ノート PC を用いた低コスト・ポータブル・サーバー・システムの構築と実践

ノート PC を用いた低コスト・ポータブル・サーバー・システム
の構築と実践
鈴木悠平*1・三浦靖一郎*2・布施雅彦*3
Email: [email protected]
*1: 広島工業大学情報学部情報工学科
*2: 徳山工業高等専門学校機械電気工学科
*3: 福島工業高等専門学校一般教科
◎Key Words 公開講座，Wi-Fi 機能，携帯端末
1.
はじめに
近年，大学を中心に e-learning 教材が数多く作成・利
用されるようになってきた．また，これと同様に，初
等教育機関および中等教育機関向けの公開講座用教材
も作成されるようになり，その実践例も報告されてい
る．ICT 技術と e-learning 教材の多様化により，周辺に
高等教育機関がない僻地においても，一定水準の講座
が受講できるようになりつつある．
しかし，僻地の教育施設や公共施設で e-learning 教材
を利用する場合，ネットワーク環境が未整備，あるい
は，設備があっても使用用途が限定されていたり，サ
ーバー管理者やネットワーク管理者が不在で利用が制
限されていたりしているところも尐なくなく，実際に
教材を利用できる環境が整っていないなどの問題点も
存在する．
そこで，ネットワーク環境が十分使用できない中で
も e-learning 教材を利用できるように，ノート PC を独
立したサーバーとし，PC 内蔵の Wi-Fi 機能をアクセス
ポイントとして，ごく小規模のネットワークを構築す
るポータブル・サーバー・システムを考案した．
今回，ポータブル・サーバー・システムの構築方法
と，ネットワーク環境がない場所やその利用に制限が
ある場所において実施した小中学生向けの公開講座で
の利用法について報告する．
2. ポータブル・サーバー・システム
2.1 導入目的と動作原理
携帯端末を用いた一般的な e-learning システムの概略
図を，図 1 に示す．一般的に，サーバーは一定の場所
に固定して使用するため，利用者が携帯端末を利用し
てサーバーにアクセスするにはネットワーク上に存在
するアクセスポイントを介して，外部ネットワーク上
にあるサーバーへ接続することになる．つまり，サー
バーを利用するにはサーバーまでのネットワーク回線
が必要となり，ネットワークやアクセスポイントが整
備された環境が必要になる．
このため，まだネットワーク環境が整っていない場
所や環境があっても様々な利用制限があるところでは，
e-learning 教材は利用できない．そこで，ネットワーク
環境が未整備なところでも e-learning 教材を有効活用す
るため，安価・設定が比較的簡単・持ち運び可能とい
う条件を満たすポータブル・サーバー・システムを考
えた．
このシステムは，持ち運び可能で安価であるノート
PC を外部ネットワークに依存しないスタンドアローン
型のサーバーとして使用し，ノート PC が持つ Wi-Fi 機
能をアクセスポイントとしてごく小規模の閉じたネッ
トワーク環境を構築するものである．
図１一般的な e-learning システムの概念図
図 2 に，ポータブル・サーバー・システムの概念図
を示す．ここでは，ポータブル・サーバーとなるノー
ト PC 自体がサーバーとアクセスポイントの両方の役
割を果たすので，ノート PC を中心にその Wi-Fi 機能に
応じた任意の空間で e-learning 教材等の活用ができる．
図 2 ポータブル・サーバー・システムを用いた e-learning
システムの概念図
ただし，この方法だとノート PC がサーバー機能と携
帯端末との通信を一手に引き受けることになるため，
負荷がかかりやすくなり，動作安定性に欠ける欠点が
ある．そこで，ノート PC に外部アクセスポイント（無
線 LAN ルーター）を設置して動作の安定化を図った．
