新国際無線通信規格Wi-SUN FANに対応した無線機の基礎開発に成功
－手軽にIoTが実現できるマルチホップ対応無線通信ソリューションを提供－

2016年11月14日

京都大学　大学院情報学研究科の原田教授の研究グループは、ローム株式会社 (本社：京都市)、株式会社日新システムズ (本社：京都市) と共同でIoT (Internet of Things："モノ"のインターネット) 向け新国際無線通信規格Wi-SUN FAN (Field Area Network)に対応した無線機の基礎開発に成功しました。
Wi-SUN FANは、IoT構築に最適な国際無線通信規格「Wi-SUN」の新規格で、電気・ガス・水道のメータリングのほか、インフラストラクチャ、高度道路交通システムなど、スマートシティ、スマートグリッドを構築する様々なアプリケーションにおいて、相互運用可能な通信ネットワーク技術として期待されています。
今回開発した無線機は、国際無線標準規格IEEE802.15.4/4g/4e技術を核に、WiFi™システムで導入実績のあるインターネット接続用国際規格を利用しているため、アプリケーション開発が非常に容易になり、マルチホップを利用したIoTがより促進されることになります。

手軽にIoTを実現できるマルチホップ対応通信規格「Wi-SUN FAN」
図1 Wi-SUN FANシステムの概要

【背景】

スマートシティやスマートグリッドなど、屋外での通信ネットワーク実現のためには、高品質で長距離かつ安全なネットワーク技術が必要となります。
こうした中、IoT用の無線通信規格および技術適合性・相互接続性認証を行うWi-SUN アライアンスでは、2016年5月16日に新国際無線通信規格Wi-SUN FANの仕様書を発表しました。これは電気・ガス・水道のメータリングのほか、インフラストラクチャ、高度道路交通システムなど、スマートシティ、スマートグリッドを構築する様々なアプリケーションにおいて、相互運用可能な通信ネットワーク技術として期待されています (図1)。しかし新規格に対応した無線機の基礎開発はまだ十分行われておらず、その有用性を広く伝えることができていませんでした。

【今回の成果】

今回、Wi-SUN FANに対応した基礎無線機 (図2) を開発し、同無線機を複数台用いて、マルチホップを利用したIP通信を行う基礎実験に成功しました (図3)。
この無線機は、Wi-SUN FAN仕様書に記載の以下の機能を有します。

日本で運用上必要となるIEEE 802.15.4/4g/4eに対応した物理層、MAC層
6LowPAN、IPv6に代表されるIETF制定のアダプテーション層、ネットワーク層、トランスポート層
RPLを用いたマルチホップ通信方式

本無線機は、IEEE802.15.4/4g/4e技術を核に、WiFi™システムで導入実績のあるインターネット接続用国際規格、及びIPをベースに無線機間の多段中継を実現するマルチホップ国際規格を統合した機能を搭載しており、スマートシティ、スマートメータリングを構成する各種センサー、メーター、モニターを手軽にインターネットに接続することが可能になります。
なお、本成果は、IEEE 802.15.4/4g/4eの標準化・開発実績のある京都大学原田研究室、同標準化に対応した通信モジュールを開発するローム、Wi-SUN対応の通信ミドルウェアの商用化を行う日新システムズという京都に本拠をもつ3者が、産学連携の共同コンソーシアム「次世代Wi-SUN共同研究コンソーシアム・京都」を組み、内閣府総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム (ImPACT) の中で行われたものです。

【今後の展開】

今後、3者はWi-SUNアライアンスが主催する相互接続性仕様検証イベントに参加し、Wi-SUN FAN規格の技術適合性・相互接続性認証仕様作成に貢献するとともに、本無線機を仕様に完全準拠するための開発を京都における産学連携プロジェクトとして推進してまいります。
本成果は11月16日より開催される組込み総合技術展「Embedded Technology 2016」の日新システムズおよびロームのブースにおいてデモ展示を行う予定です。

開発した無線機の外観 (右：アクセスポイント，左：端末)
図2 開発した無線機の外観 (左：アクセスポイント，右：端末)

図3 マルチホップ実験の様子

【用語説明】

IEEE 802.15.4g: 屋外で利用可能なセンサー、メーター等に搭載し、エネルギーマネージメント等を行うために必要となる無線通信伝送部 (物理層) の国際標準規格。1ホップ最大1km程度の伝送が都市部でも実現でき、低消費電力にIPv6等の情報を伝送できる特長を有する。米国IEEE802.15委員会で制定。京都大学原田博司は、この標準化委員会の副議長であり、フレーム同期部コードが強制規格に採用される等技術的なメジャーコントリビュータである。
IETF: インターネット技術の標準化を推進する任意団体。コンピュータシステムを相互接続するため、共通の技術仕様策定を議論するグループから発展したもの。
Wi-SUNアライアンス: IEEE 802.15.4g規格をベースにエネルギーマネージメント、防災、工場等の各種アプリケーションを実現するために他のオープンな国際標準規格と融合させ、製造メーカー間で相互接続可能な国際無線通信規格「Wi-SUN Profile」を制定する任意団体。現在会員企業は全世界に100社以上。スマートメーターと宅内エネルギー管理システム (HEMS) との間の通信規格「Wi-SUN ECHONET」は全国の電力会社に採用。現在すでに当該仕様が搭載されているスマートメーターは700万台以上出荷。今後は東京電力管内で2000万台以上出荷される予定。詳細はhttp://www.wi-sun.org を参照。
Wi-SUN FAN (Field Area Network): Wi-SUNアライアンスが制定するスマートメータリング、配電自動化を実現するスマートグリッド及び、インフラ管理、高度道路交通システム、スマート照明に代表されるスマートシティを無線で実現するためのセンサー、メーターに搭載するIPv6で多段中継 (マルチホップ) 可能な通信仕様。2016年5月16日にバージョン1が制定。Wi-SUN FANワーキンググループで制定。物理層部にIEEE 802.15.4g、データリンク層に IEEE 802.15.4/4e、アダプテーション層にIETF 6LowPANそしてネットワーク層部にIPv6,ICMPv6、トランスポート層にUDP、そして認証方式としてIEEE 802.1xを採用している。また製造ベンダー間の相互接続性を担保するための試験仕様等も提供されている。

以上