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					  WINDS:Wideband InterNetworking engineering test and Demonstration Satellite
                                                             2003.9.5



WINDS衛星を用いた
コラボレーション型 遠隔教育システムの構築と、
アジア大学間 eラーニング実験

                                         AIT
                                                          Beijin University




                                                    MMU
WINDS利用実験に向けた、
筑波大学、KDDI㈱、NASDAによる共同研究としてのパイロット実験
                      目次
1 eラーニング実験の概要
  (1) eラーニング実験の狙い
  (2) パイロット実験の全体像
  (2) 本実験におけるeラーニング取り組み内容
  (3) 本パイロット実験取り組みの特徴
  (4) コラボレーション型システムによるeラーニング効果
  (5) コラボレーション型遠隔教育システムの特徴
  (6) 実験イメージ
  (7) 実施体制
2 実施状況/これまでの成果/今後の予定
  (1) ネットワーク分野
     ①実施状況
     ②実施内容における技術的意義
     ③今後の予定
  (2) 教育分野
  (3) 実験評価の観点
  (4) 全体スケジュール
                 eラーニング実験の狙い
国内・アジア太平洋地域の大学をマルチ接続する高度遠隔eラーニング
   – eラーニング教材の共同開発と遠隔講義を通じて、eラーニング技術や経験を大学間で共有し、
     インストラクショナル・デザイナーやIT技術者等、eラーニング関連人材を養成

   – e-Japan戦略II、アジアeラーニング・イニシアティブ(ASEM+日・中・韓経済大臣会合)等への貢献
          •   IT利用の遠隔教育を実施する大学学部・研究科を3倍に
          •   講師不足の過疎地への遠隔教育等、アジアの教育デジデバ問題」、等


eラーニングに必要となる遠隔教育ネットワークの形成に、
  WINDS利用を推進し、衛星ネットワーク技術と教育効果を評価
   – WINDSの特徴を活かし、国際間の
     講義・会議・交流を効率良く実現
                                               WINDS
   – 遠隔地の多くの学生に対する講義、教材配信、
     受講生の理解度をその場で把握




eラーニング: IT技術を使った、場所や時間に制限されない学習スタイ
ルで、講師と学習者をつないだ学習環境を提供し、学習情報を一元管理
                  パイロット実験の全体像
          メッシュ型ネットワークと、帯域共有技術の特徴が活かしたアプリケー
          ションをパイロット実験で開発・実証し、WINDS利用実験につなげる

                                  商用衛星




                                                                講義・教材の画面イメージ




アジア工科大学
(AIT)                                             筑波大学
                                           (大学間連携とりまとめ)

                          国内大学                                  eラーニング教材イメージ
                  JGNを介した国内大学参加の拡がり(案)




                           2003            2004     2005      2006    2007 2008―>
     マレーシア
                             パイロット実験                       ▲WINDS打上
 マルチメディア大学(MMU)
                    システム       操作訓練、              実験システムを      WINDS利用実験
                     構築      講義内容の調整、等            WINDS用に改修

                                    試行講義                         講義(WINDS利用実験)
                                            講義(パイロット実験)
      本実験におけるeラーニングの取り組み内容
•知識を「知る」ことは、それを「使える」ことである。「体験実習」、「実験」等、体験的要素を授
業に取り入れることにより、学習効率が飛躍的にアップする。しかし、全ての教育現場に実
験を取り入れることは準備等に人手がかかりすぎる
•ネット利用の「仮想体験学習(eラーニング~Web Based Training) 」の効果が注目されている、本分
野で先行している米国の経験からは、eラーニング教材開発におけるインストラクショナルデ
ザインの重要性が指摘
•本実験では、遠隔「講義」と、eラーニングの併用により、「体験的学習」を教育に取り入れ
る
•eラーニング教材の共同開発を通じて、「学習達成度」、「学習の質」を保証するeラーニング
技術や経験を大学間で共有し、アジアにおける教育デジデバ解消等に貢献
•インストラクション・デザイナーや、IT技術者養成から、留学前の日本語教育等への展開等
                      仮想アルキ
                      メデスの実
                        験
                                              仮想力学
                                               実験
コラボレーション型システムによるeラーニングの効果
• 教師からの一方通行ではなく、コラボレーション型のeラーニン
  グを目指す。テレイグシスティング技術による「ロボコン」のよう
  な共同「ものづくり」教室を目指す。
• コラボレーション型システムによる効果
  – インストラクショナル・デザイン+双方向マルチメディア
   ー> 各教科における学習到達度を保障
   ー> 一つ一つの授業単位で、「資格」に類似した保証認定を可能に
                    (教育ポートフォリオー>生涯学習)

