IoTシステム技術検定中級対策 第4章(2/2)

「IoTシステム技術検定 中級」への試験対策用アウトプットです。

第4章 IoT通信方式

広域通信網(WAN)

  • 固定回線
    • 光ブロードバンド
    • ISDN
  • 無線通信回線
  • 公衆網と閉域網
  • IoTにおける通信の特徴と3GPPにおけるIoT用WANの技術動向
    • IoTに関わる標準化動向
    • 通常のモバイル通信トラフィックへの影響軽減のための標準化
    • ネットワークやデバイス機能のIoT最適化のための標準化
    • IoT最適化標準化動向
  • LPGAと5G同行
    • LPGA
      • SigFox
      • LoRaWAN
      • LTE Cat.M1(LTE-M)
      • NB-IoT
    • 5G
      5Gには3つの目標値がある

      名称 内容 目標値
      eMBB 超高速
      大容量通信
      下り最大20Gbps
      上り最大10Gbps
      URLLC 超高信頼
      低遅延通信
      32Bytesパケット送信 99.999%の信頼性
      伝送遅延1msec以下
      mMTC 超大量接続 1km2あたり百万台デバイス同時接続

プロトコル

IoTの通信トラフィックの特性

  • ネットワークで伝送されるデータ量
    • TCP通信では、最低でも(オプション未指定の場合でも)上下で合計360bytesのTCP/IPヘッダが付加される。
      • 3WAYハンドシェイク 120bytes(上80、下40)
      • データ伝送 80bytes(上40、下40)
      • TCPクローズ処理 160bytes(上80、下80)
  • IoTにおけるトラフィックの留意事項
    • 無線WANの通信速度
      • 計算により求めた伝送速度の方式を選択すること
      • データ遅延による弊害のため、タイムアウト値の検討を行うこと。
      • 3GやLTEでは料金プランの通信上限を超えた場合の、速度制限に注意すること
    • 無線WANの通信経路確立
    • 無線WAN網への負荷分散
    • 無線WAN利用時のデータ再送
      • データに応じて再送の要否を検討。到達が遅くても必ず送信しなければならないか、遅れては意味をなさないかによる。
      • 短期間に際限なく再送を繰り返すと、課金が上がるリスクがある。再送回数を決め、徐々に再送間隔を広げていく方法がよい。
  • IoTシステムのレイテンシー

IoTシステム技術検定中級対策 第4章(1/2)

「IoTシステム技術検定 中級」への試験対策用アウトプットです。

第4章 IoT通信方式

IoTエリアネットワーク無線

  • 電波特性

    • 超長波~サブミリ波まで。
    • 周波数が小さい > 周波数が大きい
      • >伝搬損失が大きい
      • >透過し難い
      • >直進性が強い
      • >情報伝送容量が大きい
      • >アンテナが小さい
    • IoTエリアネットワークでは、300MHz~3GHzのUHF帯が主に使用される。
    • サブギガ帯(Sub-GHz帯)と呼ばれる、1GHzに満たない帯域も活用される。
      f:id:camelrush:20201117003608p:plain
      • <920MHz帯の特長>
        • 通信距離は2.4GHz帯の約10倍
        • 伝送速度は400MHz帯の10倍以上
        • 干渉の影響が少ない(WLAN/Bluetooth/電子レンジ 等)
  • IoTエリアネットワーク無線の種別

    • Bluetooth
      • Bluetooth 4.0以降のBLE規格がIoTに向いている(低消費電力、低速、短距離)
      • PXP(Proximity:プロキシミティ)により、デバイス距離を測ることができる。
    • IEEE802.15.4
      • ZigBee:多様なプロファイル。リモート制御、ホームオートメーション、ヘルスケア、PC入力デバイス、etc...。
      • Wi-SUN:現在はHEMSのBルートで使用。障害に強く、長距離通信・マルチホップ通信が可能であることから、今後は、農業、防災、施設監視などの用途が検討されている。
        • 920MHz帯を使用
        • IEEE802.15.4『g』規定
        • 通信距離1Km~2Km。
    • 無線LAN

      • IEEE802.11:無線LAN
        f:id:camelrush:20201117012338p:plain
      • 802.11n以降を wifi4~ と呼ぶことがある。
        f:id:camelrush:20201117013131p:plain
      • 上記表とは別の、802.11ah(Wifi - HaLow)がIoT向け規格として策定。802.11ac を1/10クロックダウン。LPWAに分類される場合がある。
        f:id:camelrush:20201117012813p:plain
      • アクセスポイントとIoTデバイスが相互に接続を検知する方法として、CSMA/CA方式がある。隠れ端末問題と晒し端末問題により、スループットが低下する。対策は、RTS/CTS信号を利用すること、適切なChを割り当てること。
      • 周波数を分割することで複数ch割り当てが可能。
        • 2.4GHz帯(~2.5GHz)では5MHz毎に計13ch(日本のみ14ch)。
        • 5GHz帯(~5.7GHz)では20MHz毎に計19ch。
    • 近距離無線

