国際無線通信規格Ｗｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮを搭載した小型ＩｏＴ用ゲートウェイの開発に成功

ポイント

• カメラ、ＢＬＥ搭載センサー等での収集情報を無線の多段中継によりビッグデータをクラウドまで伝送可能な小型ＩｏＴ用ゲートウェイ（サイズ４７×４７×３８ｍｍ）。
• 国際無線通信規格Ｗｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮを搭載することにより、ＩｏＴ用ゲートウェイ同士容易に多段中継（１段最大１ｋｍ程度）し、通信エリアの面的カバー率を向上。
• 無線ＬＡＮと異なる周波数を用い、無線ＬＡＮとの干渉もなく、堅牢性の高いＩｏＴネットワーク構築が可能。

＜原田 博司　プログラム・マネージャーのコメント＞

本研究プログラムでは、各個人の生体情報時系列計測データ、工場に設置された各種機器からの時系列計測データ等を用い、疾病、稼働リスクを予見・先取で発見することができる各種社会リスクを低減する超ビッグデータプラットフォームに関する研究開発を行っています。この実現のためには、家庭内、工場内に設置された各種センサー、メーター、モニターから創出されたビッグデータを有無線統合ネットワークにより効率的にインターネット／イントラネット上の処理エンジンに伝送する必要性があります。今回開発した小型ＩｏＴ用ゲートウェイは、創出されたビッグデータを自身でネットワークに接続し、クラウドに蓄積させる機能だけではなく、収集したデータを別のＩｏＴ用ゲートウェイにＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮよる多段中継で伝送することが可能であり、データ収集可能なエリアを拡張させ、より堅牢なビッグデータ創出用ネットワークを構築することができます。

＜研究の背景と経緯＞

昨今、家庭内にＷｅｂカメラやセンサー等を設置し、その計測結果をクラウド等に蓄積させ、ホームセキュリティ、遠隔医療、遠隔介護支援を行う家庭内ＩｏＴシステムの開発が盛んに行われています。ＮｅｘｔＤｒｉｖｅ株式会社は、Ｗｅｂカメラ、温湿度センサー等との組み合わせで、ホームセキュリティ、介護、環境計測等のために必要となる情報を収集し、携帯電話系、Ｗｉ－Ｆｉによりクラウドに伝送する小型ＩｏＴ用ゲートウェイ「Ｃｕｂｅ　Ｊ」^注２）を開発し、商用化していました。しかし、ＩｏＴ用ゲートウェイ同士は親機と子機の関係があれば通信はできましたが、子機から別の子機に多段中継伝送するマルチホップ機能が搭載されていませんでした。

一方で、京都大学、ローム株式会社、株式会社日新システムズは、ＩＰ通信によるマルチホップ機能を搭載し、長距離伝送性、耐干渉性に優れたＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮ無線通信モジュールの研究開発を行ってきました。このＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮは、ＩＥＥＥ　８０２．１５．４ｇ無線通信規格^注３）による無線機器間での最大１ｋｍ程度の伝送距離、１０段以上のマルチホップ機能による多段中継機能を実現し、さらにセキュリティ等をＷｉ－Ｆｉと同等にすることにより、Ｗｉ－Ｆｉと同等の使いやすさを実現できる機能がありました。しかし、ＩｏＴ用の実システムへの応用はまだ十分行われていませんでした。

＜今回の成果＞

今回開発したＩｏＴ用ゲートウェイは、ＮｅｘｔＤｒｉｖｅ株式会社が開発した小型ＩｏＴ用ゲートウェイ「Ｃｕｂｅ　Ｊ」（図１）に、京都大学、ローム株式会社、株式会社日新システムズが開発してきたローム製無線モジュールを用いたＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮ無線通信モジュール（図１）を搭載したものです。サイズ４７×４７×３８ｍｍの筐体にＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮ無線通信モジュールを搭載することで、自身が収集したデータを別のＩｏＴ用ゲートウェイにＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮよる多段中継で伝送することが可能になり、宅内での面的なカバー率が向上します。この中継段数は１０段以上も可能であり、大規模施設においてもこのＩｏＴ用ゲートウェイを利用できることになります。

また、Ｗｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮはＷｉ－Ｆｉ（２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）と異なる周波数（９２０ＭＨｚ帯）を用いているため、Ｗｉ－Ｆｉとの干渉もなく、堅牢性の高いＩｏＴ用ネットワーク構築が可能になります。また、長距離伝送特性を有するＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮ搭載のセンサー、メーター、モニター機器との接続も期待できます。

