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林エバンジェリストが語る 最新技術動向

林エバンジェリストの顔写真

エバンジェリストの林です。

今回は、IoT(Internet of Things)の中核を占めるセンサネットワークを取り上げてみます。

センサやネットワークのコストが劇的に安くなり、身の回りに大量に設置されるようになってきました。これらのネットワークからの情報を収集し、ビッグデータとして分析すれば、様々なサービスに利用することが可能となります。

このような多数のセンサをネットワークに接続する場合に、問題になるのがそのネットワークをどのような構成にするかです。

そんな中で、もっと安価で手軽に利用できる無線ネットワークが必要になっています。これらのネットワークは、一般的にセンサネットワークと呼ばれており、様々な通信プロトコルが規格化され、利用されるようになってきています。

今回は、このようなセンサネットワークを利用する上でのセキュリティ対策などの注意点も含めてご紹介します。

第15回 センサネットワーク

センサのコストや、ネットワークのコストが劇的に安くなり、身の回りに大量に設置されるようになってきました。これらのネットワークからの情報を収集し、ビッグデータとして分析すれば、様々なサービスに利用することが可能となります。

センサで情報を収集するシステムを構築しようとした場合、実施の情報を収集するセンサ層、そのセンサ間をネットワークで接続し、情報を集めるセンサネットワーク層、いくつかのセンサを束ねるゲートウエイ層、ゲートウエイ層に集まったデータをインターネットなどの上位のネットワークへ渡すネットワーク層、そのデータを受け取り、データベースへ蓄えるサーバ層、集めたデータを加工分析するアプリケーション層の6つの層に分解可能です。

今回は、この6つのシステム層のなかから、センサネットワーク層を詳しく見てみたいと思います。

現在、センサネットワーク層で利用できるセンサネットワークには、次のような様々な近距離無線通信プロトコルが規格化され、利用されています。

近距離無線通信プロトコルを選択する上で重要になるポイントは、何個ぐらいのセンサが同時に接続できるか、その通信距離、消費電力はどれくらいか、ネットワークトポロジー(ネットワークの形態)は、どうなっているのか、通信の際のセキュリティ対策はどのようになっているかなどになります。

このうちネットワークトポロジー(ネットワーク形態)は、一般的にスター型、ツリー型、メッシュ型に分類されます。

センサネットワークをスター型で構築した場合は、センサで取得した情報は、ゲートウエイに送るのみで良いのですが、通信距離は、プロトコルの通信距離に依存してしまい、あまり遠くに送ることはできなくなります。一方、ツリー型で構成した場合は、センサとゲートウエイの間の通信を他のセンサに中継させる機能があるので、これを利用することにより、通信距離を伸ばすことが可能です。一方、中間のセンサに中継機能を持たせる必要があること、これにより消費電力が増大することなどのデメリットも発生します。また、中継機能を持ったセンサが故障したり、バッテリー切れになった場合、それ以下のセンサからの情報がすべて受け取れなくなってしまいます。

メッシュ型で構成した場合は、上記の中継センサの故障やバッテリー切れの際には、自動的に代替えルートで通信が可能となり、より強固なネットワーク網を構築することができます。この機能は、アドホックネットワークと呼ばれています。

アドホックとは、その場限りという意味で、たとえば、上の図の場合は、AとBは、この時点では通信経路が確保できていますが、Cが通信可能範囲から移動してしまった場合、AとBの通信は切れてしまいます。しかし、アドホックネットワークでは、通信が切れそうになった場合、自動的な他の通信経路を探し出し、出来るだけ通信を持続させる機能があります。

最近、IP電話の乗っ取り事件が発生し、高額な通信費を負担させる事件に注目が集まっていますが、センサネットワークもそのセキュリティ対策をしっかりと施しておく必要があります。最低でも通信の暗号化(通信の盗聴を防ぐ機能)は必須であり、できれば、認証機能(正しいセンサのみ、ネットワークに受け入れる機能)もあれば、さらにネットワークを強固に構築する庫田が可能になります。

このような様々な近距離無線通信プロトコルから、構築したいセンサネットワークに必要な条件を考慮した上で選択する必要があります。

このなかで、NECが力を入れて取り組んでいるのは、ZigBeeと呼ばれるプロトコルです。

ZigBeeの通信距離は70mですが、単三乾電池2本でほぼ半年から2年程度連続して利用することができる超低消費電力である点、ネットワークトポロジーもスター型、ツリー型、メッシュ型のすべてに対応している点が特徴です。通信のセキュリティ対策として、暗号化も利用することができます。


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