HOME 教育状況公表 令和3年10月29日

データ通信技術からスマートグリッドまで~ライフラインとしてのインターネット~

情報処理概論 WebClass files syllabus 52210 C1 情報機器の準備 ウェブ講義の接続

伊藤智博(ITO Tomohiro) 、神保雄次(JINBO Yuji)

物質エネルギー、情報の移動と貯蔵。ヒトの生活そのものと言っていい。衣服を作り、食物を作り、建築資材を運んで文明を築いた。産業革命では石炭を運び、かの大戦は石油の奪いあいであったと言ってもいいぐらいだ。戦後は情報を早く遠くへ運んだものが覇者となった。こうしてコンピュータとインターネットが普及した。

そして今、より豊かな生活を求めて、物質、エネルギー、情報の移動を統合する動きがある。電力自由化とスマートグリッドだ。いずれガスや水道といったライフラインもインターネットを使って合理化されてゆくことだろう。賢く豊かに生活するために、データ通信技術の活用ノウハウを調べてみよう。

Webアプリスマホアプリ
ビッグデータ
WiFi、インターネット
マイク、カメラ、温度センサー、温度センサー、加速度センサー
デジタル社会 がもたらす スマートシティ を支える技術
01.情報処理概論 13.情報処理概論
インターネット サービスプロバイダ 回線 サーバー クライアント 企業内LAN
インターネット
インターネットサービスプロバイダ スマホ、タブレット、パソコン、デジタルテレビ、 IoT機器、企業内LAN(イントラネット) 02.情報処理概論 01.情報処理概論

インターネットからデバイスへ-有線(LAN)、無線LAN(WiFi)-

スマートフォン、タブレット、PCといったデバイス(端末)とインターネットをつなぐには、キャリア(回線業者)とインターネットサービスプロバイダと契約します。 ライトをつけるのに、電力会社と契約するようなものです。

回線(Line)の種類
種類規格など伝送路通信速度特徴 業者など
光回線 FTTH 2008頃~ 光ケーブル 高速固定 NTT東日本・NTT西日本(サービス名:フレッツ光) KDDI(サービス名:auひかり) NCV など
モバイル 3G(2024年に廃止)
4G/LTE(地方未対応)
5G(首都圏のみ)
電磁波 低速移動または固定 FOMA(NTTdocomo)(3G)、 Xi(クロッシィ)(NTTdocomo)(4G/LTE)、 UQコミュニケーションズ(サービス名:WiMAX)など
電話回線 ADSL(2024年に廃止)
ISDN(2024年に廃止)
電線(メタリックケーブル)低速固定 NTT東日本・NTT西日本(サービス名:フレッツADSL)、 NTT東日本・NTT西日本(サービス名:INSネット)
02.情報処理概論 06.無機工業化学 04.技術者倫理

たとえば山形大学米沢キャンパスの地元のケーブルテレビ NCVは、 回線とプロバイダが一体サービスのプランがあるので、回線使用料と、プロバイダ料がコミコミです。

インターネットのための 接続機器の種類
機器
モデム、光回線終端装置(ONU) 回線
ルーター、WiFiルーター、 メッシュWiFiルーター PPPoE接続
スッチングハブ スター型配線のLANを形成する
01.情報処理概論 02.情報処理概論

WebClass 【課題】自分のデバイス(端末)からの通信速度は? 通信速度を測定してみよう。


SNS

コミニュケーションには、実名か匿名かを問わず、認証が必要です。 そのため、コミニュケーションのためのアプリはアカウントを必要とします。

SNS
サービス説明
ライン (Line) 電話番号が必要、スマホをトークンとして、SMS認証
フェイスブック (facebook) メールアドレスが必要
ツイッター (twitter) メールアドレスが必要
インスタグラム (instagram) メールアドレスが必要
スラック (slack) google,facebookで連携可能
スナチャ (Snapchat) 消える系SNSの老舗
WebRTC Chat on SkyWay NTTの 消える系SNS
消える系SNSとは、記録が残らないSNSを指します。

テレワークや遠隔授業

テレワークや遠隔授業はいずれも通信環境を利用してのことです。

コミニュケーションの情報共有、感情共有について通信技術とデジタル技術がどこまで役にたつのか、またその限界はどこなのか考えてみましょう。

きめ細かな情報を送れば、パケット代金がかさみます。文字だけでは、つたえきれない部分もあります。

電子会議システムには、Web会議システムとテレビ会議(ビデオ会議)システムがあります。テレワークや遠隔授業では、これらの電子会議システムが活用されることもあります。

