HTTPじゃ遅すぎる！ SwitchBotを自作ハブで動かして学ぶBLE通信

by Shoichi Ochi

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HTTPじゃ遅すぎる！  SwitchBotを自作ハブで動かして学ぶBLE通信  Shoichi Ochi @ 株式会社スマートバンク   KomeKaigi 2025 

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2 SmartBank, Inc.   Software Engineer   越智翔一  @ochi11181101  @sho-work  おちしょういち  自己紹介 

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4 今回お話しするのは、趣味の開発で学んだこと 

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5 アジェンダ  1. 今回作ろうとしたシステムの背景  2. システムの構成  3. 作る過程で学んだBLEの仕様  4. 自作してどれくらいコスト（お金）削減になったのか？  5. レイテンシ計測 

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1.今回作ろうとしたシステムの背景 

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7 1. 今回作ろうとしたシステムの背景   子どもが冷蔵庫に入っているデザートを勝手に食べて困ってるんだよね …  冷蔵庫にチャイルドロックつければいいんじゃない？   うちの子どもずる賢いから、突破しそうなんだよなあ。何か工夫できないかな？   OK！考えてみる👍  ある日、友人から相談が… 

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8 1. 今回作ろうとしたシステムの背景   私: むむむ・・・ 

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9 1. 今回作ろうとしたシステムの背景   私: そうだ！顔認証で冷蔵庫の開閉ができるようにしよう！ 

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2. システムの構成 

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11 2. システムの構成  頭の中のイメージ  顔認証  出典: https://www.monotaro.com/p/8464/9384/?cq_med=pla&cq_plt=gp&utm_medium=cpc&utm_source=google&utm_campaign=246-833-4061_6466659573_shopping& utm_content=143821372074&utm_term=_619707712308_x_pla-2420318707147&utm_id=84649384&gad_source=1&gad_campaignid=6466659573&gbraid=0AAAAAD NqOHA003DUFsyM0J1bvT00XwpjQ&gclid=Cj0KCQjwvJHIBhCgARIsAEQnWlBve_dtJBCDfeoAvjAo-uyHn_3UyEiHwLrCMf0u9X0F2V15izUyJ54aAl3EEALw_wcB  チャイルドロックを押すIoTシステム  チャイルドロックの  ボタン押下  冷蔵庫に取り付ける 

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12 2. システムの構成  頭の中のイメージ  顔認証  出典: https://www.monotaro.com/p/8464/9384/?cq_med=pla&cq_plt=gp&utm_medium=cpc&utm_source=google&utm_campaign=246-833-4061_6466659573_shopping& utm_content=143821372074&utm_term=_619707712308_x_pla-2420318707147&utm_id=84649384&gad_source=1&gad_campaignid=6466659573&gbraid=0AAAAAD NqOHA003DUFsyM0J1bvT00XwpjQ&gclid=Cj0KCQjwvJHIBhCgARIsAEQnWlBve_dtJBCDfeoAvjAo-uyHn_3UyEiHwLrCMf0u9X0F2V15izUyJ54aAl3EEALw_wcB  チャイルドロックを押すIoTシステム  チャイルドロックの  ボタン押下  冷蔵庫に取り付ける  赤枠部分の構成を考える  

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13 2. システムの構成  チャイルドロックを押すIoTシステムを実装する手段を考える    ・SwitchBot製品を使おう！ 

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出典: https://www.switchbot.jp/  14 2. システムの構成  そもそもSwitchBotって何？  既存の家電に後付けでスマート機能を加えられる、スマートホームブランド。   既存の物理ボタンを、後付けで「アプリや外部信号から操作可能」にするための自動化デバイス製品を提供している。  

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15 今回使用するSwitchBot製品 

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出典: https://www.switchbot.jp/products/switchbot-bot  16 2. システムの構成  SwitchBotボット  ・人間の指の代わりにボタンを押してくれる  

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出典: https://www.switchbot.jp/products/switchbot-hub2  17 2. システムの構成  SwitchBotハブ  ・クライアントとSwitchBot製品の間のゲートウェイとして機能し、HTTP経由で操作可能にしてくれる   ・ハブとSwitchBot製品は、BLE通信で通信する  BLE通信 

