IoT時代におけるセンサーデバイスとネットワーク通信について.pdf

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シーアールアイジャパン株式会社
IoT時代におけるセンサーデバイス
とネットワーク通信について
～サブGHz無線ネットワーク「LoRa」～
２０１６年９月１６日
尾鷲彰一

アジェンダ
１．IoT時代のネットワークについて
２．省エネ長距離無線通信「LoRa」
３．IoTインフラストラクチャー
４．まとめ

調査会社Gartner によると、2020 年にはインター
ネットに接続されるモノの数が地球規模で250億個
がインターネットに繋がると予測されている
※グラフは、Strategy Analytics
社の2014年の資料です。
Internet of Things のカテ
ゴリーのみで250億
スマートデバイス、
PC等合わせ、
総数では、
350億弱

既存の携帯キャリアの通信インフラストラクチャーで賄え
るだけの通信ノード数はまもなく超えてしまう
センサーやスイッチなど、あらゆる物が通信機能を装備して
インターネットに繋がる時代がまもなく訪れる。これをIoTまたは
Internet of Everything（以下「IoE」と略）と言及することもある
4GやLTEなど、携帯キャリアの代表される
通信インフラストラクチャーに
依存しないネットワークが必要！！

第四次産業革命、つまり、Internet of Things（＝IoT）
革命をドイツでは国策として推進し「Industry 4.0」と
命名
第一次機械化
第二次電力活用
第三次自動化
第四次 IoTによる変革
ロジスティック、グリッド、モビリティ
、ビルディング、エネルギー、シティ、
ヘルスケア、ホームなど、今までセンサ
ーやネットワーク化がされていなかった
物がインターネットに繋がる

国内でも経済産業省が、IoTによる産業革新を50ペ
ージ以上にまとめた資料を公開している

「Industry 4.0」に代表される新たなビジネスサイクル
として、３つのステップを説明
出展：IoT時代に対応したデータ経営2.0 の促進のための論点について - 経済産業省
■「Real→Digital」
情報収集 - センサー性能の進化
■「Digital→Inteligence」
情報蓄積・データ解析 - メモリ・処理アルゴリズム進化
■「Inteligence→Real」
処理（制御） - プロセッサー性能の進化

経済産業省でまとめた「Industry 4.0」に代表される新たなビジ
ネスサイクルの３ステップの中で、カメラ、センサー、スイッチ
、物がインターネットに繋がるIoTという意味では
「Real→Digital」：情報を収集する部分が爆発的な数で増加す
ると推測できる
センサー、スイッチ類に通信機能がくみこまれてIoT化を
具現化するネットワークが構築される

日本では、周波数帯920MHz (916.5～927.5) が免許不要
な特定小電力無線局に利用できる（米国・欧州では
それぞれ915MHz、860MHz）
この周波数帯域で利用できる通信規格の一つが
「LoRa」
(Long Rangeの接頭語2文字をつなげたのが由来)
より低価格で、より省エネで、より安全に、
より広範囲に、そして、柔軟に無線のネット
ワークを構築できる

来るIoT時代に向けて無線ネットワークを無許可で利用できる
電波帯域として、「サブGHz帯」と呼ばれる1GHz(ヘルツ)以
下の無線帯域が、2014年、日本でも注目され解放された

「サブGHz帯」のデータ伝送速度は、数十k～数百k
ビット/秒程度と無線LANやBluetoothなどで使う
2.4GHz帯よりも遅いが、通信距離や電波の回り込
み特性の面で優れている

サブGHz帯は「Z-Wave」、「ZigBee」、「LoRa」、「Sigfox」
で利用されている

省エネ小電力、長距離、サブGHz帯を使う仕組みを
「LPWA(=Low Power Wide Area)」という通信で
区分けされる
Sigfox LoRa Wi-Fi
HaLow
Wi-SUN RPMA
免許不要帯
免許帯域
FlexNet NB-IoT
LPWAに分類される主な通信技術

省エネ小電力、長距離、サブGHz帯を使う仕組みを
「LPWA(=Low Power Wide Area)」という通信で
区分けされる
名称 Sigfox LoRa WAN Wi-Fi HaLow Wi-SUN RPMA
周波数帯サブGHz帯（日本：９２０MHz）２．４GHｚ
通信速度
（約）
１００ビット
／秒
５０ｋビット
／秒
１５０ｋビッ
ト／秒
４００ｋビッ
ト秒
４０ｋビット
／秒
最大伝送距離５０Km １５Km １Km １Km ２０Km
仕様クローズオープンオープン
２０１８年頃
からWiFi-
Allianceによる
認証が始まる
見込み
オープンクローズ

LoRa通信チップを開発・商品化した米半導体メーカ
ーのSEMTECH社は、2015年に「LoRa Allicance」
非営利団体を設立
2016年7月に開催された「LoRa
Alliance」の会議では、オラン
ダ、韓国、米国をはじめ合計世
界12カ国で「LoRa」無線通信
ネットワークが構築されていま
す。地方都市レベルでは、およ
そ100カ所の都市で「LoRa」を
使うネットワークが利用されて
います

The Things Network Reading が推進するIoT向けネットワ
ーク「LoraWAN」。アムステルダムの街中をLoRaWANネッ
トワークで覆い、IoT普及を行う事で、人々の生活を快適にす
ることを目指している
我々の活用する技術Loraの利点
①広範囲
市街地２Km程度、山間部15Km
②低消費電力
1日に数度データ送信であれば、
数年間バッテリ交換不要
③低コスト
１万円～数万円ほど通信費無料

The Things Networkが構築したデバイスは比較的簡易で低
コストである。Arduino・mBed・Raspberry Piやその他の
開発プラットフォームのためのサンプルコードも提供されて
いる
ラズベリーパイ
＋
LoRa通信モジュール
Arduino
＋
LoRa通信モジュール

