スマートグリッドを実現する802.15.4g（SUN）の標準化動向を聞く！：第2回　802.15.4gでの審議内容

≪1≫802.15.4gで審議されている標準化の内容

■　ところで、802.15.4gタスク・グループでは、具体的にどのような標準化の審議が行われているのでしょうか。

児島　802.15.4gタスク・グループは、基本的に、その物理層を決めるグループなのです。前回お話したように、802.15.4標準規格の物理層とMAC層をベースにして、ZigBeeという規格がZigBeeアライアンスによって策定されましたが、802.15.4gの場合は、802.15.4標準規格をSUN（Smart Utility Networks）に適用するに当たって物理層の変更を決めるというタスク・グループなのです。

■　物理層の変更というのは、例えば、ZigBeeの場合の物理層の場合、最大の伝送距離は大体100メートル程度ですよね。それを、SUNの場合は1キロメータとか2キロメータにも対応できるようにするということでしょうか。

児島　そうですね。伝送距離を伸ばしたいこともありますし、あと1つは、前回申し上げたように、電池（ガス・メーターや水道メーターなどは電源が取れないので電池を使用する場合が多い）が長持ちできるように、SUNのモジュール（回路基板）の消費電力をZigBeeの場合に比べ、非常に低くしたいのです。また、メーターという見地からは、各戸ごとに設置されることになりますので、かなり大量に製造されますから、変調方式なども含めて実装コストを格段に安く抑えるような仕様の検討も不可欠とされています（注1）。

■　なるほど。802.15.4の物理層を拡張すると、それに対応してMAC層の拡張あるいは改訂が必要になりますね。

児島史秀氏
（NICT新世代ワイヤレス
研究センター主任研究員）

児島　おっしゃるとおりです。802.15.4内にある802.15.4g（SUN）タスク・グループの目標は、あくまで物理層の拡張なのです。

■　第1回でお話いただいたPAR（プロジェクト承認要求）のように、SUNの場合は、物理層のフレーム・サイズを最大1500オクテットにするわけですから、上位のMAC層の制御においても、当然、変更が必要になるということですね。

児島　そうです。最大フレーム・サイズを拡張するための変更ですが、具体的に言いますと、物理層の最大フレーム・サイズが1500オクテットに変わると何が変わるかというと、「フレームの長さが何オクテットかを書いているフィールド」が変わるわけです。802.15.4規格の場合、そのフィールドというのは物理層のヘッダにも書かれているのです。これは、物理層の変更として15.4gにおける検討項目にも含まれることになります。

■　802.15.4g（SUN）では物理層だけでなく、MAC層の拡張も行うのでしょうか。

児島　いいえ、そうではありません。そこを今からお話ししようと思うのです。第1回に示した図1の中に、TG4eというタスク・グループがありますが、このタスク・グループは特殊なグループなのです。このグループは、802.15.4にある複数のタスク・グループ（TG4f、TG4g等）のすべてのMAC層を標準化するというグループなのです。

■　えっ！そういうMAC層だけの標準化の専門グループがあるわけですか。

児島　そうなんです。これは802.15.4タスク・グループの特徴のひとつにも思われます。他のタスク・グループの例ですと、例えば802.15.3高速物理層規格のさらなる効率化を検討した802.15.3bタスク・グループでは、物理層の変更に対応したMAC層の変更もともに規定した経緯があります。しかし、そうした他のタスク・グループなどと違って、802.15.4gの場合は物理層だけの修正しか行わないのです。MAC層は、TG4eでまとめて審議され標準化されるのです。

■　それは、802.15.4内の各タスク・グループだけがそうなっているのですか。　

児島　そうなのです。第1回で説明した図1のTG4e（MAC for 15.4x）のMAC for 15.4xとあるように、いろいろなMAC（MAC for 15.4x）の標準化を担当しているのです。802.15.4gのPARにあるスコープ（標準化の範囲）では、物理層（PHY）の変更に対応した必要なMAC層の変更も項目として記述されていますが、実質的にはそうしたMAC層の変更は802.15.4eで検討されることになっています。これは、実際に4eのPARにおいても規定されていることです。

