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
   

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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)
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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
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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
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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
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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
    2020 Tue, Sep 1 @ NIT. Maizuru College 14
    

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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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