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近距離無線通信による機器連携技術

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Academic year: 2021

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(1)

あ ら ま し マルチネットワーク下でのシームレスな機器連携は,富士通が提唱するヒューマンセン トリックな世界の実現にとって欠かせない技術である。その中でも,Wi-Fi,Bluetooth, NFCといった近距離無線通信技術による機器連携は,エンタテインメント,健康,コミュ ニケーションの分野で,場所や状況を問わず適切なサービスをユーザに提供することが できる。例えば,スマートフォンにあるコンテンツをTVで再生したり,レコーダにある コンテンツをスマートフォンで制御してTV出力したりするオーディオビジュアル機器連 携,ハンズフリー通話やオーディオ再生を車載機器から制御できるようにする車載機器 連携,測定機器で取得したデータを簡単に吸い上げ,ネットワーク上のサーバにデータ を蓄積し,医療やフィットネスに活用するヘルスケア機器連携がある。 本稿では,近距離無線通信技術を概説した後,その応用技術として,スマートフォン とオーディオビジュアル機器,車載機器,ヘルスケア機器との連携における富士通の取 組みを説明する。 Abstract

Having seamless connectivity among digital devices in a multi-network environment is a key requirement in establishing the Human-Centric world proposed by Fujitsu. Better device connectivity with short-distance wireless telecommunication technologies such as Wi-Fi, Bluetooth and NFC provides users with appropriate services anywhere and in any situation in the fields of entertainment, health and communication. There are three types of device connectivity. The first is connectivity of audio-visual equipment that allows digital content in a smartphone to be sent to a TV, and then played on the TV; it also makes it possible to control content in a digital recorder with a smartphone and play it on a TV. The second is connectivity of in-vehicle apparatus that allows you to take a hands-free call and play back audio on in-vehicle apparatus. The third is connectivity of healthcare apparatus that allows you to easily collect data that are acquired with measuring equipment, accumulate data on a server in a network, and then utilize such data for medical care and fitness. This paper outlines short-distance wireless telecommunication technologies and shows our innovative application technologies for connectivity and interoperability among smartphones, audio-visual equipment, car navigation systems, and healthcare devices.

● 田村俊哉   ● 増田 勲   

Device Connectivity Technologies Using Short-distance Wireless

Telecommunication

(2)

定する業界団体である。

DLNAのガイドラインでは,図

-1

のように,機 器 発 見 や コ ン テ ン ツ 選 択 にUPnP(Universal Plug and Play) を, メ デ ィ ア 転 送 にHTTP, RTP,TCP/IPのプロトコルを,また,著作権保護 (DRM)にはデジタルコンテンツ保護規格DTCP-IP(Digital Transmission Content Protection over Internet Protocol)(2)

を規定している。DTCP-IPは,機器認証・鍵共有,コピー制御,コンテン ツの暗号化,不正機器の排除などの機能を持つ。 なお,2011年にはDTCP規格の拡張が行われ,リ モートアクセスやメディアフォーマット,コピー カウントの転送・制御の仕組みが新たに規定され た。これにより,宅外から自宅のメディアサーバ 内の著作権のある映像コンテンツにアクセスして 手元のスマートフォンで再生させたり,スマート フォンで持ち出した著作権コンテンツをコピーカ ウントに応じて,ほかのスマートフォンへ転送し たりすることも可能になった。 また,DLNAでは,Wi-Fiを無線インタフェース の標準規格としている。特に,6 Mbps以上の転送 速度を必要とするハイビジョン品質の映像再生に おいては,高速な通信を実現できる802.11nの無線 通信技術が重要となる。 ま た,DLNAで は, コ ン テ ン ツ 情 報 と コ ン テ ン ツ の 転 送 を 行 う サ ー バ 機 能(DMS:Digital Media Server)や,サーバ・コンテンツ検索とコ ま え が き 2010年頃から急速に普及し現在も増え続けてい るスマートフォンは,従来のフィーチャーフォン 同様,通話・メール・ブラウザ閲覧,ダウンロード アプリケーション実行が可能である。また,フィー チャーフォンと異なりOS(Operating System), ベ ン ダ が 提 供 す るSDK(Software Development Kit)でアプリケーションを作成することができ, OSベンダ,アプリケーション開発事業者,端末メー カが開発したソフトウェアが搭載されている。こ のスマートフォンのネットワーク機能は,携帯電 話事業者提供の3G/4G(3rd/4th Generation)ネッ トワークに加え,Wi-Fiをはじめとする近距離無線 と呼ばれる通信技術が搭載され,通信の自由度を 広げユーザビリティを高めている。 スマートフォンはオープンプラットフォームを 搭載していることもあって,フィーチャーフォン のように通信事業者主導の独自仕様(ガラパゴス 化)を実現するのではなく,グローバルな業界標準, 国際標準に準拠した技術の搭載が必須となってい る。このようなスマートフォンの特徴から端末メー カとして「売りとする機能」を何にするか?それ をどのようにアピールしていくか?が商品化にお いて重要である。 本稿では,下記三つの近距離無線通信技術を説 明する。