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出典: https://www.switchbot.jp/products/switchbot-hub2  18 2. システムの構成  SwitchBotハブ  ・クライアントとSwitchBot製品の間のゲートウェイとして機能し、HTTP経由で操作可能にしてくれる   ・ハブとSwitchBot製品は、BLE通信で通信する  BLE通信  BLE通信ってなんだろう？  

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19 2. システムの構成  BLE通信とは？  ・BLEは、Bluetooth Low Energy の略  データ送信量が少ない小型の  IoTデバイスに適している！  ・従来のBluetooth Classicと比較して  　　・消費電力が非常に低い   　　・通信距離は短め   　　・送信データは少量  

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20 SwitchBot製品をどう使うか？ 

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21 2. システムの構成  今回の使用イメージ 

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22 2. システムの構成  Web APIも存在している！ 

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23 システム構成に落とし込む 

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24 2. システムの構成  As Is  顔認証  出典: https://www.monotaro.com/p/8464/9384/?cq_med=pla&cq_plt=gp&utm_medium=cpc&utm_source=google&utm_campaign=246-833-4061_6466659573_shopping& utm_content=143821372074&utm_term=_619707712308_x_pla-2420318707147&utm_id=84649384&gad_source=1&gad_campaignid=6466659573&gbraid=0AAAAAD NqOHA003DUFsyM0J1bvT00XwpjQ&gclid=Cj0KCQjwvJHIBhCgARIsAEQnWlBve_dtJBCDfeoAvjAo-uyHn_3UyEiHwLrCMf0u9X0F2V15izUyJ54aAl3EEALw_wcB  チャイルドロックを押すIoTシステム  チャイルドロックの  ボタン押下  冷蔵庫に取り付ける  赤枠部分の構成を考える  

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25 2. システムの構成  To Be  顔認証  出典: https://www.monotaro.com/p/8464/9384/?cq_med=pla&cq_plt=gp&utm_medium=cpc&utm_source=google&utm_campaign=246-833-4061_6466659573_shopping& utm_content=143821372074&utm_term=_619707712308_x_pla-2420318707147&utm_id=84649384&gad_source=1&gad_campaignid=6466659573&gbraid=0AAAAAD NqOHA003DUFsyM0J1bvT00XwpjQ&gclid=Cj0KCQjwvJHIBhCgARIsAEQnWlBve_dtJBCDfeoAvjAo-uyHn_3UyEiHwLrCMf0u9X0F2V15izUyJ54aAl3EEALw_wcB  顔認証＆  SwitchBot操作  サーバー  チャイルドロック  のボタン押下  SwitchBot  HTTPリクエスト  ※ SwitchBot  ハブ  BLE通信  ※ 厳密にはSwitchBot ハブ自体にリクエストするのではなく、前段のSwitchBotクラウドにリクエストしています。  したがって、[SwitchBot操作サーバー] -> [クラウド] -> [ハブ] の順番で通信が行われます。 

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26 2. システムの構成  よし！これでいけそうだぞ！ 

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27 2. システムの構成  いざ実装してみると・・・・    SwitchBotクラウドを経由するので、レイテンシーが気になる・・・😖 

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28 レイテンシー改善 

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29 2. システムの構成  ボトルネックは赤枠部分のHTTP通信  顔認証  出典: https://www.monotaro.com/p/8464/9384/?cq_med=pla&cq_plt=gp&utm_medium=cpc&utm_source=google&utm_campaign=246-833-4061_6466659573_shopping& utm_content=143821372074&utm_term=_619707712308_x_pla-2420318707147&utm_id=84649384&gad_source=1&gad_campaignid=6466659573&gbraid=0AAAAAD NqOHA003DUFsyM0J1bvT00XwpjQ&gclid=Cj0KCQjwvJHIBhCgARIsAEQnWlBve_dtJBCDfeoAvjAo-uyHn_3UyEiHwLrCMf0u9X0F2V15izUyJ54aAl3EEALw_wcB  顔認証＆  SwitchBot操作  サーバー  チャイルドロック  のボタン押下  SwitchBot  HTTPリクエスト  ※ SwitchBot  ハブ  BLE通信  ※ 厳密にはSwitchBot ハブ自体にリクエストするのではなく、前段のSwitchBotクラウドにリクエストしています。  したがって、[SwitchBot操作サーバー] -> [クラウド] -> [ハブ] の順番で通信が行われます。  SwitchBotクラウドに HTTPリクエストしてるので遅延が発生する    

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30 2. システムの構成  ハブを介さず、直接BLE 通信をしよう！ 

