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2MB - ARIB 一般社団法人 電波産業会
第８３回電波利用懇話会 「スマートグリッドとZigBeeをめぐる標準化動向について」 日 時： 2011 年 4 月 25 日（月）午後 3 時 30 分～5 時 場 所： 一般社団法人電波産業会 会議室（日土地ビル 11 階） 東京都千代田区霞が関 1-4-1 TEL: 03-5510-8592 主 一般社団法人 電 催 波 産 業 会 講演１ スマートグリッドと ZigBee をめぐる標準化動向について 講師： ZigBee Alliance LPRグループ副議長 佐藤 範之 様 （沖電気工業株式会社 研究開発センタ ネットワークシステムラボラトリ） ARIB 第83回電波利用懇話会 ①スマートグリッドとZigBeeをめぐる 標準化動向について 2011年4月25日 佐藤 範之 [email protected] © Copyright 2010 Oki Electric Industry Co., Ltd. スマートグリッドの無線ネットワーク HAN (Home Area NW) スマートグリッドでは、家庭内NW (HAN)と、スマートメー タ間NW (SUN)の2つのNWが想定される。 太陽光発電 センサ インターネット HGW Utility企業など 家電機器 スマートメータ パワーコンディショナ 蓄電池など IP NW EV BS SUN (Smart Utility NW) 各種サーバ/監視装置 BS 基地局 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL スマートメータなど 2 1 Home Areaの無線ネットワーク HAN (Home Area NW) ZigBee Smart Energy Profile 太陽光発電 センサ インターネット HGW Utility企業など 家電機器 スマートメータ パワーコンディショナ 蓄電池など IP NW EV BS SUN (Smart Utility NW) 各種サーバ/監視装置 BS 基地局 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL スマートメータなど 3 ZigBeeとは ZigBeeとは c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 4 2 ＺｉｇＢｅｅとは？ ＺｉｇＢｅｅとは、一言で言うと、 メッシュ接続が可能な、低コスト、低消費電力の 主にセンサ/リモコン/スイッチ向けの世界標準 の無線技術です。 今後、需要が増すセンサ類 今後、需要が増すセンサ類 通信仕様の標準化が必要 通信仕様の標準化が必要 これを、無線で国際的に標準化 その推進団体が、 アドホック/メッシュ接続が可能 ・自動的にネットワークを構築 ・通信障害があれば自動的に再構築 ・デバイス追加も自動（アドホック） ZigBeeⓇコーディネータ ZigBeeⓇルータ ZigBeeⓇエンドデバイス Personal Area Networkイメージ ZigBeeアライアンス ホームページ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 5 ZigBee Alliance ZigBee仕様の策定、普及推進、認証プログラムの実施が目的 プロモータ会員で構成されるBoDの元、ZARC（アーキテクチャ検討委員会)とMSC(マーケティング委員会)で 構成される 会員企業 300強 ZigBee Allianceの組織構成 http://www.zigbee.org/より c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 6 3 ＺｉｇＢｅｅのターゲット市場 遠隔ブレーカ遮断 遠隔メータ検針 メータ周辺インフラ セキュリティ 空調管理 メーター自動検針 照明管理 入退場管理 在宅患者監 視 健康器具通 信 省エネ管理／ 自動検針 ビル管理 一般家庭向け ＡＶ機器 TV ビデオカメラ DVD/CD ゲーム機 汎用リモコ ン マウス キーボード パソコン 周辺機器 在宅健康管理 移動通信 サービス 資産管理 工程管理 環境管理 省エネ管理 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 工場／施設 管理 Ｍコマース 情報提供サービス 近距離通信ゲーム ジョイスティッ ク セキュリティ エアコン 照明管理 ホーム 入退場管理 オートメーション 庭の水撒き S OKI CONFIDENTIAL 7 ZigBeeスタックとアプリケーションプロファイル アプリケーション アプリケーションプロファイル APS層 ZDO ZigBeeスタック セキュリティ NWK層 IEEE802.15.4 ZigBeeのプロトコルスタック c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 8 4 ＺｉｇＢｅｅプロファイル最新動向 プロファイルで識別 2008春∼ 相互接続路線 相互接続路線 （標準化） （標準化） 米国スマートグリッドの標準規格に スマート・エネルギー スマート・エネルギー 開花（欧米先行） リモコン リモコン（RF4CE） （RF4CE） 急激に活性化 ホーム・オートメーション ホーム・オートメーション ＳＥと連携し活性化 在宅健康管理 在宅健康管理 ビル管理 ビル管理 上記との連携より 拡大中 テレコム テレコム 独自路線 独自路線 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. Retail Retail 仕様化中 インプットデバイス インプットデバイス 仕様化中 3Dシンク 3Dシンク 仕様化中 ZigBee技術利用可能 S OKI CONFIDENTIAL 固有市場にマッチ 9 ZigBee ZigBee Smart Smart Energy Energy Profile Profile c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 10 5 ZigBee Smart Energy Profileとは ZigBee Smart Energy Profileとは？ ホームエリアにおける制御アプリケーションプロファイル Demand Response, Load Control, Metering, Pricing (1.0版機能) ⇒Demand Responseによる電力供給の安定化、見える化による消費抑制、 Home Energy Managementを実現 2008年6月 1.0版公開 米国で先行するSmart Gridや欧州、豪州などの市場要求を反映して策定 ZigBee Smart Energy Profile 1.0 認証デバイス 既に35Mから40Mのスマートメータが稼働中 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 11 米国におけるスマートグリッドの推進 電力事情 電力供給のシステムが不安定であり、需要のピーク時に供給が間に合わず、 大規模停電が発生する。 大小の電力会社が乱立しており、発電、送配電、小売業者が別々になってい る。 政策 EISA2007によって制定されたNIST (National Institute of Standard and Technology / U.S. Department of Commerce)の役割（国際標準化の推 進） 2009年、オバマ政権が、「グリーン・ニューディール政策」を発表。スマートグ リッド関連に45億ドルを投資。 スマートグリッドの狙い ＩＴによる電力系統の信頼性向上（安定化） スマートメータ設置などによる雇用創出 電力情報を活用した新たなサービスの創出 ZigBeeへの期待 HANのSE機器の制御 ユーティリティネットワークとの2-way通信の実現 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 12 6 米国市場（Smart Gridインタオペラビリティ標準） Initial Smart Grid Interoperability Standards Framework, Release 1.0（米国）で、一般家庭内のホーム・オートメーション （HAN：Home Area Network）の規格としてZigBee/HomePlug Amart Energy Profileが定義されたことにより市場が急速に拡大中。 米国では、送配電だけでなく、ホームネットワーク、携帯電話、 V2Gに関する規格等が定義された。 スマートメーターとインフラ網のデータのやり取り 電力料金のリアルタイムな通知方法 変電所とフィーダー線におけるデバイス制御 送電網の各段階におけるデータのセキュリティ手法 宅内のホーム・オートメーション（HAN： Home Area Network） スマートメータと宅内機器の通信制御手法 など 認可にあたって： ・電力会社、Home Plug Allianceとの連携 ・次世代Smart Energy ProfileのMRD策定 などを実施 ●Initial Smart Grid Interoperability Standards Framework, Release 1.0 概要 Standard Application AMI-SEC System Security Requirements Advanced metering infrastructure (AMI) and Smart Grid end-to-end security ANSI C12.19/MC1219 BACnet ANSI ASHRAE 135-2008/ISO 16484-5 Revenue metering information model DNP3 Substation and feeder device automation IEC 60870-6 / TASE.2 Inter-control center communications IEC 61850 Building automation IEC 61968/61970 Substation automation and protection Application level energy management system interfaces IEC 62351 Parts 1-8 Information security for power system control operations IEEE C37.118 IEEE 1547 Physical and electrical interconnections between utility and distributed generation (DG) IEEE 1686-2007 Phasor measurement unit (PMU) communications Security for intelligent electronic devices (IEDs) NERC CIP 002-009 Cyber security standards for the bulk power system NIST Special Publication (SP) 800-53, NIST SP 800-82 Cyber security standards and guidelines for federal information systems, including those for the bulk power system Open Automated Demand Response (Open ADR) Price responsive and direct load control OpenHAN Home Area Network device communication, measurement, and control ZigBee/HomePlug Smart Energy Profile Home Area Network (HAN) Device Communications and Information Model ※出典：米国エネルギー省ホームページ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 13 何をもたらすか ・電力需要が高い ときには、スプリン クラーやプール用 ポンプなど優先度 の低い装置の使 用を抑制 ・電力需要に応じ てサーモスタット の設定温度を調 整 ・ディスプレイによ る消費電力の見 える化によって省 電力行動を喚起 ・楕円暗号による 証明書ベースの 暗号化により高セ キュリティを実現 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 14 7 アプリケーション例: Demand Response Utility Network HAN 電力会社からDRイベントが送られる。