(1) Wi-Fi( 無 線LAN),DLNA(Digital Living Network Alliance)

(2) Bluetooth,Bluetooth Low Energy (3) NFC(Near Field Communication)

また,これらの近距離無線通信技術を用いた「機 器連携」機能・サービスを取り上げ,その基本技 術とともに,この技術を用いたサービス・アプリ ケーションを紹介する。更に,技術の進化に合わせ, これからスマートフォンに搭載が予測されるサー ビス・アプリケーションについても言及する。

Wi-Fi

DLNA

DLNA(1)は,ホームネットワーク内の家電機器 や携帯機器,PC(周辺機器)間で,コンテンツ共 有のための相互接続性を実現する基本プロトコル やメディアフォーマットなどのガイドラインを策 ま え が き

Wi-Fi

DLNA

図-1 DLNA基本モデル構成 ・サーバ/プレイヤ/レンダラー/ コントローラアプリケーション アプリケーション ・DTCP-IP(DRM) 著作権保護 ・MPEG-2,H.264 ・AACなど メディアフォーマット ・UPnP 機器発見・ コンテンツ選択/表示 ・HTTP,RTP メディア転送プロトコル ・TCP(UDP)/IP ネットワークプロトコル ・無線LAN(802.11g/n) 物理/データリンクプロトコル

(3)

すだけで通信ができる。 日本独自仕様であるFeliCaをはじめ,国際標準 となっているTypeA,TypeB(ISO/IEC14443)の 仕様が存在する。これらは,免許証や,パスポー ト,カード型電子マネーなどとして,非接触のIC カードや,スマートフォンに搭載し,読取りや書 込みを行ったり,情報の交換を行ったりすること ができるようになる。また,BluetoothのSecure Simple PairingやWi-Fiの簡単設定における認証に 必要なデータの交換手段としての活用や,個人認 証,モバイルペイメントといったサービスの実現 も可能となる。 機器連携技術 ● オーディオビジュアル機器連携 スマートフォンは,携帯電話ではあるがディス プレイサイズが大きく,高解像であることから, 屋外,屋内を問わず,高品位な映像コンテンツを 手元で楽しむことのできるマルチメディアプレイ ヤとしての役割が大きくなってきている。 一方,2011年7月のデジタル放送への完全移行 化(アナログ放送停波)に伴い,ネットワーク 接 続 可 能 で,DLNAやHDMI(High-Defi nition Multimedia Interface)といった連携機能を持つデ ジタル家電が急速に普及した。こうした中,富士 通はスマートフォンとTV/レコーダなどのオーディ オビジュアル機器との連携に力を入れ,いち早く スマートフォンにTV/レコーダとの機器連携機能を 搭載した(図

