20160320 BLE4.2勉強会 MakerLab Nagoya

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  • もちろん、通信にも電力消費を小さくする工夫が入っています。回路の消費電力は2つ、高周波回路を動かしているとき、マイコン(プログラムを実行する小さい中央処理回路)を動かした時、です。
    この回路自体の消費電力を劇的に下げる魔法の技術はありません。そんな魔法があったら、インテルのCPUは電池1本で動いてるはずです。
    ですから、”いかに動く時間を短くするか”、”動かなくていい時間は電源を食わないように眠らせるか”、が工夫になります。

    あるチャネルでペリフェラルとセントラルとの通信を見てみます。
    接続した時点で、セントラルとペリフェラルは、どのタイミングで、どのチャネルで、通信のやりとりをするかを、示し合わせています。
    決まった時間になれば、セントラルは受信待機をします。ペリフェラルは(送信すべきデータがあれば)パケットを送信し、セントラルはそれに返信します。
    このように、タイミングを合わせて、受信/送信をしたら直ちに眠る、ことでBTLEの超低消費電力が実現できているわけです。

    そして、応答がなければ切断とみなす、という割り切りの良さも良い工夫です。常時接続していることにこだわると、切断したら、本当に切れたか確認したり、再接続しようとしたりと、複雑な仕組みが入ってきます。
    これは講習うは回路とマイコンの処理時間を増やします。BTLEは、応答がなければ切断、またアドバタイズメントパケットを送ってくるだろう、というシンプルかつ必要十分なしくみです。

    チェックポイント
    □ BTLEの超低消費電力は、素早く送信/受信、素早く眠る、ことで実現しています
    □ 応答がなければ切断とみなす、割り切ったシンプルな設計です
  • 20160320 BLE4.2勉強会 MakerLab Nagoya

    1. 1. BLE4.2勉強会 MakerLab Nagoya (同)わふう 上原 昭宏 MakerLab Nagoya (名古屋市中区新栄2-2-19 新栄グリーンハイツ2F )
    2. 2. 目次 • 自己紹介 • Bluetooth Low Energy (BLE)の基本 • ハードウェアからの視点と、人との関わりと
    3. 3. Bluetooth Low Energyの基本 • 数ある超低消費電力無線通信技術の1つ • コイン型電池で年単位の無線通信が可能 • 利用場面: 心拍計など(1秒に数バイト) • 通信相手: Bluetoothブランド、iPhoneによる普及 • つながるための構成要素 • 無線: パケットをやり取りする部分 (物理層、リンク層) • 利用: 意味あるデータをやり取りする部分 (ATT/GATT) • 所有: セキュリティ・マネージメント (認証、認可)
    4. 4. Bluetoothの歴史 2007年 2009年 Ver2.1 Enhanced Data Rate Ver3.0 High Speed 2004年 Bluetooth Low End Extension Wibree 2006年 2010年 Ver4.0 3.0とLow Energy の統合
    5. 5. Bluetooth Low Energy • Bluetooth 3.0とは物理層から異なる技術 • 超低消費電力無線通信 • コイン型電池1つで年単位の無線通信 • 電池交換不要、使い捨て、低コスト、ウェアブル、スマートフォン向き • 無線通信のタイミングを合わせることで、消費電力極小 • 2.4GHzのプロセッサの消費電力を想像してみて • ストリーミングではなく、イベントドリブン的なデータ通信 • 低頻度(1秒に1~50回)、1パケットで少量のデータ(20バイトくらい) • レイテンシは20ミリ秒以下、データレートは 5 ~ 10 kバイト/秒 以下 • 通信距離、 最大で 50メートル くらい
    6. 6. ネットワーク・トポロジ • スター型 • 1つのセントラルと多数のペリフェ ラル • 接続数上限は60000くらい • iPhoneの同時接続は10 • BLE自体には、パケットの中継機能 はない セントラル (Central) ペリフェラル (Peripheral)
    7. 7. セントラル (Central) ペリフェラル (Peripheral) • 4.0までのトポロジの制約 • セントラルとペリフェラル同時はなれない • ペリフェラルは1つのセントラルとのみ • エアコンは同時に複数から利用 • エアコンをセントラル? • iPhoneがペリフェラル • エアコンをセントラルに • 違うエアコンに同時接続できない • 4.1からのトポロジ • セントラルかつペリフェラルになれる • ペリフェラルは同時に複数のセントラルと接続 可能 • BLEにネットワーク層はない。トポロジはあくま でスター型