元々は中国IP電話機メーカー
ATCOMから独立したIoTベンチ
ャー、オープンソースルーター
ソフトOpenWRTでWiFiMESH
化ツール「Kamikaze」を実装
し、IP PBXアプライアンスを商
品化したメンバーが立ち上げた
IoTベンチャー
「LoRa」通信モジュール（通信シールドとも
いう」は、ArduinoとRasberryPiに対応して
２つのモデルがある

「LoRa」通信を使うエコシステムを機能別に分類すると「
LoRaチップメーカー」、「IoTセンサーノード」、「IoTゲ
ートウェイ」、「クラウド＆分析」の４つの構成となる

IBM Bluemixを利用することで提供されている様々な機能を
利用して、IoTのアプリケーション、サービスを効率よく開発
することができる
・MQTT
・Node-RED
・Cloudant(NoSQLDB）
CloudantMQTT Node-RED
・データ取得・認証
・データ格納・データ受信
・データ管理
①IoTセンサーノード
②IoTゲートウェイ
③クラウド＆分析

IBM Bluemixには、アプリケーションに組み込むこと
が可能な幅広い種類のサービスが用意されています
サービス名説明
Cloudant
NoSQL DB
完全に管理されたオールウェイズ・オンの NoSQL JSON データ層
へのアクセスを提供します
IoT ネットワーク接続されたデバイス、センサー、ゲートウェイと通信
し、これらが収集したデータをアプリが利用できるようにします。
Bluemix IoT サービスを背後で支えるカギとなるのが、MQTT
(Message Queue Telemetry Transport) です
Node-RED ハードウェアデバイス/APIおよびオンラインサービスを接続するた
めのツールです。Node-REDが提供するブラウザー上のFlowエデ
ィタは、あらゆるNode（プラグイン/モジュール）を簡単にハード
ウェアデバイス/APIおよびオンラインサービスに接続することがで
きます

MQTT（Message Queue Telemetry Transport）
MQTTは1999年にIBMとEurotechによりドラフトが作製された規格です。
ベースはTCP/IPですが、HTTPサーバとWebブラウザのようなユーザーイ
ンタフェースを介した人に対するサービスではなく、M2M（Machine to
machine）いわゆる機械同士の通信に使われるプロトコルを指向していま
す
Broker
topic/section/sub
Publisher
（投稿者）
Subscriber
（購読者）

MQTT（Message Queue Telemetry Transport）
MQTTは1999年にIBMとEurotechによりドラフトが作製された規格です。
ベースはTCP/IPですが、HTTPサーバとWebブラウザのようなユーザーイ
ンタフェースを介した人に対するサービスではなく、M2M（Machine to
machine）いわゆる機械同士の通信に使われるプロトコルを指向していま
す
IBM Blumix
IoT Platform
topic/section/sub
IoTゲートウェイ
IBM Blumix
NODE-Red

Node-REDはハードウェアデバイス/APIおよびオン
ラインサービスを接続するためのツールです
Node（ノード）をつなげて
フローを作ることでプログラ
ムが作成できる

IBM Blumix IoT Platform上
でのデバイスの登録

IDとトークンが発行される

IoTゲートウェイのプログラム
IDとトークン等を指定

Publishする！

MQTTのSubscriber

Subscriberの設定

NoSQLDB（Cloudant）
のノード

のノードの設定

に格納されたデータ

詳細は・・・
ISBN978-4-7775-1972-9
定価：本体2300 円＋税
9/28 工学社より全国書店にて発売!

IBM Bluemix以外のクラウドサービスとして、ビー
コンのクラウドサービスなども存在する
Onyx Beacon CMS
Onyx Beacon CMSはO2Oのクラウド・ビーコンCMS管
理サービスです
Onyx Beacon CMS：
・ビーコンから配信するクーポン設
・各設置されたBLEビーコン端末の電池残量
・アプリケーション検知
・ビーコンのステータス管理
などが可能

Onyx Beacon CMS の特長
①クーポン管理
クーポンによるキャンペーン情報を定期的に企画し配信することができる。
クーポンには、時間帯、GEOロケーション, 訪問回数, 性別や年齢にカテゴ
リー化できるソーシャルプロファイル連携など、条件を設定できる

Onyx Beacon CMS の特長
②分析およびデータサイエンス
店内におけるお客様の行動を即座に統計データとして取得し、これを分
析することが可能になります。さらにヒートマップ機能で現在や過去
のお客様の店内動態状況を管理画面から確認して、改善に役立てること
ができます

Onyx Beacon CMS の特徴
③SDKツール
・ツールを既存のスマホアプリに組み込んでモバイルマーケティング機能
として活用することが可能
・SDKツールは、iOSとAndroid、およびIBM Bluemixに対応している
・REST APIに対応しており、SugarCRMやSalesforce.comなど
CRM&SFAとの連携が可能

４．まとめ

４．まとめ
IoT時代の開発においては、「センサーノード」、「IoTゲー
トウェイ（またはスマホなど）」、「クラウドサービス」そ
れぞれを繋ぐ（ネットワーク）が重要となる
低コスト
・通信費
・開発費
・維持費
短納期
・構築期間
・開発期間
LoRaWAN
などN/W
IBM Bluemix
などP/F
デバイス

４．まとめ
（触れてませんが・・・）
（データを取るだけでは意味がないので・・・）
集めたビッグデータをさまざまな角度から分析した
り、AIで自動判断するアプリケーションサーバー機
能が必要となります！
業務データとして既存システムとの連携
ビッグデータ活用として新たな価値の創造

どうもありがとうございました
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