-2

)。これにより,機器内に蓄積された, あるいは機器で受信しているハイビジョン品質の 映像コンテンツを相互に転送し合い,これを再生, 視聴,持出し(保存)することが可能となった。 具体的には,ホームネットワーク(図

-3

)にTV/ レコーダが接続され,スマートフォンは,Wi-Fiで これにアクセスする。 なお,これらの機能を実現するためには,以下 の三つの技術課題への対応が重要となる。 (1) 互換性確保 互換性の確保に当たっては,連携する機器内の コンテンツに対する再生互換と,機器どうしの接 続プロトコルに対する互換が必要となる。一般的 に,規格に準拠していれば,接続,再生できるも のと思われがちであるが,オプショナルな規格や, 機器連携技術 ンテンツ再生を行うプレイヤ機能(DMP:Digital Media Player),再生のみを行うレンダラー機能 (DMR:Digital Media Renderer),サーバ(DMS)

内のコンテンツをレンダラー(DMR)に再生さ せるように指示を出すコントローラ機能(DMC: Digital Media Controller) と い っ た 機 能 分 類 (Device Class)を行い,各機能間で接続手順を規

定している。

Bluetooth

Bluetooth Low Energy

Bluetoothは2.4 GHz帯を使った無線通信規格で あり,現在では24 Mbpsまでスループットを向上 さ せ るBluetooth3.0+HS(High Speed)(3)や 省 電

力性能を大きく向上させるBluetooth Low Energy (BLE)機能が入ったBluetooth4.0(4)の次世代規格 に変遷している。 Bluetooth3.0は,短時間の断線を防ぐ「Enhanced Power Control」という機能が追加され,ヘッドセッ トなどで起こっていた短時間の断線トラブルが解 消できる。また,機器間のネゴシエーション過程 を簡略化した「Unicast Connectionless Data」に 対応しており,より短時間で接続が完了し使い始 めることができるなど,従来のBluetoothの欠点を 補い,信頼性と使い勝手を高めている。高速化に ついては「+HS」という拡張モードで対応し,通 信速度が24 Mbps(対称型通信時の速度)となり 従来スピードに比べて大きく向上している。 Bluetooth4.0は,通信速度では最大1 Mbps程度 とむしろ低下するが,その代わりに大幅な省電力 化を実現するLow Energy(LE)という機能が追 加された。Bluetooth Low Energyでは,送受信さ れるパケットデータのサイズが8 ∼ 27オクテット と非常に小さい。これは,家電などに組み込まれ たセンサとの通信をベースにした仕様であり,家 電や腕時計など今まで無線通信とは関係の薄かっ た商品ジャンルを対象にしている。

富士通は,Bluetooth Low Energyに対応したプ ロファイルを2012年夏モデルにいち早く実装し提 供した。

N

  

F

  

C

NFC(5)は,13.56 MHzの近距離無線通信規格で

ある。10 cm程度のごく近距離で,機器同士をかざ

Bluetooth

Bluetooth Low Energy

(4)

メーカ・機種ごとでの独自拡張機能が多く,互換 性を完全に確保することは難しい。このため,富 士通では,継続的に互換性の検証を行い,新たな 対応が必要な場合は,機能追加を行っている。 (2) 省電力化とのバランスを考慮した映像品質の 向上 映像品質の向上には,再生フレームレートの確 保,画音の同期再生,ネットワークの揺らぎ制御, また,画質・音質改善の対応などが重要となる。 例えば,処理量の多いハイビジョン映像の再生処 理に合わせてCPU(Central Processing Unit)の 処理クロックを一律上げてしまうと,再生する映 像の種類によっては,無駄に電流を消費すること となる。また,明るい場所での視認性向上のため にディスプレイのバックライト輝度を一律上げる と,結局,消費電流の増加につながり,再生時間 が短くなってしまうという課題が発生する。この ため,スマートフォン開発では,映像品質の向上 と省電力化とのバランスのとれた取組みが求めら れる。 富士通では,スマートフォンの映像品質向上の ため,再生コンテンツの属性や,センサからの情 報に応じて,CPUのクロックや,ディスプレイの バックライト輝度などを適応的に制御することで 図-2 TV/レコーダとの機器連携(搭載機能概要) ・スマートフォン内の映像コンテンツをTVで再生 ・レコーダ内の映像(地デジ録画)コンテンツをスマートフォンで再生 再生 ・TV/レコーダで受信中の放送番組(地デジ・BS/CS)をスマートフォンで視聴 視聴 ・レコーダ内の映像(地デジ録画)コンテンツをスマートフォンで持出し・再生 持出し ・レコーダ内の映像(地デジ録画)コンテンツをスマートフォンで指定したTVで再生 制御 図-3 TV/レコーダとの機器連携機能(機器構成) レコーダ ルータ TV スマートフォン 無線LAN アクセスポイント コンテンツ再生・持出し コンテンツ再生 番組視聴 機器間再生制御 放送アンテナ

