ITフォーラム2020 AITC(6)

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『安心安全な空気を読む家』
を縁の下で支える空間OS
2020年2月7日
先端IT活用推進コンソーシアム
ビジネスAR研究部会
日本総合システム株式会社中川雅三

アジェンダ
• 空間OSとは
• なぜ空間OSか
• どう使うか
• 試作の現状と今後
2

空間OSとは
• その場所にある様々なエージェント(ロ
ボット)を連携させる「メタOS」。寿命数
十年以上目標。
3
空間OS
最初は「家」で実装開始

実体
• 物理世界をモデル化する拡張RDFストア
– 名前空間：共通語彙、ローカルな語彙
– グラフデータベース
– 値・構造変化のリアルタイム反映と変化のプッシュ配信
– 内部エージェント（ストアドプロシージャ）
– アクセス権限制御
4
センサー、
エージェント
アクチュエータ、
エージェント
RDFストア物理世界
拡張
LOD

構成
5
Cyber-Physical RDF
権限フィルタ
物理ノード（現在値・履歴）
一般情報
SPARQL
内部
エージェント
HTTP + WebSocket
空間OS
LODとの対比
ツール群
“The layer cake” T.J. Berners-Lee W3C 2007.3

試作実装
6
RDFストア
(Apache Jena)
拡張SPARQL
・動作指示
・アクセス制御
現在値ブローカー
・即時配信
・RDFストア反映
・時系列記録
拡張ストア
エージェント
HTTPサーバ
CPLOD
GET/PUT/POST
WebSocket
プロトコル
アダプタ
空間OSサーバ
Apache JENAを改造

「OS」？
• 空間OSと既存OS（Linux）の比較
OS:ハードウエアの抽象化と資源管理
7
Linux 空間OS
実行単位プロセスエージェント
OSアクセスシステムコール HTTP+WS
API ユーザランドlib アダプタ
データ表現バイナリテキスト＋JSON
I/O抽象化ファイル＋ioctl 物理ノード
デバイス制御デバイスドライバデバイスエージェント
プロトコルコンバータ
メタデータ・設定 Man, procfs RDF

デモの構成
8
空間OS
サーモグラフィ骨格抽出
Looking
Glass表示・UI
スマート照明
物体検出

空間OSがめざすこと
総連携によるITのインフラ化：空間のAR
• 新産業分野の創出
• 地域社会の活性化
• 持続可能社会の実現
– AR産業論もご参照ください
http://aitc.jp/bizar/theTheoryOfARIndustry/100years.html
9
2014年発表から

解決したい課題の例
• 2025年日本
– 65歳以上の人口が30%を超える
– そのうち1/5が認知症
• 貧困、高齢化、地方の過疎化、環境問題…
– 日本だけではない。
10
2016年発表から

コンピュータによる支援
• コンピュータをインフラ化して、様々な用途で活用
できるようにすれば、課題解決に貢献できる。
– インフラとは：水道、電気、交通機関 etc…
• 今のコンピュータはインフラとはいえない
– 「どこでも誰でも使えるシステム」ではない。
例：その介護センサーが使えるのはA社のサービスだけです。
– 「ここだけ貴方だけのためのシステム」を永続化でき
ない。
例：他プロバイダのスマホへ買い替えたら、以前の設定は使え
ません。
→ 今は情報技術のポテンシャルを使いきれていない。
11
2016年発表から

多様な分散処理の実現
• 身の回りのデバイスを巻き込む分散処理
12
村井純教授
「…それから分散処理。実は全然できてないの
がこれなんです。さっき自律走行と交差点の話
をしましたが、たとえばこの部屋にはノートPCや
スマホなど、コンピューターが10台くらいありま
すよね。でも、インターネットにはつながっていて
も、自律的にお互いにつながって一緒に処理す
ることはありません。」
iNTERNET magazine Rebootより
https://internet.watch.impress.co.jp/docs/imreboot/
column/1094016.html
2017年発表から

