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モバイルインターネット
森 川 博 之東京大学新領域創成科学研究科基盤情報学専攻
2Forbes Magazine July 7th, 1997
Internet
CellPhone
PC
TV
Radio
Microwave
VCR
Airplane
Telephone
Car
Electricity
Technology Adoption
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Challenges
n ネットワークレイヤ：Mobile-IP, IP cellular, horizontal/verticalhandoff support...
n トランスポートレイヤ：wireless TCP, wireless HTTP,,,,n QoS: wireless QoS, wireless schedulingn Resource/Service Discovery: scalable and wide-area service
discovery/location protocol, interfacen Disconnected operations: session manager, mobile database,,,,n OS：EPOC,,,,n Software radion Killer applications!!!
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InternetDial
Hotel
HomeConferences
Meeting Rooms
ISP Accessthrough the
Internet
Cellular or Mobile
Commuting
Seamless Connectivity
LANs andVLANs
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Network Layer
n 従来のアプリケーションはパケットを固定ネットワークアドレスに送信
n アドレスがネットワーク，さらには位置を表現
n 端末がネットワーク間を移動する際には，「ローカルアドレス」を動的に変更する処理が必要
n 位置管理，位置トラッキングが必要
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Network Layer Mobility
n Address Translation Agentn f (home address) (forwarding address)
n Forwarding Agentn g (forwarding address) (home address)
n Location Directory
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Sockets
TCP/UDP
Mobile IP
Link Layer
Physical Layer
Internet
HomeAgent
Home Network
Visited Network
ForeignAgent
Mobile Host
Correspondent Host
Route Optimization
Mobile IP
Tunneling
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Mobile IP
FA
FAFA MN
MN 10.31.1.1
10.31.2.1 HAMN
MN
MN realizes it has moved to a network with a New FA
MN Registers withthis New FA
When the MN Moves it Re-Registers via its New FA
Mobility Binding TableMN CoA1.1.1.3 10.31.1.11.1.1.7 10.31.2.11.1.1.8 10.31.2.11.1.1.5 10.31.3.1
10.31.3.1
1.1.1.7
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Transport Layer
n エンド－エンドのフロー制御や混雑制御n 有線リンク： 主として混雑によるパケットロス
n 無線リンク： 主として高誤り率とハンドオフによるパケットロス
n 従来のトランスポートプロトコル（TCP等）は有線ネットワークを想定して設計n ACKやタイマを用いて検出するパケットロスが混雑の指針
n パケットロスが生じると、ウインドウサイズを小さくして再送タイマをリセットする
FH FHRouter
Loss=/=Congestion
Loss = Congestion
MH
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TCP Congestion Control
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 10 20 30 40 50
Slow StartExponential Growth
Congestion Avoidance PhaseLinear Growth
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(a)
Wired NetworkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
End-to-End Error Control
End-to-End Error Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
(b)
(c)
Error Control
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チャレンジ（端末）n Less powerful CPUsn Less memory (ROM and RAM)n Restricted power consumptionn Wide range of display sizesn Different input devices (e.g., a keypad, voice, etc)
Source: AvantGo. Inc
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チャレンジ（リンク）n Less bandwidth than traditional networksn More latency than traditional networksn Less connection stability than other network technologiesn Less predictable availability
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Issues
n トランスポートプロトコルn 無線特化型アプローチn インターネット調和型アプローチ
n コンテンツ記述言語n WML : WAPn HDML: Ezwebn HTMLサブセット, Compact HTML
n i-moden J-スカイウェブ：MML
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二つのアプローチn 無線特化型アプローチ
n 一からプロトコルスタックを構築n 端末の特質を積極的に利用n i-mode, J-スカイサービス, EZweb, WAP
n インターネット調和型アプローチn インターネットのend2end semanticsをできる限り保持n 無線の特質をカバーする機構を付加n “Smarter TCP” over wireless, ex. SNOOPn “Split-proxy” security
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(a)
Wired NetworkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
Wireless LinkError Control
End-to-End Error Control
End-to-End Error Control
BaseStation
BaseStation
FixedHost
FixedHost
MobileHost
MobileHost
(b)
(c)
Error Control
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i-modeとはn 携帯電話からインターネットにアクセスするためのシステム
n 携帯電話 ⇔ ゲートウエイサーバ ⇔ インターネットn すべてのアクセスはGWサーバを経由n 携帯電話とGWサーバとの間はパケット網
n 考慮すべき点n 小さなディスプレイn 無線リンクの帯域の狭さ
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ALP(HTTP) HTTP
TLP TCP/IP
M-PGWPPMBS GRIMN IPインターネット
端末 基地局＋パケット処置装置
PDC-P網とiモード・サーバの
相互接続，プロトコル変換
i モード・サーバPDC-P網と
インターネットのゲートウェイ
i-Mode
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AuthenticationServers
AuthenticationServers
AccountingServers
AccountingServers
WebSites
mobilephones
•QoS router•Load balancerhttp request
User authentication
http request
http responsehttp response
Contents Caching
Access logging
SystemAdmin.Server
Active Web Gateway(AWG) Servers
Active Web Gateway(AWG) Servers
Web Gateway
Internetfirewall
mobilenetwork
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コンテンツ記述言語n 「コンテンツ」と「プレゼンテーション」の分離
n HTML：表示構造n XML：意味構造，SGMLの流れ
n 交渉機構を用いた「端末フォーマット」への変換
<p><b>Hiroyuki Morikawa</b><br>The University of Tokyo<br>7-3-1 Hongo Bunkyo-ku Tokyo Japan
<address><name><first-name>Hiroyuki</first-name><last-name>Morikawa<last-name></name><company>The University of Tokyo</company><address>7-3-1 Hongo Bunkyo-ku Tokyo</address><country>Japan</country></address>
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Portable Information Appliances
CDPD Modem
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Telecom vs. Computing
n 端末として，voice-centric, data-centric のどちらを考えるのか？n Vertical vs. horizontal marketn Telecom: “closed” networkn Computing: “open” networkn 現時点では，voice-centric メインn 現時点では，Telecom が中心
voice-centricdevices
(ex. smartphone)
data-centricdevices
(ex. PDA)
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Device Convergence Scenario
Voice-enabled
PDA
Voice-enabled
PDA
UniversalDevice
???
