼦を剥離する世界初のプロセスを開発– 発光ダイオード（LED）などに広く使⽤されているGaN系半導体薄膜素⼦を基板から簡単に剥離させる世界初のプロセスを開発


所在地

ＮＴＴ京阪奈ビル（京都）厚木研究開発センタ横須賀研究開発センタ

筑波研究開発センタ武蔵野研究開発センタ


無線LANの課題

‐ 無線LANの発展

‐ 将来無線LANへの要望と課題

‐ 無線LANの効率化に向けて


100G

Agg

rega

te th

roug

hput

[bit/

s]

無線LANの発展

無線LANはセルラーの約10倍のスピードを達成しながら進化

802.11ac/adでギガビットクラスの伝送速度を達成

Year

下りMU-MIMO技術SU-MIMO

技術OFDM技術

Year

1G

10G

100M

10M

1M

100k

Cellular

2005 2010 201520001995

GSMPDC

HSDPALTE

.11b802.11

.11a .11g

.11n

.11ad.11ac

HEW Wireless LANs

LTE-A

高速化下り効率化

１対多通信

１対１通信

１対１通信

AP AP AP

セルラ（700M/800M/1.5G/2G/3.4-3.6G帯）： 684MHz （ライセンスバンド）

無線LAN（2.4G/5G帯）： 552MHz （アンライセンスバンド）

WCDMA

802.11ax：High Efficiency WLAN


MU‐MIMO技術

複数STAへ同時に並列伝送→システムスループット向上

（APの能力を十分に活かせる）

APの送信指向性制御により，多種多様な端末との空間分割多元接続通信を実現

無線LAN親機と端末1台が複数のアンテナで並列にデータ伝送する空間多重通信を実現

IEEE 802.11n, WiMAX, LTE等に採用

AP

AP STA

小型STAなど，アンテナ数の少ないSTAでは並列伝送できず，APの能力が十分に活用されない

SU-MIMO MU-MIMO

空間分割多元接続（同時に複数端末で周波数共用）

MU‐MIMO技術ではAPの複数アンテナを用いて高精度なビームフォーミング制御を行い、複数のユーザに対して空間分割多元接続(SDMA)を提供し、高いシステムスループットを実現


その他の802.11acの高速化技術

A. 11n技術の拡張による高速化①伝送帯域拡大 ②空間多重数拡大

③ 変調多値数増大 ④Frame Aggregation拡張

B. DL MU-MIMO-MIMO技術


（参考）IEEE802.11ac: 必須機能とオプション機能の比較

必須条件とオプションの最高規定の間には著しい格差がある。

→無線LAN端末の多様化ニーズに伴い、仕様のスケーラビリティを高くしている。

高速化機能/特性

11n最高規定

TGac D1.0必須条件最高規定

①空間多重数 4 1 8②伝送帯域幅 40 MHz 80 MHz 160 MHz③変調方式 64QAM 64QAM 256QAM

④Frame Aggregation 65,535 Byte 8,191 Byte 1,048,575 BytePHY伝送速度 600Mbps 292.5Mbps 6933.3Mbps

PHY最高速度時のスループット(MAC効率)

485Mbps(81.0%)

157Mbps(53.4%)

5.85Gbps(84.4%)

17


市販のアクセスポイント（11ac Draft）のＰＨＹレート

市販ＡＰの11nモデルのＰＨＹレート：４５０Ｍｂｐｓ

11n ⇒ 11ac Draft– 伝送帯域：４０ＭＨｚ ⇒ ８０ＭＨｚ：２３４／１０８＝２．１６７倍

– 空間多重数：３多重 ⇒ ３多重：１倍

– 変調多値数：６４ＱＡＭ（６ビット） ⇒ ２５６ＱＡＭ（８ビット）＝１．３３３倍

ＰＨＹレートでのギガビット超を実現！

４５０Ｍｂｐｓ × ２．１６７＝９７５Ｍｂｐｓ

９７５Ｍｂｐｓ × １．３３３＝１．３Ｇｂｐｓ


無線LANへのさらなる期待

スマホなどのモバイルトラヒックの急激な増大が予想され、無線LANへのオフロードが期待されている

10倍以上!

