Transcript ETL - 慶應義塾大学 徳田研究室

次世代コンピューティング環境
“Smart Space” の実現に向けて
大越匡、杉田洋介、土田泰徳、若山史郎
西尾信彦、池田靖史、徳田英幸
慶應義塾大学大学院 政策・メディア研究科
慶應義塾大学 環境情報学部
IPSJ Computer System Symposium 2000
発表概要
概要：
PostPC時代の知的空間“Smart Space” とユーザ
のインタラクションに基づくコンピューティング環境
を構築している。
1.研究背景
2. SSLabプロジェクト
3. (1)SSLab物理環境: “Box-in-the-Box”
4. (2)ヘテロジニアス・ネットワーク
5. (3)ミドルウェアとアプリケーション
IPSJ Computer System Symposium 2000
1. 研究背景
PC時代→Post PC時代へ

計算能力をもった多様なデバイスの登場
 携帯端末、WC、情報家電、センサなど

多様なネットワークを介したそれらの相互接続
 IEEE802.3Ethernet、IEEE802.11無線LAN、
IEEE1394、IrDA、Bluetooth…
Sensor
Sensor
IPSJ Computer System Symposium 2000
従来のコンピューティング環境
情報処理能力は主にユーザの端末に存在
ユーザ


自らの端末を通しての入出力
端末の能力に依存したコンピューティング環境
i
i
i
IPSJ Computer System Symposium 2000
新しいコンピューティング環境
空間中に情報処理能力が遍在する
空間の情報処理能力にも動的に依存可能
i
Sensor
i
i
i
i
i
i
i
i
i
知的な空間：Smart Space
IPSJ Computer System Symposium 2000
i
Seamless
Integration
Intelligence
around users
Intelligence
in “Space”
Common Infrastructure
Network
Sensor
User’s Mobile Devices
sense
Sensor
Sensor
Sensor
Sensors
AVs
Household
PCs Appliances
Embedded Devices and Sensors
manipulate
Sense
Behave
IPSJ Computer System Symposium 2000
“Smart Space”
研究課題
空間への機器埋め込み (物理環境)
多様な機器の、多様なネットワークによる相
互接続
Smart Space環境を実現するミドルウェア
アーキテクチャ、アプリケーション
IPSJ Computer System Symposium 2000
2. SSLab プロジェクト
SSLab: Smart Space Laboratory
Smart Space実現への研究課題



物理環境
ネットワーク環境
ミドルウェアアーキテクチャとアプリケーション
特徴


物理環境からアプリケーションまでの縦断的な
研究開発
他分野(建築)とのコラボレーション
IPSJ Computer System Symposium 2000
研究構成
A:物理環境サポート

SSLab実験装置の構築: “Box-in-the-Box”
B:ネットワーク環境サポート


多様な機器、ネットワーク (LAN, センサ, A/V, 照明等)
ヘテロジニアス・ネットワークの実現
C:ミドルウェアとアプリケーションサポート




関連プロジェクトで研究開発アーキテクチャの実証評価
Wearable Network (WN)
仮想情報家電VNA (Virtual Networked
Appliances)
統合センサネットワーク 等
IPSJ Computer System Symposium 2000
App
App
VNA
App
WN
SensorNet
Middleware Architectures
C.ミドルウェアとアプリケーションサポート
透過的通信機構
ヘテロジニアス
ネットワーク
B.ネットワーク環境サポート
SSLab実験装置
Box-in-the-Box
A.物理環境サポート
IPSJ Computer System Symposium 2000
Sensor
Sensor
3. A: SSLab物理環境
SSLab実験装置への要件

デバイス埋め込み機能
 壁、床、天井といった空間内への、機器、ネットワー
ク配線の埋め込み

拡張性
 多様な機材設置の要求にこたえる、実験装置本体、
および機材設置に関する拡張性

再構成性
 多様な利用用途ごとの物理環境への要求に応じた、
壁面や，部屋の構造等の容易な再構成

(“Sophisticated Appearance”)
IPSJ Computer System Symposium 2000
設計： “Box-in-the-Box”
建築の室内に建設する、籠状の実験装置
→ “Box-in-the-Box”
特徴：モジュール化された設計