    8. 8. Ad Ad 受信 Ad Ad Ad Ad 接続 処理 ペリフェラル セントラル デバイスの発見 • 2つの役割 • セントラル、ペリフェラル • アドバタイジング・パケット • ペリフェラルが送信(20ミリ~1.3秒周期) • 機種名、機能などの情報が入っている • 周囲にブロードキャスト • ブロードキャスト(接続しない使い方)
    9. 9. 余談 : 通信の工夫 • チャネルごとに • 送信、受信をおこなう • チャネルを切り替える • 何回か応答がなければ、切断 パケット t受信 t ペリフェラル セントラル 返信 受信
    10. 10. ここまでが、データリンク(信頼 できる通信)の話。 ここからは、データの意味の話。
    11. 11. ものの、モデル化の考え方(1/2) • オブジェクト指向 • もの、のデータベースには何があるか • 外界の情報: 気温、湿度… • 制御指示: 冷暖房モード、設定温度 • 内部状態: コンプレッサ出力、風量出力 • データベースだけか? • 機能: もの、が持つ機能 • ふるまい(プロファイル): もの、と操作 するもの、が織りなす 外気温 運転モード コンプレッサ出力 ・ ・ エアコン エアコン センサー 外気温、湿度 制御とメカ 運転モード コンプレッサ アラート ブザー、音声 点灯、表示器
    12. 12. ものの、モデル化の考え方(2/2) • この世に、エアコン、なんてない • 人間から見たエアコン • 家庭用、ビル用空調、自動車のエアコン • かならずしもない機能、オプション指定? • 構成要素が異なる、機種ごとにモデル化? • エアコン、は人間の思い込みであり錯覚 • ネットワークから見たエアコン • 構成要素でモデル化 • BLEでのモデル化 • 独立した、分割不可能(アトミック)な機能単位 外気温 運転モード コンプレッサ出力 ・ ・ エアコン エアコン センサー 外気温、湿度 制御とメカ 運転モード コンプレッサ アラート ブザー、音声 点灯、表示器
    13. 13. サービスとキャラクタリスティクス • サービス • キャラクタリスティクスの集合 • アトミックな機能の単位 • キャラクタリスティクス • データ • 読み書き • 変更の通知 (通知取得をONにすれば) • オプショナルなキャラクタリスティクス • 書き込み = 運転指示 • 内部状態 = 読み込みのみ • アラートレベル:ある程度抽象的 エアコンという、データベース 外環境のセンサーサービス 室内気温 室内湿度 室外機気温 冷暖房機のサービス 運転モード コンプレッサ出力 アラートレベル アラートのON/OFF アラートサービス
    14. 14. セキュリティマネージャ • セキュリティ: プライバシーの保護、所有や利用の権利を守る • ペアリング、ボンディング。この2つは別のこと • ペアリング: 暗号化に必要な鍵を交換すること • ボンディングをしていれば、暗号化の鍵を保存して接続状態を復元できる • すぐつながって、すぐ使える。デバイス間で接続を許す (PINコード、NFC) • 共有鍵方式、公開鍵方式 • 4.0は共有鍵、4.1以降で公開鍵 • セキュリティマネージャはホスト側にある • ソフトウェア的に実装できる • ハードウェア実装ではない
    15. 15. BLEのまとめ• 数ある超低消費電力無線技術の1つ • 通信相手はiPhone, アプリ開発可能、カスタム・プロファイル • 多種多様なハードウェアを表現 • 電池交換の問題, 機能と振る舞いの分離、カスタムを許容する • ユーザ体験 • ブロードキャスト、バックグラウンドモード、iBeacon • 共存を許す (L2CAP Connection Oriented Channels) • GATT(サービス) • HomeKit • IPv6対応の何か • スマホ1つと、ルータを組み合わせて、が共存できる • 物理層はハードウェア、ならば多様性があるならそれでいいじゃない www.digikey.jp/ja/articles/techzone/2011/dec/bluetooth-goes-ultra-low-power
    16. 16. 最近の、つぶやきから • ハードウェアも技術もそれ自体ゴミでしかない • 嘘で愛は語れるが、憎しみは嘘では語れない • 本音って大事だと思う。 • 人間は邪魔でち • 働いたら負けだと思う • 着ぐるみは、いろいろなものの、気持ちになれるですよ!
