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道東 x IoT ハッカソン 2018 / 開発技術資料
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1.
技術説明 道東×IoTハッカソン 2018 Apr. 27,
2017 / 釧路市観光国際交流センター 株式会社ソラコム テクノロジー・エバンジェリスト 松下 享平
2.
自己紹介 株式会社ソラコム / テクノロジー・エバンジェリスト 松下
享平 (まつした こうへい) “max” 静岡県民 🗻 新幹線通勤族 🚅 前職: 東証二部ハードウェア・メーカーで IoT事業のコーディネート 好きなソラコムサービス • SORACOM Air メタデータサービス • SORACOM Funnel • soracom-cli Facebook, Twitter: ma2shita NEW!!!
3.
本ハッカソンで利用可能なデバイス Arduino UNO R3 +
Grove ベースシールド + LoRa 開発シールド Wio LTE
4.
【共通】Grove センサー 「コネクタに挿すだけ」で電子回路を構築
5.
開発環境 共通 • OS共通: Arduino
IDE のインストール LoRaWAN • OS 共通: http://bit.ly/2Fngw5I ※30 分程度かかります Wio LTE • Windows: http://bit.ly/wiolte_handson_win • macOS: http://bit.ly/wiolte_handson_macos ※60 分程度かかります
6.
実装 IoT における開発の流れ ビジネス要件 データフォーマット設計
ネットワーク クラウド デバイス
7.
データフォーマット設計を中心にする利点 1. 設計段階: データ処理の可/不可を基にしたデバイス、 ネットワーク、クラウドの組み合わせ検証が容易 • データサイズ=1KB/回
→ LPWAで可能?等 2. 開発段階: データフォーマットを責任分界点とした上で 各要素の並行開発が可能
8.
センサー素子 マイコン ゲートウェイ 基地局 クラウドモノ ネットワーク I2C SPI UART 1-wire 接点 近距離無線通信 ~1km 中・長距離無線通信
9.
LoRaWAN, Sigfox 特徴
(1/2) • 920MHz 帯による km レンジの長距離通信 • 安価な通信モジュール • 低速度 / 低消費電力 消費電流を抑止しつつも長距離通信が可能 LoRaトランシーバー SX1276 セルラーモデム UC20 参考: 発光ダイオード (LED) 消費電流 20~30 mA ※送信時 500 mA ※通信時 20 mA
10.
LoRaWAN, Sigfox 特徴
(2/2) ペイロードサイズ • 11 ~ 12 bytes / 回 • 送信間隔制限や送信回数の制限あり • LoRaWAN: 最大 4.4 秒の送信間隔 • Sigfox: 140 回/日 の回数制限あり 下り通信 (Cloud to Device) 実装 • 上り通信に対する戻り※ • LoRaWAN, Sigfox 共に利用可能 ※本実装は2018年4月現在です
11.
IoT を取り巻く無線通信 消費電流 通信距離 Wi-Fi PAN BLE, ZigBee,
Wi-SUN LPWA LoRaWAN, SigFox Cat.0, M1, NB-IoT 100mA 10m 30m 1km 10km 20mA 通信速度 100bps 1kbps 1Mbps 10Mbps 450Mbps NFC RFID 5G セルラー 3G, LTE(4G)
12.
LPWA セルラー ~11Byte 11Byte~ MByte/GByte データ量 1日数~数十回 常時・高頻度通信通信頻度 電池駆動 数カ月~数年駆動 給電あり 電池交換前提 消費電力 セルラーと
LPWA の選択基準
13.
【LoRaWAN】ペイロード設計の手法と課題 項目 取りうる値 センサーID 0
~ 3 物体までの距離 (cm) 0 ~ 30 [2,19] 6 byte JSON(テキスト) 0x920213 MessagePack 3 byte 独自フォーマット 1 byte • クラウド側で扱いやすい • デバイスでの生成コストが高い • クラウド・デバイス双方で そこそこ扱いやすい • 徹底した削減までとはいかない • デバイスでの生成コストが低い • クラウドでの扱いが極めて困難 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bit 0 ~ 30 (幅的には31まで) 0~3 (幅的には7まで) 0 1 2 3 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:%E7%A7%8B%E8%91%89%E5%8E%9F%E3%83%80%E3%82%A4%E3%83%93%E3%83%AB%E9%A7%90%E8%BB%8A%E5%A0%B4.jpg 複数の超音波測距センサーで 自動車の有り無しを検出 要件
14.
