Google Homeで家電制御…。

家電関係のショーやフェアではスマートホームというかIoT絡みでのホームオートメーションというか、音声でライトが点いたりテレビのチャンネル変えたりなんていうのをやっているけど、誰かに何かをさせるには、そのための通信を行ってコマンドや応答のやり取りが必要になります。

そのためには有線無線関係なく、それぞれの機器が通信を行うための待機電力が増える、という問題もありますがそれは置いといて。

じゃあ家電とコントローラはどんなプロトコルとどんな手段で通信しているのだろうと、ふと思ったのであります。

ZigBee、BLE(旧Wibree)、DigiMesh、Z-Waveなどなど、低消費電力の無線規格はありますが、ソフトウェア面にはあまり注目していませんでした。

OSI参照モデル的には、Threadはトランスポート層とネットワーク層を担当し、物理層とデータリンク層は802.15.4を利用するようです。もともと802.15.4はIPv6とよく似た形でパケットの形式を定義していて、SourceやDestinationアドレスもIPv6に近い形式(6LowPAN)で指定するようになっています。そのため、LANとの親和性も高く、TCP/IPネットワークとのゲートウェイもかなりシンプルになるはずです。

Thread上でのデバイス開発は、Developing IoT Devices with Threadにありますが、それをオープンソースとして実装したOpenThreadというのがあるようです。
これをデバイス上で動かすことができれば、あとは802.15.4無線モジュールを持ってきて組み合わせてやればよい、ということでしょう。
もちろん電波で通信する関係上、セキュリティは重要になってきますので、その部分もしっかり見ないとですね。

ちなみに上記4つの無線規格のうち、BLEを除くと他の3つは802.15.4規格の上に構築されていたと思います。また、Digi Internationalが802.15.4のモジュールを国内の認証を取得して販売しています。その他にもロームなどが出しているようです。

ただ、802.15.4も電波を飛ばす部分がそれなりに電流を食いますし、受信に限っても送信ほどではないですが食いますので、メッシュネットワーク的には時刻同期を組み合わせた間欠通信かつ輻輳制御ということになるんでしょうか。

実際にはアプリ開発者はそこまではやらずに足回りは通信デバイスメーカに任せるんでしょうけど。

ということで、実際の家電への実装はOpenThreadを見ればそれなりに分かるということですね。

ちょっと眺めてみると、まず説明のところで、OpenThreadはNestが開発したものをBSDライセンスに準じた形のBSD 3-Clause "New" or "Revised" Licenseで公開している、とのこと。その目的は、多くの開発者が使えるようにすることで様々な製品の開発を加速することにあるようです。

また、
a Thread Certified Component, implementing all features defined in the Thread 1.1.1 specification, including all Thread networking layers (IPv6, 6LoWPAN, IEEE 802.15.4 with MAC security, Mesh Link Establishment, Mesh Routing) and device roles, as well as Border Router support.
だそうで、このOpenThreadは上記で通信デバイスメーカに任せるのではと書いた部分も含んでいるようです。

そういえばふと気になったので調べてみたら、かつてEM250というZigBee用のSoCを開発した米国Ember Corp.は、2012年にSilicon Laboratories, Inc.に吸収されたんですね。

余談ですが、いやらしいことに802.15.4は2.4GHzの電波を使用していて、それが無線LANの周波数とかぶっているので、無線LANの電波がバリバリ飛ぶ(たとえばYouTubeで動画を見ているとか)と電波出力の弱い802.15.4は通信障害を起こしやすくなります。また当然電子レンジにも影響を受けます。そのため、海外では700/800/900MHz帯の802.15.4モジュールもあるようです。日本では900MHzに近い帯域として950MHzを使えないかということも検討されていたようですが、現状ではまだ認可されていないかな、と思ったら920MHz帯で規格化されているようですね。

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