  – キャンパスだけではなく、社会人もふくめた広範囲なIT人材育成の教育
    が可能ー>将来キャンパスだけが大学でなくなる


  – 21世紀型の新しい教育改革
       eラーニング技術やその開発経験を大学間で共有し、
 インストラクショナル・デザイナーやIT技術者等、eラーニング関連人材を養成
           ⇒アジアにおける真のデジデバ解消
       コラボレーション型遠隔教育システムの特徴

 従来の衛星利用                       WINDSのコラボレーション型
                                北京大学      タイの大学



                              筑波大学



講義形式が中心                                    マレーシアの大学
                              高度なe ラーニングを複数大学間で…


  応用例 現場からのハイビジョン画像を見ながら各国専門家が国際学術会議

                                           アジア各地の
                   トランクケース型                学会会場
                     通信機器




                                                    日本国内の
 遺跡現場(例:ウイグル自治区)              北京歴史博物館               学会会場
                                       講義とeラーニングの併用による“体験的学習”
       実験イメージ                         “体験的学習”により、記憶に残る割合が5%から70%に向上


   教育コンテンツ(コースウェア)                            実験システム(ハードウェア)

筑波大がアジアの大学等と                               スクリーンA             スクリーンB
共同で教材を整備し、右記シ     コースウェア
                                        (PC画面のコースウェア)      (相手大学の講師/先生)
ステム上でeラーニング実施     (含Webツール)

                                           プロジェクタ                  プロジェクタ
                                                        マイク
 ラーニング・マネージメント・システム(LMS)により、                          カメラ        多地点間TV会議システム
 受講生の理解度をその場で把握、管理
                                                        スピーカー
                                            講師
               各PC/多地点間TV会議システムへ

            衛星地上端末       ルーター/ハブ
                                                                 ・・・・
                          ODU / IDU
                                                                 学生


                 衛星ネットワーク                                   地上ネットワーク

                                                        JGN             JGN

                       ・・・
   AIT(タイ) MMU(マレーシア)      その他、アジアの大学       筑波大学                   国内の大学
           パイロット実験 実施体制

             eラーニング実施と大学間連携とりまとめ                                       eラーニング教材イメージ
                                                      AIT(アジア工科大学)/
                            筑波大                   MMU(マレーシア・マルチメディア大学)
教育取り組み
                                                        現在中国・北京大、シンガポール
                                                      Nanyang Technological University など
                            共同研究                                   参加表明
技術取り組み
                  NASDA                  KDDI
                                                          ネットワーク利用技術
  WINDS利用推進

                                 A局 映像メディア等
                   A大学
                   トラフィック       A局 バースト・トラフィック
                                                                 講師1                     講師3
e-Japan重点計画の一環                                                         受講者   講師2
                                                                                               受講者
                               B局バースト
としての、WINDS開発・利用    B大学           ・トラフィック
                                         B局 映像メディア等              教材1
                                                                                   受講者
                                                                                         教材3
                          帯域
                   トラフィック                                                    教材2
                                  時間

                     衛星帯域共有技術                                       メッシュ型ネットワーク
      WINDSが可能とする“コラボレーション型遠隔授業の形態”
                  Conventional Satellite                                         WINDS



                                                                           ATM

                                                 request                                      request
                             Control             Link allocation                              Link allocation
                                                 Data                                         Data


   Broadcasting          Star-type           Partly-Mesh                    Full Mesh-type

One-way            Two-way                                         All can equally participate in