建材：展示会ブース等の建設に使われる再利用型エキ
ビジョンシステムを利用
要件を実現するための各機構




二重壁、床、天井
モジュラー壁面、床面、天井面
モバイル壁面
汎用機器取り付け金具
IPSJ Computer System Symposium 2000
Ancient Handwritten Figs. (1) (Approx. A.D.2000.1.31)
←“Double W/C/F”
IPSJ Computer System Symposium 2000
Ancient Handwritten Figs. (2) (Approx. A.D.2000.1.31)
←“Mobile Wall”
IPSJ Computer System Symposium 2000
Ancient Handwritten Figs. (3) (Approx. A.D.2000.1.31)
←“Universal Device Attachment”
IPSJ Computer System Symposium 2000
Box-in-the-Box (CG)
IPSJ Computer System Symposium 2000
Inner View (CG)
IPSJ Computer System Symposium 2000
施工
慶應義塾大学 湘南藤沢キャンパス
デジタルメディアラボ棟内 徳田研究室
外寸: 7.3m x 6.6m x 2.75m(高)
内寸: 5.4m x 5.4m x 2.4m(高)
建材:
独BURKHARDT LEITNER Constructiv社 PILAシステ
ム
協力

設計協力

施工
IPSJ Computer System Symposium 2000
慶應大学 池田靖史教授
池田靖史建築計画事務所
株式会社 秀光
慶應SFC デジタルメディアラボ棟
IPSJ Computer System Symposium 2000
室内の様子
2.4m
5.4m
5.4m
IPSJ Computer System Symposium 2000
二重壁、床、天井
35cm
Inner Ceiling Level
45cm
IPSJ Computer System Symposium 2000
開閉式壁面パネル
IPSJ Computer System Symposium 2000
二重壁面裏側 (BinB外側) (1)
IPSJ Computer System Symposium 2000
二重壁面裏側 (BinB外側) (2)
IPSJ Computer System Symposium 2000
モジュラー壁面パネル
90cm
60cm
IPSJ Computer System Symposium 2000
パネル
90cm (幅)
60cm (高)
種類
ホワイトボード
木 (MDF)
ガラス
開閉機構付
再構成が可能
MMF: Mobile Modern FUSUMA(襖)
BinB内任意の位置に
設置可能な壁面
木 (MDF)
ホワイトボード
部屋の再構成を実現
IPSJ Computer System Symposium 2000
施工の様子 (2000/7/25 – 8/2)
IPSJ Computer System Symposium 2000
4. B: ネットワークサポート
多様なデバイスとネットワーク



PC, 小型FC(DUONUS),小型Webサーバ(TINI)、
AV機器、照明、空調、センサ（位置情報、温度
等）
Ethernet, IEEE1394, IrDA, RS-232C
“リージョン” と “プレーン”
異種混在型ネットワークにおけるプロトコル
透過な通信の実現
IPSJ Computer System Symposium 2000
Controller
Lighting
Plane
Light
PDP&
TouchPanel
A/Vs
Audio/Visual
Plane
Camera
LCD&
Touch Panel
Sensor
Plane
Motion
Processor
Illuminometer
Speaker
Mike
Location
Sensor
thermometer
PC(L)
FC3
Backbone
(LAN)
FC5
FC2
PC2
PC5
PC3
WaveLAN
Base Station
Region Servers
(PC & FC)
“Regions”
In SSLab
IPSJ Computer System Symposium 2000
2
FC4
FC1
3
5 1
LAN Switch
PC1
4
PC4
Sensor Network
(e.g. RS-232C)
LAN (e.g. Ethernet)
22 ℃
Bluetooth
36 ℃
IrDA
Embedded Wireless Network (e.g. Piconet)
IEEE1394
Digital A/V Network (e.g. IEEE1394)
USB, IrDA,
IEEE1394, Ethernet
Mobile Hosts
and Equipments
研究課題：
移動透過的な通信の実現


Mobility Support
Communication Continuity Support etc..
多様なプロトコルに透過的な通信の実現


Heterogeneous Communication Support
ETL (Enhanced Transport Layer)
動的なネットワーク構成の実現


Ad-hoc Network Support
Routing Protocol → MANET
IPSJ Computer System Symposium 2000
3. Approach
Network階層モデルのどこで実現するか？
共通のNetwork Layer
Transport Layer上部
L5 Application Layer
Proxies, GIOP
L4
Transport Layer
ETL
IP-Masquerade
L3
Network Layer
NAT, IP over
L2
Datalink Layer
L1
Physical Layer
IPSJ Computer System Symposium 2000
x
Layers
Layer 7
Layer 6
ISO OSI Reference Model
The Internet (TCP/IP) Model
Application
Layer
Application
Layer
Application
Presentation
Layer
Session
Layer
Layer 5
Enhanced Transport Layer (ETL)
Transport
Network
Datalink
Physical
TCP/UDP/IP
IEEE1394
Ethernet
IEEE802.3
Wireless Etc…
IEEE802.11
IrDA
アプローチの特徴
多様なL1-4プロトコルへの適応性
L1-4プロトコルには変更を加えない
→多様なネットワークへの適応性