外国人観光客向けに公衆無線LANの整備が求められている


NTTグループの方針

引用元： NTT中期経営戦略 “ 新たなステージを目指して” (2012年)


参考：国内の無線LAN普及に対する取り組み

【無線LANビジネス推進連絡会】関係企業等による自主的な無線LAN普及推進活動を展開http://www.wlan‐business.org/

【SAQ2 JAPAN Project】訪日外国人向けの無料Wi‐FiをはじめとするICT利用環境整備に向けた取組http://www.soumu.go.jp/main_content/000296266.pdf


無線LANの課題

AP/STAを様々な場所に多数設置

干渉の増加

スループットの低下

無線LANエリアの積極的な拡大Dataframes

ControlframesManagement

frames

街中ではスマホの無線LANをOFF

Management frames:• Beacon• Probe Request/Response• Authentication• Association Request/Response• …

高密度設置時の効率低下を解決するための技術が必要！

23%

30%

46%


膨大な数の無線LANデバイス• 深刻な干渉問題

• 機器が高密度に存在する環境スループットの低下

現在は無線ＬＡＮを設置すればするほど干渉が増大するため、高速化が困難

参考：What makes WLANs so slow?


無線LANの効率化に向けて

無線LANシステムの効率化を実現するためには「新しい技術の標準化」と「標準化外技術を使った高度化」の2通りのアプローチがある

標準化技術(IEEE802.11)端末間で正常な信号の送受信を実現するために規定が必須となる技術• 信号処理• アクセス制御 etc.

標準化外技術

標準化で明確な規定がなく、ユーザやベンダである程度自由に設定できる• チャネル選択• 送信電力 etc.

IEEE 802.11 TGax

協調無線LAN、セルラ連携このあと説明します


IEEE 802.11 Task Group ax (TGax)

‐ 標準化の流れ

‐ TGax 概要

‐ 注目されている技術の例

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IEEE 802 LMSCにおける無線LANの標準化

IEEE 802 LAN/MAN Standards CommitteeのWG11 (IEEE 802.11) では、内外の標準化策定機関と連携しながら無線LANの標準化を推進

802 Executive Committee

802.18(RR-TAG)

802.19(Coex)

802.15(WPAN)

802.16(WMAN)

802.21(MIHS)

802.22(WRAN)

有線系WG 無線系WG

Wi-Fi Alliance IETF Bluetooth 3GPP

映像伝送機能で協調活動

Media IndependentHandover (3G-Wi-Fi)システム間の

周波数共用

無線LANの上位層やNW側のプロトコルを検討

無線LAN機器間の

相互接続性の認証

2.4 GHz帯の共同

利用に関する検討ネットワーク連携

機能に関する検討

ISO/IEC JTC1ISO標準化

802.1(HILI)

802.3(Ethernet)

様々な外部団体とリエゾン関係に基づく情報交換を行い、技術検討を実施

WLAN/WPAN間の

共存機能

802.11(WLAN)

802.24(Smart Grid)

周波数規則


無線LAN標準化プロセスと各サブグループの状況

Scope DiscussionTopics

Study Group

Task GroupSponsor Ballot Published Base StandardMaking

Draft WG Ballot

MAC

PHY

TGaiFILS

802.11afTVWS

TGahSub

1GHz

802.11acVHT

< 6GHz

802.11adVHT in 60GHz

802.11aaVideo

Transport

802.11aeManagementFrame QoS

802.11-2012

802.11aOFDM(5GHz)

802.11hSMa

802.11jJPN 5GHz

802.11bHR (2.4GHz)