UniversalDevice
???
PDA
SmartPhone
Bluetooth
MobilePhoneMobilePhone
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Issuesn シームレス
n Heterogeneous overlay networksn Cellular, spotted cell (DSRC, etc), PAN (personal area
network),,,,n Proactive instead of Reactiven ソフトウエア無線
n 常時接続n End-to-end IP cellularn 課金，ビジネスメソッドn Positioning services and location-dependent services
n Badge, bat,,,n Local information service, location-dependent ad., marketing, GIS,
travel guide, “take-me”,,,
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Smart Dust
n 2001.7： 1mm3デバイス：センサ，電源，アナログ回路，双方向光通信，プログラマブルマイクロプロセッサ
n 1999.7: 100mm3
http://robotics.eecs.berkeley.edu/~pister/SmartDust/26
高密度ネットワーク
enodenode
user
server
serverapplications
node
node node
node
node
node
node
node
Internet
mobile node
node
nodenode
remoteuser remote
user
node
node
node
wireline LAN
user
Gatewaynode
Gatewaynode
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IP Anywhere
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Where Are the Processors?Where Has CS Focused?Where Has CS Focused?
InteractiveComputersInteractiveComputers
Servers,etc.
Servers,etc.
150Mper Year
150Mper Year
Where Are the Processors?Where Are the Processors?
In Vehicles In Robots
Embedded Computers80%
Embedded Computers80%
8B Parts per Year8B Parts per Year
Robots6%
Vehicles12%
Direct 2%
In FixedInfrastructureアーキテクチャ，ネットワーキング，ソフトウェアの再考必要
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“Wireless sensors will go anywhere and measure anything - traffic flow, water level, number of people walking by, temperature. This is developing into something like a nervous system for the earth, a skin for the earth. The world will evolve this way.”
21 Ideas for the 21st centuryBusiness Week , September 30, 1999
センサーネットワーク
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「スマート」マット
Low-levelObjectives,
Context
Low-levelModels,States
Higher-levelObjectives
Higher-level Model,State
ActuatorDistribution
High-levelController
SensorAggregation
Sensors Actuators
Computation
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センサーネットワークn 生活・社会・産業における「神経系」
n オリジナルなインターネットとは異なる要求条件n 電力消費，帯域，CPU資源などの制約n 膨大な数のセンサーへのアクセスn 自己組織型システム
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センサーネットワークn ほとんどのプロセッサが「invisible」
n センサ，アクチュエータn ネットワーク接続されたプロセッサ
n どのような世界が構築されるのか．．．n 1,000 プロセッサ / 人の時代に．．．n 一つ一つを管理／トラッキングできない時代に．．．
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3C Everywheren Computing everywhere
n PDA, 携帯電話，モニタ，センサ，ロボット，車，ウエアラブル．．．
n Contents everywheren ファイル，データ，アプリケーションソフトウエア．．．n 個人が 1 terabyte のディスクを所有していると全世界では
1 zettabyte (1021) オーダの超分散データベースn Connectivity everywhere
n セルラー，光ファイバ，DSL,DSRC, PAN．．．
n Mobile societyn 移動＋デバイス使い捨て
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超環境n 「物理世界」とのインタラクション
n 現在のコンピュータとネットワークが構築しつつあるのは仮想世界
n センサやアクチュエータなどの組込み型分散デバイスが「物理世界」との接点
n 物理世界と仮想世界とが相互接続された新たな世界の創出n 生活・社会・産業における「神経系」となり得る情報基盤の創出
300 um
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Famous Words
n "I think there is a world market for maybe five computers.“- Thomas Watson, chairman of IBM, 1943.
n "640K ought to be enough for anybody.“- Bill Gates, 1981
n “32 bits should be enough address space for Internet”- Vint Cerf, 1977
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ブレークスルー
システム構築
技術開発ブレークスルー
時間
性能
n 技術は揃いつつあるn 問題はブレークスルー
現在？
WWW