既存のL1-4プロトコル利用による実装の軽
量化
→多様なホスト(処理能力、記憶領域の制限)
→移植性
IPSJ Computer System Symposium 2000
ETLの設計
Communication between Applications
Host(2)
Host(3)
Host(1)
Host(4)
Application
ETL
L5
L4
L3
L2
IrTTP
IrTTP
TCP/UDP
TCP/UDP
1394 Trans
1394 Trans
IrLMP
IrLMP
IP
IP
1394
1394
IrLAP
IrLAP
Datalink
Datalink
Host Addressing
Ethernet
Ethernet
Communication Endpoint Identifier
L1
Palm
IrDA
IPSJ Computer System Symposium 2000
Routing/Connection
Redirecting
TCP/IP
IEEE1394
Interface for Applications
ETLの設計(2)
Host Addressing



ALN-HostAddress for each host
Allocated by hand
Ex. “VAIO-Server-Dad”
Communication Endpoint ID



(ALN-HostAddress, ALN-PortName)
Port guarantees uniqueness inside a host
Ex. (“VAIO-Server-Dad”, “VODServer”)
Routing
Interface to Applications
IPSJ Computer System Symposium 2000
ETLの設計(3)
Routing

Reactive routing protocols for Ad-hoc Network
Interface to Applications


Virtual Circuit
Datagram
IPSJ Computer System Symposium 2000
Practical Communication
Virtual Circuit Transport
Host-1
Host2
Host-3
A
A1
ETL
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
IP(1)
IP(2)
IP(3)
Dest.
Gtw,
Dest.
Gtw,
H5
H2
IP(4)
IP(2)
H1
H5
H3
IP(1)
IP(4)
IP(4)
IPSJ Computer System Symposium 2000
A5
4
3
ETL
Host-5
A
A
2
ETL
Host-4
ETL
ETL
1394
IrDA
IrDA
IP(4) FW-1
FW-2
IR(1)
IR(2)
Dest.
Gtw,
Dest.
Gtw,
Dest.
H2 IP(3)
H1 IP(3)
H5 FW-2
H4 FW-2
H3
H1
H5
FW-1
FW-1
IR(2)
H4
H1
1394
Gtw,
IR(1)
IR(1)
Route Discovery (1)
Route Request
Host-1
Host2
A
A1
Host-4
ETL
ETL
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
IP(1)
IP(2)
IP(3)
IP(4) FW-1
Route to H5?
Gtw,
Dest.
H1
Route to H5?
Gtw,
IP(1)
IPSJ Computer System Symposium 2000
A5
4
3
ETL
Host-5
A
A
2
ETL
Dest.
Host-3
Dest.
1394
ETL
1394
IrDA
IrDA
FW-2
IR(1)
IR(2)
Route to H5?
Route to H5?
Gtw,
Dest.
Gtw,
Dest.
H2 IP(3)
H1 IP(3)
H3
H1
FW-1
FW-1
H4
H1
Gtw,
IR(1)
IR(1)
Route Discovery (2)
Route Reply
Host-1
Host2
Host-3
A
A1
ETL
ETL
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
IP(1)
IP(2)
IP(3)
IP(4) FW-1
IP(4) has R-to-5
Dest.
Gtw,
Dest.
H5
H2
IP(4)
IP(2)
H1
H5
H3
I have R-to-5
Gtw,
IP(1)
IP(4)
IP(4)
IPSJ Computer System Symposium 2000
A5
4
3
ETL
Host-5
A
A
2
ETL
Host-4
Dest.
1394
ETL
1394
IrDA
IrDA
FW-2
IR(1)
IR(2)
I have R-to-5
I have R-to-5
Gtw,
Dest.
Gtw,
Dest.
H2 IP(3)
H1 IP(3)
H5 FW-2
H4 FW-2
H3
H1
H5
FW-1
FW-1
IR(2)
H4
H1
Gtw,
IR(1)
IR(1)
実装の現状
Platform: Linux-2.2, FreeBSD3.x, 4.x
Cアプリケーション用
Cサーバ + Cライブラリセット


