【IoT用語集】センサネットワークとは?

IoT用語集】センサネットワークとは? – 記事

センサネットワークとは、ワイヤレスセンサーネットワーク(WSN)とも呼ばれ、センサを無線ネットワークで接続し、センサからの各種データを収集するためのネットワークです。IoT=モノのインターネットの本質的要素・コア技術であり、センサネットワークを介して、きわめて大量のデータ=ビッグデータを収集することができるようになります。
無線で利用することにより、配線や有線通信装置を配置する必要がなくなりますので、低コストで場所を選ばず、ネットワーク構築が可能になります。

センサネットワークの構成要素

センサネットワークの構成要素は、センサと無線ネットワークです。それぞれの構成要素について詳しく見てみましょう。

(1)利用されるセンサ
センサネットワークで利用されるセンサには以下のような代表例があります。代表例と、単体の場合、センサネットワークに接続された場合の用途について簡単に記載します。

  • GPS
    単体…カーナビ・携帯電話・カメラ・ウエアラブルデバイスなど。
    WSN…GPS測量、気象情報の一部としての位置情報提供、コネクテッドカーにおける運転者の監視および道路状況の測定・監視など。
  • 温度・湿度センサ
    単体…温度、湿度が表示されるデジタル時計、エアコンなどの空調機器、気象計測など。
    WSN…気象データの収集、工場内監視、HEMSBEMSといった建物内エネルギーマネジメントシステムにおける、建物内気候のデータ収集および管理など。
    加速度センサ
    単体…エアバック、携帯電話やデジタルカメラなど。
    WSN…VRゲームでの動作検知、ウエアラブル端末でのラン・バイクなどの走行速度測定・FAの監視など。
  • ジャイロセンサ
    単体…デジカメなどの「手振れ補正」機能、カーナビ、人工衛星など。
    WSN…産業用ロボット動作無線制御など。
  • 光センサ
    単体…光センサ式スイッチ、ATM、自動販売機、駅の自動改札機など。
    WSN…スマートホームソリューション、交通量管理・購買動向監視など。

その他、圧力センサ、地磁気センサ、距離センサ、超音波センサなども用いられますし、におい・味覚といった新しい分野のセンサも続々開発されています。

(2)無線通信技術
センサネットワークに求められる通信プロトコルの性質
現在センサネットワークに用いられる通信プロトコルは、多種多様なものがあり、開発競争と既存プロトコルのより効率的な活用が模索されています。しかし、センサネットワークに用いられる通信プロトコルは、下記の要件を満たしている必要があるものと考えられます。

  • 通信範囲がセンサの用途に合っていること
  • データの転送量・転送速度がデータの収集目的にあっていること
  • 容易に傍受されないセキュリティ仕様を持っていること
  • 常時接続・年間を通した利用であることに合わせて電力消費量が少ないこと

そして、現在センサネットワークに利用されているおもな通信プロトコルには下記のようなものがあります(カッコ内は標準規格)

  • Bluetooth
  • Zigbee(物理層はIEEE802 .15.4が標準規格)
  • Z-Wave(ITU-TG9959)
  • 6LoWPAN(BFC6282)
  • Thread (IEEE802.15.4と、6LoWPANに基づく)
  • WiFi(802.11nに基づく)
  • NFC(ISO/IEC18000-3)
  • SigFox
  • LoRaWAN

セルラー通信(GSM, CDMA等)

ネットワークトポロジー
センサネットワークは、機器同士が各ノードにおいて複数接続可能である、障害に強い安定的な構造であり、障害が起きているノードをスキップしても通信可能であるなど、ネットワークの構造であるトポロジーにおいても特徴があります。1対1のトポロジーが用いられることは少なくなっており、通常次のようなトポロジーを用います。ノードとなるゲートウェイと端末の組み合わせで構成します。

スター型ネットワーク
スター型は1つのゲートウェイと複数のセンサで構成され、1対Nのセンサネットワークを構成します。その形がスター=星形に見えます。

ツリー型ネットワーク
ツリー型は1つのゲートウェイと複数のルータやセンサで構成され、ネットワークを構成します。左右に伸びる木の枝の形に似ていることから、ツリー型と呼ばれます。

メッシュ型ネットワーク
ゲートウェイおよびルータがセンサ端末に接続され、かかるセンサ端末が、さらに他のセンサ端末と接続されたゲートウェイまたはルータと接続されることにより、複数の通信経路を作るようになります。図式化すると、網目のようにネットワークが張り巡らされます。一つのノードを正常に通信データが通過できなくても、そのノードをスキップして、他のノードからデータをパスできることに特徴があります。

リニア型ネットワーク
リニア型は、一列線形のセンサネットワークです。通信距離を延ばすことに主な目的の場合に利用されます。

まとめ

センサ技術、無線技術の発展により、今後は自動運転・医療目的といった人の命にかかわるクリティカルな用途で使われることが増えていくことが予想されています。また、センサはますます小型化・軽量化・省コスト化が進んでおり、より多くのデータが、生活に密着したものとなっていくと考えられます。今後のセンサネットワークの展開から目が離せません。

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