                                             Pilot
                                           Experiment
                      ネットワーク分野における実施状況 (1)
                         実験システム機器の選定
 実験システムに求められる条件                   条件を満たすために選定       選定した実験システム機器と
                                  した実験システムの仕様       WINDSとのつながり



実用化を前提としたシステムによ                   直径1.8mのアンテナサイズ
りアジア地域の人材育成に貢献
⇒安価で信頼性が高いシステム                                      小口径アンテナによる広帯域通
 大学のスタッフで運用可能                     MF-TDMAによる動的な帯域   信
                                  割り当て              ⇒WINDSではさらに小さな設備
                                                    でさらなる広帯域通信が可能
コラボレーション型eラーニング
⇒メッシュ型トポロジーの実現                    双方向で十分な伝送レート
 各参加者が対等の立場で接続                    日本送信:1 Mbps
 従来はスター型がほとんど                     アジア送信:700 kbps    衛星搭載ATM交換機による柔軟
                                                    なネットワーク構築
                                                    ⇒物理回線としてもメッシュ化が可
LMSによるIDベースのeラーニング                P-P通信における論理チャ
                                                    能
⇒地上系とのシームレスな接続                    ネルでメッシュ型を構成で
                                  きるネットワーク制御

                                                    WINDS地球局へのIP接続機能搭
                                  IP網との接続における実績     載
複数メディアが混在するマルチメ
ディア型
⇒複数の混在するメディアに対す
                                  CIRの設定による帯域確保     より高度な帯域管理機能の開発
る品質保証


ID: Instructional Design
LMS: Learning Management System
                     メッシュ型/IP接続/TDMAを同時に採用する実用システムとしては日本初
                   ネットワーク分野における実施状況 (2)
                 局内ループによる動作試験/運用パラメータ検討
     •     メッシュ型動作の確認
           –   日本、タイ、マレーシア、発着の組み合わせに関係なく同じ操作でネットワークが動作
     •     SKYCAST-Lessonとの組み合わせ試験
           –   選定した機器との組み合わせにより問題なく動作することを確認
     •     運用パラメータの検討
           –   バーストサイズ、CIRの設定値、品質管理機能の優先度設定

                               Combiner      Divider


                               Divider       Combiner


タイ                        マレーシア
                                                   日本

                                                              Switching Hub




                                                             ルータ




         TV会議ソフト用受講生クライアント端末
                                    NMS用PC        NCC用WS
                         ネットワークシステム管理・監視制御用端末
                                                           TV会議ソフト用講師サーバー/クライアント端末
                ネットワーク分野における実施状況 (3)
             アジアへの機器設置および実通試験(現在実施中)
      • 無線局免許取得の技術サポート
      • VSAT局の設置工事
      • 機器の動作試験及び実通試験

                          RX    TX


                          TX    RX
                                                       筑波大学

                                                        eラーニ
                                                        ング機器

      アンテナ        アンテナ
                                       アンテナ


      通信機器        通信機器                        通信機器


                               ネットワーク管理機能            SINET
      eラーニ        eラーニ
      ング機器        ング機器
                                              eラーニ
                                              ング機器
                                KDDI
AIT                 MMU
                                実験の成果
• 局内ループによる動作試験
       – 複数局から同時に高レートのマルチキャストが発生した場合の挙動
 一般的なスター型の場合
                        VSAT局リクエスト         VSAT局割り当て
capacity
                                                                           VSAT局が利用できる帯域

                                        ハブ局割り当て
                                                  ハブ局リクエスト                 ハブ局が利用できる帯域

                                                                 time

           ・物理的にVSAT局から高レートのトラヒックが発生しない⇒ハブ局発はリクエストどおりの帯域が即座に割り当てられる
           ・伝送中の割り当て帯域は一定⇒映像ストリーミング等のアプリケーションに与える影響は少ない
           ・トラヒックのパターンによっては帯域利用が非効率的となる

 パイロット実験システム
                                 割り当て
                     リクエスト
capacity