ESPは対象となるデバイスへ転送する。 消費者は”Opt-out”（一時離脱）でDemand Responseプログラムから一時的に抜けることがで きる 消費者は変動する価格表に基づいてDemand Responseプログラムに参加する・しないを自動 的に動作するように登録することもできる ZigBee Smart Energy Profile Webinar資料 http://www.zigbee.org/より c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 15 オーストラリアの事例 ・電力検針ネット ワークが水、ガス メータの検針情報 を運ぶ ・水漏れによる損 失(全体の 10%~20%)の削減 ・自動検針 ・見える化による 消費の抑制 ・Victoria州では Smart Energy ProfileがSmart Meterの必須仕様 に ・Water Service Association of Australiaでも仕様 の一部に規定 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 16 8 さらなる広がりをめざして 異なる通信技術との相互接続性を持つためにIP対応 Smart Energy Profile 1.x Smart Energy Profile 2.0 ・ZigBee Stack上で動作 ・ZCLで制御 ・802.15.4 ・米国、欧州、豪州で既に稼動 ・IPv6上で動作（NIST, openHANの要求によりIP対応） ・REST (HTTP, XMLベース)で制御 ・複数のL2プロトコル上で利用 (WiFi, PLC etc.) SEP1.0 App Spec CIM HTTP APP/ZCL TLS ZDO TCP APS SEC RPL NWK IP対応 802.15.4-2003 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. SEP2.0 App Spec DNS -SD EXI ZigBee Stack mDNS EAP - TLS EAP- PSK App Support Spec ZigBee IP 審議中 PANA UDP IPv6 上位レイヤの相 互接続性を確保 6LoWPAN 802.15.4-2006 802.11, 1901 etc. S OKI CONFIDENTIAL 17 アプリケーションメッセージの拡張 提供制御コマンド/メッセージ 概要 Demand Response / Load Control デマンドレスポンス、負荷制御 Messaging テキスト情報通知 Pricinig 価格情報 Confirmation Resource 通知確認 Pre-Payment プリペイ機能 Metering 検針機能 Plug-in Electric Vehicles PEV（電気自動車） Distributed Energy Resource (DER) Control 分散電源の制御、能力交換 and Capability Billing c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 請求書 S OKI CONFIDENTIAL 18 9 ZigBee Smart Energy Profile 2.0のメッセージ例 REST (Representaional State Transfer) ベースのメッセージ交換 CIM (Common Information Model)による モデル化 # Request GET /dr HTTP/1.1 Host: ::1 # Response HTTP/1.1 200 OK Content-Type: application/exi <?xml version=“1.0” encoding=“UTF-8” ?> <List results=“10” total=“10” xmlns=“http://www.zigbee.org/se”> <DemandResponseProgram> <link rel=“self” href=“/dr/0” /> <ID>0</ID> <name>RateSaver</name> <List type=“EndDeviceControl” total=“1” href=“/dr/0/edc” /> </DemandResponseProgram> </List> # Request GET /dr/0 HTTP/1.1 Host: ::1 # Response HTTP/1.1 200 OK Content-Type: application/exi Demand Response機能 のCIM定義 <?xml version=“1.0” encoding=“UTF-8” ?> <DemandResponseProgram xmlns=“http://www.zigbee.org/se”> <ID>0</ID> <name>RateSaver</name> <List type=“EndDeviceControl” total=“1” href=“/dr/0/edc” /> </DemandResponseProgram> Demand Responseの要求 S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 19 ZigBee Smart Energy公開文書 ZigBee Smart Energy Profile 1.0 タイトル 発行日 ZigBee Smart Energy 2009/3/11 ZigBee Smart Energy 1.0 アプリケーショ ンプロファイル仕様書（データ定義、コマン ド等を規定） ZigBee 2007 Specification 2009/12/11 ZigBeeスタック（通信規格）の仕様書 ZigBee Cluster Library 2010/4/24 ZigBeeアプリケーション共通のデータ定義、 コマンドの仕様書 ZigBee Smart Energy Profile 2.0 タイトル 発行日 ZigBee + HomePlug Smart Energy Market Requirement Document 2009/3/11 