≪2≫SUN（物理層）に対応したMAC層の標準化を行うTG4e（802.15.4e）

■　ところで、図5に示すMAC層の標準化を行うTG4e（802.15.4e）について、簡単に説明していただけますか。

児島　図5にある802.15.4e（TG4e）のPARでは、本タスク・グループが、802.15.4規格のMAC層の機能の拡張全体を決めると書かれています。特に具体的な目的としては、市場を活性化させ、いろいろな物理層の修正が起こった場合の互換性を保持するために、MACを変えると書かれています。

MACの拡張とは何かということについて、具体的に次の6つを定義しています。

（1）TDMA（Time Division Multiple Access、時分割多元接続）を効率よく行うための技術
（2）チャネル・ホッピング〔チャネルを高速に移動（ホッピング）させること〕を効率よくやるための技術：強い電波の干渉がある環境での耐性（ロバストネス）の実現や、他の無線ネットワークとの共存を可能とする技術
（3）GTS（Guaranteed Time Slot）：遅延のないデータ通信等に有効な、あらかじめ通信タイムスロット（一定の時間間隔）を予約して送る拡張技術
（4）CSMA（Carrier Sense Multiple Access）：GTSとは逆で、タイムスロットの予約等を行わず送信したいときにその都度ランダムに送信する技術
（5）セキュリティ： 非対称なキー（アンシメトリカル・キー）による暗号化技術等
（6）低遅延：エンド・ツー・エンドでアプリケーションの遅延が少ない通信技術

児島史秀氏
（NICT新世代ワイヤレス
研究センター主任研究員）

以上のような要素技術を踏まえて、802.15.4は、GTSを活用して完全に時間を予約して確実にデータを送信するやり方もできますし、CSMAを使ってランダムに発生するデータ送信要求に柔軟に対応し送信するやり方も、両方できるようになっているのです。

このとき、例えばCSMA方式を使う場合になるべく送信データが衝突しないようにすることでスループット（通信効率）を高くしながら、結果的に消費電力も下げられるような制御がMAC層で望まれることがあります（さらに消費電力を下げる技術として、各端末が、データの受信が見込まれないような期間はスリープ（休止）状態に入るような制御があります）。

■　お話を聞いていて、802.15.4gではなく、わざわざべつの802.15.4eでMAC層だけを修正する作業を行うというのは非効率のような気がします。すべて、802.15.4gでやってしまったほうがよいように思いますが。

児島　そうですね。これは歴史的な経緯からも現状がそうなっていると考えています。

≪3≫3つの変調方式が提案されたTG4g（802.15.4g）の標準化の状況

■　現在、802.15.4g（TG4g）というタスク・グループでは、具体的にどのような標準化の審議が行われているのでしょうか。なぜ変調方式からスタートしているのでしょうか。

児島　タスク・グループで標準化を開始する際には、最初に、まずCall For Proposal（提案の募集）が行われます。802.15.4gの場合、具体的には、2009年の5月までの締め切りで各社からプロポーザル（提案）を募ったわけです。それで各社からいろいろな提案（仕様書）が出されたわけです。10数個の提案がありましたが、その中には、変調方式も含まれますし、使用する周波数帯なども含まれています。

■　そんなに多くの提案をどのようにまとめていくのでしょうか。

児島　そうですね。IEEEの標準化における基本的なプロセスとして、「マージ」と「ダウンセレクション」が大きな2つとして挙げられると思います。前者（マージ）は、複数の提案の間で相違点が無くなるような変更を加えた統合提案を作成する作業、これに対して後者（ダウンセレクション）は、複数の提案のうちいくつかを棄却する作業です。

この2つを繰り返して、そうした多数の提案の絞り込みがなされることになります。今回、Call for Proposalに対して寄せられた複数の提案は、変調方式が大きくFSK、DSSS、OFDM（注2）の3つのグループに分かれていることが分かったため、まず変調方式別に、それぞれ提案の絞り込みを行うことになったのです。

■　802.15.4gのタスク・グループは1年に何回開催されるのですか。

児島　年6回ですね。2カ月ごとの開催となります。図6は、2009年9月直後の状況です。

まず変調方式については、FSKの提案が一番多く、3つのグループから別々の方式の提案（SFF、CPP、MP）がありました。まず、CPP（FSK Common Platform Proposal、FSK共通プラットフォーム提案）と呼称される提案は、シルバー・スプリング・ネットワークス（Silver Spring Networks）社という会社が中心になって意欲的に取り組んでまとめています。

