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株式会社デバイスドライバーズ 日高亜友
スマートエネルギーワークショップ
2013/6/14
Smart Japan Alliance
1
- C#でセンサーネットワークを簡単制御 -
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 2
 2012年1月発足
 現在23社参加
 非営利団体
 日本のIT化、ネットワーク化を加速し安心で安全な社
会作りに貢献
 既存技術を組み合わせ即効性の高いプラットフォーム
を提供
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 3
 EnOcean とは?
 .NET Gadgeteer とは?
 EnOcean センサーシステム
 Gadgeteer モジュール “OceanBee”
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 4
 エネルギーハーベスト無線通信システムの標準
 メーカ名=プロトコル名=製品群=普及団体の総称
 バッテリーレスでセンサーやスイッチ等の微小デジタル
情報通信方式とそれを実現するモジュール製品群
◦ 数ビットの情報を送るために大がかりな仕組みは不要
 バッテリーレス・ノードと受信システムは非対称通信
 同一周波数利用、32bitのノードIDで互いを識別
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 5
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 6
 世界レベルで普及しているスマートビルディング管理
◦ 30万棟以上の建物で運用中
 EnOcean Allianceを中心とした普及活動
◦ 世界 350社以上が参加
◦ 参加企業が 相互接続可能な1050種以上の製品を供給
◦ IECとISOで標準化済 IEC/ISO 14543, IEEE標準化作業中
◦ 2011年 日本支部設立 現在30社以上が参加
◦ 毎年 春と秋に協議会 (TWG と MWG)
主な用途
■各種スイッチ、空調制御
■温度・湿度・照度センサー
■人感センサー、ドア・窓、セキュリティ
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 7
◦ 1999 シーメンス社内ベンチャー起業
エネルギーハーベスト製品化研究開始
2000 ドイツでエコロジー法施行
◦ 2001 シーメンス社から独立
◦ 2005 ドレスデンの歴史的建造物Semper Opera
◦ 2007 マドリードの52階新築ビルTorre Cristal
◦ 2008 EnOcean Alliance 設立
◦ 2009 運用ビル 20万棟突破
◦ 2011 EnOcean Alliance 日本支部設立
◦ 2012 25万棟突破 / フランクフルト空港 The Squaire ビル
◦ 2012 IEC / ISO 標準化登録
◦ 2013 900MHz帯対応新プロセスチップ 通信距離200m超
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 8
http://www.thesquaire.com/
The Squaire フランクフルト空港レールステーション
660m(L)×65m(W) ×45m(H) 2012年1月オープン
◦ 約20,000のEnOceanノードが運用中
GW/Rep:1,830+Recv:6,000+Ctrl:12,000
◦ 1,000 Km 以上の配線を廃止
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 9
◦ http://www.enocean.com/case-studies/
ネズミ取り
暖房制御工場カンバンシステム
シェード制御
TCP/IP ゲートウェイ
居室内人感センサー
ホテルドア
街路灯制御
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 10
 SmartACK
◦ 送信直後に受信することで低消費電力で双方向通信を実現
 Remote Management
◦ EnOcean無線通信を使用して無線ノードや機器を制御
 900MHz帯製品
◦ 低消費電力 200m以上の到達距離をバッテリーレスで実現
 セキュリティ機能
◦ 本格的セキュリティ機構をバッテリーレスで実現
 Generic Profile
◦ 相互に相手の機能・特性・素性を交換する共通基盤
 EnOcean over TCP/IP
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14
 北米(2012年12月)と日本(2013年6月)で先行導入
◦ 北米: 902.875MHz (FCC準拠)
◦ 日本: 926.35MHz (ARIB 準拠)
 変更点
◦ 変調: ASK→FSK (通信の安定化)
◦ 最大到達距離: 50m → 200m~
◦ 製造プロセスの微細化: 65nm → 45nm (?)