802.11g2.4GHz OFDM

802.11kRMM

802.11rRoaming

802.11uInter-working

802.11yU.S. 3.65GHz

802.11vWNM

802.11eQoS

802.11iSecurity

802.11dMulti-domain

WNG SC

Ad HocGroups

802.11zTDLS

• 要求条件の明確化

• 提案募集• ドラフト作成

• ユースケース，

• スコープの議論

• TG設立準備

ドラフト改定／審議（WG Ballot / Sponsor Ballot）

TGaqPAD

802.11sMesh NW

802.11nHT

802.11pWAVE

802.11wPMF

802.11-1997

TGajChina mmW

TGakGLK

TGaxHEW

NG60SG

• 技術的なディスカッション

• 新プロジェクトの提案


参考） 802.11WG配下の活動中のサブグループ

サブグループミッション状況

Task Group ah (TGah) 1 GHz以下の周波数（TVWSは除外）を利用す

る無線LANシステムドラフト改定中(WG Letter Ballot)

Task Group ai (TGai) 高速初期リンク設定 (FILS: Fast Initial Link Setup)

ドラフト改定中(WG Letter Ballot)

Task Group aj (TGaj) 802.11adの中国の周波数規則対応ドラフト作成中

Task Group ak (TGak) 802.11と802.1とのアーキテクチャ的なギャップを

解消するための技術ドラフト作成中

Task Group aq (TGaq) 接続処理の前に利用可能なサービをス検出機能（Pre-Association Discovery）

ドラフト作成中

Task Group ax (TGax) 802.11acの次のPHY & MAC標準化（高効率無線LAN）

初期議論

NG60 Study Group 802.11adの後継規格に関する検討Use CasePAR & CSD作成

2014年9月の802.11中間会合終了後の状況


TGax設立の経緯 (1/2)

IEEEでは802.11acの次期標準化を⽬指して HEW SG (high efficiency WLAN study group) が2013年5⽉に設⽴議⻑をHuawei、セクレタリをNTTが担当

Do you support starting a new study group called “high efficiency WLAN” to enhance 802.11 PHY and MAC in 2.4 and 5GHz with a focus on:

• Improving spectrum efficiency and area throughput• Improving real world performance in indoor and outdoor deployments

in the presence of interfering sources, dense heterogeneous networks in moderate to heavy user loaded APs

• Result: 支持/不支持/棄権 = 128/1/27

設⽴時の意向調査*

* Study Group：

あるテーマについて標準化を行う必要性や価値があるかに関する基礎的な検討を行う

端末が密集し互いに干渉を及ぼしている環境において、周波数利用効率およびエリア当たりのスループットの向上を目指す


TGax設立の経緯 (2/2)

SGでの検討を経て、2014年5⽉にSGと同じオフィサー体制で Task Group での技術標準化策定作業が開始されている

Need for the Project:

802.11 HEW SG Proposed PAR (Project Authorization Request, TGax の要求条件) より一部抜粋(doc.: IEEE 802.11-14/0165r1)

Project Number: P802.11ax

Need for the Project:(一部省略)Unlike previous amendments where the focus was on improving aggregate throughput, this amendment focuses on improving metrics that reflect user experience, such as average per station throughput, the 5th percentile of per station throughput of a group of stations, and area throughput. Improvements will be made to support environments such as wireless corporate office, outdoor hotspot, dense residential apartments, and stadiums.

Additional Explanatory Notes (Item Number and Explanation):(一部省略)The increase in average throughput per station is not limited to four times improvement. Improvement values in the range of 5-10 times are targeted, depending on technology and scenario.


IEEE 802.11 TGax標準化スケジュール

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

802.11axDraft 2.0

(Mar 2017)

P802.11axFinal

PAR Approval

(Mar 2014)

802.11axDraft 1.0

(July 2016)

Study GroupLaunch

(Mar 2013)

TG Kick Off(May 2014)

Spec FrameworkDocument

(Nov 14 - Jan 2016)

WG Letter Ballot

CommentResolution

…

SponsorBallot

CommentResolution

…

注）標準化スケジュールと製品化の動向は必ずしも一致しないので注意が必要。


注目されている技術

Freq.

