Transcript 情報家電 コンピュータ センサネットワーク

先端ITプログラム
アクチュエーション
講義内容
 アクチュエーション概要
 情報家電
 ロボット
アクチュエーションとは
 実空間におけるモノの作動
 機械などが実空間上で作用すること
ロボットの動作
身近なアクチュエーション
スピーカーで音を出す
ライトの点灯やプロジェクタの制御
情報システムにおけるアクチュエーション
 情報システムの１出力として利用
 入力： センシングデータやユーザ入力
 プロセッシング： 情報処理
 出力： アクチュエーション
センシング
データ
プロセッシング
ユーザ入力
アクチュエーション
アクチュエーションの例
 ライト制御アプリケーション
部屋の環境情報
暗い
静か
人がいる
センシング
プ
ロ
セ
ッ
シ
ン
グ
部屋が暗い
プロセッシング
電気をつける
アクチュエーション
ユビキタス空間におけるアクチュエーション
 ネットワークと連携したアクチュエーション
 センサネットワークやコンピュータ機器、コンテンツ
などと連携して作動する
 例：ホームネットワークにおけるアクチュエーション
分散コンピュータ
コンピュータ
インターネット
センサネットワーク
コンテンツ
アクチュエーション
情報家電
ロボット
ホームネットワークシステム
モバイル機器
コンテンツサーバ
扱うアクチュエーションのテーマ
 情報家電
 ネットワークに接続し制御可能な機器
 身近に利用できるアクチュエーションとして普及しつ
つある
 ロボット
情報家電
情報家電とは
 ネットワークに接続できる通信機能を備えた家
電製品（テレビ、冷蔵庫、エアコンなど）
 PCや他の情報家電から制御できるようになる
 ネットワークに接続した他の機器と連携する
 コンテンツをダウンロードして利用できる
ホームサーバ
白物家電
ネットワーク化
（ホームネットワークの構築）
コンピュータ
AV機器
情報家電の例
 デジタルTV/デジタルビデオ
 テレビ番組への参加
 外出先・携帯電話から録画予約
 電子レンジ
 インターネットからダウンロードしたレシピに合わ
せて食品を温める
 スマートフォン
 音声通話
 メールやWebの閲覧
iPhone
ホームネットワーク
 Ethernet
 無線LAN
 IEEE802.11b/a/g
 IEEE802.11n
バックボーンネットワーク
 無線PAN（Personal Area Network)
 Bluetooth (IEEE802.15.1)
 UWB (IEEE802.15.13a)
 ZigBee (IEEE802.15.4)
 用途
センサネットワーク
ZigBee
UWB
Ethernet
無線LAN
Bluetooth
情報家電
コンピュータ
IEEE802.11n
 実効速度100Mbps以上の無線LAN規格
 802.11a/b/gと比べて高速
 情報家電においてマルチメディアコンテンツ配
信に適している
 地上デジタル放送の情報レートは最大23Mbps
Bluetoothとは
 近距離の無線通信規格
 携帯や固定の電子デバイスのケーブル接続の代
替として考案された
 低消費電力、短距離通信、低コスト
 2.4GHzの周波数帯を用いる
 半径10m程度の通信距離
Bulutooth利用用途
 ハンズフリー音声通話
 モバイルヘッドセット
 ダイヤルアップ
 push型情報配信端末
 ネットワーキング
Bluetoothのトポロジー
 ピコネット
 1つのマスタと最大7台のスレーブ
Piconets
Master: ホッピングパターン決定
（周波数、タイミング）
Slave： データ送受信最大7台
Piconets
Piconets
Piconets
Scatternet
Bluetoothプロトコルスタック
アプリケーション
プロファイル
L2CAP layer
L2CAP Resource
Manager
Channel
Manager
HCI
Link Manager layer
Device
Manager
Baseband layer
Radio layer
Link Manager
Baseband Resource Manager
Link Controller
RF
コアシステム
Bluetoothコアシステム
 HCI（Host Controller Interface)
 ホストとホストコントローラとの通信を扱う
 HCIスタックが実装されていない場合
 Bluetooth機器独自の接続方式を実装する必要がある
 HCIスタックが実装されている場合
 ハードウェアを意識せずに、アプリケーションを実装できる
 L2CAP (Logical Link Control and Adaptation Protocol)
 パケットの分割や複数接続を扱いHCIを抽象化
 Bluetooth機器独自の通信仕様を意識せずにアプリ