テレワークのためのビデオ会議サービス
サービス説明
ズーム (Zoom) googleアカウントで連携可能
スカイプ (Skype) Microsoftアカウントで連携可能
ヴィキューブ (V-Cube)
タームズ (Terms) Microsoftアカウントで連携可能
ミート (Meet) googleアカウントで連携可能
カメラ、 🎤マイクディスプレイ、 🔊スピーカーなどが必要
12.無機工業化学 02.情報処理概論

デジタル化と文字

アナログ表示とデジタル表示
項目 デジタル アナログ
表現
05:00
特徴 数字(文字

測定数値を正確に表現

角度長さ

連続的で微妙な変化を一目で直感的に表現

精度 有限(桁数) 無限
時間遅れ※1 あり なし
媒体 間のコピー 容易・高速
順序※2 あり なし
約束事 あり なし
曖昧さ なし あり
感覚 論理的 直感的

※1. 地上デジタル放送になって、テレビから時報が消えました。 それはデジタル情報には、時間遅れが必ず生じるからです。

※2. デジタルを送るには順序が必要です。エンディアンやバイトオーダーなどと言われます。 シリアライズと同等の概念です。 本質的には言語の線条化と同じ概念です。

スマホアプリを作ってみよう~Javaとセンサ~ アナログとデジタルの相互変換
https://car-me.jp/articles/14046 http://www.mmjp.or.jp/south/06.html

アナログ通信とデジタル通信

193
アナログ通信とデジタル通信
©K.Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52210/_02/analogue_digital.asp

AM変調とPCM変調

192
アナログ通信とデジタル通信
©K.Tachibana
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52210/_02/AM_PCM.asp

情報とエネルギー

  1 情報を維持するのに必要な エネルギー
種類説明
情報 100TB 動画(約120分)×1000本×100人ぐらい
2TB×40+4TB×12+600GB×17, キャッシュ用SSD
最大電力 1600W 設計最大消費電力,家庭用 電子レンジ2台分
実測電力 1350W 2021/10/29 05:00現在の測定値
年間電力量
(電気エネルギー)
11834.1kWh
年間電気代 355023円 1kWhあたり30円で算出
年間排二酸化炭素 6.1418979t 東北電力の基礎排出係数0.000519tCO2/kWhより算出
ソーラーパネル面積 20.25㎡ 1kWあたりに必要なおおよその面積を15㎡として算出
学術情報基盤センター https://ftp.yz.yamagata-u.ac.jp/運用実績より。 通信速度は、実質1Gbps平均です。設計上の最大速度は5Gbpsです. 01.エネルギー化学 02.エネルギー化学 02.情報処理概論 11.情報処理概論

備忘。 7号館のパネルの面積は,忘れました.図面見て計算します. 10kW分のパネルです.7号館は,10kWのシステムが4台,並列でつながっています<パワコン4台 そのうちの1台が 学術情報基盤センター 米沢分室に送電されています.太陽光の電池は, リチウム電池15kWhです44,730,000円


通信とエネルギー

情報通信に必要な エネルギー
種類説明
通信速度 5Gbps 光ケーブル
電力 23.2 W 家庭用 電子レンジ?台分,4.6W/ポート※
年間電力量 203kWh
年間電気代 6,101円 1kWhあたり30円で算出
年間排二酸化炭素 0.11t 東北電力の基礎排出係数0.000519tCO2/kWhより算出
学術情報基盤センター が提供する1000Base-Tの1ポート当たりの消費電力から算出。1ポート当たりの消費電力は米沢キャンパス全体の通信機器の消費電力を使用しているポート数で除算した。 学術情報基盤センターの通信機器は実測値を用い,それ以外に設置されて通信機器はカタログに掲載されている値を用いた。 02.情報処理概論

エネルギーと温暖化ガス

46 温室効果ガス
温室効果ガス 地球温暖化係数 原因となる人間活動
二酸化炭素 1 エネルギー アンモニア 製造、ソーダ石灰ガラス又は 鉄鋼製造ソーダ灰の製造、 エコキュート
メタン 25 稲作など
一酸化二窒素(亜酸化窒素)N2O 298 廃棄物等の焼却もしくは製品の製造 の用途への使用・廃棄物燃料の使用
HFC(R32) 675 最近の エアコン ネオキュート エコワン
HFC(R410A) 2090 古い エアコン
06.技術者倫理 未来へ向けて

データ通信技術

のろしから電気分解,電信,無線電信,電話へ

有線通信と マイク

「ワトソン君、すぐ来てくれ!!」が電話で伝えられた最初の言葉だった。 当時、音声をどうやって電気信号に変換するかが電話の技術上の課題だった。 エジソンと熾烈な電話開発競争をしていたベルは硫酸マイクを使った実験をしており、 うっかり硫酸をこぼしてしまい、あわてて隣の部屋で実験の相手をしていたワトソンを呼んだのだという。

硫酸の電気分解
ピカッとさいえんす 「電気と磁石の深~い関係」
1820 ハンス・エルステッド 電流の磁気作用を発見

遠くに情報を伝えたい,遠くの情報を知りたい.最近,高齢の親父の声聞いてないなぁー.