802.11a802.11n

(40 MHz)

802.11ac(80 MHz)

802.11ac(160 MHz)

Freq.

802.11a802.11n

(40 MHz)

802.11ac(80 MHz)

OFDMACapable

STA

OFDMACapable

STA

OFDMACapable

STAOFDMACapable

STA,or

802.11acSTA

(160 MHz)

Ch.1Ch.2

Ch.3Ch.4

Ch.5Ch.6

Ch.7Ch.8

Guard Band

Guard Band

Guard Band

UL MU-MIMO Interference management

Dynamic Sensitivity Control (DSC)

DL MU-MIMO(802.11ac)

Spatial domain techniques: e.g. UL MU-MIMO, Interference management

Frequency domain techniques: e.g. OFDMA


注目されている技術の例 – DSC and BSS color

無線LANのアクセス制御方式CSMA/CAの課題周波数の空間的な再利用を過度に抑制している？

所謂、CSMAプロトコルの「さらし端末問題」

解決策 Dynamic Sensitivity Control (DSC)

チャネルがビジー（使用中）であるとみなす受信信号レベルの基準（しきい値）を動的に変える

スループットが改善する可能性があることをシミュレーションで確認

BSS color受信信号のプリアンブルに Basic Service Set (BSS) を識別する情報を組み込む

自BSSと隣接BSSの信号を区別して受信処理

AP AP十分な信号品質が得られれば、データは受信できる


注目されている技術の例 – マルチユーザ伝送(1/2)

多端末収容の課題短パケット送信の増加によるオーバーヘッドの増大

パケット衝突の増加

解決策周波数/空間領域でのマルチユーザ伝送

802.11ac

time

spacefrequency

DL MU-MIMO DL MU-MIMO and/or OFDMA+ UL MU-MIMO and/or OFDMA

time

frequency

TGaxで検討中


注目されている技術の例 – マルチユーザ伝送(2/2)

マルチユーザ伝送はデータフレーム以外にも制御フレームの伝送に適用することで、周波数利用効率をさらに改善することが期待されている

AP

STAs

Data for STA#1-4BA

STA#1

BAR

BASTA#2

BAR

BASTA#3

BAR

BASTA#4 time

AP

STAs

Data for STA#1-4

BABABABA time

802.11ac

制御フレーム同時伝送

制御フレームによるオーバーヘッド時間

STA#1-4

Non-HT Frame (STA#4)Non-HT Frame (STA#4)Non-HT Frame (STA#4)Non-HT Frame (STA#4)

Freq

.

Non-HT Frame (STA#1)Non-HT Frame (STA#2)Non-HT Frame (STA#3)Non-HT Frame (STA#4)

Freq

.

BA: Block AcknowledgmentBAR: BA Request

約1/10 に短縮*

* : BA は Compressed BA format を利用し、制御フレームを24 Mbit/s で送信する場合の試算


次世代無線LANへの取り組み

⁃ 協調無線LAN

⁃ セルラと無線LANの融合


次世代無線LAN実現に向けて

自律的に動作している無線LANシステムのエリアスループットを最大化させるためには、標準化技術にとどまらず無線利用環境などを考慮したよりスマートな制御が必要となる．

