弾力性のあるPNTの未来を築く

マーケティング責任者 Ben Ball
2020年10月2日

1960年に米国海軍が最初の航法衛星を打ち上げたとき、それは軍艦、ミサイル、その他の軍事資産に新しいナビゲーションオプションを提供するという、比較的狭い目的に焦点を当てたものでした。その最初の衛星が軌道に乗った60年後、ロシア、日本、欧州連合、中国、インドのナビゲーション衛星は、世界経済の要である全地球衛星測位システム（GNSS）と呼ばれるものを一緒に構成しています。

地理空間関係者以外のほとんどの人は、GPSの頭文字を知り、その役割について基本的な理解をしています。しかし、GPSが私たちの日常生活でいかに重要な役割を果たしているかを理解している人はほとんどいません。 GNSSインフラストラクチャによって提供される位置、ナビゲーション、タイミング（PNT）サービスは、私たちの携帯電話上のマップをはるかに超えています。それらは、私たちのデジタル世界のまさに布に統合されています。近い将来、建物の「デジタルツイン」が明日のスマートシティの基礎を形成することになるでしょう。

例えば、タイミング。 GNSSは、携帯電話ネットワークから電力網、金融取引に至るまで、あらゆるものの正確な時刻を同期させる源となっています。これらのシステムが日々のオペレーションを自動化に依存し始めると、複雑なプロセスを組織化し、相互運用性を確保するために、共通のタイミングソースが必要とされます。これらのシステムすべてにおいて正確なタイミングがもたらす影響は、携帯電話の時計から自律走行車に至るまで、あらゆるものに及んでいます。

GNSSの経済的利益は驚異的であり、新しい技術や使用事例が開発されるにつれて、さらに大きくなり続けるでしょう。最近のNIST/RTIの研究では、米国経済全体におけるGPS対応技術の価値を、2007年（利益を確実に計算できる最初の年）から2017年の間に、民間および公共の利益として2180億ドルと推定しています。また、GPSが米国の重要な9つの産業に与える経済効果は、全体で1兆4,000億ドルに上ると推定されました。同様の調査で、英国経済に対するGNSSの経済的貢献は毎年67億ポンドであることが判明しました。

弾力性のあるPNTソリューションの必要性

GNSS技術の圧倒的な価値と世界経済におけるその重要性は確かに喜ばしいことですが、GNSSサービスへの私たちの依存度の高まりは、私たちに一旦立ち止まらせるべきものでもあります。 GNSSの可用性、信頼性、回復力、完全性に何らかの障害が発生した場合、私たちの国家安全保障、事業運営、公共の安全を支える重要なインフラが弱体化することになります。

2015年1月、わずか1300万分の1秒のブレで、GPSサービスが連鎖的に停止したことがあります。米国の一部では、警察、消防、救急のサービスが中断されました。 BBCのデジタルラジオは2日間停止しましたた。電力網の異常は、短期的なバックアップのタイミングシステムが利用可能であったため、最小限にとどめることができました。

民間航空もGNSSに大きく依存しています。この場合、暗号化されていない信号がGPSスプーフィングやジャミングに対して脆弱であることが大きな課題となっています。過去10年にわたる小さな事故やニアミスの着実なパレードは、大きな事故がおそらく時間の問題であることを示しています。 GNSSの停止がドローン飛行に与える影響も懸念されます。

GPSの経済的影響に関するRTI Internationalの調査では、GPSが30日間停止した場合、1日あたり約10億ドルの経済活動が損なわれると試算しています。電力、通信、金融システムなどの重要インフラへの影響に加え、モバイル機器、自動車、自律系システムへの後続効果も大きいです。GPSサービスの中断は、雇用、商業活動への参加、GPSサービスの大量普及に伴うライフスタイルの改善など、これらのサービスに依存しているすべての人に直接的な影響を与えるでしょう。

米国政府は、国家安全保障と世界経済に対するこの潜在的な脅威に注意を払い始めています。過去5年間、いくつかの政府機関は、ほぼすべてのアメリカ人が現在当たり前のように利用しているサービスをサポートするために、位置・ナビゲーション・タイミング（PNT）機能への依存度が高まっていることを報告しています。

2020年2月、大統領令13095号は、国家安全保障上の懸念として、弾力性のあるPNTサービスに対する最初の政策的指標を打ち立てました。この命令は、「重要なインフラがPNTサービスの中断や操作に耐えられるようにする」ための戦略を作成することを連邦機関に課し、GNSSを補完するために追加のPNTレイヤーの使用を奨励しています。

