1999年度森泰吉郎記念研究振興基金博士課程研究助成金報告書

移動計算機のデバイス特性に適応するWWWサーバおよびプロキシ技術に関する研究

遠山緑生
政策・メディア研究科博士課程1年
next@tom.sfc.keio.ac.jp

安田絹子
政策・メディア研究科博士課程2年
kinuko@tom.sfc.keio.ac.jp

木田敦子
政策・メディア研究科修士課程1年
kida@tom.sfc.keio.ac.jp

研究課題 --- 移動計算機に適したWebベース情報共有環境の実現

研究テーマと研究の背景

本研究では、移動計算機のデバイス特性に適応するWebサービスの提供を行うための技術に関するする研究を行った。移動計算機によるモバイルネットワークにおいて、 Webベースコンピューティング環境を利用した情報共有環境を実現するための新しいサービスの提案とその基盤技術の構築がそのテーマである。

現在、コンピューティング環境の一つの形態として、Webベースコンピューティングと呼ばれる形態が広く普及しつつある。これは、情報共有の基盤としてWWW(World Wide Web)システムを用いることで、計算機システム間やソフトウェア間の壁を越え、広域的で自由度の高い情報共有を実現する環境である。

また同時に現在、ラップトップコンピュータやPDA、携帯電話などの各種の移動計算機の普及により、可搬であり常にユーザと共に移動するような計算環境が広く実現されつつある。

しかし、移動計算機はそのネットワークへの接続可能性や入出力装置の制約から、いわゆるデスクトップ型の計算機をその基盤として考えられてきたWebベースコンピューティング環境への参加は限定された形でしか行う事ができない。

本研究の目指す計算機環境では、ラップトップコンピュータや各種のPDA、携帯電話などの各種の移動計算機が、そのネットワークの種類、入出力装置などの特性や状態などの特性について、透過的に適応した形での情報の送受信を可能とする。これにより、移動計算機がその特性を生かした形でWebベースコンピューティング環境へと参加可能な環境を目指す。また、移動計算機をサービス受信者としてだけでなく発信源として位置付け、モバイルの特徴を活かした新しい発信型サービスを実現する。

また本研究では、WWWに関する標準化団体であるW3C(World Wide Web Consortium)によって仕様策定が行われている、新しい標準仕様を積極的に採用した形でのシステムの実現を検討する。

研究活動

以下の二つに大別される研究を行った。

1.移動計算機によるサーバ機能の実現に関する研究
携帯端末に対する適応的なWebサービス提供に関する研究

1. 移動計算機によるサーバ機能の実現に関する研究

研究の概要

従来、移動計算機は固定計算機に対する補助的な役割を果たしてきた。しかし、近年の移動計算機の能力向上は著しく、次第にそのユーザにとって最も利用頻度の高い主要な計算環境へと変化しつつある。結果として、移動計算機上での作業の結果生成される情報を、他の計算機やユーザと共有するための効率的な情報公開手段が必要とされている。、このような環境を実現するため、従来は固定計算機が行っていたサーバ機能を移動計算機において提供する事を可能とするシステムに関する研究を行った。

移動計算機がサーバ機能を提供する際の問題は、そのネットワークへの接続性が時間と共に変化する事である。特に、移動計算機はネットワークからの切断状態が避けられない。MobileIPを用いる事で、移動計算機の識別子の一意性保証と複数ネットワーク媒体を用いたネットワークへの接続は可能となる。しかしMobileIPのみを利用した場合、アプリケーションレベルでのセマンティクスが考慮されないという問題がある。

この研究では、移動計算機上のサーバを支援するProxyエージェントシステムを構築することにより、これらの問題の解決を目指した。本システムは移動透過性の実現にはMobileIPを利用するが、アプリケーションレベルでのセマンティクスとネットワークへの接続性を考慮したサービス形態の変更を可能とする。特に、ネットワークからの切断時においてもサーバ機能を他のホストから利用可能とするための代理応答機能を実現する。

また、このシステムのアプリケーション例としてWWWサーバシステムを構築した。移動計算機の接続状態に対してサービス形態を適応させるHTTP Proxyサーバを本システムを用いて実装し、移動計算機の各種のネットワーク接続状態におけるサービス可能性の検討を行った。

構築したシステムの概要

モデル: 移動計算機によって生成される情報の公開手法

従来一般的な手法: アップロードモデル
- 移動ノードによって生成される情報を、一度固定ノードにアップロードし、固定ノードのサーバ機能を情報公開に用いる
本システム: Proxyエージェントモデル
- 情報の生成・更新環境である移動ノードが直接情報公開を行うため、サーバ機能を持つ
- 従来の固定ノードの位置には移動ノードのサーバに対する補助を行う「Proxyエージェント」を導入する

