Sensor Network
無線とネットワーク
無線を使ったネットワークには皆さんがご存じの無線LAN IEEE802.11があります。EtherNetを無線化した規格で2.4GHz帯のISM BANDを使用した802.11/11b/11gや5GHz帯域を使用した802.11aが有名です。無線LANは1Mbps,2Mbpsの転送速度から始まり、CCK変調を採用した11b(11HighRate)で11Mbps,OFDMを採用した11g/aで54Mbpsと大容量のデータを通信させていく方向へ進化しています。有線ネットワークが1Gbps/10Gbpsへと進化していく中で300Mbpsを可能とした11nが現在では主流の通信方式となっています。高速大容量通信の用途は映像配信を中心とした画像コンテンツであったり、ＰＣを中心とした使用用途においてニーズに適応した進化を遂げています。
この無線LANネットワークで高速通信を行うためにはどのような環境が必要であると思われますか。無線ＬＡＮはアクセスポイントという親機とクライアント間での通信を行います。クライアントとの距離は300Mbpsを確保する場合、10m以内での通信環境が必要です。（環境により距離は伸びる場合があります）。殆どが屋内での通信環境を想定した使用用途です。距離を伸ばせば通信速度は落ちていきます。2Mbpsでの通信を確保出来るのはよほど理想的な環境でも無い限り40m〜100mが限界ではないかと思われます。それでも、ホットスポットなどの公衆エリアなどでの用途では使える範囲ではあります。
ではそれ以上の距離を通信させたい場合はどうすればよいのでしょう？無線ＬＡＮはその場合、適さないプロトコルであるかもれません。無線ＬＡＮにはWDSという機能により、アクセスポイント間を中継するリピータ機能がありますが、コストが高くなってしまいます。
また、11nにおいてのアクセスポイントの消費電力は15-18Wです。11gでも10W程度は必要です。無線LANのアクセスポイントは電源の確保出来るエリアに限定されていると言っても過言ではありません。なかなか条件にマッチした場所は見つかりにくいものです。
省電力通信
無線を使っての通信を行いたいという要求はあらゆるところにあります。携帯性を重視した、どこでも通信出来るという条件。人が行けないような所や有線を引けないような所。電源の無い場所も多くあります。そんなところに通信環境を設置するのは難しいのでしょうか。
確かに、DVD一枚を1分で送る事は難しいかもしれません。しかし、簡単なデータをシリアルで届けることは可能です。簡単なデータというものはどういうものでしょうか。たとえば、制御データであったり、測定データであったり、例えば音声データやJPG画像などもその内に入るでしょう。
そんな中で登場した製品が、2.4GHz通信モジュールです。 AR'sのセンサネットモジュールの内、Merino(メリノ) / Corriedale(コリデール) / Cheviot(チェビオット) は加速度センサをオンボード搭載した通信モジュールで500Kbpsの通信を可能とします。また Suffolk(サフォーク)は16Bit DA/ADコンバータを搭載した温度計測やアナログ計測としてのセンサ通信モジュールです。2.4GHzの通信速度は500Kbpsとなっています。
2.4GHzは日本国内においてはISMバンドと定義されておりますが、2007年12月に950MHz帯域が総務省により「950MHz帯アクティブ系小電力無線システム」として使用可能になり一早く Ibex(アイベックス) / Falconeri(ファルコーネリ)として対応モジュールを販売しています。950MHzの通信速度は250Kbpsとなっています。2.4GHz/950MHzは周波数特性から到達性、信頼性、即応性が高い周波数帯域です。
IEEE 802.15.4-2003 ZigBee
IEEE 802.15.4-2003は近年注目を集めている通信プロトコルです。
ZigBee Coordinator(ZC) ネットワーク制御、 ZigBee Router(ZR) データ中継、ZigBee End Device(ZED) 端末からなる通信プロトコルで、その特徴は、メッシュ型やツリー型のネットワークを構成します。ZRがデータを中継することで、直接電波の届かない端末間でも通信が可能です。低消費電力（送受信の頻度にもよりますが、電池の電力で数ヶ月〜数年間稼動します）で広範囲で通信を行う事が出来ます。
AR'sのセンサネットモジュールの内、Apis Mellifera(メリフェーラ) / Leiceter(レスター) / Argali(アルガリ) / はIEEE 802.15.4-2003に準拠したものです。通信速度は2.4GHzで250Kbpsとなっています。
アプリケーション
電池駆動、小型化、広範囲通信、メッシュネットワーク、簡単なデータ通信、制御、計測
これらのセンサネットワークを使って何が出来るでしょうか。ひとつは、記録です。温度を24時間365日取り続けたり、加速度センサによって振動を取り続けたり、物体の運動を計測し続けたり、数値化して記録することが出来ます。
数値化して記録したものは解析出来ます。パターン化や、異常値の検出が出来ます。
パターン化出来るデータは再生することが可能です。また、異常値はトリガになります。
物体にセンサを取り付けて振動を測定して、一定の値以上を検出したとき、たとえばそれは地震であれば、保護回路を動作させる制御プログラムを動作させるということが可能です。また、特定のポイントで一定の温度以上を検出したときに、空調を動作させることが出来ます。消火させることも出来ます。
無人の部屋に体温を検出すれば警報が鳴ります。画像を記録します。音声を出力します。
様々な場所でセンサネットワークが既に使われているのです。そこには300Mbpsの通信速度は必要ではありませんが、検知したときに通信を開始し、通信が終了すれば省電力を維持しながら何年も稼働するネットワークが必要なのです。
システム
センサネットワークによって取り込まれたデータ は蓄積するサーバが必要です。インターネットを経由させるゲートウェイが必要です。また、蓄積されたデータを解析し、なんらかのアクションを起こすサーバアプリケーションが必要です。
その為の手段としてL-Oneが登場しました。データロガーとして、ゲートウェイとして、センサーネットワークのホストとして組み上げ、システムの要の機能を担います。
また、インターネット通信から先のサーバ技術、ネットワーク技術は浅草電研本来のシステムインテグレーション技術を使い、人と技術を、そして２４時間監視されたセンサーを繋ぎ、安心出来る時間を提供していきます。
・・・そして今、センサはバイオテクノロジの世界と発展し、誰もが健康を維持出来るような環境作りに取り組んでいます。