    • IoT特化無線システム
      • Z-WAVE
      • EnOcean
      • Dust Network:工業用。プロセスモニタ、状態監視など。メッシュネットワークを使用した「切れない無線」。時間同期メッシュ・プロトコル(TSMP)を使用。

IoTシステム技術検定中級対策 第2章(2/2)

「IoTシステム技術検定 中級」への試験対策用アウトプットです。

データ駆動型システム

  • IoTサービスプラットフォーム
    • IoTサービスのプラットフォームは、従来アプリケーションごとに構成していた「垂直統合型」から、共通プラットフォームとしてまとめられた「水平連携型」にシフトし つつある。
    • 「水平連携型」のメリットは、アプリケーションの構築が容易になるだけではなく、アプリケーション間のデータ共有・連携が可能となる。
    • このIoT共通サービス機能を、ITU-Tでは「M2M/IoTサービス層」と定義されている。この層の機能実態は次の7つ。
      1. データ収集
      2. データ蓄積
      3. データ可視化・分析
      4. 遠隔制御
      5. イベント通知
      6. バイス管理
      7. アプリケーションインターフェイス
  • データ収集の方法
    • アップロード方式:IoTデバイス → IoTサーバ
      • 逐次収集方式:都度送信。(ヘッダ付加による)データ増加→ネットワーク負荷増大。サーバストレージ負荷増大。リアルタイム性◎。
      • 一時蓄積方式:一定時間まとめ送り。ネットワーク負荷減少。リアルタイム性悪。
      • 区間集約方式:サマリ送り。ネットワーク負荷・ストレージ負荷減少。リアルタイム性悪。
    • ポーリング方式:IoTサーバ → IoTデバイス
    • パブリッシュ・サブスクライブ方式
  • 遠隔制御の方法
    • 直接制御方式:IoTサーバ→デバイス直接制御。即時性◎。セキュリティリスクあり。
    • ポーリング方式:IoTデバイス(IoTゲートウェイ)がサーバに問い合わせる。即時性はポーリング間隔に依存。ネットワーク負荷過多。
    • ロングポーリング方式:基本はポーリングと同じ。違いは、サーバは即応せず、タイムアウトしない程度に応答を留める点。とどめている間に応答が必要になれば、返信する。ネットワーク負荷軽減。
    • 双方向通信方式:WebSocket。
    • ウエイクアップ方式:IoTサーバ→IoTゲートウェイで起動指示(SMS等を使用)。IoTゲートウェイ→IoTサーバへ要求を取得に行く。

IoTシステム技術検定中級対策 第2章(1/2)

「IoTシステム技術検定 中級」への試験対策用アウトプットです。

第2章 IoTシステムのコンピューティング技術

クラウドコンピューティングとエッジコンピューティング

  • IoTゲートウェイの機能
    • 中継処理:データ集約、タイミング調整、ノイズ除去、データ加工
    • 負荷分散:クラウドとエッジで処理を分担、セキュリティ対策向上
    • リアルタイム処理:異常検知・アラーム通知、自動走行制御
  • エッジコンピューティングで留意すべきこと
    • クラウドとエッジで、役割分担はバランスが取れているか。
    • クラウド処理をエッジにオフロードすれば、処理効率向上になるか。
    • 今後の5Gのサービス機能(高速大容量、超低遅延、多端末接続)が、クラウド/エッジの役割分担に活用できるか。

IoTゲートウェイ

  • IoTゲートウェイの基本構成
    • サービス・ゲートウェイプロトコル変換とメッセージ交換の共通基盤。JavaベースのソフトウェアであるOSGiが代表的。
    • プロトコル変換:インターネット領域とIoTエリアネットワークのプロトコルを変換。OSGiの「バンドル」によって変換を実行。
      • WAN(インターネット): TCP/IP
      • IoTエリアネットワーク:低速・低コスト・低消費電力
        • 6LoWPAN(IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Network)
        • CoAP(Constrained Application Protocol)

クラウドコンピューティング

  • BaaS(バックオフィス機能)の例:データ保管機能、プッシュ通知機能、ユーザ管理機能、SNSとの連携機能など。

エッジコンピューティング

  • 製造業への適用
    • Edgecross:2017年11月発足。NEC、HITACHIなどが参加。工場生産現場のITシステムとFAのシームレスな連携を目指すモデル化・標準化が目的。
    • FIELD System:FANAC(ファナック株式会社)が製造現場を賢くすることを目的に開発されたオープンプラットフォーム。データ処理・自動化するアプリ開発を簡単に行うことができる。2016年開発開始。シスコ、NTT、NVIDIAなどが参加。

