IoT検定対策４章 ネットワーク

IoT IoT検定 資格

ネットワーク

データ送信プロトコル

  • HTTP
  • MQTT（Message Queue Telemerty Transport）
    • 特徴は、パケット送受信の回数や量が少なく、軽量であること。
    • ヘッダの2ビットで、QoSの指定が可能
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    • MQTT自体には暗号化は含まれていないため、別途SSL/TLSを使うなどして暗号化が必要（AWS IoTはSSL/TLS）
  • AMQP（Advanced Message Queue Protocol）
    • 「RabbitMQ」に代表されるメッセージ相互交換プロトコル。
  • CoAP（Constrained Application Protocol）
    • M2M専用のプロトコルであり、デバイス制御に用いられる。
    • 原則UDPを使用していることで誤り訂正などの手順がなく、ヘッダも4Bytesであることから軽量であるという特徴を持つ
    • 非同期通信をサポートしており、2つのデバイスが同時に双方向のデータ送受信を行える。
  • WebSocket
    • 通常のWebサービスはクライアント（おもにブラウザ）の操作によって、サーバからデータを取得するが、WebSocketはこれに加えサーバ側からのPush通知（発火）が可能である。
    • ベースプロトコルや使用ポートはHTTPと同じである。TLSによる暗号化も可能。
    • MQTTなどの他のプロトコルを、WebSocketでカプセル化して暗号化することが可能である。ただし、本来のMQTTの軽量といったメリットは損なわれる。
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WANおよびLAN

  • Wi-Fi
  • 携帯電話の通信規格（3G、LTE、4G、5G）
    • LTEは厳密には3.9G。広告による一般的な認知を優先して4Gに繰り上がった。
    • 4GにはLTE-Advance、WiMAX2の規格がある。
    • 5Gは10Gbps以上の通信速度と、IoTデバイスが10年以上稼働な省電力性を備える
  • 衛星インターネットアクセス
    • 18Mbps程度の速度だが、携帯電波が届かない山間部や海上の通信手段。
    • コマツが建設機器の遠隔車両管理システム「KOMTRAX」に使用
  • エッジコンピューティング、フォグコンピューティング
    • 現場に設置した処理能力が高いコンピュータ(エッジ)が、IoTデバイスから得たセンサーデータを、クラウドに上げる手前で編集・加工してデータ量を圧縮するシステム構成のこと。通信の負荷を下げたり、クラウド通信コストを削減する効果がある。
    • 同様に、エッジがデータ分析を行うことで、デバイスへの制御命令の即時性を向上させることができる。
    • フォグコンピューティングは、複数のエッジを配置し、相互に通信して負荷分散やビッグデータ解析を行う。
  • LAN内通信機器（ルーター・ゲートウェイなど）
  • LPWA
    • SIGFOX：
      • 920MHz帯使用
      • １国１事業者の事業提携が前提で、日本では「京セラコミュニケーションズ」がサービス提供
      • 100bpsの低速通信
      • 3Km~50Kmの伝播範囲
      • スター型トポロジ
    • LoRa
      • 920MHz帯使用
      • 10kbpsの通信速度
      • 1Km~15Kmの伝播範囲
      • スター型トポロジ
    • Wi-SUN
      • 1Km程度の伝播範囲。複数デバイス間のセンサーネットワークでカバー。
      • スター型、ツリー型、メッシュ型のトポロジ
      • 広域に対応したセンサーネットワーク（マルチホップメッシュネットワーク）
      • 東京電力がスマートメーターの無線通信として採用
      • プロトコルは IEEE802.15.4 を採用
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  • MAN
    • Metropolitan Area Network の略。LPWAにより都市をカバーするネットワーク。
    • PAN(Personal) < LAN(Local) < MAN(Metropolitan) < WAN(World)

PAN

  • BlueTooth
    • 2.4Ghzを使用したPANの無線通信規格のひとつ。
    • プロトコルは IEEE802.15.1 を採用
    • Verupに伴って速度を犠牲にして距離が伸びる
      • Bluetooth 3.0 では 速度が24Mbps 、距離は数十ｍまで届く
      • Bluetooth 5.0 では 速度が2Mbps、距離は数百ｍまで届く
  • BlueTooth Low Energy
    • 大幅な省電力化と小型化を実現。
    • 速度は減衰して 1Mbps と低速。
  • ZigBee
    • プロトコルには、IEEE 802.15.4 を使用
    • デバイスに16進数4桁のアドレスを付与でき、65,536個のデバイス接続が可能。
    • 日本では 2.4GHz帯を使用（国による）
    • 通信速度は 100kbps~190kbps。通信距離は20m程度。
    • AESによるデータ暗号化が可能
    • 次世代規格に ZigBeeIP があり、こちらはIPv6対応。下位層ネットワークには6LoWPANを採用。
  • NFCとFelica
    • ISO/IEC 18092 による 近距離無線通信を指す。Suicaなど、非接触型ICカードで広く活用。
    • ISO/IEC 18000-3 仕様による電磁誘導によって、電源なくカードと通信が可能。
    • 通信速度は 424Kbps。
    • Felicaはソニーが開発した、NFCの互換規格。ソニーの商標登録。
    • 完全互換ではないため、NFCの機器はFelicaにつながらない場合がある。
  • 6LoWPAN
    • IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networksの略。
    • IPv6でメッシュネットワークを構築する仕様
    • 採用している無線規格は、上のZigBeeIPのほか、BlueTooth4.2、Wi-SUNなどがある。
  • ワイヤレスセンーネットワーク（WSN）
    • 複数のセンサー同士が構成するネットワークのこと。
    • いくつかの接続形態（トポロジー）がある。
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  • 近距離無線通信による位置検出
    • それぞれの無線の電波強度からデバイスの位置を特定する技術