Linux2.2… TCP/IP, IrDA, + (RS-232c)
FreeBSD3.x… TCP/IP,
+(IrDA, RS-232c)
Object size: 約100KB
IPSJ Computer System Symposium 2000
Application
Server
Application
ALN-Port Manager
Route
Manager
Port Table
Routing Table
Main Thread
Client
Application
libHCL
ServerSocket
Route
Exchanger th.
Connection Redirector
Parent th.
Networks
Connection
Redirector
Child th.
Connection
Redirectors
Client Socket
Internal Server th.
Connection
Server th.s
Internal Server Child th.s
ALN Transport Interface
User Level
ALN-HCL-Server
L1-4 (unix_ip)
L1-4 (linux_irda)
L1-4 (unix_serial)
Multiplexer
L1-4 (internal_unix)
Socket(AF_INET)
Socket(AF_IRDA)
Device File
Socket(AF_UNIX)
TCP/IP
IrTTP/LMP/LAP
Com Port
IPC
Ethernet
IrPHY
Serial
Kernel
L1-4 Interfaces (Library)
5. C: ミドルウェアと
アプリケーションサポート
関連プロジェクトにて研究開発中のミドル
ウェアアーキテクチャ・およびアプリケーショ
ン

Wearable Network アーキテクチャ
 PPP(Personalizing Public Place) デモ

Networked Appliances
 Universal Remote Access デモ
IPSJ Computer System Symposium 2000
Universal Remote Access
Box-in-the-Box 内の家電機器に対する多様
な利用形態を実践
IPSJ Computer System Symposium 2000
背景
至る所にコンピュータが存在し、ネットワーク化された家電機
器をはじめとするデバイスによって、人間の行動が支援される
空間の実現を目指す
従来の家電機器は…
•機器固有の操作インターフェース
•配置場所に拘束されている
•異種の機器間での連携や協調が考えられていない
•ユーザによる明示的な操作が必要
その実現に必要なコンピュータには…
•小型で、強度が必要
•ネットワーク接続や家電制御のための多様な入出力が必要
IPSJ Computer System Symposium 2000
システムの設計
提供する機能
１．BinB内の機器による相互操作機能
⇒機器固有の操作インターフェースによる拘束を緩和
⇒部屋の機器の操作部を一箇所で集中管理したりできる
２．遠隔地からの機器の操作機能
⇒機器の配置場所による拘束を緩和
⇒外出先から部屋の機器を操作したり、
部屋の状態を把握したりできる
３．センサ情報を基にした機器の動作機能
⇒ユーザによる操作量の軽減
⇒機器による連携、協調動作の実現
⇒ユーザの嗜好に合わせた環境を自動的に設定したり、
部屋の中で起きた変化をユーザに知らせたりできる
IPSJ Computer System Symposium 2000
システム構成図
家電機器類
2
ｵｰﾃﾞｨｵ
空調
遠隔地
機器による からの利用
１
携帯端末
相互操作
照明
i-mode
ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ
2遠隔地
Duonus
Network
Duonus
(制御PC)
からの利用
(制御PC)
GW
3 ｾﾝｻ情報を
基にした
機器の動作
HTTP
サーバ
ｾﾝｻ監視
サーバ
位置ｾﾝｻ
温度ｾﾝｻ
センサ類
BinB内部
IPSJ Computer System Symposium
2000
嗜好DB
制御ｽｸﾘﾌﾟﾄ
インターネット
PDA
デモ概要(1)
照明
管理ﾎｽﾄ
Network
操作内容の
反映
ｵｰﾃﾞｨｵ機器
機器操作
サーバ
照明器具
ｵｰﾃﾞｨｵ
管理ﾎｽﾄ
Box in the Box
操作
ユーザ
ﾌﾟﾗｽﾞﾏﾌﾗｯﾄ
ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ
操作用
ｲﾝﾀｰﾌｪｰｽ
の表示
ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ
管理ﾎｽﾄ
I-MODE
操作内容の通知
操作
HTTPサーバ
IPSJ Computer System Symposium 2000
デモ概要(2)
照明
Network
管理ﾎｽﾄ
ｵｰﾃﾞｨｵ機器
照明器具
Box in the Box
入室を感知
ｵｰﾃﾞｨｵ
管理ﾎｽﾄ
設定内容
を反映
嗜好情報
管理ｻｰﾊﾞ
ﾌﾟﾗｽﾞﾏﾌﾗｯﾄ
ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ
嗜好情報の検索
位置ｾﾝｻ
管理ﾎｽﾄ
位置ｾﾝｻ
IDの取得
IPSJ Computer System Symposium 2000
入室を通知
ﾃﾞｨｽﾌﾟﾚｲ
管理ﾎｽﾄ
Wearable Network
＆
Personalizing Public Place
Box-in-the-Box 内の計算機的能力を生かし、
ユーザの利便性および可搬性を高める
IPSJ Computer System Symposium 2000
背景
従来のコンピューティング環境


