Transcript RETHINKING SENSING TECHNOLOGY Beanair社 無線センサ

Wireless Sensor Networks for Spacecraft
Damon PARSY, CEO of BEANAIR
BeanAir社について 1
無線センサネットワークの
設計と製造
組込計測
技術的な
構造物の管理
RETINKING SENSING TECHNOLOGY
プロセス産業
環境
Beanair社について 2
• 2008年会社設立
• Beanair 製品の設計と製造はフランス
• Astechのメンバー
(航空/宇宙市場分野のフランス企業の集まり)
• システムインテグレータパートナー:
アメリカ,ヨーロッパ,オーストラリア,ブラジル,南アフリカ,ロシア
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
Beanair社 無線センサネットワーク(WSN)
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
宇宙での計測に求められるもの
宇宙飛行中や地上での試験時における宇宙船の動作状況を
モニタリング、制御する
短い範囲(10〜30m) & 低いデータ数の無線センサネットワーク
 数百単位の計測箇所が存在するため,大量な計測システムやセンサ
ケーブルが必要となる。また,プロジェクトにかかる時間や費用も莫大
2種の異なる計測モードが存在:
 静的な計測 (温度, 湿度)
 動的な計測 (音, 振動)
早い応答時間
 データ損失のない圧縮と伝送
 時間同期と堅牢な無線センサネットワーク
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
無線センサネットワークの挑戦と利益
利益:
 非常に簡単な分散配置と拡張性
 ハードウェア & 配線の減少
 新たなアプリケーションの構築 (HUMS - Health and usage
monitoring system, 移動体)
 挑戦:
 干渉するもの (マルチパスフェージング , 無線のジャミング …)
や妨害するもの
 素早い応答と時間の同期
 電源供給と低電力消費
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
無線センサネットワークの構築
OSI モデル
アプリケーション層
どの無線プロトコル ?
トランスポート層
ネットワーク層
データリンク層
物理層
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
市場に存在する既存の無線ネットワーク
レンジ
Ultra Narrow
Band (UNB)
1000m
IEEE 802.15.4 (Zigbee,
WirelessHART,
ISA100A…)
100m
IEEE 802.11/WIFI
10m
IEEE 802.15.1
Bluetooth
1m
UWB
/WirelessUSB
NFC/RFID
1K
10K
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
100K
1M
10M
データレー
ト (bps)
なぜIEEE 802.15.4 MAC レイヤー ?
軽量なMAC層 (Wifiの４メガバイトの代わりにフラッシュメモリの10
から20キロバイト)
素早い応答と低いデータレート(250kbps),低消費電力
BluetoothやWifiに比べ,より良い範囲の無線が利用できます
しかし, IEEE 802.15.4 に基づき既存の標準無線の無線プロトコルは
どうでしょう ?
ZigBee無線プロトコルは、エネルギーメーターと
スマートグリッド市場向けにより適しているが
応答時間は保証されません
WirelessHARTとISA100Aは、プロセス産業の市場で使用されていま
す。：しかし,導入が容易ではなく動的測定に互換性がありません
宇宙船にメッシュネットワークは不要!
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
IEEE 802.15.4 タスクグループ
主な機能
IEEE 802.15.4
amendment
アプリケーション
IEEE 802.15.4-E
(2012)
•
•
•
CSMA-CA チャンネルアクセス
データレート: 250 kbps
無線チャンネル: 2.4GHz帯に16CH
プロセス産業
IEEE 802.15.4-A
(2007)
•
•
•
より高い範囲の精度( 1メートル精度)
CSMA-CA チャンネルアクセス
PHY はIR-UWB ( Impulse Radio Ultra
wide Band) と CSS (Chirp Spread
Spectrum)に基づいています
データレート: 最大6.8 Mbps
無線チャンネル: 2.4 GHz (CSS), 3GHz
to 8GHz (IR-UWB)
Real Time location systems (RTLS)
 CSMA-CA チャンネルアクセス
 データレート: 250 /40 /20 kbps
 無線チャンネル: 2.4 GHz帯 ISMバンド
の16チャンネル, 915 MHz帯の10チャ
ンネル, 868MHz帯の1チャンネル
スマートグリッドネットワーク（エン
ドポイント数百万を持つ大規模な
ネットワーク）
•
•
IEEE 802.15.4-G
(2012)
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
IEEE 802.15.4 タスクグループ
IEEE 802.15.4G:
 波長 ~12インチ (周波数868 MHz から 915 MHz帯),
多くの宇宙船内の空洞部と同じくらいの大きさ
 868 MHz帯において1つの周波数が利用可能 : 周波数ホッピングに互換性
が無い
 900-915 MHz帯は ヨーロッパではライセンスフリーではない