無線通信

  2 電磁波
大分類 小分類 周波数 波長 用途
長波
中波(MW) 📻ラジオ放送
短波(SW) 📻ラジオ放送
VHF 📺アナログテレビ放送
UHF 470MHzから710MHz ( 地上デジタル )、 700M~900MHz( 4Gプラチナバンド ) 0.42~0.63m 0.33~0.42m 📺テレビ放送、 📱スマホ
マイクロ波 1.5G~3.5GHz( 4G ) 、 2.4GHz/5GHz( WiFi ) 3.7GHz/4.5GHz( 5G) 28GHz(5G) 90G~300GHz( 6G) 0.99~3.33mm 電子レンジ、📱スマホ、 📶WiFi
赤外線 遠赤外線 0.2~74THz 4μm~1000μm 床暖房
近赤外線 1310nm,1550nm 光ケーブル
可視光 650nm (CD,DVD) 音楽記録 映像記録
405nm ( ブルーレイ ) ビデオ記録
紫外線
X線 ☢レントゲン
ガンマ線 ☢γナイフ
04.技術者倫理 02.情報処理概論 01.エネルギー変換特論 総務省電波利用 5Gプラン
学術情報基盤センター アクティブラーニング室 展示スペース 教育ゾーンのパネル

WebClass 【課題】ケータイ電話をなくしたら? ケータイ電話なくしたらどうしますか?ノートに記入して、ウェブクラスに提出してください。

ダイヤルアップ接続からインターネット接続

いつでも,どこでも,情報を検索したい.<電話をかけて時間当たりの情報を得る<ダイヤルアップ

家でも,インターネットをしたい>ダイヤルアップによるインターネットの利用

ダイヤルアップ接続は,電話料金がそれなりかかる.常時接続タイプの固定料金モデルができなか?CATVインターネット,ADSL,FTTH(光ファイバー)へと家庭のインターネット接続方式は変化をした.

インターネットを支えるガラスファイバーは高い透明度と高精度な寸法(9ミクロン)で作られている。


ガラスファイバー

インターネットはなぜ切れないか?

インターネットはメッシュ構造になっている.あれあれ,でもそんなことしたら迷子になったり, ループしたりしないの?
教科書:情報技術基礎,p.74, コロナ社
山形大学最初に取得したIPv4アドレス,

BGPとGTM,地域IP網,NGN

マルチホーム接続図

BGPによるマルチホーム化,山形大学のバックボーンネットワーク: AS131159, IPv4/IPv6 Dual

山形大学のバックボーンネットワーク

教科書:情報技術基礎,p.74, コロナ社

参考書:あきみち・空閑洋平共著,インターネットのかたち


安定したバックボーンネットワーク

SINET4
OCN
SINET5 国内バックボーン,p.15

DNSを使った可用性の向上→GTM(Global Traffic Manager)

DNSインフラの可用性を大幅に強化し、同時に外部脅威対策を含む セキュリティ強化も実現,Global Traffic Manager, f5
複数のデータセンターおよびクラウド環境全体でグローバルなロードバランシングを実現, Global Traffic Management, Akamai

地域IP網, FTTH,NGN

NGN: 従来の電話網がもつ信頼性・安定性を確保しながら、IPネットワークの柔軟性・経済性を備えた、次世代の情報通信ネットワークです。
教科書:情報技術基礎,p.75, コロナ社


通信速度の高速化<光ファイバーの登場

通信媒体には無線と有線がある。 無線にはのろしも含まれる。誰からも見られるので暗号化が不可欠だ。 有線は 電話 に見られるように 銅線 や 光ファイバー を使う。なぜ 銅線 光ファイバー なのか?ほかの材料は使えないのか?

2017年に100Gbpsの接続サービスの登場
http://www.jpnap.net/jpnap-tokyo-i/basic.html
http://www.jpix.ad.jp/jp/service/price.html
http://www.kddi.com/business/news/information/131217/

通信速度の高速化と消費電力

インターネットの普及が進むにつれて,通信機器の性能を上げながらも消費電力を抑える試みがなされている.  デジタル化が進むにつれて,さらに,通信量の増大に如何に対応するか?