システムの構成

[Client]: 移動ノードの通信相手先ホスト。
[FA]: MobileIPの外部エージェント機能を提供するホスト。
[移動ノード(Mobile Node, MN)]:
- 移動しながら様々なネットワークに接続され得る。
- 図はホームネットワークと他の二つの外部ネットワークに接続されている場合を示す
- サブシステム
  - アプリケーション毎のサーバ(WWWサーバであればhttpdなど)
  - MobileIPによる位置登録エージェント(mobiled)
[Proxyエージェント]: MobileIPのホームエージェント機能を提供するmipdを核とした関連サブシステムから成るシステム。
- MobileIPのホームエージェント機能を核として、これと他のサブシステムとの協調により、移動ノードのサーバに対する補助機能を提供する。
- サブシステム
  [mipd]:
  - 移動ノードの位置登録・パケット転送などのホームエージェント機能
  - 拡張点
    
    移動ノードのネットワークの種類・状態を登録可能に
    移動ノードの状態変更時に、natdの外部インターフェースに対する通知を行う
    移動ノードのホームネットワークへの接続時と切断状態の間に区別がない問題に対応
    切断準備状態の導入(切断を判断するまでの登録timeout時間の短縮機能)
    アプリケーション毎のProxyサーバが移動ノードの接続状態を取り出せる外部インターフェースを提供
  [natd]:
  - アドレス書き換えによるRedirectionにより、Proxyサーバを経由させる機能
  - 元々はFirewallにおけるアドレス変換を行うものを、今回の目的に合わせて拡張
  - 拡張点: アドレスの変換テーブルを動的に変更可能にするインターフェースを用意し、mipdがSLIの変更時に利用可能に
  [アプリケーション毎のProxyサーバ]:
  - 今回はシステムの適用例として、WWW／HTTP Proxy を実装
  - mipdの外部インターフェースを通じて移動ノードの状態を調べ、これに応じてクライアントからのリクエストに応答
  - キャッシングによる通信量削減
  - 切断時にオリジナルサーバなしに代理応答

2. 携帯端末に対する適応的なWebサービス提供に関する研究

研究の概要

現在、携帯電話上におけるWebサービスの提供のために、各携帯電話会社において i-mode や WAP などのさまざまな携帯端末向けのWebサービスが実現されている。しかし、これらのサービスにおいて提供されるWebコンテンツのほとんどは compact HTML, WML といった携帯電話向けのマークアップ言語を用いて書かれたものであり、既存のWebサービスを利用するための枠組みはいまだ実現されていない。これは、従来のPC(パーソナルコンピュータ)や WS(ワークステーション)に比べて、携帯電話が限られた表示能力や資源しか持たないためである。携帯電話に限らず、PDA やパームサイズのPCといった携帯端末では、固定端末に比べて特殊なネットワーク特性や端末特性を持つことが多く、それぞれに適したWebサービスを提供することは難しい。

本研究では、端末の種類に関わらず、それぞれの端末特性に応じたWebサービスを提供するために、 W3C によって標準化策定が行なわれている XML、RDF、CC/PP といったメタ情報のための記述言語および記法を用いて、オープンかつ拡張可能な枠組みを構築する。また、それを実証するためのプロトタイプとしてモバイルプロキシと自動ネゴシエーションを行なうモバイルブラウザの開発を行った。

これまでにも、ブラウザの端末特性に応じたWebサービスを提供するための枠組みとして、サーバとブラウザの間にプロキシを設置し、プロキシにWebコンテンツの変換を行なわせるという試みはいくつか行われてきた。しかし、このような従来の枠組みは、例えば i-mode 端末のためのプロキシであればi-mode 端末属性に適したコンテンツ変換を行うなど、ある特定の端末特性やサービスを仮定した固定的な枠組みでしかない。

本研究では、特定のサービスや端末特性に対して決められたコンテンツ変換を行うのではなく、さまざまな端末特性やユーザ・プリファレンスを扱うための、拡張可能な適応的Webサービスを実現する。

端末属性の記述

本研究では、端末特性やユーザ・プリファレンスを拡張可能な形で記述するために、W3C によって標準策定活動が行なわれている XML, RDF, CC/PP を用いる。それぞれに関する概要を以下に述べる。

XML
現在の計算機及びネットワーク環境に対応するよう考慮した SGML (Standard Generalized Markup Language, ISO8879)のサブセットである。拡張可能なマークアップ言語であり、従来までの人が読むWebページ以外の、データの記述も可能になっている。仕様の詳しい内容に関しては、 http://www.w3.org/TR/1998/REC-xml-19980210を参照のこと。現在のバージョンは1.0である。
RDF(Resource Description Framework)
XML をベースとするメタ情報記述言語である。メタ情報をリソース、プロパティ、ステートメントの三つ組で表し、オブジェクト志向におけるクラス階層構造に似た構造を記述できる。仕様の詳しい内容に関しては、 http://www.w3.org/Press/1999/RDF-REC を参照のこと。
CC/PP(Composite Capability/Preference Profiles)
Webクライアントの端末能力やユーザの嗜好をWebサーバおよびプロキシに伝えるためのフレームワークである。データ記述言語としてRDFを用い、ハードウェア、ソフトウェア、ユーザプリファレンスのそれぞれに対して、属性と値の組を計算機に解釈可能な形で記述する。特殊な属性を持つ端末や限られた能力しか持たない端末に対して、自動ネゴシエーションによる適切なWebリソースを提供することを目的としている。仕様の詳しい内容に関しては、 http://www.w3.org/TR/NOTE-CCPPexchange を参照のこと。