868MHz帯はアメリカではライセンスフリーではない
 IEEE 802.15.4E:
 2.4GHZ帯は世界中においてライセンスフリー
 Wifi と Bluetoothの共存
 波長 ~5インチ
 IEEE 802.15.4A:
 波長 ~1.4から 5インチ
 範囲の双方向に基づく時刻同期
 レイク受信機は、マルチパスフェージングの影響に対抗
 市場にはいくつかのICのプロバイダが存在
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
MAC 層: 媒体アクセス制御 Access
CSMA-CA (Carrier-sense
multiple access with
collision avoidance)
機能
• チャンネルアクセスは
不定期に実施
• 集中的で不定期なトラ
フィックフロー
アドバンテージ  ネットワーク管理が容
易
 アドホックネットワーク
アーキチャに最適
欠点
• QOS (quality of service)
が保証されていない
• 決定性にかける
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GTS (Guaranteed Time slots) or
TDMA (Time Division multiple
access)
周期的なトラフィックフロー
 よりよいQuality of Service (QOS)
 決定的なネットワーク動作を提
供
 周波数ホッピングなどの干渉回
避技術をサポート
• クリスタルの温度ドリフトを考慮
すべき
• 複雑である
WSN トポロジー : スター型
WS
WC
WS
WS
WC: wireless coordinator
無線コーディネータ
WS: wireless sensor
無線センサ
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
WS
ミドルウェア層: 6LowPANの利点
OSI モデル
6LoWPANプロトコル層
• オープンスタンダード
TCP/IP プロトコル層
(IETFにて定義)
RTP アプリケーション Application
HTTP
• 軽量なソフトウェアスタック
• 低消費電力の無線エリアネット
UDP
TCP
ICMP トランスポート UDP
ICMP
ワークを通じてIPv6通信
• 低いオーバーヘッド
IPV6 with
IP
• 複数のネットワークトポロジオプ
ネットワーク
LoWPAN
ション (メッシュ, ツリー,スター)
IEEE802.15.4
• TEDSセンサとの互換性
Ethernet MAC データリンク
MAC
(IEEE 1451.5 specifications)
• マルチキャストルーティング
Ethernet PHY 物理
IEEE802.15.4 PHY
(IEEE 802.15.4上でのMAC レイ
ヤー層では利用不可)
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
マルチキャストルーティング
リクエスト
ACK+ 応答
WC
WS
ACK+ 応答
リクエスト
WS
リクエスト
ACK+応答
WS
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
宇宙市場における無線センサの“標準”を構築
Recipe of our « Grand Chef » Gusteau:
IEEE 802.15.4-A/E
Mac レイヤー層
CSMA/CA や GTSの
技術的なアクセス
スター型NW
アーキテクチャ
6LowPAN
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
宇宙市場へむけた無線センサネットワーク 1
Beanairは、宇宙船の新世代専用の革新的な
無線センサネットワークに取り組んでいます(Ariane VI)
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
宇宙市場へむけた無線センサネットワーク 2
テレメトリサブシステム
ゲートウェイ
IEEE
802.15.4A
に基づくWSN
IEEE 1588V2
プロトコル
無線センサ
無線
コーディネータ
無線センサ
無線センサ
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
無線センサ
宇宙市場へむけた無線センサネットワーク ３
主な機能:
•
•
•
•
•
IEEE802.15.4A – 非常にワイドな帯域
完全時間同期された無線センサネットワーク (1µs以下)
高いデータ転送: 100 Kbits/s から6.8Mbits/s
3.5GHz から 6.5GHzの6つの無線バンドをサポート
以下との互換性:
 TEDS センサー: IEEE1451.2 & IEEE 1451.5 (6LowPAN)
 低消費電力IEPE センサー (Piezo)
 自立型電源供給
• データ損失の無い圧縮と伝送
• イーサネット上のIEEE1588V2 (HWの正確な時間同期)
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
是非、サンシステムサプライに問い合わせください
ブースNo.S-02
<本社>
東京都杉並区井草3-32-2
<営業技術本部>
東京都中央区新川1-25-2
TEL 03-3397-5241
FAX 03-3399-2245
Mobile +81-90-9810-7128
E-mail [email protected]
URL www.sunss.co.jp
RETHINKING SENSING TECHNOLOGY
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ご清聴ありがとうございます
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