今回は、Ｗｅｂカメラで取得した画像をＵＳＢ経由で、また、温湿度センサー（ＮｅｘｔＤｒｉｖｅ製Ｔｈｅｒｍｏ　Ｐｉｘｉ）で取得したデータをＢｌｕｅｔｏｏｔｈ　Ｌｏｗ　Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）経由でＩｏＴ用ゲートウェイに伝送し、ＩｏＴ用ゲートウェイ間でＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮを用いて多段中継伝送した後に、親となるＩｏＴ用ゲートウェイまで伝送して表示するデモンストレーションを行い、良好な伝送特性を得られることを実証しました（図２、図３）。

＜今後の展開＞

今後、４者は今回開発したＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮ搭載のＩｏＴ用ゲートウェイを商用化するために、Ｗｉ－ＳＵＮアライアンス^注４）と共同で開発を行っていく予定です。本成果は５月２４日より東京ビックサイトで 開催される「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ＪＡＰＡＮ　２０１７」のＷｉ－ＳＵＮアライアンスブース（日新システムズ展示エリア）および、５月３０日より台湾、台北で開催される「ＣＯＭＰＵＴＥＸ　２０１７」にてデモ展示を行う予定です。

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１） Ｗｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮ　（Ｆｉｅｌｄ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）

Ｗｉ－ＳＵＮアライアンスが制定するスマートメータリング、配電自動化を実現するスマートグリッド及び、インフラ管理、高度道路交通システム、スマート照明に代表されるスマートシティを無線で実現するためのセンサー、メーターに搭載するＩＰｖ６で多段中継（マルチホップ）可能な通信仕様。２０１６年５月１６日にＷｉ－ＳＵＮアライアンスにおいて技術仕様バージョン１が制定。物理層部にＩＥＥＥ　８０２．１５．４ｇ、データリンク層にＩＥＥＥ　８０２．１５．４／４ｅ、アダプテーション層にＩＥＴＦ　６ＬｏｗＰＡＮそしてネットワーク層部にＩＰｖ６，ＩＣＭＰｖ６、トランスポート層にＵＤＰ、そして認証方式としてＩＥＥＥ　８０２．１ｘを採用している。また製造ベンダー間の相互接続性を担保するための試験仕様等も提供されている。京都大学、ローム株式会社、株式会社日新システムズは２０１６年１１月にＷｉ－ＳＵＮ　ＦＡＮ搭載の無線機の開発に成功している。詳細はhttp://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/161116_1.htmlを参照。

注２） ＩｏＴ用ゲートウェイ「Ｃｕｂｅ　Ｊ」

ＮｅｘｔＤｒｉｖｅ株式会社が開発した小型・軽量ＩｏＴ用ゲートウェイ。本体をそのままコンセントに差し込むだけで設置することが可能な電気プラグ型の形状を取っており、ＩｏＴ用ゲートウェイとして必要な、無線通信「Ｗｉ－Ｆｉ」「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ」「Ｗｉ－ＳＵＮ」を搭載している。多様なアクセサリ（モーションセンサー、温湿度センサー、ＵＳＢカメラ、赤外線リモコン及びスマートプラグなど）を用意しており。アクセサリは、本体に対し積み木のように重ねるだけで取得した情報を「Ｗｉ－Ｆｉ」「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ」「Ｗｉ－ＳＵＮ」により伝送することができる。設定は全てスマートフォンで行うため、誰でも簡単に扱うことが可能。詳細はhttp://jp.NextDrive.io/cube/を参照。

注３） ＩＥＥＥ　８０２．１５．４ｇ

屋外で利用可能なセンサー、メーター等に搭載し、エネルギーマネージメント等を行うために必要となる無線通信伝送部（物理層）の国際標準規格。１ホップ最大１ｋｍ程度の伝送が都市部でも実現でき、低消費電力にＩＰｖ６等の情報を伝送できる特長を有する。米国ＩＥＥＥ８０２．１５委員会で制定。京都大学　原田 博司は、この標準化委員会の副議長であり、フレーム同期部コードが強制規格に採用される等技術的なメジャーコントリビュータである。

注４） Ｗｉ－ＳＵＮアライアンス

ＩＥＥＥ　８０２．１５．４ｇ規格をベースにエネルギーマネージメント、防災、工場等の各種アプリケーションを実現するために他のオープンな国際標準規格と融合させ、製造メーカー間で相互接続可能な国際無線通信規格「Ｗｉ－ＳＵＮ　Ｐｒｏｆｉｌｅ」を制定する任意団体。現在会員企業は全世界に１００社以上。スマートメーターと宅内エネルギー管理システム（ＨＥＭＳ）との間の通信規格「Ｗｉ－ＳＵＮ　ＥＣＨＯＮＥＴ」は全国の電力会社に採用。現在すでに当該仕様が搭載されているスマートメーターは１０００万台以上出荷。今後は東京電力管内で２０００万台以上出荷される予定。詳細はhttp://www.wi-sun.orgを参照。

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