2018/4/27～28 開催の「道東 x IoT ハッカソン 2018」における技術資料

1. 技術説明
道東×IoTハッカソン 2018
Apr. 27, 2017 / 釧路市観光国際交流センター
株式会社ソラコム
テクノロジー・エバンジェリスト
松下 享平

2. 自己紹介
株式会社ソラコム / テクノロジー・エバンジェリスト
松下 享平 (まつした こうへい) “max”
静岡県民 🗻 新幹線通勤族 🚅
前職: 東証二部ハードウェア・メーカーで
IoT事業のコーディネート
好きなソラコムサービス
• SORACOM Air メタデータサービス
• SORACOM Funnel
• soracom-cli
Facebook, Twitter: ma2shita
NEW!!!

3. 本ハッカソンで利用可能なデバイス
Arduino UNO R3
+ Grove ベースシールド
+ LoRa 開発シールド
Wio LTE

4. 【共通】Grove センサー
「コネクタに挿すだけ」で電子回路を構築

5. 開発環境
共通
• OS共通: Arduino IDE のインストール
LoRaWAN
• OS 共通: http://bit.ly/2Fngw5I
※30 分程度かかります
Wio LTE
• Windows: http://bit.ly/wiolte_handson_win
• macOS: http://bit.ly/wiolte_handson_macos
※60 分程度かかります

6. 実装
IoT における開発の流れ
ビジネス要件 データフォーマット設計 ネットワーク
クラウド
デバイス

7. データフォーマット設計を中心にする利点
1. 設計段階:
データ処理の可/不可を基にしたデバイス、
ネットワーク、クラウドの組み合わせ検証が容易
• データサイズ=1KB/回 → LPWAで可能？等
2. 開発段階:
データフォーマットを責任分界点とした上で
各要素の並行開発が可能

8. センサー素子 マイコン
ゲートウェイ
基地局
クラウドモノ ネットワーク
I2C
SPI
UART
1-wire
接点
近距離無線通信
～1km
中・長距離無線通信

9. LoRaWAN, Sigfox 特徴 (1/2)
• 920MHz 帯による km レンジの長距離通信
• 安価な通信モジュール
• 低速度 / 低消費電力
消費電流を抑止しつつも長距離通信が可能
LoRaトランシーバー
SX1276
セルラーモデム
UC20
参考: 発光ダイオード
(LED)
消費電流 20~30 mA
※送信時
500 mA
※通信時
20 mA

10. LoRaWAN, Sigfox 特徴 (2/2)
ペイロードサイズ
• 11 ~ 12 bytes / 回
• 送信間隔制限や送信回数の制限あり
• LoRaWAN: 最大 4.4 秒の送信間隔
• Sigfox: 140 回/日 の回数制限あり
下り通信 (Cloud to Device) 実装
• 上り通信に対する戻り※
• LoRaWAN, Sigfox 共に利用可能
※本実装は2018年4月現在です

11. IoT を取り巻く無線通信
消費電流
通信距離
Wi-Fi
PAN
BLE, ZigBee, Wi-SUN
LPWA
LoRaWAN, SigFox
Cat.0, M1, NB-IoT
100mA
10m 30m 1km 10km
20mA
通信速度
100bps
1kbps
1Mbps
10Mbps
450Mbps
NFC
RFID
5G
セルラー
3G, LTE(4G)

12. LPWA セルラー
～11Byte
11Byte～
MByte/GByte
データ量
1日数～数十回 常時・高頻度通信通信頻度
電池駆動
数カ月～数年駆動
給電あり
電池交換前提
消費電力
セルラーと LPWA の選択基準

13. 【LoRaWAN】ペイロード設計の手法と課題
項目 取りうる値
センサーID 0 ~ 3
物体までの距離 (cm) 0 ~ 30
[2,19]
6 byte
JSON(テキスト)
0x920213
MessagePack
3 byte
独自フォーマット
1 byte
• クラウド側で扱いやすい
• デバイスでの生成コストが高い
• クラウド・デバイス双方で
そこそこ扱いやすい
• 徹底した削減までとはいかない
• デバイスでの生成コストが低い
• クラウドでの扱いが極めて困難
7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bit
0 ~ 30
(幅的には31まで)
0~3
(幅的には7まで)
0
1
2
3
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:%E7%A7%8B%E8%91%89%E5%8E%9F%E3%83%80%E3%82%A4%E3%83%93%E3%83%AB%E9%A7%90%E8%BB%8A%E5%A0%B4.jpg
複数の超音波測距センサーで
自動車の有り無しを検出
要件

