Securing post-disaster communication network

Many people had trouble connecting on mobile phones in the immediate aftermath of the Great East Japan Earthquake and tsunami on March 11, 2011. Destruction of communication infrastructure silenced some mobile phones, while massive numbers of calls and texts checking the safety of loved ones overwhelmed intact infrastructure, slowing and, in some cases, stopping cellular traffic.

There is a possibility that there may have been lives that could be saved if mobile phone services had properly operated. Such a situation can be improved with “Relay-by-Smartphone,” an off-the-grid smartphone communication technology that can boost connectivity, possibly saving lives.

Relay-by-Smartphone is a new method that enables data relay using multiple smartphones, even in situations in which mobile networks and public Wi-Fi are unavailable. With the method, packet data is sent via “Wi-Fi direct links” as smartphones pass each other, with the data eventually relayed to the designated recipients.

Jointly developed by Tohoku University, NTT Docomo Inc. and Kozo Keikaku Engineering Inc., the technology is to be released to the market as an SDK (Software Development Kit) in April.

Tohoku University, which led the development, conducted an experimental disaster drill on its campuses in Sendai in October, in which it had students carry smartphones without SIM and Relay-by-Smartphone installed.

The students took photos and sent texts to the university disaster headquarters as they would in the event of a disaster.

In the drill, the university used NTT’s ICT-Car, which functions as a temporary mobile base station in case of a disaster. Relay-by-Smartphone helped send pictures and messages to the disaster headquarters from mobile phones located outside the coverage area of the base stations. The drill was successful, yielding results that could contribute to disaster risk reduction (DRR) and damage control in the future. More than 650 texts reached disaster headquarters. Those texts and pictures greatly helped the administrators understand the situation and take initial action.

“Last year’s drill convinced us that information delivery from individuals to relevant authorities is effective. It’s true this direction of communication is very important in the time immediately after a disaster. Later however, information delivery in the opposite direction is also important. For example, it is essential for a headquarters to send information, such as which evacuation venues have excessive amount of foods and water, to individuals. Relay-by-Smartphone is useful in creating information flow both ways,” said Hiroki Nishiyama, an associate professor in the Tohoku University Graduate School of Information Sciences.

Using a drone simultaneously with smartphones with Relay-by-Smartphone installed makes it even more efficient, for instance, when it may take several days until damaged communication infrastructure is repaired. The drone may pick up an SOS message from someone buried in debris and relay it to disaster headquarters within the first 72 hours following a disaster (the likely threshold of survival after a disaster).

Unless Relay-by-Smartphone is used by many people, it will not be very helpful.

To maximize the effectiveness of the application, it also needs to be useful during non-emergencies. Yoshiyuki Senoo, executive officer at Kozo Keikaku Engineering, is aware of this necessity.

“Mobile phone carriers have excellent networks that enable high-quality communication; high-bandwidth and low-latency communication. But there are cases in which such communication quality is not required. In such cases, Relay-by-Smartphone can be a new communication service that supplements mobile phone networks, by building a simple infrastructure without any cost,” he said.

Download the PDF of this 5-year memorial of Great East Japan Earthquake



震災時、仮に携帯電話の通信が可能であれば、もっと数多くの命を救えたのではないかという教訓から、東北大学を筆頭に、NTTドコモ、構造計画研究所の3者は、大惨事にも通信機能の維持が可能な「スマホ de リレー」を共同開発した。

「スマホ de リレー」は、スマートフォンがモバイルネットワークや公衆Wi-Fiにつながっていない状況でも、別のスマホが近くをすれ違ったときにスマホのWi-Fiモジュール同士が直接データをリレーし、最終的に宛先の人に届けることのできる画期的な通信方式だ。この仕組みは災害時におけるスマートフォンの可用性を向上し、多くの被災者の命を救える可能性を秘めている。4月にはスマホ de リレーを使ったアプリを開発できる「スマホ deリレー SDK」の発売も予定されている。

共同開発者の東北大学は、2015年10月に宮城県仙台市のキャンパスで防災訓練の一環として実証実験も行った。複数の学生が「スマホ de リレー」をインストールしたSIMカード抜きのスマホを持ち、テキストメッセージやスマホ搭載カメラで撮った写真を大学の防災本部へ送信する試みを行った。

実証実験では、災害時の応急回線を構築するためにNTTのICTカーなどの可搬型中継局も活用。スマホ de リレーはこれらの中継局のエリア外にいる端末からのメッセージや写真も本部へつないだ。実験は見事成功を収め、今後の減災・ダメージコントロール対策に役立つ成果を得ることができたようだ。本部には訓練開始直後から続々とメッセージが到達し、最終的には650通を超えた。これらのメッセージや写真は、防災本部における初期の状況把握と対応に大きく貢献した。

スマホ de リレーについて、東北大学大学院情報科学研究科の西山大樹准教授は次のように語る。「昨年の防災訓練では、個人から災害対策本部へ向けた情報提供の有用性が確認できました。確かに災害発生当初はこの方向の情報の流れを作ることが極めて重要となりますが、実はその後、逆方向の情報の流れが必要となってきます。例えば、本部からどの避難所に食物と水が余っているかといった情報を皆に提供するような放送型の情報配信が求められます。スマホ de リレーは、これらどちらの方向の情報の流れを作る際にも役に立ちます。

通常の携帯通信基地局は被災すると修復まで日数を要し、先が読めない。「スマホ de リレー」をドローンと併用すると、災害本部に72時間以内(災害発生から72時間を境に生存率が下がると言われている)にSOS を伝達できる可能性も見えてくる。例えば瓦礫の下敷きになった人からのSOSメッセージをドローンが受信して、災害本部に伝達する流れだ。


さらに「携帯電話会社が提供するモバイルネットワークは大容量のデータを遅延なく届けることができる素晴らしいシステムですが、そこまでの通信品質が求められないようなケースには、コストゼロで簡易的なインフラが構築できる『スマホ de リレー』のほうがリーズナブルです。スマホ de リレーはモバイルネットワークが苦手とするシーンを補完する新たな通信サービスだと言えます。」と妹尾役員は自信を込めた。