                                                                        各VSATが利用できる帯域



                                                                 time
           ・全局で共通の帯域を高レートのトラヒックが共用することが前提⇒一定期間の平均等により割り当て帯域を決定
           ・伝送中の割り当て帯域が変動する⇒映像ストリーミング等のアプリケーションに影響を与える可能性が高い
           ・複数局から高レートのトラヒックが発生するシステムであっても、トータルの帯域を減らして効率的な利用が可能

(注)これらの挙動は各システムの設計によって異なるため、
新しいシステムを導入した場合にはその動作を検証して、運             ・MTU (Maximum Transmission Unit) サイズの設定
用パラメータ、アプリケーションの設定を検討する必要がある            ・TDMAバーストサイズの設定 等
                  WINDS利用実験に向けて
 •   利用実験立案に向けた課題
     – 輸送・通関の手続きおよび電波免許の取得
         • 相手国内の諸手続きには、相手方の主体的な動きが必須である。
         • 各国の事情に合わせたスケジュールを組むことが重要。
         • 主体的な動きを引き出すためには、早期にMoU (Memorandum of Understanding) 等を
           締結して相手方担当者の作業を後押し/正当化する必要がある。(提案前に締結する
           くらいの意気込みで!)
         • さらに、双方の類似プロジェクト(例:他の衛星案件、衛星以外を用いたeラーニング等)
           との関連も整理できることが望ましい。
 •   WINDS利用に向けた技術検討
                                               例1.フルメッシュ対応アプリの検討
                                               ・機能要求条件の検討
コラボレーション型eラーニングにおける要求条件の抽出                     ・開発手法の検討
(例)                                              既存衛星用アプリの改修、新規開発、
・同時に何人が利用するのか?                                   既存地上系アプリの改修、開発主体
・講師役のスイッチの頻度はどの程度か?                            ・技術的ハードルの有無
・リアルタイム性はどの程度求められるか?                           ・経費的な問題
・教材と映像の動機に対する要求はどの程度シビアか?
・回線品質に対する要求は?
・何種類のメディアが混在するか?(映像、FTP、WEB、etc.)               例2.高度な帯域管理技術
                                    WINDS上のシ    ・機能要求条件の検討
・メディア間の優先度設定にどの程度の柔軟性が求められる         ステム構築に向
か?                                  けた技術検討
                                                ・実装方法の検討
                                                  衛星の機能、地球局の機能、外付け?
                                                ・技術的ハードルの問題
                                                ・経費的な問題
                      WINDS上でのシステム構築に向けた技術検討 (1)
                     メッシュ型ネットワークに最適化されたアプリケーション


                                                                  (3) Raise up a hand
       講師画像、生徒画像、教材が複
       数のサイトに分散して配置され、
       同時にトラヒックが発生する。                                                      (5) Student’s movie



(4) Selection of student




                           (1) Teacher’s movie     (2) Contents




  受講者は教材、講師画像、生徒画像、教材の
  すべてを受信し、統合されたものとして認識す
  る。
                                                 (6) Teacher’s movie +
                                                 contents + student’s movie
                 WINDS上でのシステム構築に向けた技術検討 (2)
                         高度な帯域管理技術    従来型ではトータルのトラヒック量に対して
 従来型                                                                                      物理層を割り当てることしか出来ない
                 Video

                                                                                             CIR for Station A


                                                                                              Capacity assigned
                                                                                              for Station A
           FTP
                                                                                             目的
                                                                                             通信品質を保証しつつ、帯域リソー
                                              The overflow assigned at best-effort area
                                                                                             ス節減により回線費を低減
                           Priority Control
                           by IDU                                                             応用例
                                                                                              ・混在するメディアの種類が多く
                                              課題
                               回線制御局                                                          きめ細かい管理が必要となる場
                                              現状では、
将来型(予想図)    帯域管理マスター
                          (or 衛星上ATM交換機)       A局映像>B局映像>A局FTP>B局FTP
                                                                                              合
                                                                                              ・通常時と非常時で異なる優先
                                              のような優先度を考慮した帯域割り当て
                                                                                              度設定を行いたい場合
                                              が難しい。
  帯域管理クライアント                                                                                  等