伝送帯域幅チャネル数

20MHz 1940MHz 1180MHz 4160MHz 2

■ 帯域幅の拡⼤に伴いチャネル数は減少

■ AP設置の⾼密度化公衆エリア等で設置されるAPの数が増⼤⼀つのチャネルを複数のAPや端末で共⽤する環境が発⽣しやすくなる

■ AP単独では最適なリソース制御に限界がある⾃律分散制御の無線LANではエリア全体の最適化が困難


協調無線LAN

NW無線リソース制御エンジン

ゾーン制御：同時送信制御、チャネル割当、帯域制御、送信電⼒制御

システム運⽤マネジメント機能：スループット予測、APリモート設定、異常検出

AP

AP

AP

AP

AP

AP

AP

AP

公衆エリア（商店街、スタジアムなど）

ホーム制御サーバ

無線ＬＡＮ AP

オフィスマンション

スマートフォン

タブレット

IPTV

監視カメラ

M2M端末

各種端末

高効率の無線アクセスを実現する高効率無線LAN技術と、NWから無線リソース制御を行う無線リソース制御技術を確立し、次世代無線LANシステムの大容量化を実現していきます。

⾼効率無線LAN技術無線リソース制御技術

NW


さらなる大容量化に向けて：セルラと無線LANの融合

2020年代に最大1000倍(2010年比)と予測されるモバイルトラヒックを収容するため、セルラと無線LANの融合等、異種ネットワーク連携技術が注目を集めています。

1

200

400

600

800

1000

2010 2012 2014 2016 2018 2020

3G LTE LTE-A

モバ

イル

トラ

ヒッ

ク（倍

）

Year

マクロセル

Smart phoneM2M networks

1000 ピコセル

セルラNW

11n 11ac高効率無線LAN

無線LAN

セルラNWと無線LANの融合

41

NW

5G

（ユーザが何もしなくても、セルラとWiFiの電波を最適利用）


まとめ

無線LANはセルラの10倍のスピードを達成しながら発展してきたが、搭載機器の急激な普及に伴い、干渉問題が顕在化している

IEEE 802.11 は端末が密集している環境でのエリアスループットの向上を目的として、 TGax を発足させ同時送信技術を中心に検討が進んでいる

NTT研究所は次世代無線LAN技術として協調無線LANの研究や、セルラと無線LANの融合について検討している


余談その１ NTTのワークライフバランスの支援

NTTグループは、ワーク・ライフ・バランスの推進を通して育児や介

護の支援、および柔軟なワークスタイルの実現に取り組み、さらなる生産性の向上と多様な人材の活躍推進を図る視点から、在宅勤務制度の利用を促進しています。

制度の名称特徴

育児

育児休職子どもが3歳に達するまで取得可

短時間勤務子どもが小学校3年生の年度末に達するまで1日の勤務時間を4・5・6時間から選択可

育児に専念するために退職した社員の再採用再採用の申し出は退職後3年以内で申し出時の子どもの学年が小学校3年生以下であれば、再採用については選考のうえ決定

育児支援サービス保育所への送迎を利用するための割引券交付など

介護

介護休職最長1年6カ月まで取得可

短時間勤務最長3年まで1日の勤務時間を4・5・6時間から選択可

介護支援サービスケアワーカーによる介護サービスを利用するための割引券の交付

その他

出産休暇出産休暇中は試用期間中の者を除き有給

ライフプラン休暇（年休の積立等）育児・家族の介護・不妊治療のほか、リフレッシュ、ボランティア、リカレント学習にも利用可

看護休暇家族の病気の看護や配偶者の出産のために、5日を限度に取得可。子どもが2人以上いる場合は、子の看護に限り、さらに5日を限度に取得可

財産形成貯蓄活用給付金

特定の事由（育児・教育など）のための貯蓄を払い出した場合に、その額に応じた給付金の払い出し

NTTグループの主な支援制度


余談その２学会の支援

学会の発表などで家族・保育園・地域サポートが得られない場合、学会の支援により託児室の利用が可能です．（託児室支援がある学会：電子情報通信学会、応用物理学会等）

2013年総合⼤会以降、4回連続で利⽤させて頂きました．両⽴⽀援の選択肢は増えています！

大会利用人数

2010年総合大会 4名

2010年ソ大会 0名

2011年総合大会震災のため中止(申し込み1名)








電子情報通信学会託児室(＠大会) 実施実績

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