◦ Flash Memory Size 32KB → 64KB
 共通点
◦ モジュールラインアップ、ピン配置
◦ ライブラリとソフトウェア開発環境
◦ 電力消費量 (従来製品と同等以下)
Smart Japan Alliance 11
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14
 全プラットフォームに共通導入
◦ PTMシリーズではSeedやキーをMRAMに保管
◦ APIライブラリを用意 DolphinStudioで開発
 Rolling Code (RLC)
◦ 再生不可能な暗号化通信
 耐Copy and Paste攻撃
 耐Copy and Modify攻撃
 AES128
◦ 公開キー交換による
暗号化通信 (PKI)
Smart Japan Alliance 12
PUBLIC KEY
RLC
AES128
ENC
DATA
DATA_ENC
PRIVATE KEY
XOR
XOR
PUBLIC KEY
RLC
AES128
ENC
DATA_ENC
DATA
PRIVATE KEY
XOR
XOR
Encoding Decoding
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 13
 Microsoftリサーチが開発している
.NET Micro Framework ベース組み込みシステム
統合開発環境とそれを構成するモジュール製品群
 MMU無しマイコン上でVisual Studioで開発した
.NETアセンブリ(中間コード)をインタプリタ実行
 Visual Studio のGUI操
作により自動的にモ
ジュールの初期化コード
とクラスライブラリが追加
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 14
 具体的には次のもの
◦ ハードウェア
 専用メインボード、専用モジュール群、
開発環境としての Windows PC
◦ ソフトウェア
 ROM化されたOS、組み込み用各種ドライバとライブラリ、
Visual Studio用Plug In(ライブラリとGUIツール、シミュレータ)
 新規モジュール開発やカスタマイズ可能
◦ オープンソース
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14
 C#/VB言語レベルでライブラリと豊富なミドルウェアを提供
◦ プロトコル、グラフィック
◦ ファイルシステム
◦ サービス、マルチスレッド
 6種以上のCPUボードと
60種以上の
アクチュエータ,
センサー,
ネットワークアダプタ,
コネクティビティ,
ディスプレイ等の
モジュール を提供
Smart Japan Alliance 15
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer
.NET MF
2013/6/14Smart Japan Alliance 16
 年譜
◦ 2001 V 1.0
SPOT Watch / MSN Direct Service
販売&運用開始
(US Microsoftリサーチの研究成果)
◦ 2006 V2.0
Windows SideShow Device for Windows Vista
◦ 2008 V3.0
◦ 2009 V4.0 for Open Source
◦ 2010 V4.1 for Big Endian
◦ 2010 MSN Direct Service終了
◦ 2011 V4.2 with VB
◦ 2011 .NET Gadgeteer 公開
◦ 2012 V4.3 for VS2012
OS / Driver
Interpreter
App. / Lib.
Gadgeteer
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 17
 元々Microsoft が提供していた コミュニティ開発ベースの
オープンソース小規模組込みシステム用実行環境
ARM7 72MHz / 512KB ROM / 96KB RAM 程度で動作
 少ないリソースで .NET マネージド・コードを
中間コードインタプリタ (CLR) で実行をサポートする環境
 多様なIOとサービスをサポートする
ドライバやプロトコル、ミドルウェアを最初から備える
 Visual Studio + SDKの無償統合開発環境により
Visual Basic / C#で 組み込みアプリケーション開発可能
Windows 開発と互換性がある強力な言語仕様
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 18
 一般的なEnOcean システム
無線センサーモジュール 無線システムモジュール
環境エネルギー
エネルギー
変換機
エネルギー
マネージメント センサー
マイクロ
コントローラ
無線
トランシーバー
無線
トランシーバー
マイクロ
コントローラ
アクチュエータ
/ 受信設備
温度変化、気圧変化、位置等の情報
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer
 典型的なシステム事例
2013/6/14Smart Japan Alliance 19
ラインパワー型
アクチュエータ,
ゲートウェイ, リピータ,
センサー
バッテリーレス
センサー,
操作パネル
ホストシステム,
他ネットワーク,
バックボーン,
クラウド, ..
Smart Japan Alliance
デモ
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 20
 大規模システム
◦ PCベースシステム (Windows, Linux, …)
◦ 組み込みシステム(Linux, Windows CE, RTOS, …)
 USB受信装置+システム+アクチュエーター
 プロトタイピング、試作
 小規模システム
◦ フラッシュROMマイコン応用システム
 マイコンボード上にTCM実装+アクチュエーター
 運用システム
 市販品
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 21
Micro
Processor
Local
Sensor
TCM3x0C / ESP3
 アプリケーション事例
Local
Actuator
Remote Management TX
Response
Remote Management RX
Data Transmit
Data Receive
Local Management (CO)
Cloud
• Multi Thread
• Queue
• Messaging
• Synchronize
• Semaphore
• Priority
かなり大変
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 22
 開発期間の短縮
• 豊富な言語仕様
• 豊富なミドルウェア
• 豊富な周辺モジュール
• Windows C#と互換
• 開発とデバッグが容易
Visual C#でEnOcean
通信処理を簡単に
開発・デバッグ
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14
 EnOcean TCM310CをXBeeソケットで利用可能に
 リセット極性等のピン互換
 .NET GadgeteerのXBeeソケットモジュールと
組み合わせて動作可能
Smart Japan Alliance 23
Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 24
 EnOcean とは?
 .NET Gadgeteer とは?