「一生・代々」の使用
13
• 新旧デバイスの混在
• 100年単位のデータ保存と利用
事業や企業より長生きに
2017年発表から

社会への参加
• デバイスが社会の一員となる
– デバイスの社会
– 人間の社会
14
人をユーザとしたデザインから
社会をユーザとしたデザインへ
2017年発表から

先月のニュース
• IoT機器の怖いところ
https://japanese.engadget.com/jp-2020-01-22-under-
armour-3-31.html
15
空間OSの歩みはのろいが、
世の中ものろかった…

たとえば
• 住宅にコンピュータインフラがあると
– 住宅の制御：空調、警備、電力制御…
• 互換性：引っ越しても使える
• 永続性：数10年後にも使える
• 普遍性：どの家にもだいたいある → 「業」が成立
する
– 関係者の連携：ご近所、出入り業者、行政、ボランティ
ア…
• ビジネス・サービスのプラットフォーム
– 社会との連携：親戚、友人、サークル、会社、世界…
• 生きがい・貢献
17
2016年発表から
「スマートホーム」は
インフラとは言えない

ローカル実行も重要
• クラウド
– 安定・均一
– 資源無尽蔵
• ローカル
– プライバシー
– リアルタイム
– 災害・危機対応
18

総連携
• 空間軸での連携
– あらゆるコンピュータの相互運用
• スマホ、TV、エアコン、ロボット、HEMS、クラウド…
• 時間軸での永続的な連携
– 古いデータの利用
例：一生の生活データから疾病を予防
– 未来へのメッセージ送信
– 新旧の機器の相互運用
• 人・社会との連携
– 「人」を構成要素とするシステム化
20
2016年発表から

人・社会と機械の連携
• 現状のIT
– サービス対象は「ユーザー本人」だけ
• しかも「成人の健常者」「小学生」といった限られたセグメント対象。
– 「例外」は切り捨て
• 機械に処理できないことは避ける。
• 汎用的なセキュリティのために利便性を犠牲に。
⇒ 総連携で
– ITデバイスが人と連携したり、人の連携を助けたりする
• たとえば高齢者の生活にかかわる人たちの連携を助ける
家族、ご近所、宅配業者、かかりつけ医師、行政サービス、ボランティア…..
→提供企業がすべてを作るのではなく、現場の人が工夫できる。
→機械にできないことを人がサポートして、より安全・安心に
→個人の情報や機器を公共利用（本人が許す範囲で）
21
2014年発表から

総連携を阻むもの
• 互換性が無いから連携できない。
– 規格が孤立している：制定者の都合でできている
• エアコンの規格には、「窓を開ける」という選択肢は無
いだろう。
– 必要な規格を作れない：作る方法がわからない
• 業際、新興ビジネス、個人・グループ…
– 規格は長くは使えない : 寿命規格＜事業＜企業＜人生＜代々
• 特定の用途や使い方だけを想定している。
• 「変化」を設計していない。
22
2016年発表から

最低限実現すべき
• 誰もが規格を理解し規格を作れる
– 全デバイスが、互いに理解できる言語で通信
できるようにする。
– 全ての動作について、同じ言語で記録に残せ
るようにする。
23

LODなら解決できる
• 高い抽象度・分散アーキテクチャ
– OSや言語に依存しない
– 構成要素を入れ替えられる
• 名前空間の隔離
– 誰でも勝手に規格を作れる
– 勝手に作った規格を公開できる
• RDF:柔軟なデータ構造＋メタデータ
– あらゆるデータ構造を表現できる
– 「変化」への対応を設計済み
24
しかし
データ共有の規格であって、
サービス共有はできない。
Linked Open Data
2016年発表から

物理世界拡張(CPLOD)
• 情報の実時間共有の機能をLODへ追加する
– 物理空間とのリンク
– 状態変化の通知と記録
– アクセス権限の制御 → 個々のノードとリ
ンクを、相手を選んで公開
→ セキュアにAPIを公開できるようにする
引数だけでなく、「コンテキスト」も渡せる
API
25
2016年発表から
現試作では未実装
実験で可能性は確認

