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 🏫 Web Class files syllabus 52210 * 情報機器の準備 ウェブ講義の接続

区分	項目	説明
デジタル通信／伝送	符号化	数字、文字、誤り訂正
	パケットロス
	遅延時間
	パケットの到達間隔の揺らぎが小さい	動画や音楽の視聴や、ネットゲームでは、影響が大きい。
アナログ通信／伝送	媒体	空気圧（ゲージ圧、20～100kPa）、電流（4～20mA）、電圧（1～5V）など。 0の値を最小としないのは、信号系の断線検出のため。
	ＳＮ比	信号に対してのノイズの割合
	ダイナミックレンジ

02 情報処理概論 02 品質管理

デジタル伝送には、直流信号（ベースバンド信号）と変調信号がある。また直列伝送（シリアル伝送）と並列伝送（パラレル伝送）がある。また伝送路は減衰特性を有する。 光ファイバの減衰特性（伝送損失）は、0.2～0.3dB/km程度である。

^{1 )}

サービス	説明	アカウント連携
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, アップルＩＤ 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。 ◇ ソーシャルアカウント

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

状態		備蓄	輸送
モノ		野積み（固体）、タンク（液体）・ボンベ（気体）	拡散（🧪化学イオン、🔥熱）、対流（🧪物質、🔥熱）、 🖱 泳動（🧪イオン）
エネルギー		電池	送電（電気）、輻射（🔥熱、🌟光）
情報		ダウンロード・記録	ストリーミング配信・ 通信
カネ		預貯金

時間。 静的か、動的か。 ためておくか、動かすか。 平衡論か速度論か。 コンデンサか抵抗か。

米沢キャンパスだけで、 1500kWもの 電力を使っています。 太陽光発電で賄えるのは、 昼間の日光があるときで、せいぜい30kW。 再生可能エネルギー の太陽光だけでは、電気が全然足りません。

スマートグリッドでは、 センサーを使って電力を計測し、インターネットの通信を使って、発電量を制御します。気候に左右されやすい再生可能エネルギーでは、余剰電力を電池に蓄えます。

種類	量	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 〇電子レンジ2台分
実測電力	1200W	2023/3/25 10:00現在の測定値
⚡年間電力量 (電気エネルギー)	10519.2kWh
年間電気代	315576円	1kWhあたり30円で算出
年間排二酸化炭素	5.4594648t	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	18㎡	1kWあたりに必要なおおよその面積を15㎡として算出
リチウムイオン電池	15kWh	家庭用蓄電池１台分

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．

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

種類	量	説明
通信速度	5Gbps	メタルケーブル
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

---

• IP電話、光電話、携帯電話、通信キャリア、回線、プロバイダ
• 山形大学の無線ＬＡＮ
• SIMフリー、データローミング

  0036　0033 0077 0088

• プロバイダの選択と契約まで

---

◇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。

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

大分類	小分類	振動数 （周波数）	波長 λ( ラムダ) *	用途
長波		40kHz	7.5km	電波時計
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)	125mm 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	赤		650nm (CD,DVD)	音楽記録 、 映像記録
	緑	566THz	530nm
	青		405nm ( ブルーレイ )	ビデオ記録
紫外線
Ｘ線				☢レントゲン ☢結晶構造解析
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 スペクトル 総務省電波利用 5Gプラン 波長λ×振動数ν＝光速度c

人間が、直接 認識できるのは、 電磁波のうち、可視光と一部の赤外線だけです。

【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

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

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 や 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？

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	△	×	〇	全ての部屋に10MbpsのLANを提供
◀ ◇ 第四次産業革命 （ ネットと ビッグデータ）
1996	ATM	△	×	〇	動画配信が可能な100MbpsのLANを希望者提供
2001	GbE	〇	〇	△	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

02.情報処理概論 学術情報基盤センター の導入記録より．

年代	名称	スイッチ性能 / Gbps	消費電力 /W	1Gbps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)
◀ ◇ 第四次産業革命 （ ネットと ビッグデータ）
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．

02.情報処理概論 学術情報基盤センター の導入記録より．

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/

【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

【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

---

スマートグリッドでの情報通信の流れ

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。

表   17 .    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 （ ランキンサイクル）		25	22
火力		65	56
	🧪 ＬＮＧ	29	27
	🧪 石油	10	3
	🧪 石炭	26	26

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。

項目	商用電源 /kW	ディーゼル発電 /kW	太陽光発電 /kW
平常時	18	0	2
日中の停電	0	18	2
夜間の停電	0	20	0
ディーゼル燃料切れ*	0	0	5

^*ディーゼル燃料切れとは，停電時にディーゼルエンジンの燃料がなくなり，さらに，日中太陽光発電が利用できることを意味している．通信機器だけ，動作させ，緊急用のネットワークが利用できる．

もみ殻発電機 -バイオマス発電-

二酸化炭素を減らすために，もみ殻をつかったバイオマス発電を行われている． データセンターも100%再生エネルギーによるサービス継続を目指している． データセンターのエネルギーミックを如何にするか？それともインターネットも，クラウドもつかわないか？

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）

スマートグリッドからエネルギーマネージメントへ

VtoH(Vehicle to Home)も含め，再生エネルギーを無駄なく，適切に消費するか？

電池に貯めるほうが，CO2は減る？それとも，エコキュートでお湯を沸かすか？

3．再生可能エネルギーの出力制御,東北電力

設問：エネルギーの源は何だろう．

生き残り戦略

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の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