そのシステムの概念図を図 3 に示す．
アクセスポイントは専用ハードなので，図 2 のシス
テムと比較すると多尐の負荷がかかっても安定して動
作する．また，ポータブル・サーバーからアクセスポ
イントまでの接続は安定性やスループットの面から
LAN ケーブルを用いた有線接続のほうが有利であるが，
無線接続でも問題はない．無線接続の場合は，高速な
通信規格に対応したもの（たとえば，IEEE 802.11g や
IEEE 802.11n など）を使用すればよい．
図 3 のシステムを利用することで，ネットワーク環
境が不十分な場所でも，サーバーに依存するソフトウ
ェアなどを任意の場所で使用することができる．
図 3 ポータブル・サーバー・システムを用いた e-learning
システムの概念図（改良版）
2.2 構成機器
ポータブル・サーバー・システムを構築するのに必
要なシステム構成例を，表 1 に示す．このシステムは，
基本的にノート PC，
サーバー・ソフトウェア，
無線 LAN
ルーター，携帯端末があれば動作するので，比較的安
価に学習に必要なネットワーク環境が整えられる．
表 1 ポータブル・サーバー・システムの構成例
使用機器・条件
名称・説明
Acer Aspire Timeline
ノート PC と
AS3810T-H22F
Windows Vista Home Premium
搭載 OS
(32bit) SP1
サーバー
ソフトウェア
Apache2.2，PHP5
MySQL5，PHPMyAdmin
無線 LAN ルーター
PLANEX MZK-W04G-PK
携帯端末
SONY PSP シリーズ
Apple iPod touch
また，このシステムは，システムの利用者のレベル
に応じて各種カスタマイズできるが，今回は一般的な
利用者が簡易的にも使えることを考慮し，普及度が高
く，使い慣れたクライアント用 OS（Windows）に各種
サーバー・ソフトウェアをインストールとして利用す
る．クライアント用 OS（Windows）を使用する場合，
OS のバージョンに応じてサーバーに同時接続できる
端末数に制限があり，解答時間を競うような利用法に
は不向きである．本格的に利用するのであれば，OS に
サーバー用 OS や Linux を導入する必要がある．
2.3 構築手順
ポータブル・サーバーの構築手順を表 2 に，アクセ
スポイントとなる無線 LAN ルーターの設定手順を表 3
に示す．
このシステムを構築には，
一般的な家庭内 LAN
と同様な手順をとるが，ポータブル・サーバーが LAN
の中にあるため WAN 側の設定は不要となる．
表２ノート PC の初期設定（Windows Vista Home
Premium の例）
＃
説明
(1)
コントロールパネル
→「ネットワークとインターネット」
→「ネットワークの状態とタスクの表示」
(2)
左側「タスク」→「ネットワーク接続の管理」
(3)
「ローカルエリア接続」
（右クリック）
→「プロパティ」
(4)
「インターネットプロトコルバージョン
4(TCP/IPv4)」
（右クリック）→「プロパティ」
(5)
IP アドレス，DNS サーバーのアドレスの
両方とも「自動的に取得する」に設定
＃
(1)
(2)
(3)
表 3 無線 LAN ルーターの初期設定
説明
無線 LAN ルーターの LAN 側アドレスを調査
（ここでは 192.168.0.1 とする）
ブラウザでルーター（http://192.168.0.1/）に接続
ルーターの DCHP サーバー機能を有効に設定．
サーバー・アドレスを 192.168.0.2 に固定するた
め，自動割り当て開始 IP アドレスを 192.168.0.20
に設定（余裕を持たせる）
無線 LAN アクセスポイントを設定．
SSID に名称（ここでは rocket_AP）を付与．