エッジAI

  • エッジAIの必要性
    • よりリアルタイムな処理が必要な場合
    • オフラインでの稼働継続が必要な場合
    • セキュリティ都合によりオンライン使用ができない場合
  • エッジAI(リアルタイム分析)とクラウドAI(学習のための大量データを保管・分析)をバランスよく活用させる。
  • エッジAI化方式
    • ハードウェア拡張GPU、分析特化アクセラレータ、SoC(System on Chip)半導体等の使用
    • 学習済モデルをエッジに組込む:判断だけをエッジで。小規模演算での対応が可能。
    • FPGAを活用:プログラム可能なゲートアレイ論理回路。エッジAIのアクセラレータとして活用。

ジャンクPC達とたわむれて…Core i7の大当たりを引く

10月からこっち、以前紹介した札幌のジャンクショップに通い詰めており、古いPCを入手しては、日々レストアを繰り返しています。過程で入手したPCをいくつかご紹介。

ノートPC紹介

NEC LaVie LS550/DS6R ラズベリーレッド

f:id:camelrush:20201107223000j:plain

  • ジャンク扱いを4,000円で購入。2011年2月発売モデル。当初OSはWin7 Home。CPUはCore i5 480M 2.66GHz、
  • 割とキレイ目で人気が出そうなレッド、Blu-rayドライブも魅力的だったので、購入しました。
  • バッテリは死んでいて、アダプタをつないでいないと落ちます。
  • キーボードの下半分が壊れており、反応せず。ネットで2,000円の新品キーボードを購入して差し替えました。

FRONTIER FRNW3301

f:id:camelrush:20201107223238j:plain

  • 前回レストアした LIFEBOOK A561/D を提供した見返りで、無償入手。サポートHPが見つからず、発売時期不明(OSはWindows Vista)。CPUはCeleron 550 2.00GHz。メモリはDDR2 2G。
  • HDD120GBをSSD120GBに入れ替え、Windows10に換装。しかし…。
  • メモリ2G&CeleronでWindows10は厳しく、メモリは4Gに増設、CPUは Core2 Duo T7500 2.20 GHz に入れ替え。無事、まともに動く感じになりました。
  • しかし、SSDの読み込み性能が半分しか出ない(SEQ Read 271.20MB/s)。おそらくSATAが2.0のせいと思うんだが、仕様が見つからないのでやむなし。
  • 使用者が喫煙者ということもあり、黄ばみがひどく、ヤニだらけでした。

TOSHIBA Dynabook T552/58GKD

f:id:camelrush:20201107223016j:plain

  • ジャンク扱いを10,000円で購入。2012年冬モデル(OSはWin8)。CPUはCore-i7 3630QM。Blu-rayドライブ、USB 3.0、Webカメラ装備。バッテリ生存。
  • 高額でしたが、第3世代 Core-i7(4コア 8スレッド!) にひかれて購入。
  • ジャンク理由は天板に小さな傷あり。それ以外は問題なく動作しています。
  • 大当たりでした。手持ちのサブノート(Dynabook KIRA V632W2THS)どころか、メイン機の自作デスクトップ(Core i5-4440 3.10GHz)も追い抜く、抜群の性能を発揮。CINEBENCH20のスコアが1229、ゲーミングノートでもないのに、ドラクエXベンチマーク7498で「とても快適」が出ました。
    f:id:camelrush:20201107231502p:plain

ジャンクとの付き合い方

レストアが板についてきたので「せどり」的なこともしてみようか考えています。ネット情報を調べていると、ジャンク入手 → 修理&強化 → 売却の流れで、原価率 50%~70% くらいが狙えるそうなので、お小遣い稼ぎにはちょうどいいかも、と思えてきました。

おまけ「レトロブライト」洗浄

上のPCのうち、ヤニ黄ばみがひどかった FRONTIER のノートPCをなんとかできないかと調べていて、「レトロブライト」という用語に行きつきました。
pc-freedom.net

要訳すると、キーボード等、プラスチック樹脂の黄ばみの原因を、酸素系洗剤と紫外線による化学反応を使って、白に戻してしまうというものだそうです。
今回、洗浄がてら、キーボードを全部外して、自宅の酸素系洗剤を使って試してみました。

f:id:camelrush:20201107223301j:plain

2日ほど漬け置きした結果が以下のとおり。上の写真が洗浄前、下が洗浄後です。

f:id:camelrush:20201112074911j:plain

完全には解消されませんでしたが、だいぶキレイになり、ひとまず満足です。
秋の北海道だと紫外線が弱いせいもあるのか、これが限界かな…。洗剤も、ワイドハイターEXがよいらしいのですが、今回は家になかったのでオキシクリーンで代用しました。また今度、改めて挑戦したいと思います。

