Arduinoで作るM2Mクラウドコンピューティング（東京大学落合秀也先生）

Arduinoで作る
M2Mクラウドコンピューティング

M2M
クラウド

東京大学
大規模集積システム設計教育研究センター
助教落合秀也 Ph.D.

M2M: Machine-to-Machineとは

TCP/IPハードワイヤード WiFi 3G通信
Ethernetコントローラコントローラモジュール
インターネットによる遠隔監視・遠隔制御が容易になった
2

M2Mクラウドとは
計測・制御機器などで作られるネットワーク網。
演算頭脳はスーパーコンピュータに集約される。

頭脳が
遠隔制御
ここに宿る
スーパーコンピュータ

状態監視

遠隔計測

統合管理帳票出力

遠隔制御
遠隔計測 3

例えば、気象レーダ情報

東大周辺
豪雨

世田谷区
強い雨
千駄ヶ谷
豪雨

4
東京アメッシュ (http://tokyo-ame.jwa.or.jp/ 2009年) より抜粋

仮に、Arduinoに配信
できるようにしたらば、
例: 東京アメッシュ
のシステム

M2Mクラウドが
実現できる!!
5
http://tokyo-ame.jwa.or.jp/ja/amesh/system.html 2009年より抜粋

M2Mクラウドが成立する条件

これらの条件は整いつつあり、
M2Mクラウドの実現性は確実なものになっている 6

発表の内容
• M2Mクラウドとは
• Arduinoで作ったM2Mクラウドの例
• 可視化されたデータ
• 応用へ向けてデータセンタ
(M2Mサーバ)

• まとめ M2M
クラウド
スマート端末
通信
IEEE1888通信
通信
IEEE1888通信
通信
IEEE1888通信

温度・照度センサ電力メータ温度・照度センサ
(Ethernetシールド) (Ethernetシールド) (3Gシールド) 7

Arduinoで作るM2Mクラウド
• 今回作ったもの
– 計測データの可視化システム
• パソコンやタブレット端末等で、温度や電力消費量を見える
ようにする
• M2Mサーバは、クラウドサービスから借りる
– 計測装置
• 温度・照度センサ
• 電力センサ
– 通信方法
• 3GシールドやEthernetシールドでインターネット接続する
• IEEE1888通信により、センサ情報をM2Mサーバに送信する 8

システム構成図
データセンタ
(M2Mサーバ)

M2M
クラウド
スマート端末
通信
IEEE1888通信
通信
IEEE1888通信
通信
IEEE1888通信


ステップ１：サーバ(頭脳部分)の整備

10

ステップ２：温度・照度センサノードに
IEEE1888学習キットを使用 (1/2)
学習キットの仕様
IEEE1888学習キットの仕様
項目仕様

温度 0 ～50 ℃ (小数点1桁)
(学習用のため、値は正確ではありません)

温度センサ照度 0 ～ 1000 ルクス (整数)
(学習用のため、値は正確ではありません)
DIP SW 照度センサ
照度センサ
DIPスイッチ 0 ～15 (整数)

トグルSW
トグルトグルスイッチ ON または OFF

IEEE1888 WRITEクライアント (送信先は1ヵ所設定可)
ポイント数:4 (各センサ毎)

送信頻度毎分 0 秒 (固定)
設定用
インターネット DNS対応、DHCP対応、NTP対応、IPv4のみ
LAN
電源 (DC) 6V ～ 9V
Ethernet Auto MDIX (10M/100M)

IEEE1888 学習用ゲートウェイ・キット設定方法 USBシリアル(コマンドライン)

電源 6V ～ 9V (300mA)
11
※ シリアルコンソールで設定できるようになっている

ステップ２：温度・照度センサノードに
IEEE1888学習キットを使用 (2/2)
② ターミナル・ソフトウェア(putty) を使い
コマンドライン・インタフェースにより、
設定する
例: IIJ GIOサーバのIPアドレスなどを設定

①パソコンとUSBケーブルで接続する 12

ステップ３：電力センサノードを開発 (1/3)
電力量の情報はパルス信号
となって出力されるので、そプルアップ抵抗
(ソフトウェアで
のパルス数をカウントする設定する)
5V
立下りパルス信号

Arduino
０１１７３
Digital 2

GND

オープン
コレクタ
電力センサ出力

ハードウェア構成図 13

ステップ３：電力センサノードを開発 (2/3)
電力センサ Arduino インターネット接続

14

ステップ３：電力センサノードを開発(3/3)
• Arduinoプログラムの作成
– 電力センサから発生するパルス数を、メータ値とし
てカウントするプログラム
// 0 = digital2; 1 = digital3; パルス検出 pulse_detect関数を呼ぶ
attachInterrupt(0, pulse_detect, FALLING);

void pulse_detect(){
power_counter++; // メータ値のカウント
}

• IEEE1888送信(M2Mサーバへの送信)は、
別途プログラミングした 15

ステップ４：３Ｇシールドに温度・照度
センサを組合せた
温度・照度シールド

3Gシールド
Arduino

• このハードウェアに合わせてプログラミングを行った
– 温度センサ・照度センサからの値取得
– 3Gシールドに対応したIEEE1888送信 16

システム完成図
データセンタ
(M2Mサーバ)

M2M
クラウド
スマート端末
通信
IEEE1888通信
通信
IEEE1888通信
通信
IEEE1888通信


発表の内容
• 応用へ向けて
• まとめ

18

M2Mクラウドで可視化されたデータ(1/3)
電力消費パターン

48Whの電力を消費した (=1円)
の電力を消費した円

分でポットのお湯が沸いた
2分でポットのお湯が沸いた 19

ある部屋の温度変化

46℃
(12時頃)

30℃
(午前5時頃)

20
(*) 3Gシールドを使って集められたデータ

ある部屋の照度変化

12時以降に
強烈な日が
差し込んでいる

21
(*) 3Gシールドを使って集められたデータ

発表の内容
• 応用へ向けて「でんき
「でんき予報」サービス
データ提供サービス)
データ提供サービス
(IEEE1888データ提供サービス

• まとめインターネット
需給バランス情報

ピピピ!!

オフィス家庭 22

どんな応用が考えられるか？
• 社会インフラが持つオンライン情報源
– でんき予報
– 緊急地震速報
– 天気予報
– 河川水位情報
– 交通情報
– 気象レーダー情報
–…
• Arduino を使って、どのような活用ができるか？
23

ピークカットヘルパーの事例(1/2)
１．サーバから値を
取ってきて表示

２．値が指定閾値を
超えたら警報発令
(ブザーで知らせる)

Arduino Ethernet互換

単に、これだけの機能
だが、サーバと連携さ
せると・・・ 24
ピークカットヘルパー

ピークカットヘルパーの事例(2/2)
「でんき予報」と連動し、電力逼迫事態を警告する
「でんき予報」サービス
データ提供サービス)
データ提供サービス
(IEEE1888データ提供サービス
http://www.futaba-kikaku.jp/FUTABA_Service.html

インターネット
需給バランス情報

ピピピ!!

オフィス家庭 25

発表の内容
• 応用へ向けて
• まとめ

26

まとめ
• M2Mクラウドの構成
– Internet of Things とスーパーコンピュータ
• Arduinoを使った M2Mクラウドの実現事例の紹介
– クラウドサービスの利用
– IEEE1888通信プロトコル
– 3Gシールドの利用
– 可視化された計測データの紹介
• 応用への考察
– ピークカットヘルパー：「でんき予報」などとの連携
27

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