Smart Energy 1.0, OpenSG, 米国電力 会社の要件等を元に仕様に対する要件を 規定 ZigBee Smart Energy 2.0 Technical Requirement Document 2009/12/11 MRD（要件書）から技術課題を抽出し、技 術要件を規定 ZIGBEE SMART ENERGY 2.0 DRAFT 0.7 STANDARD 2010/4/24 Smart Energy 2.0アプリ層の具体的仕様 の草案0.7版 ZigBee Alliance Webサイト (http://www.zigbee.org/)でダウンロード可能 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 20 10 その他の その他の アプリケーションプロファイル アプリケーションプロファイル c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 21 ホームオートメーションプロファイル（HA） ターゲットアプリケーション: スイッチ リモコン ドア/窓ロック その他センサ ライト Dimmer HVAC ヒータ/クーラ、サーモスタット、温度センサ アラームシステム 各種スイッチ、リモコン、センサ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 22 11 テレコムプロファイル（TA） ターゲットアプリケーション: 情報ディリバリー ： 天気予報/株価、少量パケット 位置管理サービス ： 特にＧＰＳが使えない屋内スーパー （割引き/クーポン）/美術館（経路、説明）等 自動決済 ： 駐車場、映画等 モバイルゲーム Ｖｏｉｃｅ push-to-talk Ｐ２Ｐ データシェア ： アドレス交換等 アクセスコントロール ： 入場コントロール、棚アクセス等 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 23 在宅健康管理（HC） ターゲットアプリケーション: コンティニアヘルスケア アライアンスへの追認 (2009.6.8) IEEE11073へのフルサポート 心電図、体重計、体温計、血圧計 アラーム、モニタ、投薬備忘通知、フィットネス機器通信 携帯電話、PDA、PCでのデータ管理 冷蔵庫へのマグネット付ディスプレイ、ベッド/ ディスクトップ健康ディスプレイ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 24 12 リテイルサービス 店内情報： 店内での消費者との集荷、配達、選択の日時情報共有とモバイルでの支払い ロケーションによるサービス： 追跡、来店通知、アイテムの位置情報アシスト 在宅での流通： 消費者宅における購入、在庫レベル、注文可否と販売プロセスのための ワイヤレスネットワーク ヘルスケア： 薬の相互作用、補充注文に関する警告やリコールの提供 サプライチェーン管理： End-to-End生産から消費者までの倉庫管理、冷凍管理、在庫管理 法令順守： 店内セキュリティとモニタリング、流通の法令順守と食品の鮮度トラッキング エネルギー管理： センサーのモニタリングによるエネルギー消費低減 25 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 25 ＺｉｇＢｅｅ リモートコントロールＲＦ４ＣＥ ZigBee RF4CE規格とは、電化製品向けに、マルチベンダによる相互接続が可能な リモート制御ソリューションを提供するもの。 赤外線→無線である理由 1. 見通しの確保が不要 2. 双方向通信 3. 速い応答速度 4. 赤外線より省電力 その他の特徴 • AV機器以外にも搭載可能 • 他のZigBeeデバイスと連携可能 ＴＶ-ＲＣ ＤＶＤ-ＲＣ ＤＶＤ ＴＶ ＣＤ-ＲＣ ＣＤ 2.4GHz 無線接続 ＲＦ４ＣＥ プロファイル Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ-ＲＣ 例） 多機能 リモコン c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL ホーム コントローラー 携帯電話 リモコン アラーム用に ＴＶをつける ブロードバンド ルーター 宅外から録画予約 26 13 Smart Smart Energy Energy Profileとの Profileとの 連携 連携 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 27 スマートエナジを皮切りにＨＡ/ＢＡ/ＯＡへ ＺｉｇＢｅｅ ホーム ●ＳＥ：スマートエナジ （デマンドレスポンス、ロードコントロール） ●ＨＡ：ホームオートメーション（スイッチ、リモコン、センサ、ライト、クーラー＆ヒータ、サーモスタット、アラーム） ●ＴＡ：テレコム （位置管理、自動決済、モバイルゲーム、データシェア、アクセスコントロール） ●ＨＣ：在宅健康管理 （血圧・心電図など計測、アラーム、データ管理） ZigBee SIG-J資料より c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 28 14 ホームへの展開イメージ：「繋ぐ」 「変える」 ＬＥＤ照明 ＬＥＤ照明 ＬＥＤ照明 太陽光発電 ＬＥＤ照明 人感知センサー 自動カーテン 自動カーテン 緊急地震速報 開閉センサー 火災報知機 エアコン パワーコンディショナ 開閉センサー 震度４ ６ 秒後 ブレーカ 炊飯器 テレビ エサやり機 電力量計 浴室、トイレ 給湯器 体重計 パネル コンピューター レコーダー マルチ リモコン 血圧計 尿糖計 体温計 電気メータ 水道メータ ガスメータ 床暖房 ZigBee端末 給水機 他通信技術との共存 ZigBeeは主にセンサ/リモコン/スイッチ ZigBee SIG-J資料より c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 29 ZigBee ZigBee SIG-Japanの SIG-Japanの ご紹介 ご紹介 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 30 15 ZigBee SIG ジャパンとは？ 