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

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

クラウド

M2M: Machine-to-Machineとは

TCP/IPハードワイヤードEthernetコントローラ

WiFi

コントローラ

3G通信

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

頭脳が頭脳が頭脳が頭脳がここに宿るここに宿るここに宿るここに宿る

遠隔計測

遠隔制御

遠隔計測遠隔制御

状態監視

帳票出力統合管理統合管理統合管理統合管理

スーパーコンピュータ

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。

3

例えば、気象レーダ情報

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

東大周辺豪雨

世田谷区強い雨

千駄ヶ谷豪雨

4

http://tokyo-ame.jwa.or.jp/ja/amesh/system.html 2009年より抜粋

例: 東京アメッシュ

のシステム

仮に、Arduinoに配信

できるようにしたらば、

M2Mクラウドが実現できる!!5

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

• まとめ

温度・照度センサ(Ethernetシールド)

電力メータ(Ethernetシールド)

データセンタ

温度・照度センサ(3Gシールド)

スマート端末

M2M

クラウド

IEEE1888通信通信通信通信



(M2Mサーバ)

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




データセンタ


スマート端末

M2M

クラウドIEEE1888通信通信通信通信



システム構成図

(M2Mサーバ)

9


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)

項目項目項目項目仕様仕様仕様仕様

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)

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スイッチ 0 ～15 (整数)

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)

インターネット DNS対応、DHCP対応、NTP対応、IPv4のみ

Ethernet Auto MDIX (10M/100M)

設定方法 USBシリアル(コマンドライン)

電源 6V ～ 9V (300mA)

温度センサ温度センサ温度センサ温度センサ

照度照度照度照度センサセンサセンサセンサ

トグルトグルトグルトグルSW

DIP SW

電源 (DC) 6V ～ 9V

LAN

設定用

IEEE1888 学習用ゲートウェイ・キット学習用ゲートウェイ・キット学習用ゲートウェイ・キット学習用ゲートウェイ・キット

IEEE1888学習キットの仕様学習キットの仕様学習キットの仕様学習キットの仕様

※シリアルコンソールで設定できるようになっている11

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

①パソコンとUSBケーブルで接続する 12


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)

例: IIJ GIOサーバのIPアドレスなどを設定


ステップ３：電力センサノードを開発 (1/3)

Ard

uin

o

電力センサ

０１１７３

5V

GND

オープンオープンオープンオープンコレクタコレクタコレクタコレクタ出力出力出力出力

プルアップ抵抗プルアップ抵抗プルアップ抵抗プルアップ抵抗(ソフトウェアで設定する)

立下りパルス信号立下りパルス信号立下りパルス信号立下りパルス信号

Digital 2

ハードウェア構成図13

電力量の情報はパルス信号となって出力されるので、そのパルス数をカウントする


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

// 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}


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

• 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

• 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

Arduino

3Gシールド

温度・照度シールド

16




データセンタ


スマート端末

M2M

クラウドIEEE1888通信通信通信通信



システム完成図

(M2Mサーバ)

17

発表の内容





• 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

2分でポットのお湯が沸いた分でポットのお湯が沸いた分でポットのお湯が沸いた分でポットのお湯が沸いた

48

Whの電力を消費した

の電力を消費した



(=1円円円円

)

19


ある部屋の温度変化

46℃(12時頃)

30℃(午前5時頃)

(*) 3Gシールドを使って集められたデータ20


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

(*) 3Gシールドを使って集められたデータ21

発表の内容





• まとめ

ピピピピピピピピピピピピ!!

「でん「でん「でん「でんきききき予報」サービス予報」サービス予報」サービス予報」サービス(IEEE1888データ提供サービスデータ提供サービスデータ提供サービスデータ提供サービス)

インターネットインターネットインターネットインターネット需給バランス情報需給バランス情報需給バランス情報需給バランス情報

家庭家庭家庭家庭オフィスオフィスオフィスオフィス 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？

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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)

単に、これだけの機能だが、サーバと連携させると・・・

ピークカットヘルパーの事例(1/2)

Arduino Ethernet互換

24ピークカットヘルパーピークカットヘルパーピークカットヘルパー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)

ピピピピピピピピピピピピ!!

「でんき予報」サービス「でんき予報」サービス「でんき予報」サービス「でんき予報」サービス(IEEE1888データ提供サービスデータ提供サービスデータ提供サービスデータ提供サービス)

インターネットインターネットインターネットインターネット需給バランス情報需給バランス情報需給バランス情報需給バランス情報

家庭家庭家庭家庭オフィスオフィスオフィスオフィス

http://www.futaba-kikaku.jp/FUTABA_Service.html

「でんき予報」と連動し、電力逼迫事態を警告する

25

発表の内容





• 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

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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）