(4)
(5)
無線 LAN のセキュリティの設定．
認証方式：WPA-PSK/WPA2-PSK mix mode
PASSWORD 暗号化方式：TKIP/AES mix mode
パスフレーズ：任意の文字列
次に，ノート PC にサーバー・ソフトウェア類をイン
ストールして，そのポータブル・サーバー化をする手
順を表 4 に示す．
＃
(1)
(2)
表 4 ノート PC のポータブル・サーバー化
説明
XAMPP for Windows を用意．
(1)の installer を起動し Install ボタンを押す．
→コマンドプロンプト画面の表示
→ y/n（yes/no）回答モードへ移行．標準の回
答を選んでエンターキーを入力
無線 LAN ルーターの管理者の設定，MySQL の管理
者パスワード等，セキュリティの設定は当然する必要
がある．また，ノート PC にファイヤーウォールソフト
ウェアをインストールしている場合，インストールし
た Web サーバー・ソフトウェアが使用する通信ポート
を使用できるように設定する．
以上でポータブル・サーバー・システムの構築は完
了する．表１の構成例をもとに構築したポータブル・
サーバー・システムを図 4 に示す．一見すると普段と
変わらない PC の使用風景に見えるが，内部ではサーバ
ー・ソフトウェア類が動作しており，立派な移動サー
バーが構築されている．
y/n 回答モード後，選択肢モードへ移行
X キーを入力後，エンターキーを押し終了．
(3)
(4)
(5)
desktop 上のアイコンから XAMPP Control Panel
を起動後，Apache と MySQL を起動．
Windows ファイヤーウォールの警告が出た
ら，
「ブロックを解除する」を選択．
ブラウザで，ポータブル・サーバー
(http://localhost/)に接続して「日本語」を選択．
セキュリティ設定画面を開き，MySQL と
XAMPP ディレクトリへのアクセス用パスワー
ドを設定．
（セキュリティ上重要な設定）
(6)
ブラウザを閉じ，再度 http://localhost/に接続．
セキュリティ設定が OK なら認証画面表示．
(7)
(8)
PHPMyAdmin へアクセスし，正しいユーザー
名とパスワードでログインを確認．
(9)
表 2 手順(6)の画面で，設定を次のように変更．
IP アドレス：192.168.0.2
サブネットマスク：255.255.255.0
デフォルトゲートウェイ：192.168.0.1
優先 DNS サーバー：192.168.0.1
図 4 ポータブル・サーバー・システム
今回，このポータブル・サーバー・システムの動作
確認とその利用法を検証するため，サーバー・ソフト
ウェアを用いて，簡単なテストを行う簡易 e-learning シ
ステムを作成し，小中学生向け公開講座での確認テス
トに使用した．簡易 e-learning システムは，PHP スクリ
プトを利用し，採点や解説，受験者毎の成績の保存を
簡易的に行うことができるものとした．一般的な学習
管理システム(LMS)ほどの機能は無いが，ユーザー登
録・選択問題作成・解説作成・解答作成など必要最小
限の機能を簡単に設定できるように工夫した．
簡易 e-learning システムのページへアクセスした時の
iPod touch における表示画面を図 5 に示す．公開講座参
加者に個別に与えたユーザーID とパスワードを入力し
て，確認テストへ移るようになっている．
図 5 簡易 e-learning システムのページ表示例
ソフトウェアのインストールには，Windows に
Apache，MySQL，PHP，PHPMyAdmin 等を１つのパッ
ケージにした XAMPP for Windows を利用すると便利で
ある．ソフトウェアのインストール後，サーバー・ア
ドレスの固定を行う．
3.