団体名 ： 一般社団法人ZigBee SIGジャパン (略称：ZigBee SIG-J) 所在地 ： 東京都千代田区大手町 設 立 ： 2005年 9月 9日 基 金 ： 300万円 会員数 ： 8社 （設立時） ・ 目 的 ： ZigBee（ジグビー：低消費電力短距離無線通信）技術の開発 及び利用を行おうとする社員に対して、ZigBeeに関する調査、 技術の交流、およびZigBeeの普及に必要な活動を共同して 行う場を提供し、その活動を通じて日本市場の情報通信基盤の 一層の高度化に寄与することを目的とする。 17社 （2010.10現在） http://www.zbsigj.org/ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 31 ZigBee SIGジャパン 活動 SIGジャパン活動 設立の背景と会員の特典 ■ 2004年12月：ZigBee Alliance（*2）により、世界標準のZigBee仕様が確定 ■ 2005年09月：ZigBee Alliance加盟企業により、国内の普及等を目的とする法人を設立 ■ 加盟企業の共同による、国内啓蒙活動と市場調査・普及活動を積極的に展開 ■ 会員の特典：仕様書和訳の入手、SIG-J主催セミナーやプロモーション活動への参加等 組織構成と活動内容 テクニカル・ワーキンググループ メンバーによる仕様理解と認識共有 実用化・普及に向けた技術的課題の調査 ZigBee仕様書の和訳 ZigBeeアライアンスの技術活動動向調査 一般セミナー開催 (マーケティングWGと共同) 是非、参画ください c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. マーケティング・ワーキンググループ イベント、セミナー、研究会への参画計画 その他各種プロモーション - SIG-Jブースおよび相互接続試験 アプリケーション・ワーキンググループ 日本におけるZigBee市場開拓の推進 - 関連省庁や他業界団体への協力推進 日本固有アプリケーションのプロファイル検討 S OKI CONFIDENTIAL 32 16 ZigBee仕様書の和訳 第１章 第２章 第３章 第４章 概要 アプリケーション層仕様 ネットワーク仕様 セキュリティサービス仕様 SIG-Japanホームページで一般公開中。 http://www.zbsigj.org/download.htm c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2010 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 33 17 講演２ スマートメータ NW と 920MHz の法制度化動向 講師： 一般社団法人 ZigBee SIGジャパン 常務理事 福永 茂 様 （沖電気工業株式会社 研究開発センタ ネットワークシステムラボラトリ ラボラトリマネージャ） ARIB 第83回電波利用懇話会 ② スマートメータNWと 920MHzの法制度化動向 2011年4月25日 福永 茂 [email protected] © Copyright 2011 Oki Electric Industry Co., Ltd. 本日のアジェンダ スマートグリッドとスマートメータ 日本におけるスマートグリッドの取組み スマートメータの無線ネットワーク構成 920MHz帯 920/950MHzの特徴 920MHz帯の総務省での法制度化動向 IEEE802.15.4の標準化動向 920/950MHzの特性 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 1 1 スマートグリッドと スマートグリッドと スマートメータ スマートメータ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 2 各国のスマートグリッド 「スマートグリッド」に対する期待 米国：グリーンニューディール政策として、電力インフラの安定化と新サービス創出に 向けて、45億ドル投資 欧州：電力の不正利用防止と再生可能エネルギーの拡張に向けて、スマートメータ導 入加速 日本：安定した電力網を維持しながら、地域で再生可能エネルギーの地産地消を目指 す「スマートコミュニティ」 経済産業省資料より c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 3 2 スマートメータ スマートメータは、スマートハウス、スマートコミュニティを実現するのに必 要なキー装置 スマートメータにもさまざまな定義がある 自動検針するための通信機能を備えた電力・ガス・水道メータ AMR : Automated Meter Reading エネルギーマネージメント機能も備えたメータ AMI : Advanced Metering Infrastructure スマートメータへの期待 ユーティリティ企業の業務効率化 検針、遠隔開閉、安全確保など 省エネ促進 消費量の見える化、デマンドレスポンス制御など 系統安定化 太陽光発電、電気自動車充電等との連携など c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 4 スマートメータによる省エネ制御 直接制御（デマンドレスポンス） 外部から家庭内の機器を直接制御して、消費量を調整する。 エアコンの温度設定 優先度の低い照明、スプリンクラー等のＯＦＦ 間接制御 消費量の見える化によるユーザへの努力促進 部屋単位、または主な家電機器の電気料金を表示 ユーザの努力による節電効果をCO2削減量として表示 白くま、ペンギン等のイラスト 需要状況等に合わせて料金単価変更。料金単価に応じた機器制御 スマート家電に予め料金単価と動作条件をプログラム設定 電力企業は電力需要に合わせて料金体系をオンデマンドで変更 電気料金に合わせて機器が自動的に制御 センサ等による周辺の状況と組み合わせた制御も可能 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 5 3 経済産業省のスマートメータに関する政策① 資源エネルギー政策の見直しの基本方針 出典： 経済産業省資料 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 6 経済産業省のスマートメータに関する政策② スマートメータ制度検討会 出典： 経済産業省資料 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 7 4 スマートメータの スマートメータの 無線ネットワーク構成 無線ネットワーク構成 S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 8 スマートグリッドの無線ネットワーク HAN (Home Area NW) 太陽光発電 センサ インターネット HGW Utility企業など 家電機器 スマートメータ パワーコンディショナ 蓄電池など IP NW EV BS 各種サーバ/監視装置 SUN (Smart Utility NW) BS 基地局 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL スマートメータなど 9 5 SUNの事例 北米 現在は各社の独自方式であるが、IEEE802.15.4gが有力候補。 