 EnOcean センサーシステム
 Gadgeteer モジュール “OceanBee”
 展示ブース・デモ展示:A-11・A-14
 問い合わせ
株式会社デバイスドライバーズ
info@devdrv.co.jp http://www.devdrv.co.jp/

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.NET Gadgeteerでプロトタイピングする EnOceanエネルギーハーベスティング システム

  • 2. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 2  2012年1月発足  現在23社参加  非営利団体  日本のIT化、ネットワーク化を加速し安心で安全な社 会作りに貢献  既存技術を組み合わせ即効性の高いプラットフォーム を提供
  • 3. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 3  EnOcean とは?  .NET Gadgeteer とは?  EnOcean センサーシステム  Gadgeteer モジュール “OceanBee”
  • 4. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 4  エネルギーハーベスト無線通信システムの標準  メーカ名=プロトコル名=製品群=普及団体の総称  バッテリーレスでセンサーやスイッチ等の微小デジタル 情報通信方式とそれを実現するモジュール製品群 ◦ 数ビットの情報を送るために大がかりな仕組みは不要  バッテリーレス・ノードと受信システムは非対称通信  同一周波数利用、32bitのノードIDで互いを識別
  • 5. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 5
  • 6. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 6  世界レベルで普及しているスマートビルディング管理 ◦ 30万棟以上の建物で運用中  EnOcean Allianceを中心とした普及活動 ◦ 世界 350社以上が参加 ◦ 参加企業が 相互接続可能な1050種以上の製品を供給 ◦ IECとISOで標準化済 IEC/ISO 14543, IEEE標準化作業中 ◦ 2011年 日本支部設立 現在30社以上が参加 ◦ 毎年 春と秋に協議会 (TWG と MWG) 主な用途 ■各種スイッチ、空調制御 ■温度・湿度・照度センサー ■人感センサー、ドア・窓、セキュリティ
  • 7. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 7 ◦ 1999 シーメンス社内ベンチャー起業 エネルギーハーベスト製品化研究開始 2000 ドイツでエコロジー法施行 ◦ 2001 シーメンス社から独立 ◦ 2005 ドレスデンの歴史的建造物Semper Opera ◦ 2007 マドリードの52階新築ビルTorre Cristal ◦ 2008 EnOcean Alliance 設立 ◦ 2009 運用ビル 20万棟突破 ◦ 2011 EnOcean Alliance 日本支部設立 ◦ 2012 25万棟突破 / フランクフルト空港 The Squaire ビル ◦ 2012 IEC / ISO 標準化登録 ◦ 2013 900MHz帯対応新プロセスチップ 通信距離200m超
  • 8. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 8 http://www.thesquaire.com/ The Squaire フランクフルト空港レールステーション 660m(L)×65m(W) ×45m(H) 2012年1月オープン ◦ 約20,000のEnOceanノードが運用中 GW/Rep:1,830+Recv:6,000+Ctrl:12,000 ◦ 1,000 Km 以上の配線を廃止
  • 9. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 9 ◦ http://www.enocean.com/case-studies/ ネズミ取り 暖房制御工場カンバンシステム シェード制御 TCP/IP ゲートウェイ 居室内人感センサー ホテルドア 街路灯制御
  • 10. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 10  SmartACK ◦ 送信直後に受信することで低消費電力で双方向通信を実現  Remote Management ◦ EnOcean無線通信を使用して無線ノードや機器を制御  900MHz帯製品 ◦ 低消費電力 200m以上の到達距離をバッテリーレスで実現  セキュリティ機能 ◦ 本格的セキュリティ機構をバッテリーレスで実現  Generic Profile ◦ 相互に相手の機能・特性・素性を交換する共通基盤  EnOcean over TCP/IP
  • 11. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14  北米(2012年12月)と日本(2013年6月)で先行導入 ◦ 北米: 902.875MHz (FCC準拠) ◦ 日本: 926.35MHz (ARIB 準拠)  変更点 ◦ 変調: ASK→FSK (通信の安定化) ◦ 最大到達距離: 50m → 200m~ ◦ 製造プロセスの微細化: 65nm → 45nm (?) ◦ Flash Memory Size 32KB → 64KB  共通点 ◦ モジュールラインアップ、ピン配置 ◦ ライブラリとソフトウェア開発環境 ◦ 電力消費量 (従来製品と同等以下) Smart Japan Alliance 11
  • 12. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14  全プラットフォームに共通導入 ◦ PTMシリーズではSeedやキーをMRAMに保管 ◦ APIライブラリを用意 DolphinStudioで開発  Rolling Code (RLC) ◦ 再生不可能な暗号化通信  耐Copy and Paste攻撃  耐Copy and Modify攻撃  AES128 ◦ 公開キー交換による 暗号化通信 (PKI) Smart Japan Alliance 12 PUBLIC KEY RLC AES128 ENC DATA DATA_ENC PRIVATE KEY XOR XOR PUBLIC KEY RLC AES128 ENC DATA_ENC DATA PRIVATE KEY XOR XOR Encoding Decoding