公開講座における活用実践
本グループは，高専生を中心とした理科普及団体（未
来科学研究会イグナイティア）を 2003 年度より立ち上
げ，地元の小中学生とその保護者を含む一般市民向け
に，出張を含む科学講座を実施している．その中でも，
モデルロケット講座の人気が高い．
このモデルロケット講座は，モデルロケットを通し
て日常接することができる科学に触れてもらおうとい
う趣旨で実施しており，座学・確認テスト・ものづく
り・フィールドワークといった一連の過程を 1 日かけ
て実施するものである．モデルロケット講座の学習内
容を表 5 に，その講座の様子を図 6 に示す．
モデルロケット教室では，座学終了後に，日本モデ
ルロケット協会（JAR）のモデルロケット 3 級従事者程
度の確認テスト（選択式）を実施しているが，2008 年
度までは紙ベースで行っていたため，確認テストの採
点や集計に参加者数に応じた人員や時間を費やしてい
た．また，出張講座を行う際に，ネットワーク環境が
未整備のところも多いのが現状であった．
そこで，この問題を改善して講座運営の効率化を図
るため，2009 年度よりポータブル・サーバー・システ
ムを導入することにした．
表 5 モデルロケット教室の学習内容
項目
内容
モデルロケットの基本構造
モデル
エンジンの基本構造
ロケット
エンジンの利用法・難燃紙
工学 I
ロケットの推進原理
宇宙速度・無重量状態
モデルロケットの安全装置
モデル
モデルロケット打ち上げ技術
ロケット
高度測定法（三角法による）
工学 II
自作ロケットの基本事項
火薬類取締法に基づく取扱い
安全な取扱い
協会の自主消費基準・航空法
筆記試験
選択式（上記 3 項目の内容）
実技
モデルロケット・キット組立
実習
打ち上げ実習・定点着地競技
図 6 モデルロケット講座の風景
実際にシステムを導入した講座は，2009 年８月１日
の福島県いわき市主催「発明発見教室」
（小中学生とそ
の保護者 32 組 70 名）と，2009 年 11 月 21 日の福島県
いわき市立草野公民館主催「くさのチャレンジクラブ」
（小学生 12 名）の２回である．
ポータブル・サーバー・システムの簡易 e-learning シ
ステムを利用した確認テストの iPod touch による結果
表示を図 7 に示す．
図 7 簡易 e-learning システムのテスト結果表示
実際に公開講座の確認テストで用いた携帯端末は，
子供たちに馴染みが深い SONY 社製 PSP である．動作
的には，アクセス集中によって応答に尐々時間がかか
ると時もあったが，受講者全員のテスト結果がサーバ
ー側にも保存され，受講者側にも表示されていたこと
から，全般的に特に問題もなく利用することができた．
4.
まとめ
今回，ネットワーク環境に制限がある場所において，
e-learning 教材を活用するための手段として，ノート PC
とその Wi-Fi 機能を利用したポータブル・サーバー・シ
ステムを考案した．
このシステムの課題としては，セキュリティ面とク
ライアント用 OS の同時接続数の問題，そして，手軽に
e-learning 教材を作成できるソフトウェアの作成やデー
タ互換性などが挙げられる．また，このシステムによ
り構築されるネットワークの規模は無線LANルーター
の性能に左右されるが，持ち運び可能なこと，構成が
単純であることなどの利点があり，学習に必要なネッ
トワーク環境をどこでも構築して e-learning 教材を利用
できる特徴を持つ．
さらに，このシステムは，子供たちの学習に必要な
ホームページを作成してそれを利用するだけの単純な
使い方から，LMS を導入した本格的な使い方まで，利
用者のレベルに応じて幅広く利用できる．
実際に公開講座の受講者に，市販の携帯ゲーム機を
使って確認テストを行ってもらったところ，小学生は
驚くと同時に夢中になって問題に取り組み，中学生は
ネットワークやプログラムについて興味を持つ傾向が
見られた．受講者に科学技術への興味関心をひきつけ
る二次的な要素を与えたことはうれしい発見である．
参考文献
(1) 田島貴裕，辻義人他：
“インターネット「子ども科学教室」
の実践事例 -システム構成と運営体勢の考察-”
，コンピ
ュータ＆エデュケーション，VOL.23，pp.80-83（2007）
．
(2) マイクロソフト：
“マイクロソフトソフトウェアライセ
ンス条項”
，http://www.microsoft.com/japan/，(2010 年６月
４日)．
(3) Ryo Hoshino, et al.: Development of Model Rocket Design
Material for Jr. High School Students and Teachers, ISATE, B
25, 2008．

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