【IoT用語集】ZigBeeとは?

IoT用語集】ZigBeeとは?

はじめに

ZigBeeとは、低電力・低出力のセンサーネットワーク向け通信規格です。基本部分は、低伝送速度のIEEE802.15.4 によって定められています。データ通信量を抑え、省出力・省電力化しているほか、機器間通信が可能でメッシュネットワークを構成できることが特徴となっています。BluetoothやUWBといった無線PAN(Personal Area Network)向けの通信規格の一つです。現在IoT向け通信規格として注目されています。

ZigBeeアライアンスのメンバー

現在、プロモーターはHoneywell、Invensys、三菱電機、Motorola、FreescaleSemiconductor、PhilipsElectronics、Ember、SAMSUNGの各社であり、ホームネットワーク、HEMSBEMSなどのエネルギーマネジメントシステム、インダストリーオートメーションといった分野で通信規格の標準化・アプリケーション開発のリードを取っています。ZigBeeアライアンスには、175社が加盟しています。

ZigBeeアライアンスの目指すところ

ZigBeeアライアンスは、自由なアプリケーション開発を目指した標準化を行っている団体です。Bluetoothと同様、機器と機器を自由に接続できることが目的であるため互換性をアプリケーション同士で保つ必要があります。

通信プロトコルを共通化することにより、ZigBeeの互換性端末は増やしていくことが可能です。究極的には、IoTの目標=「デバイスを一台でも多く接続する」こととZigBeeアライアンスの目指すところは同じということができます。

そして、低コスト・低伝送で軽い・早い通信とすることによりどの機器にも組み込みやすくしています。
これらの特徴により、電波は届きやすい・電池による長時間の利用が可能といえますので下記の「プロファイル」の制定に見るように広範囲での応用が可能です。

基本仕様

ZigBeeのアーキテクチャは、5層階層になっています。物理層とMAC層が、IEEE802.15.4の規定にしたがいネットワーク層・アプリケーションサポート層とサブ層がZigBeeアライアンスにより標準化されています。

物理層で使用周波数・チャネル等の基本仕様が定められていますが、日本で利用できるのは2.4Ghz帯のみになっています。伝送速度は、250kbpsと低速であるため伝送に高い電力消費は、必要としていません。

伝送範囲は、30mくらいの範囲ですが、メッシュネットワークでノードを増やすことにより、より長い距離までデータを届けることが可能になります。

用例とプロファイル

ZigBeeを用いるとIoTデバイスの多くを接続することが可能です。その結果、新しいソリューションを実現します。とりわけ長期間にわたり、少量のデータを間歇的に通信する必要があるソリューションに用いることがZigBeeの機能とマッチしています。

また、長時間省電力で利用できることからモニタリング・制御に向いています。機器間通信向けのプロトコルですので端末が運用・利用中に異動することにも対応しやすいともいえます。これらの性質から、ZigBeeアライアンスでは用途ごとにプロファイルの仕様化を進めています。

① プロファイル
ZigBeeは、ソリューションごとにプロファイルが仕様化されています。

  • スマートエネルギー
  • リモコン
  • ホーム・オートメーション
  • 在宅健康管理
  • ビル管理
  • テレコム
  • リテール
  • インプットデバイス
  • 3Dシンク

② 主要なプロファイルの例

  • スマートエネルギー
    ガス・電気・水道メータの消費量を管理・監視するには、継続的に少量のデータを監視していくことが必要です。これらの監視は、間歇的なデータ転送で済むためZigBeeの省電力による運用が活用しやすくなっています。

    スマートメーターは、エネルギー消費を最適化し、これによりエネルギーの節約を可能にしますが、これにもZigBeeを搭載することができます。

    ZigBeeは、機器間接続ができることから機器のノードを増やすことができます。このことにより屋内・屋外問わず、30mより長い範囲での長距離のデータ転送が可能です。家庭・ビル・工場といった規模での通信には向いているといえます。

    上記から、HEMS,BEMSにもZigBeeは向いているといえ、プロファイルの仕様化が進みました。

  • リモコン
    リモコンというと赤外線が多用されていますが、ZigBeeが下記の点でよりメリットがあり、今後置き換えが進んでいくものと考えられています。

    1. 障害物に強く、見通しの確保が不要
    2. 双方向の機器間通信ができる
    3. 応答スピードが速い。
    4. 赤外線よりも省電力

    AV機器・それ以外を問わず、ZigBeeは、搭載可能であるほか、ZigBeeデバイス同士で接続することも可能です。

  • ホーム・オートメーション
    リモコン・スイッチ・照明・ドアや窓のロック・ヒーターその他空調のオートメーション化にZigBeeを利用することができます。
  • 在宅健康管理
    ZigBeeは、PC/スマートフォンなどを介して、ヘルスケア向けウエアラブル端末へ利用することにも適しています。在宅でのヘルスケアモニタリングに利用可能です。海外では、交通が不便な地域に高齢者・慢性病患者へのモニタリングサービスの実用化が行われています。
  • ビル管理
    ホーム・オートメーションやスマートエネルギープロファイルに見るように、ビルにある各種設備のコントロール・監視にZigBeeが適しているため、ビル管理プロファイルの利用も拡大しています。

まとめ

ZigBeeは、2000年代初頭から標準規格化が進められていましたが、現在ではプロファイルの仕様化も進み、ますますアプリケーション開発の自由度やつながるデバイスの数が増えています。日本でもIoTの利用が進むにつれ、さらに注目が集まりそうです。

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