(5)

接続性試験を早い段階で実施し,いち早く課題解 決を図るとともに,場合によっては,これを業界 標準化することで技術的な優位性を確保する活動 を行っている。

今 後 は,Bluetooth Low Energy対 応 の ほ か, Wi-Fi Display,NFCの車載機器への搭載が検討さ れている。Bluetooth Low Energyは超低消費電力 という特徴から自動車の各種情報を吸い上げるセ ンシングデータの収集といった使用が考えられる。 NFCはシートアレンジやキーの解錠,再生する音 楽などのパーソナライゼーションの実現も期待さ れている。自動車に乗り込む際,NFCによるキー 開錠と同時に読み出された情報を用いて運転手を 特定する。そして,あらかじめ登録されたシート アレンジに自動的に変更し,自分の趣向に合った 音楽がいつものボリュームで再生されるといった ことが実現できる。また,車載機器とスマートフォ ンとのペアリングもNFCを用いたSecure Simple Pairingによって簡易に登録が可能となる。Wi-Fi Displayはスマートフォンの画面そのものや映像コ ンテンツをTVなどに写すだけでなく,TV上のユー ザ操作によって指示された要求をスマートフォン に通知し,それを再生処理にフィードバックする 技術について検討している。 ● ヘルスケア機器連携

Continua(Continua Health Alliance)は,USB (Universal Serial Bus)やBluetoothなどの通信技 術とIEEE1394で規定されたデータ記述フォーマッ トを用いてセンサデバイスで取得されたセンシン グデータをスマートフォンやPCなどを介してネッ トワーク上のサーバに蓄積し,医療やフィットネ スなどに活用する健康管理エコシステムを実現す べく,システムの相互接続性ガイドライン(6)の策 省電力化との両立を図っている。 (3) ユーザビリティの向上 ユーザビリティに関わる課題としては,機器連 携を行うための環境設定や,機器・コンテンツの 指定時にWi-Fiや,DLNAなどの技術的な知識を前 提としたものになりやすく,直感的な操作が難し い点が挙げられる。また,TV/レコーダなどの連携 機器ごとに,その設定ユーザインタフェースが異 なっており,スマートフォン側の設定や,機能で 閉じることができない点も,ユーザビリティの向 上の阻害要因となっている。 富士通では,ユーザビリティの向上のために, スマートフォンのアプリケーションにおけるユー ザインタフェースの改良を行うとともに,TV/レ コーダメーカとの共同開発により,使いやすさを 向上させる取組みを行っている。 ● 車載機器連携 カーナビゲーションシステムなどの車載機器と スマートフォンとの連携機能としては,車載機器 からの音声発信,着信応答などを行う音声通話 (ハンズフリー通話)機能や,車載機器でスマー トフォン内のコンテンツ一覧を表示し,ユーザが 選択した音楽を再生する機能などがある(図