900MHz帯の利用が主流。 日本 ガスグループがテレメータリング推進協議会を設立 多段中継無線として、集合住宅のガスメータ中継に950MHzを使う。 電力各社が、大規模実験の実施を計画 通信方式や周波数については未確定の会社が多いが、920MHz帯も候補 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 10 950/920MHz帯の特徴 950/920MHz帯の特徴 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 11 6 日本における950/920MHzの動向 950/920MHzに関連する制度化・標準化動向 （センサNW、スマートNW向け） 総務省 IEEE 2008年5月 950MHz制度化 2010年5月 950MHz改正 2012年7月 920MHzへ移行 2009年4月 IEEE802.15.4d標準化 2011年12月 IEEE802.15.4g標準化（予定） スマートNWの市場拡大に期待 スマートNWの市場拡大に期待 S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 12 800/900MHz帯の周波数割当ての国際動向 860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960 単位MHz 日本 915∼928MHz 950∼958MHz 欧州 865∼868MHz 915∼921MHz（検討中） 米国 902∼928MHz 中国 920∼925MHz 韓国 917∼924MHz 豪州 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 918∼926MHz S OKI CONFIDENTIAL 13 7 920/950MHz帯の特徴 2.4GHz帯と比較した920/950MHz帯の利点 項目 説明 高電波到達性 2.4GHz帯と比較して、電波の到達距離が長い。また、建物な どの障害物がある場合でも、電波が回り込んで届く特性が高 い。これにより、長い通信距離を必要とする場合や、障害物 が多い場所での利用に適している。 低消費電力 電波の到達距離が長いため、同じ距離を通信する場合には、 2.4GHz帯と比較して送信出力を下げることができる。そのた め、消費電力が低い。 低干渉 無線LANなど他の無線システムが少なく、各種雑音源からの 電波干渉も少ないため、安定したシステムを提供できる。 「無線マルチホップNW技術」と組み合わせることで、カバー率と信頼 性の高いNWインフラを実現可能となる。 S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 14 他の無線との総合比較 伝搬特性が良く、スループットが必要なエリアは，無線LANが有効 伝搬特性が良く、スループットが必要なエリアは，無線LANが有効 伝搬環境が悪いエリアでは950/920MHzが有効 伝搬環境が悪いエリアでは950/920MHzが有効 IEEE802.15.4d/4g 無線LAN (2.4GHz) PHS (1.9GHz) (920/950MHz) STD-T67 (429MHz) △ ○ ◎ ◎ 回り込み特性 △ △ ◎ ◎ 電波干渉 × ◎ ○ △ スループット ◎ △ △ × マルチホップ ○ △ ○ △ 低消費電力 × × ◎ ◎ 伝送遅延 ◎ △ ○ △ 通信コスト ○ × ○ ○ IPシステムとの整合 ◎ ○ △ △ 到達距離 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 15 8 電波伝搬特性の悪い場所での応用例① 工場や病院、倉庫など金属装置が密集する場所での モニタリング 大型機械装置の振動、歪み監視 大型タンクの圧力、温度、振動、歪み監視 密集した配管の流量、温度監視 溶鉱炉内の温度監視 配電盤内のスイッチ制御、状態監視 金属製ロッカー内の装置制御、資材監理 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 16 電波伝搬特性の悪い場所での応用例② 電気、水道、ガスメータの自動検針 マンションにおけるパイプシャフト内のメータの自動検針 地中に設置された水道メータの自動検針 物置、自転車、自動車等によるメータ遮蔽時の検針 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 17 9 電波伝搬特性の悪い場所での応用例③ 設置間隔を短くできない装置間の情報伝達 電柱上の設備の異常を送信 橋梁、トンネル、道路、鉄道レールなどの構造物監視 屋外の広域環境モニタリング 子供の安全安心の屋外通信インフラ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 18 920MHz帯の 920MHz帯の 総務省での法制度化動向 総務省での法制度化動向 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 19 10 900MHz帯の電波法改正の動向 2012年春頃 920MHz帯への移行と送信出力増加、周波数拡張、条件緩和（見込み） パッシブタグシステム 高出力 中出力 空中線電力： 1W 通信距離： 5∼10m ゲートでの複数タグ読み取り アクティブ系 小電力無線システム 低出力 空中線電力： 10mW 通信距離： 数百m センサネットワーク，アクティブタグ 空中線電力： 10mW 通信距離： 10cm ハンディ利用 空中線電力： 250mW 通信距離： 2m 