Articles

IOTにおける通信（ワイヤレス）プロトコル

by admin

Internet of thingsに初めて触れる場合は、基本を正しく理解するためにInternational Internet of Thingsに進むよう強く勧めます。また、Tech-a-techblog の他のブログもご覧ください。

IOT のコンポーネントというブログで、IOT はモノ、センサーとアクチュエーター、人、通信プロトコル、クラウド、分析で構成されると説明しました。

通信プロトコルには2種類あります：

  • 無線通信
  • 有線通信

本日は、無線通信について説明します。

無線通信のプロトコルは全部で9つあり、以下に示します。

  1. Wi-Fi
  2. Wi-Fi direct
  3. Zigbee
  4. Z wave
  5. Bluetooth
  6. RF
  7. 6LowPAN
  8. GPRS/3G/LTE
  9. NFC

    10. から一つ一つ解説していきます。

    Wifiについては、実は皆さんご存知で、このブログを読むために今使っている方も多いかもしれません。Wi-Fi対応コンピュータは、屋内外を問わずデータの送受信が可能です。そのため、このような場合にも、安心してお使いいただけます。

    ワイヤレスLAN:

  • ワイヤではなく高周波の電波を使ってデータを通信・伝送します。

  • アクセスポイントは有線および無線ネットワークを接続し、無線クライアントと有線ネットワーク間でデータの送受信を可能にします。

WIFI in OSI Model:

上の画像でわかるように、Wifi は Layer1（物理）と Layer2（データリンク）両方に属しています。

Wifi の長所と短所:

長所:

  • ネットワークデバイスをケーブルから解放
  • 組み込みシステムの開発が安い
  • 信頼できる製品
  • セキュリティ
  • 高速

不利益：

  • 802.Wifi (ワイファイ)、
    802.Wifi (ワイファイ)、

802.Wifi (ワイファイ)。11b/gは2.4GHz帯を使用し、他のデバイス（Bluetooth…）で混雑している

  • 802.11nは無線周波数/帯域幅を2倍にする（40 MHz）
  • 消費電力
  • 限られたネットワーク範囲
  • セキュリティリスク（設定）

    • Wifiの応用例:

    • インターネットアクセス
    • ホットスポット
    • 都市全体のWiFi
    • キャンパス全体のWiFi
    • コンピュータ間の直接通信
    • ワイヤレスアドホックネットワーク

    2)Wifi Direct(ワイファイ ダイレクト）:

    Wi-Fi Directは、当初Wi-Fi P2Pと呼ばれていたもので、無線アクセスポイントを必要とせずに機器同士を簡単に接続できるようにするWi-Fi規格の一つです。インターネット閲覧からファイル転送まで、あらゆる場面で活躍します。1台以上のデバイスと同時に通信可能。このため、「P2P」と呼ばれるWi-Fi規格は、無線アクセスポイントを必要とせず、機器同士を簡単に接続することができます。

    その機能を達成するために多くの標準を使用します。

    • Wifi Technology
    • Wifi Direct Device and Service Discovery
    • Wifi Protected Setup
    • WPA2

    Wifi Directのメリットとデメリット：

    Avantages:

    • Wi-Fi® Portableでどこでも一緒に行けることです。
    • インターネット接続なしでWi-Fi Directを使用できます。
    • Wi-Fi Direct接続は、いつでもどこでも実現できます。
    • シンプルで安全な接続。

    デメリット：

    • 他のデバイスと接続する必要があり、グループから出るとすぐに接続できなくなる。

    Wifiダイレクトのアプリケーション :

    • ゲームコントローラー
    • リモートコントロールデバイス
    • ユーティリティアプリケーション
    • ホームコントロールアプリケーション

    3) Zigbee :

    ZigBee は新しい無線テクノロジーです。制御とセンサーネットワークのために作成された技術標準。それは、IEEE 802.15.4標準に基づいています。ZigBeeアライアンスによって作成され、フィリップス、モトローラ、インテル、HPはすべてアライアンスのメンバーです。これは、基本的に低消費電力設計で、電池を永遠に持続させることができます。また、IEEEの上位で動作するネットワークセキュリティとアプリケーションサポートサービスを提供します。

    Zigbee の利点と欠点 :

    利点：

    • 数年のバッテリー寿命を持つワイヤレスノードが可能であることです。
    • 直接通信
    • Bluetoothより複雑でない。 – 低消費電力
    • ワイヤレス
    • メッシュネットワーク

    欠点：

    • 低速で小さな距離で動作
    • コストがかかる

    Zigbeeのアプリケーション 。

    • ロードマップ製品トラッキング
    • コンシューマエレクトロニクス
    • パーソナルおよびヘルスケア
    • 商業および住宅制御
    • 世界中の産業および政府市場
    • ホームネットワーク
    • 産業制御と管理

    4)Z-Wave :

    Z-Waveは、主にホームオートメーションに使用される無線通信プロトコルです。 Z-waveアライアンス- 250以上のメーカーからなるコンソーシアム。

    Z-Wave Standard :

    • Z-Wave は独自の無線規格です。
    • この規格は多くの無線規格のようにオープンではありませんが、Zensys/Sigma Design の顧客は利用できます。
    • ITU (International Telecommunications Union) は Z-Wave を含んでいます。

    Z-Waveのメリット:

    • Reliable and secure communication

    • シンプルなインストール
    • 低電力消費
    • リモートまたはローカルコントロール
    • 利用できるデバイスが多数あること。 相互運用性
    • 手頃な価格

    Z-Waveの応用 :

    • ホームセキュリティ
    • 省エネ
    • IoTに基づくスマートプロダクトとアプリケーション

    5)Bluetooth :

    パーソナルエリアネットワーク (PAN) 開発のオープンスタンダードです。IEEE802.15.4をサポートし、2.4GHz帯の周波数で動作する。

    Bluetooth のメリットとデメリット :

    Advantages.Biz:

    • 安価
    • 取り付けが簡単
    • ワイヤレス
    • 搭載機器であれば無料で使用可能
    • Bluetoothのメリット・デメリット：
    • ワイヤレス
    • 搭載機器であれば無料で使用可能
    • 搭載機器であれば無料で使用可能。
    • 異なる機器との接続が便利になる

    デメリットがある。

    • ハッキングされる可能性がある
    • 携帯電話にインストールすると、携帯電話のウイルスを受信しやすい
    • 機器間の近距離通信しかできない
    • 一度に2つの機器しか接続できない
    • 特定の条件で接続できなくなる

    Bluetoothの応用例。

    • ノートブックとデスクトップ コンピュータ間のワイヤレス ネットワーク、または狭いスペースにあり帯域幅があまり必要とされないデスクトップ コンピュータ。
    • 携帯電話間のファイル、画像、MP3の転送。
    • スマートフォンや携帯電話用のBluetooth技術ヘッドセット。
    • Bluetooth技術でコンピュータにデータを送信するデータロガー機器。

    Wifi,Z-wave,Zigbee と Bluetoothを異なる言葉で比較しますと、下のとおりです。

    6)RF(Radio Frequency) :

    ラジオ信号を送信または受信するように設計された統合された回路で、ラジオの送信機と受信機があります。 また、「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」「SIMフリー」の3種類があります。

    RFモジュールのアプリケーションです。

    • 車両モニタリング
    • リモートコントロール
    • テレメトリ
    • 小範囲無線ネットワーク
    • 無線メーター読み取り
    • アクセス制御システム
    • 無線ホームセキュリティシステム
    • 産業用データ収集システム
    • 無線タグ読み取り。
    • RF非接触ICカード

    7)6LOWPAN :

    6LoWPAN は、IPv6 over low power wireless Personal Area Networks の頭文字をとったもので、低電力の無線パーソナルエリア・ネットワークです。 6LoWPANは、したがって、処理能力の限られた最小のデバイスが、インターネット・プロトコルを使用してワイヤレスに情報を送信することを可能にします。

    6LowPAN の応用例:

    • 機器のヘルスモニタリング
    • 環境モニタリング
    • セキュリティ
    • ホームオートメーション

      • など。

    • ビルディングオートメーション

    8)3G/4G(LTE) :

    3G Technology：

    • 3G Technologyは、2000年代に導入された第3世代を指します。一般的にスマートフォンと呼ばれ、ウェブベースのアプリケーションやオーディオおよびビデオファイルを収容するために、その帯域幅とデータ転送速度を増加させる機能を備えています。

    3Gの利点。

    • より高速な通信を提供
    • 大容量メールの送受信
    • 高速ウェブ/より安全
    • ビデオ会議/3Dゲーム
    • TVストリーミング/モバイルTV/電話
    • 大容量とブロードバンド機能

    3G のデメリット:

    • 3Gライセンスサービスの料金が高い
    • 3G用のインフラを構築するのが大変だった
    • 必要な帯域幅が広いこと。
    • 高価な3G携帯電話

    4G Technology:

    • 4G Technologyは、2000年代後半から始まった第4世代の略称で、100Mbps～1Gbpsの速度を提供することが可能です。 4Gの基本的な用語として、MAGICがあります。MAGICは、Mobile Multimedia, Anytime Anywhere, Global Mobility Support, Integrated Wireless Solution, Customized Personal Servicesの略で、Mobile Broadband Everywhereとしても知られています。

      4Gのデメリット：

      • バッテリーの使用量が多い
      • 導入が難しい
      • 複雑なハードウェアが必要
      • 次世代ネットワークの導入に高価な機器が必要
      • 4Gは、3Gと同じです。

      以下の画像は、3Gと4Gの比較です。

      9)NFC :

      NFC とは Near Field Communicationの頭字語です。2つの電子機器（一方は通常、スマートフォンなどの携帯機器）を4cm以内に近づけると、通信を確立することができます。

      NFC のメリットとデメリット：

      Avantages:

      • Wide Research and Availability.
      • Can be used in various situations.
      • Abstracts :NFCの利点とデメリット…1)

        NFC の利点とデメリット…2)

      • 非常に使いやすい。
      • 付加価値の高いサービス。

      デメリット：

      • 近距離でのみ機能
      • 低いデータ転送速度
      • 加盟店が最初にこの技術を採用するには、コストがかかる場合がある

      NFCのアプリケーション：

      • 携帯電話があなたの旅行カードになります。
      • デバイス間でデータやファイルを共有することができます。
      • スマートポスターにタッチして情報を入手。
      • スマホがクレジットカード/デビットカードになる。

      他にもいくつか通信プロトコルはありますが、広く普及し使用されているのはこれらのものです。