すべての機能をひとつに詰め込む
“All-in-one”型
Wearable Network環境(WN)


環境側の計算機的能力を活用
超分散コンピューティング環境
Personalizing Public Place

WNにおいて、環境の資源をある個人用にカ
スタマイズする。
IPSJ Computer System Symposium 2000
IPSJ Computer System Symposium 2000
システム設計
移動時の作業状態の持続


ユーザが移動した先の環境においても
作業可能。
ユーザは作業・通信状態の保存や復元を意
識することなく持続的な作業が可能。
周辺機器の適応的利用


ユーザ周辺リソースの変化に応じて使用する
リソースを切り替える。
ユーザの要求をその環境においてより高品質
で処理することが可能。
IPSJ Computer System Symposium 2000
PPPデモ
Adaptive
Telecommunication

リージョンA:
 Audioデータのみ
 ヘッドフォンから

リージョンB:
 Audio & Video
 スピーカーと
ディスプレイから
IPSJ Computer System Symposium 2000
まとめ
遍在する計算機による知的空間 “Smart
Space”の実現へ向けて
物理環境サポート… “Box-in-the-Box”

デバイス埋め込み機能、拡張性、再構成性
ネットワークサポート


多様なデバイス、多様なネットワーク
プロトコル透過型通信機能
ミドルウェアとアプリケーション: URA, PPP
IPSJ Computer System Symposium 2000
宣伝
MST2000
“ブース U-03” にて
デモおよびビデオを展示中
(是非お越しください)
IPSJ Computer System Symposium 2000
The end of presentation
IPSJ Computer System Symposium 2000
8. Project Schedule
2000.1
2
3
4
5
6
7
8
9
Initial Design
(A) Phy. Str. Support
Design
Construction
(B) Network Support
Design
Configure
(C) Middleware & App.
Support
Design & Implementation
Configure
Demonstration @ ORF(Open Research Forum) Exhibition
IPSJ Computer System Symposium 2000
t
Embedded Computation in Smart Space
Application
Support
App
Users’ Computation
App
App
App
App
Middleware Adaptive
Support
Middleware
Network
Support
Adaptive
Middleware
Software
Platform
Net(a)
……
Adaptive
Middleware
Software
Platform
Net(b)
Software
Platform
Diverse devices
Net(c)
Wired / Wireless Network with Heterogeneity and Dynamism
Physical
Structure
Support
IPSJ Computer System Symposium 2000
“Box-in-the-Box”
2.“Smart Space”
Ratio of Computational Intelligence
Sensor
i
i
i
100 : 0
100 : 100
?
i
IPSJ Computer System Symposium 2000
i
100 : 10000?
4. B: ネットワークサポート
“Region” Approach



5 Separated Areas in SSLab
Units for distributed management
Suitable for “Mobile” demonstration
Devices





PCs, Java-FCs (Region Servers)
Sensors
(Location, Illuminometer, Thermometer, Motion
Processor…)
A/V equipment (DV, D-VHS, DVD, PDP…)
SoftBoard
Lighting Equipment
IPSJ Computer System Symposium 2000
6. B: Distributed Network Support
Networks
 LAN Plane
(100Base-TX & IEEE802.11) (Backbone)
 Sensor Plane (RS-232C)
 A/V equipment Plane (IEEE1394, RS-232C)
 Lighting Equipment Plane (RS-232C)
IPSJ Computer System Symposium 2000
Extensibility Support
X
X
X
Lighting
Plane
Lights
Lights
Sensor
Plane
Sensor
A/V
Plane
LAN
(Backbone)
Plane
X
X
…
Lights
Lights
Sensor
…
Sensor
Sensor
A/V
A/V
…
A/V
A/V
PC
PC
…
PC
PC
Region 1
Region 2
…
Region n
Region n+1
IPSJ Computer System Symposium 2000