    17. 17. アプセサリ • Application + Accessory = Appcessory • iOSアプリ、ウェブ・アプリ… ハード単体ではないのは、あきら か • 何がアプリケーションなのか? • ハードウェアの形をしたサービス • サービスを成り立たせる要素 • 人との繋がり, 自分の蓄積されたデータ • ハードウェアは、理解できる”もの"であること • 万歩計、メガネ、腕時計 • SFなどで、大昔の以前から言われていたはずの世界なのに • アプせサリという単語は、BLEを使う中から生まれてきた
    18. 18. http://fun-iki.com 雰囲気メガネ • ハードウェアの機能 • 入力: 加速度、照度(紫外線)、押しボタン • 出力: LED、スピーカ • ユーザから見た機能 • 通知同期、アプリ操作で光と音出力 • ハードウェアとしては、しょぼい • 電池と価格、物理的な大きさ • 一貫した概念 • “雰囲気”、外側にあるもの、感覚器 • 主語:自分、目的:感じ取る、状況:日常生活 • 目に見えない世界を感じ取る?
    19. 19. メガネ系デバイスを題材に • ウエアラブルの無意味さ • 日常的に装着、他人が見て不気味ではない • メガネ、顔、人間の入出力センサに近い、装着習慣 • 高機能と付加価値と高価格 • 違う名詞は違うもの。大小で比較できるものではない • ハードウェアとして、できることは、誰がやっても、おなじになる。コピーも容易 • ハードウェアから発想すれば、それはゴミですらない (100円ショップの商品) • 会社のトップ直結で動かんと、意味がない • 開発資金、方向性 (王様のアイディアではなく)。流通、販売網 (現実っぽさ) • 正しい問題設定が全て • 哲学、思想、なにをよしとするか、それが勝負な気がする • 技術による囲い込みは、できない。現実の技術、BLE、作れるものは、電池と価格制約 • 正しい問題を設定して、方向とお金を与えれば、あとは頭のいいやつが、なんとかする
    20. 20. ハードウェアは正しくゴミになるべきである • サービスとして、末端に見えるハードウェア • 1年毎のモデルチェンジ -> サービス利用料を含む販売価格 • アカウントと紐づく蓄積データや人のつながり、利用し続ける理由 • ハードウェアの製造原価を販売価格の理由にしない商売 • iPhone。新製品にアカウント設定すれば数分で”自分のiPhone”に • コピー可能なハードウェアから、コピー不可能なシステムな世界へ • 技術での囲い込みは、不可能。ハードはコピー可能 • ネット側のクラウドと連携するハードウェア → クラウドはコピーできない • 硬いセキュリティ • コピーできないものが排他的な資源。ハードはコピーできる
    21. 21. アプセサリを考えるとき • ボケとツッコミが大事 • 本音、これいいねじゃなくて。お財布を取り出させる衝動。 • 東京には意外と関西出身者は少ない。(8 : 2位?) • 正解がある方程式を解く、賢さ、じゃなくて • 3の組み合わせが大事 • 会社を立ち上げるとき、三人の違う人の組み合わせ • 発注者 - 受注者の、2の組み合わせは、喧嘩のもと
    22. 22. ネット側から世界を動かす • メガネの経験 • ネット側からのなにかで、人が動く。人が動く、つまり世界が動く。 • Google経路検索通りに移動 • 誰が考えても同じ結果になるものは、自動化 • 広告収益 = 人や会社の購買活動にちょっと影響を与えること • 人の考え方、文化習慣まで変質させうる • スマートホームとその現在の現実 • 30年前の亡霊に、つきあう義理はない。壁掛けテレビのように。 • わかりやすいデモの呪い、スマホで遠隔操作とか • ネットから世界を動かす、ネットから世界が動かせているか • 国の課題とその対処 • 少子高齢化、筋肉資源の減少 → 人工知能+動力 (車はアクチュエータ、自動運転) • 働くことは、考えない筋肉資源になることになりそう、働いたら負けだと思う • 人との直接サービスは、最後まで人が対応するものとして残る • 人の時間という資源量。人口は増えないなら、その限られた資源の発掘と利用効率向上