-4

)。 スマートフォンと車載機器との相互接続性の確保 に 当 た っ て は,Bluetooth SIG(Special Interest Group)が定める仕様にのっとることでその接続 性を確保する。ただし,前述のハンズフリー通話 における呼制御や,音楽再生における再生制御に おいては,例えば,車載機器側の処理時間などが 仕様として細かく規定されていないものがあり, スマートフォンとしてタイムアウトが発生し,接 続を維持できないという問題が発生することがあ る。このため,富士通では,新機能の実現に当たり, ハンズフリー通話(呼制御) 着信&応答 発信 音声移管 オーディオコントロール ストリーミング再生 パススルーコマンド 楽曲情報の表示 再生状態の表示 図-4 車載機器連携の構成

(6)

クするといったサービスの実現や,蓄積されたバ イタルチェックデータを活用して大きな病院から 遠隔医療を行うといった応用も検討している。 ヘルスケア機器連携は身体を鍛錬する若者から, バイタルチェックを必要とする老人まで,幅広い 層で使われるサービスであり,ヒューマンセント リックを掲げている富士通が積極的に取り組んで いくべき分野である。こうした中で接続操作の簡 略化,接続時間の短縮,低消費電力などのユーザ ビリティの向上はヘルスケア機器連携における重 要な技術課題である。 ● 富士通が目指す今後の機器連携 富士通は,技術動向を的確に把握し,他メーカ に先駆けた最新の技術を駆使し,ユーザの行動・ 状況・場所に合わせた機器や情報へのアクセスを シームレスに可能とするヒューマンセントリック な機器連携の世界を創造していく(図

-6

)。 む  す  び Wi-Fi( 無 線LAN),Bluetooth,NFCと い っ た 近距離無線通信技術は今後加速度的にその通信速 度を増し,低消費電力化,ネットワークのマルチ 化が進む。これに伴って,これらの技術を利用し た機能・サービスが提案され,また実現したい機能・ サービスのために必要な規格化も進んでいくこと が予測される。富士通は,顧客志向に立ち,業界 む  す  び 定に取り組んでいる。富士通はContinuaの認証を スマートフォンとして日本で初めて取得しており, 現在のスマートフォンでは体重計と血圧計のデー タを扱うことができる(図

-5

)。 ContinuaではNFCによってより簡易にセンサデ バイスからデータを取り出すことや,Bluetooth Low Energyを活用して常時接続状態としてデータ を取り続けるバイタルチェックなども検討してい る。また,ネットワーク経由でサーバに蓄積され たデータを用いてその日の健康状態に応じてジョ ギングのコースを選択してユーザにフィードバッ センサ機器からの データ吸い上げ ネットワーク(クラウド) 連携 リモートアクセス リモートアクセス 放送直接受信 アドホック通信 シームレスな  機器・コンテンツアクセス 図-5 ヘルスケア機器連携の構成 図-6 ヒューマンセントリックな機器連携の世界

(7)

Alliance,December 2011.

(3) Bluetooth Core Specifi cation Version3.0 High Speed.Bluetooth SIG.April 2009.

(4) Bluetooth Core Specifi cation Version4.0. Bluetooth SIG,Jun 2010.

(5) NFC in Public Transport.NFC Forum.January 2011.

(6) Continua Design Guidelines,Version1.5. Continua Health Alliance.October 2010. 田村俊哉(たむら としや) モ バ イ ル フ ォ ン 事 業 本 部 プ ラ ッ ト フォーム開発統括部 所属 現在,携帯機器における近距離無線通 信技術の開発に従事。 増田 勲(ますだ いさお) モバイルフォン事業本部ソフトウェア 開発第二統括部 所属 現在,携帯機器におけるマルチメディ ア技術の開発に従事。 著 者 紹 介 標準化,規格化を積極的に推進し,常に技術的に 優位な位置を確保し続けていく。 参 考 文 献

(1) DLNA Networked Device Interoperability Guidelines.Digital Living Network Alliance, expanded:August 2009.

(2) DTCP Volume1 Supplement E Mapping DTCP to IP,Revision1.4. Digital Living Network

参照

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