本学の通信ネットワークの歴史
年代キャンパス内バックボーン方式安定性ルータ機能特徴
センター建物
1994 FDDI × 全ての部屋に10MbpsのLANを提供
1996 ATM × 動画配信が可能な100MbpsのLANを希望者提供
2001 GbE 全ての部屋に100MbpsのLANを提供 Firewal, VLANの導入
2009 GbE × 全ての部屋に1GbpsのLANを提供, ルータ機能をセンターに集約, VRFの導入
2018 GbE × 10Gbpsの上流回線に対応, レンタル物品への切替
学術情報基盤センター の導入記録より.
通信機器の 消費電力
年代名称スイッチ性能 / Gbps消費電力 /W1Gbps当たりの消費電力 / W/Gbps説明
1994 DEC GIGAswitch 3.6 1250 347 FDDI方式(100Mbps/ポート)
1995 Fore ASX-1000 10 1200 120 ATM方式(155Mbpsまたは622Mbps)
2001 CISCO Catalyst 6509NEB 256 1500 6 イーサーネット方式, ルータとしての機能も有する.
2009 CISCO Catalyst 6509-E 720 2000 3 イーサーネット方式, ルータとして機能することはもちろん,VRF(仮想ルータ)の機能が追加された.
2018 CISCO Catalyst 6807XL 6000 3000 0.5 イーサーネット方式,レンタル物品への切り替わった.最新のモニタリング結果は,2985.84Wであった.
学術情報基盤センター の導入記録より.
西暦 y / 年消費電力 P / kW1990200020102020203010.08.06.04.02.00.0 L 555.555555555556 122.819022466918 L 416.666666666666 162.316256027897 L 555.555555555556 122.819022466918 L 416.666666666666 162.316256027897米沢キャンパス全域基幹スイッチ
.山形大学の 基幹通信機器 と 建物までの通信機器 の消費電力の年代別推移
02.情報処理概論より

インターネットサービスプロバイダと料金契約

回線利用料金とプロバイダー料金
回線利用料金とプロバイダー料金がセットになった契約も登場

IPアドレスの枯渇とIPv6化

設問:IPv4アドレス=133.24.1.1は枯渇して新規割り当てができない状態である.IPv6アドレスになるだろうか?
https://www.nic.ad.jp/ja/ip/ipv4pool/

WebClass 【演習:ウェブクラスアンケート】月々の通話時間はだいたいどれくらいですか? .→提出先

WebClass 【演習】インターネットの通信経路の選択と名前解決について図と文章で記しなさい. .→提出先


スマートグリッドと電力自由化


インターネット スマートグリッド
インターネット
スマートシティ

電力見えるかとスマートグリッド

電力 の見える化が進む中、なぜガスや 水道などのライフラインの見える化は進ないんだろうね?
東京水道マイネット・サービス 見えるかが進んでも、見る人の時間が奪われてしまう。
人に代わって機械が見てくれるM2Mが進まないのはなぜだろうね?
家電対応してくれないなら、せめて配電盤とタップだけでも
まずは センサー だよね?
それからアクチュエータ
IoTだね!
LEDとリチウム電池で育てるイネ スマートタップ
スマートタップ
スマートタップ
Kinoma Create
http://hitoriblog.com/?p=24191
http://www.hiramine.com/physicalcomputing/netremotecontroller/index.html

スマートグリッドと太陽光発電は切っても切れない.そんな中で,蓄電池と太陽光パネルを組み合せた停電モード搭載冷蔵庫がシャープから発売された.

関連:サーバ室の温度監視・太陽光発電受電モニター(現在開発中)

スマートグリッドのモニタリング規格

電力の再編が進んでいる。情報網と電力網をあわせたスマートグリッドだ。

  2030エネルギーミックス
電源分類 資源 2010実績 2030目標
再生可能エネルギー 10 22
地熱 0 1.1
バイオマス 0 4.6
風力 0 1.7
太陽光 0 7.0
水力 10 9.2
原子力 25 22
火力 65 56
LNG 29 27
石油 10 3
石炭 26 26
無機工業化学 エネルギー化学 情報処理概論 技術者倫理