ジャンクのノートPCを改造しました

先日購入したジャンクのノートPCですが、様子見したところなんら支障なく動作しました。この1週間で、メルカリやらヤフオクやらで購入し、パーツを入れ替えた結果を検証してみました。

camelrush.hatenablog.com

1号機 LIFEBOOK AH AH54/D

f:id:camelrush:20201010153850j:plain

変更点

パーツ 変更前 変更後
CPU Core i3-2310M 2.10GHz Core i5-2450M 2.50GHz
メモリ 4GB 8GB
ストレージ HDD 320GB SSD 120GB

性能比較

2号機 LIFEBOOK A561/D

f:id:camelrush:20201013100112j:plain

変更点

パーツ 変更前 変更後
CPU Celeron B710 1.6GHz Core i3-2330M 2.20GHz
ストレージ HDD 320GB SSD 120GB

性能比較

所感

2号機の性能向上が著しく、動作もかなりすっきりしました。1号機は、SSDの速度が低いのだけど、原因が入手元が中古品だったからなのか、設定によるものなのか、不明です。

おまけ

1号機を嫁にあげたついでに、使用していた旧PC「Lenovo 3000 n200」をもらい受けました。作業としてはこちらの方が面白かったですね。解体してパーツ単位でメルカリにて販売中。売れるのかな…。

IoTシステム技術検定中級対策 序章、第1章

今回から、表題試験への対策として、テキストの理解をアウトプットしていきます。

はじめに

IoT検定レベル1 合格記

8月末に、IoT検定 レベル1「IoTプロフェッショナル・コーディネータ」に合格しました。

camelrush.hatenablog.com

しかし、本当は「IoTシステム技術検定試験・中級」を受ける予定が、コロナ禍によって延期してしまったため、止む無く勉強したわけです。合格してみると、合格証のNoが 1,000強。ムダとは思いませんが、やはり知名度が低かったようです。

試験概要と受験予定

試験全体の体系は以下のとおりです(MCPC 試験概要ページより) f:id:camelrush:20201015231008p:plain

試験概要は以下のとおりです。

項目 内容
試験名 IoTシステム技術検定試験
団体 MCPC(モバイルコンピューティング推進コンソーシアム)
受験クラス 基礎 / 中級 / 上級
試験時間 90分
問題数 80問(マークシート
受験料 15,000(税別)
試験日 2020年12月5日(年2回)

出題カテゴリは以下となります。

f:id:camelrush:20201015232546p:plain

対策方針

以下「IoT技術テキスト 第2版」(リックテレコム)に従って勉強していく予定です。

スケジュールとしては、10月中にテキストを読破・アウトプットし、11月は復習と過去問対策に充てたいと思います。少し急こう配ですが、IoT検定の経験が生きることを期待しています。

それではやっていきましょう!

試験対策

第1章 IoT概要

  • IoTが示す新たな価値は主に次の2軸

    • カイゼン」等、従来システムの延長生産性向上を図る
      (効率化、高機能化、高性能化、省力化、省エネ化、見える化
    • 他社と自分の技術・サービスを結びつけ、新たな価値創造を図る
      (データ収集力向上、ビッグデータ活用、AI分析)
  • IoTに向けた世界の動き・標準化

発足団体 規格 概要
アジア電気通信標準化組織8団体 oneM2M 共通サービスプラットフォーム、試験仕様書。
3GPP NB-IoT LPWA技術の標準化
IEEE-SA IEEE2413プロジェクト M2M/IoTアーキテクチャの標準化による業界横断的な相互接続
ITU-T SG20 スマートシティ・スマートコミュニティを含むアプリケーションの議論
ISO/IEC JTC1 WG10 IoTの参照アーキテクチャ
  • IoTシステム構成(理解済のため略式)

    • サイバー空間とのデジタルツイン、CPS
    • エッジコンピューティングや、フォグコンピューティング
    • IoTゲートウェイ
  • IoTシステム設計の考え方

    • 留意すべきIoT特有の技術項目
      • 大規模センサデータの処理
        頻発・小容量データの通信方式、データクレンジング、サンプリング周期
      • データ収集の方式
        IoT G/Wでのデータ収集、ヘルスケア関連のセンシング技術、Maasのセンサ技術
      • センサデータの分析
        クラウド上のデータ分析手法、使用するクラウド環境
      • 無線技術の効率的な設計
        LPWA、エナジーハーベスト活用、土木・農業・災害地域などのデータ受信方式
      • セキュリティ対策・プライバシー保護
        IoT固有のセキュリティ対策、匿名化技術