14. 【LoRaWAN】バイナリパーサー機能
クラウド側
データ展開の手間軽減
{
"distance": 19,
"sensor_id": 2
}
7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bit
0byte
0 ~ 31
(e.g. 物体までの距離)
0~7
(e.g. センサーID)
BIN 1 0 0 1 1 0 1 0
DEC 19 2
HEX 9 A
distance:0:uint:5:7 sensor_id:0:uint:3:2
デバイス側
ペイロード節約、CPU負荷低減

15. エッジ・コンピューティングによる LPWA 活用
マイコン
AI
動画など
カメラ
動画など
クラウド
データ量が
見合わない
エッジで判定
結果のみを
送信
動画など

16. SORACOM Harvest ― データ収集/蓄積/可視化
SORACOM Harvest
SORACOM Harvest上に
データが蓄積harvest.soracom.io
へ送信する実装のみでOK※
• SORACOM Web コンソールで可視化
• APIで蓄積済みデータの取得
システムをセットアップすることなく
データ収集・蓄積・可視化を行えるサービス
データフォーマット設計との
検証が簡単に可能※LoRaWAN はアドレスも不要

17. SORACOM Beam ― データ転送支援
SORACOM Funnel ― クラウドアダプタ
本来デバイスに実装するべき接続先設定や暗号化等を
SORACOMへオフロード(負荷を移動)
オンプレ
システムA
PaaS
SaaSなど
インターネット
beam.soracom.io
funnel.soracom.io
へ送信する実装のみでOK※
SORACOM BeamやFunnel上に
• 接続設定 (認証情報や接続先)
• 暗号化 / プロトコル変換
を保管
SORACOM Beam
SORACOM Funnel
※LoRaWAN はアドレスも不要

18. SORACOM サービス群を用いた開発手法
クラウド開発者
SORACOM Harvest
デバイス開発者
★

19. SORACOM サービス群を用いた開発手法
クラウド開発者
SORACOM Harvest
デバイス開発者
簡素なプロトコルでOK
送信先アドレスの
切り替えを行うだけ
SORACOM Funnel
SORACOM Beam
SDKや認証情報をデバイスに
セットアップ＆更新する手間をゼロに
★

20. SORACOM サービス群を用いた開発手法
クラウド開発者
SORACOM Harvest
デバイス開発者
切り戻してデータフォー
マットを再確認するのも
容易
デバイス側なのか、
クラウド側なのか、
データフォーマット設計を基に
問題の切り分けが可能
SORACOM Funnel
SORACOM Beam
SDKや認証情報をデバイスに
セットアップ＆更新する手間をゼロに

21. SORACOM Funnel を活用したアーキテクチャ例
Amazon
Elasticsearch Service
Amazon Athena
Amazon
QuickSight
Amazon S3
AWS IoT Core
https://d1.awsstatic.com/events/jp/2017/summit/slide/D3T5-8.pdf
Amazon Kinesis
Data Firehose
SORACOM
Funnel
HTTP, TCP, UDP
LoRa
Sigfox
データ収集

22. SORACOM Beam を活用したアーキテクチャ例
SORACOM
Beam
HTTP REST API
Laravel (PHP), Rails (Ruby) …
SaaS / PaaS
AWS IoT Core
PubNub
Mosquitto
Amazon MQ
LoRa
Sigfox
HTTP, TCP, UDP
SORACOM
Beam
MQTT MQTTS
データ収集
双方向通信
EC2, EB等
enebular
kintoneHTTPS
アプリケーション

23. ハッカソン向け SaaS / PaaS
データ可視化・検索・分析
Amazon
Elasticsearch Service
kintone
データ処理・転送
AWS IoT Core
AWS Lambda
enebular