    23. 23. 社会と人間 • 物理学の等価原理は、常に社会を変えてきた。情報は物質とエネルギーと等価 • ネットワークの世界にリアル世界が流れこむ • 時間と空間の概念がないところに、それらが生じる • アカウントを取得したら参加できる、世界。宗教みたい • シミュレーションができるなら、世の中を改変することも可能 • 私は、Googleマップの経路どおりに、移動する • ネットワーク側から、人間が見える、情報があれば結果は実行前に計画して得られる • 金融のグローバル化、ネット化 • 実体経済より桁違いに大きい。遠く離れた国の中央銀行の振る舞いが、世界全体に波及する。 1800年終わり 熱と仕事 1905年 質量とエネルギー 2014年 情報と?
    24. 24. キグルミはいろいろなものの気持ちになれるですよ • “おまえは、だれだ” • ネットワーク側からハードを利用するための認証 • アカウントを取得したものが、“おまえ” • ネットワーク世界での誕生、洗礼 • “おまえは、おまえか” • アカウントに紐付けられた秘密の情報 • 身体の形状や特性。顔や体格、表皮や血管パター ン • IDとパスワード : 記憶によるもの
    25. 25. IoTってなんぞ? • ちょっとdisってみましょう (憎しみに嘘はないだろうから) • 今は誰も欲しがらない、何か • 接続形態: 人~人の次へ、もの~インターネット • 排他的資源: 通信インフラは整備、技術的差別要素はない、アカウント • どんつまりからの発想 • 既存インフラ企業の売り込み営業 • 人と人から、人と(ぼんやりとした)ものの連携 • 今使える技術からの発想 • 業務効率改善ツール • 既存市場に食い込む試行錯誤 • ウェブ黎明期: e-コマース、旅行代理店業
    26. 26. IoT、いまある実現可能性 • オープンなようで、陣営間のせめぎあい。とても排他的。 • 身の回りにある数多くのものが、ネットワークに繋がる • 超低消費電力 → 電池交換やメンテナンスいらず • ハブになるデバイス (スマホ、WiFiルータ) • Bluetooth low energy, Wi-SUN, Zigbee, LTE Cat. 0 • オープンソース的な流れ • 規格、半導体、一般に広く販売 • クラウド側、オープンソース、できる人を囲い込み • 技術による囲い込みは不可能 • 乱立するIoT系の規格
    27. 27. いわゆるIoTを捉えると • ネット側からリアル世界を見る • 人の時間を資源としてみることで、考える。行動の変化、省力 • ネットに繋がる = ものから分離できる • 所有権や利用権利 →シェアリング、レント • 鍵はとても良い例。ハードではなくサービスとして見る。 • ユースケースをどう考える • 直接サーバ管理ではない権利の受け渡しなど • ブロックチェーン (ビットコイン) • 暗号の技術 (一時的、部分的な権限委譲) • 書籍:クラウドを支えるこれからの暗号技術
    28. 28. つぶやき… • ハードウェアも技術もそれ自体ゴミでしかない • 個人ですら買える。ハードウェアだけで囲い込みしたり、商売したりできない分野 • 嘘で愛は語れるが、憎しみは嘘では語れない • 本音って大事だと思う。でも、本音をえぐりだすってむつかしい • 人間は邪魔でち • 人工知能とか少子化とか、人間で解決不可能領域 • 働いたら負けだと思う • じゃまになるなら、じゃまになるところにいなくても • 最初の哲学、なにをよしとするか、そこで勝負が決まっている • 着ぐるみは、いろいろなものの、気持ちになれるですよ! • 視点をどこに持つのか、それは最初の哲学と同じく、重要な設定。