【LoRaWAN】バイナリパーサー機能 クラウド側 データ展開の手間軽減 { "distance": 19, "sensor_id": 2 } 7bit
6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bit 0byte 0 ~ 31 (e.g. 物体までの距離) 0~7 (e.g. センサーID) BIN 1 0 0 1 1 0 1 0 DEC 19 2 HEX 9 A distance:0:uint:5:7 sensor_id:0:uint:3:2 デバイス側 ペイロード節約、CPU負荷低減
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エッジ・コンピューティングによる LPWA 活用 マイコン AI 動画など カメラ 動画など クラウド データ量が 見合わない エッジで判定 結果のみを 送信 動画など
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SORACOM Harvest ―
データ収集/蓄積/可視化 SORACOM Harvest SORACOM Harvest上に データが蓄積harvest.soracom.io へ送信する実装のみでOK※ • SORACOM Web コンソールで可視化 • APIで蓄積済みデータの取得 システムをセットアップすることなく データ収集・蓄積・可視化を行えるサービス データフォーマット設計との 検証が簡単に可能※LoRaWAN はアドレスも不要
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SORACOM Beam ―
データ転送支援 SORACOM Funnel ― クラウドアダプタ 本来デバイスに実装するべき接続先設定や暗号化等を SORACOMへオフロード(負荷を移動) オンプレ システムA PaaS SaaSなど インターネット beam.soracom.io funnel.soracom.io へ送信する実装のみでOK※ SORACOM BeamやFunnel上に • 接続設定 (認証情報や接続先) • 暗号化 / プロトコル変換 を保管 SORACOM Beam SORACOM Funnel ※LoRaWAN はアドレスも不要
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SORACOM サービス群を用いた開発手法 クラウド開発者 SORACOM Harvest デバイス開発者 ★
19.
SORACOM サービス群を用いた開発手法 クラウド開発者 SORACOM Harvest デバイス開発者 簡素なプロトコルでOK 送信先アドレスの 切り替えを行うだけ SORACOM
Funnel SORACOM Beam SDKや認証情報をデバイスに セットアップ&更新する手間をゼロに ★
20.
SORACOM サービス群を用いた開発手法 クラウド開発者 SORACOM Harvest デバイス開発者 切り戻してデータフォー マットを再確認するのも 容易 デバイス側なのか、 クラウド側なのか、 データフォーマット設計を基に 問題の切り分けが可能 SORACOM
Funnel SORACOM Beam SDKや認証情報をデバイスに セットアップ&更新する手間をゼロに
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SORACOM Funnel を活用したアーキテクチャ例 Amazon Elasticsearch
Service Amazon Athena Amazon QuickSight Amazon S3 AWS IoT Core https://d1.awsstatic.com/events/jp/2017/summit/slide/D3T5-8.pdf Amazon Kinesis Data Firehose SORACOM Funnel HTTP, TCP, UDP LoRa Sigfox データ収集
22.
SORACOM Beam を活用したアーキテクチャ例 SORACOM Beam HTTP
REST API Laravel (PHP), Rails (Ruby) … SaaS / PaaS AWS IoT Core PubNub Mosquitto Amazon MQ LoRa Sigfox HTTP, TCP, UDP SORACOM Beam MQTT MQTTS データ収集 双方向通信 EC2, EB等 enebular kintoneHTTPS アプリケーション
23.
ハッカソン向け SaaS /
PaaS データ可視化・検索・分析 Amazon Elasticsearch Service kintone データ処理・転送 AWS IoT Core AWS Lambda enebular
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