                                                                                                    割り当ての例
                                                                                                    ・優先度を持つ映像の
                                                                                                    帯域が圧迫されること
                                                                                                    がないように、各リンク
                                                                                                    に対して物理層を割り
                                                                                                    当て
                                                                                                    ・優先度が低いファイル
                         Station A 送信                                                               転送等についてはベス
                                                                                                    トエフォートで割り当て




                          Station B 送信
     今後の予定 (教育分野)
• 例としてアニメスタジオ(スタジオ109)も参加したCGコン
  テンツ作成授業、Java Campus Program(Sun Micro)、ロボ
  コンなどのものづくり体験型授業などの新教育コンテンツ
  の開発を提案
• 実際の遠隔地教育実験の実施
• 国内外の参加校を広げる(WIDE/SOIとの連携?)
• 参加校もふくめた全体組織のオペレータ(学生も含む)養
  成ワークショップ開催
• 実施授業のフィードバック
  CGコンテンツのコンテスト参加、ロボコン挑戦、Javaの資
  格取得を目指しその成果を評価
• コンテンツ開発におけるID法の開発:コラボレーション型
  ネットワークに特化
                                   実験評価の観点
                取り組み内容                                   評価観点
                                      技術特性(ネットワークの挙動等)を把握・評価
        メッシュ型ネットワークについて、              WINDS組込みのためにアプリケーション要求仕様を検討
   技
   術                                  JGN接続により、衛星と地上をシームレスに接続した、N対N
   的   • ネットワーク技術特性を評価                の多地点間システムを構築
   取   • その上で動作するアプリケーション
         を開発し、動作評価                    Lessonの改修、あるいは新規アプリケーション開発による多
   り
                                      地点間TV会議システムの導入
   組
   み
         衛星帯域共有技術について(*2)、            導入効果のとりまとめ (ランニングコスト低減効果等)
       • その導入効果を検討し、
       • WINDSシステムへの組込み方法             模擬環境を構築し、シミュレーション評価
         を検討                          WINDSに組み込むための要求仕様を作成
                                      eラーニング教材の作成手法が参加大学間で共有出来た
   教   教材の共同開発、人材養成                   インストラクショナルデザイナー、IT技術者養成に貢献出来た
   育
   的                                  幾つかの教材が共同開発出来た
   取
                                      試験授業を実施し、本システムの有効性を評価した
   り
   組   eラーニング授業の実施・評価                 認定授業が確立*1
   み
                                      アジア地域に対するeラーニング環境の提供
                                      参加大学が増えた
       実験体制の構築
                                      教育関連機関との連携体制が充実 (例.放送大学等、 )
*1: パイロット実験フェースでは取り組み困難で、WINDS利用実験フェーズでの取り組みを検討、 *2: 総務省特定領域重点型研究開発(宇宙通信技術領域)に提案中
                        全体スケジュール(予定)
       FY       14          15          16        17          18           19
                                                       WINDS打上げ
    主要イベント                   利用実験テーマ募集(総務省)
                                                         基本実験
    (利用促進関連)
                                                                    利用実験

コラボレーション型
遠隔教育システム       システム検討   システム構築        実験実施・評価
                                                            実験システムを
                                                            WINDS用に改修


                        ネットワーク技術特性の把握・評価                           WINDSへの引継ぎ
     メッシュ型                    メッシュ上で動作する    メッシュ動作のアプリケーション開発・評価 ・メッシュ型ネットワークの
     ネットワーク                アプリケーションへの要求整理                        運用技術
       環境                                                         ・メッシュ動作のアプリケー
                                    地上網とのシームレス接続環境の評価
                                                                  ション
取                                                                 ・地上網シームレス接続

り                            技術研究 (総務省特定領域重点型研究開発に申請中)             ・帯域共有技術
      衛星帯域                          コンピュータ・シミュレーション
組     共有技術                                   実験システムへの取り組み・評価
み                                             (グリッド技術の取り込み(予定))

               MDU等、体制作り      試行授業/システム評価       授業/システム評価          ・eラーニング人材養成
     eラーニング                                                        ・eラーニング教材開発
                                       教材の共同開発                     ・大学間連携体制
       講義
                                             国内/海外大学の参加拡大

				
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