モバイルプロキシ

W3C においてプロトタイプ実装が行なわれている CC/PP のためのモバイルプロキシをもとに、実験のためのプロキシを構築した。本プロキシはCC/PPで記述された端末特性を解析し、端末特性の記述においてほかのリソースに対するURIが出現すればそのデータを再帰的に取得する。また、Webサーバから返された Webコンテンツを送信された端末特性およびユーザプリファレンスに基づいて変換する。

モバイルブラウザ

本ブラウザは、端末特性を CC/PP 形式でモバイルプロキシに送信し、端末特性に適したフォーマットに変換された Web コンテンツを得て表示する。

また、さまざまな端末特性に対してプロキシとのネゴシエーションをシミュレートできるように、端末エミュレータの機能を持つ。本ブラウザを用いることによって、起動するブラウザや端末を変更することなしに、動的に表示部の能力を変更して実験を行なうことができる。

モバイルプロキシに送信される端末特性情報は以下のようになる。これらの情報は、CC/PP に則った形式に変換され、HTTPリクエストに付与されてプロキシに送信される。プロキシは渡されたHTTP リクエストを最終的な宛先であるサーバに送信し、サーバから返されたWebコンテンツをリクエストに付与された CC/PP情報をもとに変換する。実際に各リクエストに付与される端末属性情報は前のリクエストからの差分のみであり、また端末属性の既定値はデータ本体へのURIで指定されるため、各リクエストに対して必要となるオーバヘッドはわずかである。

表示領域の解像度
表示可能な色数
表示可能な画像フォーマット
解析可能な HTML のバージョン
端末の位置属性情報(緯度、経度、高度)

また、帯域の狭い不安定なネットワーク特性下において効率のよいWebブラウジングを可能にするために、以下のようなユーザプリファレンスをプロキシに送信することができる。

特定タグの選択
指定されたタグで囲まれた部分のみを取得することができる。例えば、リンクの一覧を得たい場合、Aタグを指定してプロキシに送信することで、Aタグ部分のみが切り出されたコンテンツを得ることができる。
サマリレベルの指定
指定されたレベルのコンテンツのサマリを取得することができる。具体的には、レベル1のサマリを指定するとH1タグの部分のみを得ることができ、レベル3のサマリを指定すると H1～H3タグの部分を得ることができる。

実際の例を示す。端末特性を下のように指定した場合、

HardwarePlatform の端末属性の既定値データに対する URI が http://www.no.where/kmHD
SoftwarePlatform の端末属性の既定値データに対する URI が http://www.no.where/kmSW
表示可能な画面のサイズ(解像度)が220x220
表示可能な色数がグレイスケールのみ
取得したいタグがAタグ

送信されるHTTPリクエストは以下のようになる。

80-Profile: http://http://www.no.where/kmHD/, 
http://http://www.no.where/kmSW/
80-Profile-Diff-1: <?xml version="1.0"?>
  <RDF xmlns="http://www.w3.org/TR/1999/PR-rdf-syntax-19990105#"
  xmlns:PRF="http://www.w3.org/TR/WD-profile-vocabulary#"> 
  <Description ID="HardwarePlatform" 
  PRF:ScreenSize="220x220x8"></RDF> 
80-Profile-Diff-2: <?xml version="1.0"?> 
  <RDF xmlns="http://www.w3.org/TR/1999/PR-rdf-syntax-19990105#"
  xmlns:PRF="http://www.w3.org/TR/WD-profile-vocabulary#">
  <Description ID="UserPreference" 
  PRF:SelectTag="A"
  PRF:Image="gray"></RDF>

研究成果のソフトウェア

以上のシステムは、FreeBSD オペレーティングシステム上で利用可能なソフトウェアとして構築した。今後整理の上、一般に利用可能な形で公開する予定である。

1999年度森泰吉郎記念研究振興基金 博士課程 研究助成金 報告書

研究課題 --- 移動計算機に適したWebベース情報共有環境の実現

研究テーマと研究の背景

研究活動

1. 移動計算機によるサーバ機能の実現に関する研究

研究の概要

構築したシステムの概要

モデル: 移動計算機によって生成される情報の公開手法

システムの構成

2. 携帯端末に対する適応的なWebサービス提供に関する研究

研究の概要

端末属性の記述

モバイルプロキシ

モバイルブラウザ

研究成果のソフトウェア

1999年度森泰吉郎記念研究振興基金博士課程研究助成金報告書