このCPPに対抗して、エルスター（Elster）が中心になってMP（Merged FSK Proposal、統合FSK提案）という提案を寄せています。

■　図6を見ると、日本のNICTはCPPにもMPにも参加していますね。

児島　そうですね。私たちNICTは、これまで802.15WGの中で実績（例：802.15.3cの標準化）があることや比較的多くの投票権を持つ組織であることが原因だと思いますが、「NICTの提案要素を含む形で一緒に（＝共同提案者として）提案を出しましょう」とCPP陣営からもMP陣営からも強いオファー（お呼び）があり、それぞれについて応じるというスタンスをとっています。

■　八方美人というか（笑）。頼りにされているということなのでしょうね。

児島　そうかもしれません。少なくともNICTの提案を何らかの形態で標準化の場にインプットすることは意義あることなのです。というのも、ちょうど同じ時期に私たちが取り組んでいた総務省からの関連プロジェクト（400MHz帯以下における特定小電力無線システムの高度利用技術）に関連して、本プロジェクトにおける調査検討会委員を務められていた東京ガスさんから、ガス・メーターのスマート化について標準化をやってくれないかという依頼を受けたのです。今回のNICTの802.15.4g標準化への取り組みには、上記のような背景があったのです。

■　そういういきさつから、電気メーターではなくガス・メーターのスマート化に特に積極的に取り組まれたのですね。

児島　そうです。蛇足かもしれませんが、NICTの少なくとも私たちのグループの信条として、NICTが標準化に動くべき十分条件として、次の3つがあるとしています。1つ目は、NICTが実際に検討開始のアクションに移ることについて、少なくとも民間組織がこれを望んでいるということです。あくまで総務省の国家プロジェクトですから、自分たちがやりたいからやるというのは許されないのです。2つ目は、少なくともそれが新規性のあるテーマであることです。すでに、だれかが取り組んでいるのでしたら、別に敢行することもないのです。3つ目は、少なくともNICTは研究機関ですので、研究としての意義があるということも重要です。今回の802.15.4gの場合は、東京ガスさん等、複数の国内民間企業から求められた経緯もあり、加えて他の2条件についても満たされていると考えられたため、現状のようなNICTの取り組みに至ったと考えています。

■　よくわかりました。

児島　そこで、日本としてCall For Proposal（提案の募集）にどういう提案をしようかということになったのです。このとき、すでにNICTだけでなく、日本のメーカーさん（例：富士電機、パナソニック）でも考えているさまざまな仕様がありまして、それを「SFF（Short Frame FSK、短フレーム型FSK）」提案としてまとめたのです。すなわち、CPPのグループともMPのグループとも協調しながら、結局NICTとNICTを支持してくださる日本の国内企業さんとでグループ（NICT、富士電機、パナソニック、東京ガス、大阪ガス、東邦ガス、三菱電機）を構成し、日本独自の提案（SFF提案）を行うことになったのです。

--つづく--

プロフィール

児島 史秀（こじま ふみひで）氏

現職：
独立行政法人情報通信研究機構新世代ワイヤレス研究センター主任研究員

【略歴】
1999年、大阪大学大学院工学研究科博士後期課程修了。
同年、郵政省通信総合研究所入所。
以来、ITS通信技術、防災アドホックネットワーク技術に従事。
現在、独立行政法人情報通信研究機構 新世代ワイヤレス研究センター ユビキタスモバイルグループにてIEEE 802.15.TG4gの標準化活動、ならびに特定小電力システムの高度利用に関する研究開発に従事。
IEEE会員、電子情報通信学会会員、IEEE 802.15および11WG投票メンバー。

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バックナンバー

≪ スマートグリッドを実現する802.15.4g（SUN）の標準化動向を聞く！≫

第1回：802.15.4g（SUN）がめざす標準とは？
第2回：802.15．4gでの審議内容と日本からの提案
第3回：3つの変調方式の違い
第4回：802.15.4g（SUN）に対応するMAC層
第5回（最終回）：NICTのSUNモジュールの試作品と実証実験