ケーションを実装できる
Bluetoothプロファイル
 Bluetoothを用いて接続される両端の機器の
使用やその間の通信プロトコルなどの定義
 サービス
 周辺機器が提供する機能
 プロファイル
 サービスを提供、利用するために必要な機能や仕様
 例：Headset Profile –携帯電話用ヘッドセット-
Bluetoothを用いたサービスは、接続される両端の機器が
同じプロファイルをサポートする必要がある
プロファイルの一部列挙
 基本プロファイル
 GAP (General Access Profile)
 デバイスの発見、接続
 SDAP
(Service Discover Application Profile)
 サービス探索
 SPP (Serial Port Profile)
 シリアルポート接続エミュレーション
 Ver1.1定義
 OPP (Object Push Profile)
 オブジェクト転送
 AVプロファイル
 A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)
 オーディオデータ転送
BlueZ
 BlueZとは
 Linux上でBluetoothデバイスを制御できる
 Bluetoothを用いたプログラムを作成するライブ
ラリがある
 Linux上のアプリケーションからオーディオデータ
を転送などBluetoothの機能を利用できる
UWB
 近距離高速通信が可能な無線技術




位置測定やレーダーの機能も持ち合わせる
Wireless USBの基礎技術
通信距離は10m
次世代情報家電や携帯端末、コンピュータ周辺機
器の基礎技術として注目されている
ZigBeeネットワーク
 コーディネータによるPANの立ち上げ
 管理者ノードとしてPAN(Personal Area
Network) IDを割り当てる
 PAN ID: 16bit 符号なし整数
 ネットワークへの参加
 ルータまたはエンド・デバイスはコーディネータを
見つけるとネットワーク・アドレスを要求する
 ネットワーク・アドレス： 16bit符号なし整数
 アソシエート
 特定の親ノードと結びつきネットワークの一員となるこ
と
ZigBeeネットワークトポロジ
 スター・トポロジ
アソシエート
 クラスタ・ツリー・トポロジ
クラスタ
 メッシュ・ネットワーク
コーディネータ
ルータ
エンド・デバイス
ZigBee・アーキテクチャ
アプリケーション層（APL）
ZigBee
アプリケーション・フレームワーク（AF)
デバイス・
ZDO
アプリケーション・
インタフェース オブジェクト
オブジェクト
（ZDO）
アプリケーション・サポート・サブ層（APS）
ネットワーク層（NWK）
メディア・アクセス層（MAC)
物理層（PHY)
情報家電の標準
 DLNA (Digital Living Network Alliance)
 機器間が通信する際の手順 (UPnP)
 各社の製品が共通に対応すべきCODEC
 ユーザインタフェース
 OSGi
 Javaに基づくサービスプラットフォーム
 他にも多くの標準がある
PC機器・AV機器・白物家電・センサーなど
ネットワーク間における互換性を保障する
情報家電における主要技術
独立行政法人
情報通信研究機構
http://www.venture.nict.go.jp/trend/kaden/index2.html
UPnP (Universal Plug and Play)
 ネットワークデバイスやサービスの検出と制御
を可能にするプロトコル
 デバイスはネットワークに参加して動的に IP アド
レスを取得
 自らの機能を通知
 ほかのデバイスのプレゼンスと機能の情報を取得
 デバイスは互いに直接通信でき、それによってピ
ア ツー ピア ネットワークが可能
UPnP利用の例
 UPnP対応の目覚まし時計のアラームを7:00
に合わせます
 翌朝7:00にアラーム音で起きると、UPnP対
応のトースターが目覚まし時計と同期してパン
を焼き始めます
 ユーザは目覚めてすぐに焼きたてのパンを食
べることができます
UPnPプロトコルスタック
UPnPネットワークコンポーネント
UPnPネットワーク
SSDP: Simple Service Discovery Protocol
 ネットワーク サービスが検出される方法を定
義
 サービスを検索し発見されたサービスをアナウン
スする
 デバイスが検索要求を受信すると、検索基準に一致
するか調べる
 一致していた場合、ユニキャストSSDPレスポンスが
コントロール ポイントに送信されます
 HTTP と HTTPMU に基づく
 UPnP デバイスはマルチキャスト ポートをリッスン
する
情報家電OS
 TRON
 Linux
 Windows CE .NET
ロボット
To be continued