Bluetooth Low Energyによる通知対象のセグメンテーション

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