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Bluetooth Low Energyによる通知対象のセグメンテーション

Kanta Demizu
September 01, 2020

Bluetooth Low Energyによる通知対象のセグメンテーション

Kanta Demizu

September 01, 2020
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Transcript

  1. Bluetooth Low Energy
    による
    通知対象のセグメンテーション
    内海研究室 5
    年電気情報⼯学科 22
    番 出⽔幹⼤
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College

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  2. 1.
    研究背景
    2.
    研究⽬標・⽬的
    3.
    システム構成
    4.
    通信技術選定
    5.
    技術検証
    6.
    今後の⾒通し
    報告内容
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 2

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  3. 舞鶴市では害獣による
    被害が多く発⽣している
    現状は市⺠の情報を市役所が
    受け取ってメールを配信
    市全域の情報が配信される
    情報過多になるため
    緊急時の対応が困難に

    必要な情報を適切に
    配信する必要がある
    研究背景
    参考:
    令和元年版舞鶴市統計書・
    舞鶴メール配信サービス (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 3

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  4. 既存の害獣通知
    サービスの改善
    ユーザーへの早急な
    通知を可能に
    不要な情報通知を
    カット
    エリア毎の通知対応
    研究⽬標
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 4

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  5. 既存の害獣通知サービスの改善
    ユーザー位置情報に応じた通知対象のセグメンテーションを実現

    中間発表ではシステム設計・
    BLE
    の技術検証を⾏う
    研究⽬的
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 5

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  6. BLE
    を⽤いて通知対象のセグメンテーション
    それぞれのデバイスにWebHook
    で害獣情報をプッシュ通知
    システム構成
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 6

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  7. Wireless LAN
    による位置情報検出
    アクセスポイント側からコネクションを確⽴させるのは難しい
    通信距離: 30[m] - 50[m]
    Bluetooth Low Energy
    による位置情報検出
    Bluetooth Low Energy
    で未知のデバイスへ
    コネクションを確⽴することが可能
    通信距離: 160[m] - 195[m]
    → Bluetooth Low Energy
    が最適である
    通信技術選定
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 7

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  8. 送受信デバイス間距離の導出
    d = 10(TxPower−RSSI)/(10×n)
    TxPower:
    信号発信源から1[m]
    離れた地点での信号の受信強度
    RSSI:
    受信側の電波強度
    通信技術選定






    ⎧n = 2.0
    n < 2.0
    n > 2.0
    (
    障害物のない理想空間)
    (
    電波が反射しながら伝搬する空間)
    (
    電波が減衰しながら伝搬する空間)
    参考: Bluetooth 5.2
    コアスペック
    https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/bluetooth-core-specification/ (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 8

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  9. 理想的なシステム要求
    各⼩規模住宅街にEdge Device
    を複数台設置
    カメラでの観測可能範囲より広い範囲を通知対象にできる
    d ≒ 200[m] < BLE
    の通信可能距離
    (≒ 500[m])
    技術検証 - BLE
    デバイス間通信
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 9

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  10. 最⼤通信距離の測定
    実⽤環境に近い条件で、確実に通信できる距離を測定
    測定環境
    Edge Device: Raspberry Pi 4 Model B (Cypress CYW43455)
    Mobile Device: HW-02L
    技術検証 - BLE
    デバイス間通信
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 10

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  11. 実験結果
    Edge Device
    から直線距離180[m]
    地点まで安定して通信可能
    → BLE
    の実⽤は難しい
    技術検証 - BLE
    デバイス間通信
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 11

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  12. 通信距離の改善⼿法
    Edge Device
    の設置位置の検討
    Edge Device
    への簡易アンテナの実装
    Bluetooth
    の物理レイヤの変更
    (LE 1M to LE Coded)
    技術検証 - Bluetooth
    での⻑距離通信対応
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 12

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  13. 他の無線通信技術の検証
    通知クライアント・サーバの実装
    DB
    のテーブル設計
    アクセストークン照合API
    の実装
    今後の⾒通し
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 13