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31 2. システムの構成  SwitchBotのBLE仕様はリポジトリとして公開されている！ 

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32 2. システムの構成  通信仕様が分かれば、プログラムから通信できそう！ 

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33 システム構成図に今回の変更を反映する 

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34 2. システムの構成  BLE通信を使った構成  顔認証  出典: https://www.monotaro.com/p/8464/9384/?cq_med=pla&cq_plt=gp&utm_medium=cpc&utm_source=google&utm_campaign=246-833-4061_6466659573_shoppin g&utm_content=143821372074&utm_term=_619707712308_x_pla-2420318707147&utm_id=84649384&gad_source=1&gad_campaignid=6466659573&gbraid=0AAA AADNqOHA003DUFsyM0J1bvT00XwpjQ&gclid=Cj0KCQjwvJHIBhCgARIsAEQnWlBve_dtJBCDfeoAvjAo-uyHn_3UyEiHwLrCMf0u9X0F2V15izUyJ54aAl3EEALw_wcB  顔認証＆  SwitchBot操作  サーバー  チャイルドロック  のボタン押下  SwitchBot  BLE通信 

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35 2. システムの構成  それぞれの構成を比較すると・・・ 

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36 2. システムの構成  To Be: BLE通信構成  顔認証  顔認証＆  SwitchBot操作  サーバー  SwitchBot  BLE通信  顔認証  顔認証＆  SwitchBot操作  サーバー  SwitchBot  HTTPリクエスト  ※ SwitchBot  ハブ  BLE通信  As Is: ハブを使うHTTP通信構成 

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37 2. システムの構成  To Be: BLE通信構成  顔認証  顔認証＆  SwitchBot操作  サーバー  SwitchBot  BLE通信  SwitchBotハブが不要になった。   顔認証  顔認証＆  SwitchBot操作  サーバー  SwitchBot  HTTPリクエスト  ※ SwitchBot  ハブ  BLE通信  As Is: ハブを使うHTTP通信構成 

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38 2. システムの構成  実際に使ってみると・・・    体感的に、HTTPの時よりはレイテンシーが低くなった！ 

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3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様  

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40 通信する上での登場人物 

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41 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   セントラルとペリフェラル  ・セントラル：   スマートフォンやパソコンなど   ・ペリフェラル：   BLE機能がついたセンサ機器（ SwitchBot製品など）  出典: https://www.tjsys.co.jp/focuson/clme-bluetooth/bt-diﬀerence.htm  

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42 デバイス間の通信仕様 

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43 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   Proﬁle  ・デバイス間（セントラルとペリフェラル）がどのように通信するのかをまとめた仕様のこと   ・主に以下の2つのProﬁleが存在する  ・GAP（ギャップ）：デバイス同士がどう接続・発見・認識するかを定めたルール   ・GATT（ガット）：接続後にどんなデータをどうやり取りするかを定めたルール  

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44 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   Proﬁle  ・デバイス間（セントラルとペリフェラル）がどのように通信するのかをまとめた仕様のこと   ・主に以下の2つのProﬁleが存在する  ・GAP（ギャップ）：デバイス同士がどう接続・発見・認識するかを定めたルール   ・GATT（ガット）：接続後にどんなデータをどうやり取りするかを定めたルール  

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45 GAPとGATTの詳細 

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46 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   GAP（ギャップ）  デバイス同士がどう接続・発見・認識するかを定めたルール   以下の順番で処理が進む   1. Advertise  2. Scan  3. Connect  4. Disconnect 

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47 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   [GAP] 1. Advertise（アドバタイズ）  ペリフェラルからのブロードキャスト通信のこと。   これは1対1の通信ではなく、近くにいる複数のセントラルが同時に受け取れる。  アドバタイズでは、一定間隔ごとにデータを送信する   出典: https://www.musen-connect.co.jp/blog/course/trial-production/ble-beginner-2/ 

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48 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   [GAP] 1. Advertise（アドバタイズ）  実はSwitchBotのBLE仕様に書かれている、   「データ形式」もこの Advertiseで送信される情報 

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49 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   [GAP] 2. Scan  セントラルが周囲のアドバタイズを探す  

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50 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   [GAP] 3. Connect  セントラルがペリフェラルに接続する  

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51 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   [GAP] 4. Disconnect  セントラルがペリフェラルとの接続解除をする   ※ペリフェラルから接続を解除する場合もあります  