屋外利用 制度化 (2005.4) 免許不要 キャリアセンス機能追加 (2006.1) 制度化 (2006.1) ミラーサブキャリア方式追加 (2008.5) チャネル幅緩和 (2008.5) 制度化 (2008.5) 制度化 (2010.5) 周波数拡張，条件緩和 (2010.5) 周波数拡張，条件緩和 (2010.5) 周波数移行、免許不要化 (2012見込み) 周波数移行 (2012見込み) 周波数移行、送信出力増加 (2012見込み) 周波数拡張 (2010.5) 周波数移行 (2012見込み) S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 20 950MHz帯の周波数移行 総務省において，700/900MHz帯の周波数再編アクションプランの方針が決定 現状のアクティブ/パッシブタグ向け950MHz帯は，2012年に920MHz帯へ移行 現状の周波数割当 900 905 915 MCA 上り 925 935 PDC UL 948 950 PDC UL 958 950MHz帯 RF ID パーソナル無線 (903-905) STL (958-960) 2015年の周波数割当 900 905 915 LTE UL 945 928 920MHz帯 RF ID MCA 上り 960 LTE DL ※LTE周波数割当は欧州割当案と協調 950MHz帯RF IDは920MHz帯に移行，スマートメータ導入に向けて5MHz幅を追加 既存の950MHz帯製品は，2017年まで利用可能 (ただし2015年からはLTEと共用) c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 21 11 審議中のアクティブタグ チャネルプラン案 基本チャネル 種別① 低出力チャネル 種別② 中出力チャネル 種別③ 微出力チャネル In 種別③ 916 g o Pr 920 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. s s re 種別② 923 20mW 250mW 1mW 種別① 928 S OKI CONFIDENTIAL 930 22 2011年改正の主な効果 周波数移行 国際的に協調できる周波数となり、市場の活性化を期待できる。 スマートメータ等の普及を考慮して5MHz幅の拡張がなされており、 スマートメータ等に適した条件を規定できる。 条件改正 アクティブ系無線システムの特徴を生かすため、パケット単位の公平 性を高める改正を行い、電波利用効率の向上が見込める。 送信出力緩和 免許不要局を10mWから20mWと250mWに緩和することで、電波到 達性を高めることができ、多種の新しい応用に利用できる。 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 23 12 IEEE802.15.4 IEEE802.15.4 標準化動向 標準化動向 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 24 標準化の意義 標準方式を規定することで、システム間の相互接続性が 可能となり、利便性が向上するとともに、市場が活性化する。 920/950MHzでも 920/950MHzでも IEEE802.15.4やZigBee IEEE802.15.4やZigBee として利用できるようにしたい として利用できるようにしたい c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 25 13 IEEE802.15.4と周波数・用途の関係 IEEE802.15.4dとして、日本の950MHzに対応したPHYを追加（2008） IEEE802.15.4gとして、スマートメータ向けPHYを追加（2011） IEEE802.15.4eとして、産業用にMAC拡張（2011） 各種方式 ZigBeeなど NWレイヤ MACレイヤ IEEE802.15.4e IEEE802.15.4 MACIEEE802.15.4e IEEE802.15.4 MAC PHYレイヤ IEEE802.15.4 PHY 周波数 IEEE802.15.4d 2.4GHz 920/950MHz センサネットワーク等 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. IEEE802.15.4g 2.4GHz スマートメータ S OKI CONFIDENTIAL 26 IEEE802.15.4d PAN無線方式であるIEEE802.15.4のPHYを日本の950MHz向けに拡張 2009年4月に標準化が完了 変調方式はGFSKが主流 目的 日本で新しく割り当てられた950MHzを利用できるように，IEEE802.15.4の PHYを修正 概要 周波数： 950MHz（日本） データレート： 100Kbps 変調方式： GFSK（OKI提案）, BPSK OKIがVice Chair, Secretary, Main Technical Editorを務めた スケジュール 2006年7月∼2009年4月 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 27 14 IEEE802.15.4g スマートメータ向けとして、IEEE802.15.4のPHYを拡張 2011年12月に標準化が完了する予定 目的 低速無線をスマートユーティリティネットワーク(SUN)へ適用するため， 既存の IEEE802.15.4のPHYを修正 (スマートメータ間通信の無線方式の実現) 概要 周波数： 950MHz, 2.4GHz帯（日本の場合） データレート： 50kbps、100kbps, 200kbps, 400kbps （日本-GFSKの場合） 変調方式： GFSK, OFDM, OQPSK PHYフレームサイズの拡張： 2048オクテット ⇒ Etherフレーム / IPパケットを考慮 屋外スマートメータ環境下でのリンクマージンの最適化 ⇒ 1ホップで数kmの到達距離を目指した変調方式の採用 スケジュール 2008 2009 2010 1月 9月 ・最終提案 ・ドラフト作成 ・スコープ，要求条件 ・ターゲット市場 SGとして活動開始 TGに昇格 3月 2011 12月 ・電子投票 ・コメント解決 ドラフト完成 SG: Study Group TG: Task Group 標準化完 