    29. 29. https://www.jins-jp.com/jinsmeme/ MEME(ミーム) • 仕様 • 入力: 筋電、加速度、ジャイロ • 出力: とくにない • “MEME(ミーム)”、自分の内側、ロギング • 主語:解析、目的:ログ取り、状況:疲れる状況 • 検出のその先に(意味づけと納得の価値提供) • 疲れ/眠気検出、正しい体の動き • 心の動き、興味や感心 • メガネの立ち位置、脳や目、重要なセンサ
    30. 30. http://www.fitbit.com/jp
    31. 31. アプセサリ • Application + Accessory = Appcessory • iOSアプリ、ウェブ・アプリ… ハード単体ではないのは、あきらか • 何がアプリケーションなのか? • ソーシャルメディアを通じた繋がり • 蓄積したデータ • 人間のそばにある何かの魅力の1つは、時間が鍵であろうと • その個人の(時間をかけて蓄積した)データ • 人脈も時間をかけて蓄積した関係性だよな • サービス利用者全体のデータ(から統計で得られる何か) • サービス全体の通算利用時間に比例するよね • 理解できる”もの"であること • 万歩計、フィットネス体験から入るのは、いいよな
    32. 32. データの見えざる手: ウエアラブルセンサ が明かす人間・組織・社会の法則 • 矢野和男 (著) • http://www.amazon.co.jp/gp/product/47942 20685/ • https://www.facebook.com/yano.labo • 東工大 知能システム科学専攻 • http://www.dis.titech.ac.jp/special/yano.htm l • 一見して価値がわからないデータ群から意味 を引き出す • BLEデバイスでできることは同じ。強みは普 及率。絶対にほしい差別化付加価値の要素
    33. 33. iOS8とBLE • 他にどんな超低消費電力無線通信技術がありますか? • 920MHz帯、2.4GHz帯( ANT+、Zigbee) • BLEはスマートフォンとつながるだけが、特徴ですか? • そのとおり。むしろiOSがサポートしているところ。 • iOSはBLEに何をサポートしていますか • MFi不要。アプリ開発開放。 • 端末がBluetooth4対応。(iPhone4s以降) • アプリから発見、接続、通信、切断できる。 • バックグラウンドモード
    34. 34. iOSとBLE 2011年 iPhone4s iOS5 • 世界初のBT4 • MFiなしに 一般開発者に解放 • ハードとつながる アプリが作れる • バックグラウンド 2012年 iPhone5 iOS6 • 周辺機器相当 (ペリフェラル) になれる 2013年 iPhone5s iOS7 • 端末の買い替え周期 • 周辺機器サポート • 独自のサービス展開 • iBeacon, ANCS(通知 同期)
    35. 35. iOSのBLE周辺機器• カスタム・プロファイルのBLEなハード (3rd開発、MFi不要) • iOS7 • iBeacon(位置と近接検出)、ANCS(周辺装置への通知同期) • キーボード (BLEの標準プロファイル)、独自規格のゲームコントロ ーラ • iOS8 • 音楽: MIDI over BLE • 人: HealthKit (BLEの標準プロファイル、心拍、血糖、血圧…)
    36. 36. AppleのBLE利用 • 新しい位置と近接の検出技術 • アドバタイジングを利用、128ビットのUUID/2つの16ビット整数 • バックグラウンド・モード • Apple Notification Center Sevice (ANCS) • 通知画面を周囲BLEデバイスに同期、MFiはいらない • HomeKit • 家電向け仕様。BLEもしくはWiFi。完全独自仕様。 • iOSのフレームワークは、デバイスの登録。制御はSiri • (HealthKit) • 健康データの集約、読み書き。

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