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  14. 付録
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  15. システム通知の実現⽅法
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 15

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  16. 舞鶴⾼専周辺(
    字⽩屋)
    での例
    ⾚: R500[m]
    ・⻩: R1[km]
    害獣通知システムにおける有効通知範囲
    参考:
    地図に円を描く (Yahoo! JavaScript
    マップ API
    版)
    https://nanchatte.com/x/gGdXGG (2020/08/28
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 16

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  17. 舞鶴⾼専周辺(
    字⽩屋)
    での例 (
    複数台設置の場合)
    ⾚: R500[m]
    ・⻩: R1[km]
    害獣通知システムにおける有効通知範囲
    参考:
    地図に円を描く (Yahoo! JavaScript
    マップ API
    版)
    https://nanchatte.com/x/65eQWQ (2020/08/28
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 17

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  18. Control Plane (Master)
    API
    を叩くことで設定の
    変更・アプリケーション
    のデプロイ
    Data Plane (Node)
    実際のアプリケーション
    はこのNode
    上で動く
    Kubernetes
    の概要
    参考: How Kubernetes Deployments Work
    https://thenewstack.io/kubernetes-deployments-work/
    (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 18

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  19. Pod
    Docker
    におけるコンテナ群
    Replica Set
    複数のコンテナをまとめたもの
    Deployment
    Replica Set
    の世代管理
    Kubernetes
    の概要
    参考: How Kubernetes Deployments Work
    https://thenewstack.io/kubernetes-deployments-work/
    (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 19

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  20. シングルノードのk8s
    に近い
    k3s
    の概要
    参考: K3s: Lightweight Kubernetes
    https://k3s.io (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 20

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  21. BLE
    のパケット構造
    参考: Bluetooth 5.2
    コアスペック
    https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/bluetooth-core-specification/ (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 21

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  22. BLE
    のパケット構造
    参考: Bluetooth 5.2
    コアスペック
    https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/bluetooth-core-specification/ (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 22

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  23. Central Role
    Central Role
    をサポートするデバイスは,アクティブな物理リンク
    の確⽴を開始する
    Peripheral Role
    Peripheral Role
    をサポートするデバイスからのアクティブな物理リ
    ンクの確⽴を受け⼊れるRole
    このRole
    をサポートするデバイスは,Central Role
    にあるデバイス
    のSlave
    となる
    これらの
    Role
    では,送受信の双⽅を可能にする必要がある
    BLE
    のRole
    について
    参考: Bluetooth 5.2
    コアスペック
    https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/bluetooth-core-specification/ (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 23

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  24. 通信速度の低下を犠牲に,誤り符号訂正と受信感度レベルを増加し
    たLE Coded
    がBluetooth 5.0
    よりサポートされている
    (
    理論値1[km]
    範囲まで通信可能)
    BLE
    の物理レイヤ
    参考: Bluetooth 5.2
    コアスペック
    https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/bluetooth-core-specification/ (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 24

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  25. BLE
    の受信感度
    参考: Bluetooth 5.2
    コアスペック
    https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/bluetooth-core-specification/ (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 25

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  26. FEC(Forward Error Correction)
    で誤り符号を訂正
    受信側で誤りを訂正する
    -
    冗⻑度は1/8
    または 1/2
    LE Coded PHY
    の誤り符号訂正
    参考: Bluetooth 5.2
    コアスペック
    https://www.bluetooth.com/ja-jp/specifications/bluetooth-core-specification/ (2020/07/27
    参照)
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 26

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  27. ターゲットとなるPeripheral
    デバイスを認識するため
    Advertising Data
    を送信
    Wireless LAN
    の利⽤チャンネルと被りがない
    電波⼲渉を最⼩にできる
    通信技術選定 - Advertising Process
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 27

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  28. Bluetooth Low Energy
    低電⼒で通信可能な無線
    PAN
    技術
    今回は位置情報取得に利⽤
    Peripheral: Mobile Device
    Central: Edge Device
    通信技術選定
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 28

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