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52 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   GATT（ガット）  ・接続後にデータを読み書きするための構造と手順を定めたルール   ・セントラルとペリフェラルで接続を確立したあとの話     GATT通信では、以下の2つの概念でデータのやり取りをする   ・Characteristic（キャラクタリスティック）   ・Service（サービス）  Characteristic READ  Service  Characteristic WRITE 

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53 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   [GATT]: Characteristic（キャラクタリスティック）  ・ペリフェラルに保存されている実際のデータをやり取りする “箱”のようなもの  ・セントラルはこの箱を通してデータを読み取ったり、書き込んだりする   ・以下の3つのデータを持つ  ・Declaration：何ができるか（Read/Write/※Notify）を定義する。  ・Value：実際にやりとりするデータ本体。セントラルはこれを読み書きする。   ・Descriptor：補足情報。例えば、データの単位（ ℃、bpm）や人間向けの説明など。     ※ これを設定すると、ペリフェラルがセントラルにcharacteristicの変更を通知できる。  センサー値（温度、心拍数など）が変わった時に通知できるので便利。 

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54 3. 作る過程で学んだBLEの通信仕様   [GATT]: Service（サービス）  Serviceは関連するCharacteristic（データの箱）を機能ごとにまとめたグループのこと。   Characteristicを「ファイル」とするなら、 Serviceはそれらを整理する「フォルダ」のようなもの。   ブザー鳴動回数キャラクタリスティック READ  スマートブザー  スマートブザー Service  ブザー鳴動キャラクタリスティック WRITE 

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4. 自作してどれくらいコスト（お金）削減になったのか？ 

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56 4. 自作してどれくらいコスト（お金）削減になったのか？   ハブを自作したので、ハブが不要になった！      出典: https://www.switchbot.jp/products/switchbot-hub-mini 

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57 4. 自作してどれくらいコスト（お金）削減になったのか？   約5500円節約になった！！🎉  出典: https://www.switchbot.jp/products/switchbot-hub-mini 

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5. レイテンシ計測 

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59 5. レイテンシ計測  まず最初に・・・・・    計測できない部分があり、  正確にはレイテンシを計測できておりません🙇🙇🙇 

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60 5. レイテンシ計測  前提：レイテンシ比較対象  パターンA：自作ハブ (PC → Bot)   パターンB： SwitchBotハブ経由 (PC → Cloud → Hub → Bot) 

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61 計測時間の定義 

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62 5. レイテンシ計測  パターンA：自作ハブ (PC → Bot)   t0：コマンド送信開始時刻   t1：応答受信時刻  レイテンシ = (t1 - t0) 

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63 5. レイテンシ計測  パターンB： SwitchBotハブ経由 (PC → Cloud → Hub → Bot)    t0： HTTPリクエスト送信開始時刻   t1： HTTPレスポンス受信時刻   レイテンシ = (t1 - t0) + (BLE latency)  ※ BLE latencyはパターンAで算出したものを代入する   （この場合、BLE latencyを計測するのは困難なため）  

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64 5. レイテンシ計測  パターンB： SwitchBotハブ経由 (PC → Cloud → Hub → Bot)    t0： HTTPリクエスト送信開始時刻   t1： HTTPレスポンス受信時刻   レイテンシ = (t1 - t0) + (BLE latency)  ※ BLE latencyはパターンAで算出したものを代入する   （この場合、BLE latencyを計測するのは困難なため）   ※ CloudとHubの間の時間も計測不可能なため無視する   ここに要した時間は無視  

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65 計測結果 

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66 5. レイテンシ計測  直BLE通信 vs HTTP経由  

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67 5. レイテンシ計測  直BLE通信 vs HTTP経由   大体3倍くらいの差があることがわかる・・・！  

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68 5. レイテンシ計測  定量的にレイテンシが改善されたことがわかった！🎉 

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69 まとめ 

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70 まとめ  ・SwitchBot製品の概要と、その使い方   ・BLE通信にはProﬁleというものがあり、主なものに GAPとGATTがある  ・SwitchBot製品はBLE通信で直接操作することもできる   ・遠隔操作しないなら選択肢としてかなりアリ      

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71 まとめ  今回作成したシステムのリポジトリを公開したので、  良かったら覗いてみてください！  https://github.com/sho-work/self-made-switchbot-hub-sample 