空間OSの実体
• 物理世界をモデル化する拡張RDFストア
– 名前空間：共通語彙、ローカルな語彙
– グラフデータベース
– 値・構造変化のリアルタイム反映と変化のプッシュ配信
– 内部エージェント（ストアドプロシージャ）
– アクセス権限制御
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センサー、
エージェント
アクチュエータ、
エージェント
RDFストア物理世界
拡張
物理ノード

物理ノード
27
CPLOD:動的RDFストア
データ利用
エージェント
データ生成
エージェント
時系列ストア
データ利用エージェント
（ブラウザで実行）
物理ノード
メモリマップドI/O
に似ている

一般知識・データ
オントロジー、ルール、
気象情報、サービス、…
エージェントメタデータ
クラス定義、機能定義…
「家」での空間OS
空間OS：動的RDFストア（非公開）
LOD (公開）
ローカルナレッジ
家族構成、間取り、契約…
人間API
会話、外部連絡、忖度…
管理エージェント
安全、空調、電力…
認識・解釈エージェント
人・ペット・環境…
センサー・アクチュエータ
温度計、マイク、カメラ、エアコ
ン、掃除ロボット…
プロトコルコンバータ
エージェント
＝Web Servcie
他の空間OS
知
識
共
有
黒
板
モ
デ
ル
2019年発表から

プログラミングモデル
29
動的RDFストア＝マルチレイヤー黒板（レイヤー境界は曖昧）
事実
解釈・決定
解釈・決定
解釈・決定
…
抽象
レベル
低
（具象）
高
エージェント
エージェント
エージェント
エージェント
センサー
アクチュエーター
ロボット
認識・解釈エー
ジェント
管理エージェント
人間API
いわゆる
IoT
人と機械をとりもつ
エージェント
2019年発表から

空間OSの連携
• すべての空間OSは互換・対等：相互運用できる
– 他の場所の空間OSとセキュアに連携する
• 場所や組織の包含関係によるTree状接続
• 用があれば直接接続
– 実空間・仮想空間どちらも扱える
30
政府・自治体
住宅オフィス店舗
公開サーバ
企業・サークル
…

試作の現状と今後
• 空間OSのユーザはエージェント
– 様々なセンサー、ロボット（エアコン、掃除機）…
– クラウド上のサービス、他の空間OS
– 人間
• エージェント基盤としての空間OS
– アーキテクチャの統一黒板モデル
– プロトコルの統一 HTTP+WebSocket
– データフォーマットの統一 RDF
– 実行記録
– 開発環境と本番環境の統一
• 規格制定基盤としての空間OS
– 規格の機械語
→ 規格のコンパイラを作りたい
31
2019年発表から
規格を形式的に
記述できる
現状
今後

空間OS 2019
• ツール
データ構造をプログラミング言語で表現
– コンパイラ： Java → OWL+RDF
– 逆コンパイラ： OWL+RDF → Java
• 物理ノードの構造化
– 入れ子クラス構造
– メッセージキュー
• インスタンスの生成管理
– クラス定義からのインスタンス生成
32
Java以外の
実装も可能

空間OS202X
• アルゴリズムもRDFへコンパイルしたい
用途：
– ソフトウエアの永続化 → 論理的な環境すべてをデータとして永続
化
• 次世代マシンへデータとアルゴリズムをコピー
• 使用する時代のプログラミング言語へ変換して実行
• 人間にも可読にする → メンテナンス可能
– RDFストアのストアドプロシージャ
• モバイルエージェント
• 規格・バージョン間コンバータ
– IT規格の機械実行可能な定義
• 規格上のアルゴリズム記述をRDF化 → 実行プログラムへ自動変換して検証
• 規格へのツール同梱
– サンプルデータ生成器
– データ検証器
– シミュレータ
– コンバータ
33
すべてをデータ化
世代交代をコピーで

http://aitc.jp
https://www.facebook.com/aitc.jp
ハルミン
AITC非公式イメージキャラクター
34

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