【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。

• Zoom
• Skype
• V-Cube
• Microsoft Terms
• Google Meet

スマホがなくなったら―情報とメディア、家電―

---

• 1. 計量管理新教科書作成委員会,計量管理の基礎と応用,コロナ社,3.6. データの伝送と処理, p.55(2020-6-12)

1. ◇ 情報機器の購入からリサイクルまで～Chrome bookに至る歴史～
   • 情報機器の発展の 歴史 エニアックからChrome bookまで
   • Chrome book、スマートフォンとネットワーク
   • パソコン とその周辺機器
   • 情報機器の購入とリサイクル
2. ◇ データ通信技術からスマートグリッドまで～ライフラインとインターネット～
   • IP電話、光電話、携帯電話、通信キャリア、回線、プロバイダ
   • 山形大学の無線ＬＡＮ
   • テレワークと遠隔授業
   • SIMフリー、データローミング

     0036　0033 0077 0088

   • 電力自由化とスマートメーター
   • プロバイダの選択と契約まで－未成年の契約－
   • 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－
   • 関連講義：直交とウォルシュ関数、偶と奇関数, 数学＜桑名先生
3. ◇ 検索エンジンから特許電子出願まで～ＤＮＡ配列は特許になるか？～
   • 検索エンジン
   • 知的財産権と情報
   • 特許検索、電子出願
   • 著作権－音楽、画像、肖像権－
   • 論文検索－情報と出版－論文代行はあり？
4. ◇ 個人認証から電子決済まで～フィンテックとセキュリティ～
   • 個人特定ツールとしての電子メールと携帯電話番号
   • 住民基本台帳とマイナンバー
   • インターネットバンキング
   • 電子マネーとクレジットカード、ネットショッピング
   • フィンテック－資産管理アプリと家計簿アプリ－
   • 確定申告
   • 関連講義：行列と整数論, 数学＜桑名先生
5. ◇ ホームページの仕組みと応用－受講成果を公開しよう－

   ホームページに公開するとき amenity

   • フィッシング詐欺、サイト証明
   • レンタルサーバーの使い方
   • ◇ マルチメディア表現 （音楽・写真・グラフィックス）
   • e-ラーニング、履修登録、出席管理
   • ブログ、ＳＮＳ
   • HTML
   • xml
6. ◇ 化学式ワープロと分子軌道計算～量子力学もコンピュータで解こう～
   • 点群と空間群－結晶構造
   • 分子軌道とＨＯＭＯ、ＬＵＭＯ、電子密度
   • 反応経路探索
   • 関連講義：直交系と行列変換, 数学＜桑名先生
7. テキストファイルを変換しよう～spread sheetとjava script～
   • クラウドとファイル
   • プログラム言語 としてのjava script
   • 開発プラットフォームとしてのhtml5
8. 3D-CADを使った分子模型作成～計算結果を3Dプリンターへ～
   • ＣＡＤとＣＡＭ
   • ３Ｄ－ＣＡＤ
   • ラピッドプロトタイピング，３Ｄ－プリンタ
9. 演算処理と数式処理～微分方程式はコンピュータで解こう～
   • 数式処理ソフト、 マセマティカ
   • 関連講義：微分方程式の組み立てと境界条件, 数学と化学数学＜桑名先生
10. 汎用非線形有限要素法によるCAE～工業の現場で使われるシミュレーション～
    • 有限要素法、アディナadina
    • 流動解析、アドステファン
    • 鋼材 の ヤング率 ポアソン比
    • 関連講義：微分方程式とメッシュの連続性，数学＜桑名先生
11. オペレーティングシステムとデータベース～ビッグデータと機械学習～ ～
    • オペレーティングシステム
    • データベース
    • アプリケーション
    • クラウドコンピューティグ
    • ビッグデータと機械学習
    • 関連講義：行列への変換、内積、確率、コーシー=シュワルツの不等式とAI, 数学＜桑名先生
12. サプライチェーンマネジメントと電子マニフェスト～薬品や材料の調達・管理～
    • 時と暦の基準
    • 地図と場所の基準
    • 計量の基準
    • MSDS サプライチェーンにおける アーティクルマネジメント と 電子マニフェスト
    • Ｍ２Ｍ、ＸＭＬ
    • 国際輸送、グローバルロジスティック
13. スマホアプリを作ってみよう～Javaとセンサ～
    • センサーとロボット、ＩｏＴ
    • ラズベリーパイ、マイコン、アルディ－ノ
    • プログラミング言語とＪａｖａ
    • スマホアプリの開発
    • 関連講義：AD変換とディラック・デルタ関数、数学＜桑名先生
14. ワープロと機械翻訳～多国語長文ドキュメント作成～
    • ライセンスとアカウント
    • 機械翻訳
    • ドキュメンテーション
    • アウトラインプロセッサとしてのワープロ
15. 受講ノートの仕上げと提出

---

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/

---

https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/52210/52210_02.asp

---

山形大学 データベースアメニティ研究所

〒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

http://amenity.yz.yamagata-u.ac.jp/

---

Copyright ©1996- 2023 Databese Amenity Laboratory of Virtual Research Institute,  Yamagata University All Rights Reserved.