S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 28 IEEE802.15.4e 産業用途向けに、IEEE802.15.4のMACを拡張 2011年12月に標準化完了の予定 目的 産業用途のセンサネットワーク向けにIEEE802.15.4のMAC機能を拡張 TG4g（SUN）で必要な機能も規定 スコープ TDMA、チャネルホッピング、GTS拡張による高信頼化 アクセス制御の高度化、省電力化 エンド端末間通信の低遅延化 スケジュール 2008 2009 1月 9月 TGに昇格 最終提案 ・提案マージ ・ドラフト作成 2010 3月 ドラフト完成 ・電子投票 ・コメント解決 2011 12月 標準化完 SG: Study Group TG: Task Group c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 29 15 920/950MHzの特性 920/950MHzの特性 S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 30 950MHz装置緒言 IEEE802.15.4d IEEE802.15.4d標準準拠 標準準拠 の装置を使用 の装置を使用 機能 仕様 無線部 周波数帯：950MHz∼956MHz 無線規格：IEEE802.15.4d 変調方式：GFSK 通信速度：100kbps チャネル幅：400kHz 送信電力：1mW以下 ただし、954MHz∼955MHzに限り 10mW以下 アンテナ 外付けロッドアンテナ 制御部 CPU：ML67Q4051 (ARM7) シリアルIF RS232C （ Dsub：9pin） センサIF ディジタル(入力×2、出力×1) アナログ（入力×3） 電源 外部電源：5V サイズ 77.3mm(W)×147.6mm(L)×28.0mm(T) c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 31 16 伝搬特性（1/2） 950MHzと2.4GHzの電波伝搬比較 試験内容 平地における見通し内通信 950MHz 2.4GHz 周波数 950∼956MHz 2400∼2483.5MHz 空中線電力 1mW 1mW 無線方式 IEEE802.15.4d GFSK方式 IEEE802.15.4 OQPSK方式 伝送レート 100kbps 250kbps 送信ノード 受信ノード 2m 2m 1∼600m S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 32 伝搬特性（2/2） 測定結果 パケットロス率が20%以下の結果が得られた地点の受信電波強度をプロット 近似直線： 自由空間を想定し、距離の−2乗に比例する傾きで描画 考察（送信出力1mW時の通信距離） 見通しの場合、500m程度 2.4GHzと比較して3倍程度の距離 受信電波強度 [dBm] 0 -20 -40 950MHz 2.4GHz -60 -80 -100 1 10 100 1000 距離 [m] c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 33 17 回りこみ特性 2.4GHzとの比較において，見通し外環境で10倍以上の回りこみ特性を確認 950MHzでは回折面から50mの区間では，パケットエラー率はほぼ0% 4m 5m 距離 (m) 基地局 9m 11m 50m 950MHz 2.4GHz PER RSSI PER RSSI 5.5 0% -61dBm 0% -83dBm 10 0% -79dBm 96% -94dBm 20 0% -73dBm 100% - 30 0.2% -79dBm 100% - 40 0% -82dBm 100% - 50 0% -86dBm 100% - 建物の影となる 見通し外の環境 に基地局，移動 局を設置 基地局 OKI本庄工場 移動局 (5.5m付近) S OKI CONFIDENTIAL c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. 34 山岳地形の影響 丘陵による遮蔽の影響はあるものの、950MHzは平地（木々の遮蔽あり）とほ ぼ同等の通信距離 アンテナ高50cmの結果 受信電波強度 [dBm] 0 -20 -40 950MHz 2.4GHz -60 -80 -100 1 10 100 1000 距離 [m] 16m 受信ノード 32m 80m 岩手大学滝沢演習林（岩手県岩手郡滝沢村） 丘越えコースの地形 104m 出典： 総務省 東北総合通信局 「山間部における広域センサーネットワークの構築に関する調査検討会」 http://www.soumu.go.jp/soutsu/tohoku/houkoku/sensor_net/ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 35 18 雪の影響 積雪による電波伝搬の変化はほとんどない 雪に覆われた状態での受信強度の減衰もほとんどない 受信電波強度 [dBm] 0 -20 -40 950MHz 2.4GHz -60 -80 -100 0 20 40 冬の実験風景 60 80 100 覆った雪の厚さ [cm] 120 140 80cmの雪で無線機を覆った状態 出典： 総務省 東北総合通信局 「山間部における広域センサーネットワークの構築に関する調査検討会」 http://www.soumu.go.jp/soutsu/tohoku/houkoku/sensor_net/ c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 36 （参考）マルチホップNW技術との組み合わせ 「無線マルチホップNW技術」と組み合わせることで、カバー率と信頼 性の高いNWインフラを実現可能となる。 屋内外で100台規模の動作実験を実施 住宅街、集合住宅（パイプシャフト間） 郊外 オフィス内 オフィス内での動作例 c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 37 19 ありがとうございました c©Copyright ○ 2005Oki OkiElectric Electric Industry Copyright 2011 Industry Co.,Co.,Ltd. Ltd. S OKI CONFIDENTIAL 38 20