  • 13. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 13  Microsoftリサーチが開発している .NET Micro Framework ベース組み込みシステム 統合開発環境とそれを構成するモジュール製品群  MMU無しマイコン上でVisual Studioで開発した .NETアセンブリ(中間コード)をインタプリタ実行  Visual Studio のGUI操 作により自動的にモ ジュールの初期化コード とクラスライブラリが追加
  • 14. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 14  具体的には次のもの ◦ ハードウェア  専用メインボード、専用モジュール群、 開発環境としての Windows PC ◦ ソフトウェア  ROM化されたOS、組み込み用各種ドライバとライブラリ、 Visual Studio用Plug In(ライブラリとGUIツール、シミュレータ)  新規モジュール開発やカスタマイズ可能 ◦ オープンソース
  • 15. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14  C#/VB言語レベルでライブラリと豊富なミドルウェアを提供 ◦ プロトコル、グラフィック ◦ ファイルシステム ◦ サービス、マルチスレッド  6種以上のCPUボードと 60種以上の アクチュエータ, センサー, ネットワークアダプタ, コネクティビティ, ディスプレイ等の モジュール を提供 Smart Japan Alliance 15
  • 16. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer .NET MF 2013/6/14Smart Japan Alliance 16  年譜 ◦ 2001 V 1.0 SPOT Watch / MSN Direct Service 販売&運用開始 (US Microsoftリサーチの研究成果) ◦ 2006 V2.0 Windows SideShow Device for Windows Vista ◦ 2008 V3.0 ◦ 2009 V4.0 for Open Source ◦ 2010 V4.1 for Big Endian ◦ 2010 MSN Direct Service終了 ◦ 2011 V4.2 with VB ◦ 2011 .NET Gadgeteer 公開 ◦ 2012 V4.3 for VS2012 OS / Driver Interpreter App. / Lib. Gadgeteer
  • 17. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 17  元々Microsoft が提供していた コミュニティ開発ベースの オープンソース小規模組込みシステム用実行環境 ARM7 72MHz / 512KB ROM / 96KB RAM 程度で動作  少ないリソースで .NET マネージド・コードを 中間コードインタプリタ (CLR) で実行をサポートする環境  多様なIOとサービスをサポートする ドライバやプロトコル、ミドルウェアを最初から備える  Visual Studio + SDKの無償統合開発環境により Visual Basic / C#で 組み込みアプリケーション開発可能 Windows 開発と互換性がある強力な言語仕様
  • 18. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 18  一般的なEnOcean システム 無線センサーモジュール 無線システムモジュール 環境エネルギー エネルギー 変換機 エネルギー マネージメント センサー マイクロ コントローラ 無線 トランシーバー 無線 トランシーバー マイクロ コントローラ アクチュエータ / 受信設備 温度変化、気圧変化、位置等の情報
  • 19. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer  典型的なシステム事例 2013/6/14Smart Japan Alliance 19 ラインパワー型 アクチュエータ, ゲートウェイ, リピータ, センサー バッテリーレス センサー, 操作パネル ホストシステム, 他ネットワーク, バックボーン, クラウド, .. Smart Japan Alliance デモ
  • 20. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 20  大規模システム ◦ PCベースシステム (Windows, Linux, …) ◦ 組み込みシステム(Linux, Windows CE, RTOS, …)  USB受信装置+システム+アクチュエーター  プロトタイピング、試作  小規模システム ◦ フラッシュROMマイコン応用システム  マイコンボード上にTCM実装+アクチュエーター  運用システム  市販品
  • 21. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 21 Micro Processor Local Sensor TCM3x0C / ESP3  アプリケーション事例 Local Actuator Remote Management TX Response Remote Management RX Data Transmit Data Receive Local Management (CO) Cloud • Multi Thread • Queue • Messaging • Synchronize • Semaphore • Priority かなり大変
  • 22. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 22  開発期間の短縮 • 豊富な言語仕様 • 豊富なミドルウェア • 豊富な周辺モジュール • Windows C#と互換 • 開発とデバッグが容易 Visual C#でEnOcean 通信処理を簡単に 開発・デバッグ
  • 23. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14  EnOcean TCM310CをXBeeソケットで利用可能に  リセット極性等のピン互換  .NET GadgeteerのXBeeソケットモジュールと 組み合わせて動作可能 Smart Japan Alliance 23
  • 24. Device Drivers, Ltd. EnOcean と .NET Gadgeteer 2013/6/14Smart Japan Alliance 24  EnOcean とは?  .NET Gadgeteer とは?  EnOcean センサーシステム  Gadgeteer モジュール “OceanBee”  展示ブース・デモ展示:A-11・A-14  問い合わせ 株式会社デバイスドライバーズ info@devdrv.co.jp http://www.devdrv.co.jp/