GPSの代替には、さまざまな経路があります。基本的なレベルでは、他国が使用している衛星測位システム（Galileo、GLONASS、Beidouなど）が、GPSと同じように動作する冗長サービスを提供しています。特定の業界では、より小規模なカスタムメイドのコンティンジェンシー・ソリューションもよく利用されます。

地上型PNTシステムにも明確な利点があります。宇宙空間ではないため、地上システムはより強い信号が得られます。これは都市部や屋内での測位に重要な要素です。また、地上波PNTは、より高いレベルの耐障害性を低コストで実現できるため、特定の地域のニーズに合わせてよりカスタマイズした配備が可能になります。

弾力性のあるPNTのためのフレームワーク

弾力性のあるPNTシステムはどのようなもので、誰が構築し、そして（おそらく最も重要なことですが）誰がその費用を支払うのでしょうか。

2020年4月、米国国土安全保障省（DHS）は、PNTの有事対応層の構築と運用における連邦政府と民間企業の役割の可能性を示す報告書を議会に提出しました。重要インフラにおける位置・ナビゲーション機能は非常に多様であり、GPSを含む単一のPNTシステムですべてのユーザーの要求やアプリケーションを満たすことはできません。

本報告書では、重要インフラにおける位置とナビゲーションデータの用途は非常に多様であり、単一のPNTシステム（GPSを含む）ではすべてのユーザーの要求とアプリケーションを満たすことができないことを示しています。この観点から、報告書は、単一の代替案ではなく、一連のアプリケーションに特化したPNTシステムを推奨しています。運用ニーズの多様性を考慮し、DHSは、採用を促進するための規制や財政的なインセンティブとともに、業界のオーナーやオペレーターと協調して要件を策定することを推奨しています。

◆PNTの未来を築く

DHSの報告書などで指摘されているように、PNTサービスが対応するさまざまなユースケースを単一の技術で説明することはできません。究極の解決策には、複数の技術が協調してGPSの補完・補強の役割を果たすことが必要です。

NextNavは、このことを念頭に置き、既存のGNSS技術を補完し、業界の幅広いユースケースに対応する新しい機能を提供する地上波システムを展開しています。

TerraPoiNTは、長距離・低コストのブロードキャストビーコンのネットワークで構成され、NextNavの920-928MHzの全国規模のライセンス周波数でGPS互換の信号を送信します（「地上波GPS」に相当します）。 TerraPoiNTは標準ベースの技術で、3GPP（3rd Generation Partnership Projection organization）がRelease 13から作成・維持している仕様でサポートされています。

NextNavのビーコンは通常セルタワーや屋上に設置され、マルチレイヤーの信頼性を持つPNTサービスを提供するために配備・管理されています。TerraPoiNTシステムは、システムレベルの冗長性のために特定の地理的エリアで複数の送信機を使用し、GPSから独立して動作することを可能にするオンボード原子時計、停電時の継続性を確保するための電源のバックアップを備えています。また、MBSシステムは、複数レベルのサイバーセキュリティ保護機能を備えています。

TerraPoiNT送信機からブロードキャストされるデータには、時刻、送信機の正確な緯度、経度、高度など、スタンドアローンのタイミング、レンジング、受信機のポジショニングに必要なすべての情報が含まれています。ビーコンにおけるフュージョン・アーキテクチャは、多様な時刻と周波数のソースを使用し、クロックソース間のシームレスな移行を可能にします。

また、GPSのように測域センサーのみで位置を推定するのではなく、NextNavは各送信機で収集した環境データもブロードキャストします。これにより、低価格のMEMSセンサーを搭載した携帯電話やタブレット端末は、フロアレベル（1～3m）の高精度で高度を計算することが可能になります。

旅のマッピング

弾力性のあるPNTサービスを構築するには、時間、協調的努力、十分な資金が必要です。また、連邦政府と民間企業の両方が、インフラを維持し、その能力を向上させるために、長期的なコミットメントを行う必要があります。

この課題の範囲を認識することは、長い旅路の始まりに過ぎません。しかし、PNTが経済にとってさらに重要になるにつれ、これらのシステムに弾力性を持たせる努力はますます重要になります。そのため、NextNavはPNTの将来のビジョンを構築しているのです。

これは、NextNav社が発表した英語の文章を、主として機械翻訳によって日本語化したものです。
文章の大意を理解いただくために作成したものであり、用語や表現の正確性を保証するものではありませんのでご留意ください。
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