バイオマスは、カーボンニュートラルという考え方に基づいており、 長期的に二酸化炭素の収支に影響を与えないと考えられています。

エコーネット(ECHONET)コンソーシアム

http://www.echonet.gr.jp/

KNX

http://www.knx.org/knx-en/index.php#

IEEE1888

Wi-SUN

エコーネット規格書

http://www.echonet.gr.jp/spec/spec_v321.htm

エコーネットライト規格書(ECHONET Lite)

http://www.echonet.gr.jp/spec/spec_v111_lite.htm

電力自由化

☆2016年から家庭部門の電力も自由化が予定されている
http://www.fepc.or.jp/enterprise/jiyuuka/
1993年(平成5年)、総務庁(当時)のエネルギーに関する規制緩和への提言を契機に、電気事業審議会での審議が始まり、
1995年(平成7年)4月の31年ぶりの電気事業法改正以後、3回の法改正によって、独立系発電事業者(IPP)の新規参入や既存の電力会社以外の特定規模電気事業者の小売が認められた
自由化範囲は2000年(平成12年)3月に使用規模2000kW(キロワット)以上が対象となって
2004年(平成16年)4月から500kW以上、
2005年(平成17年)4月から50kW以上へと段階的に拡大されてきました。
これに対して電力会社は経営の効率化に努め、電気料金の引き下げと料金メニューの拡大を行ってきました。

電力会社以外の電力供給業者

エネット

http://www.ennet.co.jp/about/opinion/liberalization.html

IIJ

http://www.iij.ad.jp/news/pressrelease/2015/0219.html

山形大学小白川キャンパスの電力契約

http://www-gpo3.mext.go.jp/kanpo/gporesult1.asp
山形大学小白川キャンパスで使用する電気 契約電力 1,440kW 年間予定使用電力量
年間予定使用電力量 5,436,300kWh
落札価格:104,194,902円(単価/式)
落札:株式会社エネット(東京都港区芝公園二丁目6番3号)

設問:エネルギーの源は何だろう.

生き残り戦略

WebClass レポート 通信機器のスケッチとその用途の調査 ~展示物が伝える言葉~

問1.学術情報基盤センター アクティブーラーニング室展示スペースに展示されている情報機器の1台について、ノートにスケッチしてください。 スケッチをしたら、スケッチに右下に日付とサインをしてください。スケッチの写真をウェブクラスに提出してください。 スケッチの仕方は,中学校の理科の教科書や副読本にも書かれていますが,一筆書きで書いてください.

問2.スケッチをした情報機器の用途について調査し、その調査内容をウェブクラスに記述してください。ただし,調査内容は本学のウェブサイトに記載されている内容や展示物のパネルに書いてある内容以外の内容を調査してください..

問3.情報機器の用途を調査したときの参考文献(出展)をSISTの記述方法に従って、ウェブクラスに記述してください。

問4.問1~3の課題を本学の公開用ウェブシステムを使って、公開し、そのURLをウェブクラスに記述してください。

なお,新型コロナウイルスの影響により,三密を避けるようにしてください.また,アクティブラーニング室への入室は,学術情報基盤センターの管理室に聞いて,その指示に従ってください. 提出期限は,授業最終日の授業開始時刻とする.新型コロナウイルスの影響により,本課題ができない場合は,別のレポート課題を行ってください.

※参考文献の記述方法と公開用ウェブシステムの使い方は.次回以降に説明します.

補足(最新話題)

HDMIとHDCP

HDCP=コンテンツが不正にコピーされるのを防止する著作権保護技術→公開鍵暗号方式

MiracastとHDCP

WebClass 【課題】ライフラインの見直し? 電気、ガス、情報通信の契約プランを見直すとしたらどうなるか?またそのリスクはどうか?ウェブクラスにアップしよう。 .→提出先

蓄電・蓄エネをインフラに頼らない自エネ組。エネルギーマネジメントも自分たちで。


02. データ通信技術からスマートグリッドまで~ライフラインとしてのインターネット~
太陽がくれた1キロワット毎平米―エネルギープラント―
エネルギーの種類と物質

情報技術とコミュニケーション-電信、電話、メール、SNS,電子会議システム、電子書籍、電子出版-

電信が発明されてからというもの、電話、メール、SNS,電子会議システム、電子書籍、電子出版と電子メディアの発達は大きく変化した。 符号を伝える、文字を伝える、音声を伝える、写真を伝える、動画を伝える、リアルタイムの双方向コミニュケーションも。 2020年のコロナウイルス禍で、電子会議システムやウェビナーが一気に普及した。

スマホがなくなったら―情報とメディア、家電―

山形大学 大学院 理工学研究科 C1ラボラトリー
〒992-8510 山形県米沢市城南4丁目3-16 3号館(物質化学工学科棟) 3-3301
准教授 伊藤智博
0238-26-3573
https://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/

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