IPSJ SIG Technical Report Vol.2016-DPS-167 No.25 Vol.2016-MBL-79 No.25 Vol.2016-ITS-65 No /5/27 Zigbee IoT 1,a) 1,b) 1,c) 1,d) Zigbee Bluetooth

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1 Zigbee IoT 1,a) 1,b) 1,c) 1,d) Zigbee Bluetooth LAN WiFi 2.4G LAN LAN Zigbee Traffic Analysis of Smartphone apps and Investigation of the interference between Zigbee-based IoT devices Yuko Hirabe 1,a) Shuzo Arakawa 1,b) Yutaka Arakawa 1,c) Keiichi Yasumoto 1,d) 1. IoT(Internet of Things) CPS(Cyber Phisical System) IoT CPS IoT Arduino *1 Raspberry Pi *2 3D *3 1 Presently with NAra Institute of Science and Technology a) hirabe.yuko.ho2@is.naist.jp b) arakawa.shuzo.aj4@is.naist.jp c) ara@is.naist.jp d) yasumoto@is.naist.jp *1 *2 *3 [1] IoT LDK IEEE ZigBee LDK ZigBee 1

2 [2] [3] [4] LAN WiFi Hulu *4 Netflix *5 dtv *6 U-NEXT *7 Amazon Google Play Music *8 Apple Music *9 LINE Music * 10 AWA * 11 LAN ZigBee (IEEE ) WiFi (IEEE ) 2.4GHz WiFi 11CH (2462MHz) ZigBee 22CH (2460MHz) [5] Facebook Twitter Instagram ZigBee WiFi ZigBee ZigBee *4 *5 *6 *7 *8 *9 *10 *11 CH MHz WiFi 11CH 2462MHz ZigBee ZigBee WiFi WiFi 1 SNS Facebook WiFi IEEE IEEE IEEE (ZigBee) IEEE ZigBee Zig- Bee Alliance 16CH 2.4GHz WiFi IEEE802.11) 250kbps ZigBee 1 ZigBee IEEE (WiFi) LAN 2

3 情報処理学会研究報告 り 現在もっとも広く普及している無線通信規格といえ る IEEE は伝送規格として定義されており 中で も IEEE802.11b/g は 2.4GHz 帯を利用する物理層規格で ある 変調方式は 11b が直接拡散方式 DSSS をベースに CCK 形式を用いており 最大伝送速度は 11Mbps である また 11g においては変調方式に直行周波数分割多重方式 OFDM を用いることで最大伝送速度を 54Mbps として いる ここで WiFi は 標準化団体である WiFi Alliance によって推進されており 近年では干渉の少ない 5GHz 帯 への移行が盛んである 2.2 チャンネル間の干渉問題 本節では 前述した ZigBee, WiFi に加え 同じく 2.4GHz 図 1 帯を使用する bluetooth も含めて検討を行う ZigBee の基 実験環境 本規格である IEEE の帯域幅は 中心周波数から 2MHz であり 中心周波数が 5MHz ごとに設定されている イーサネット ため 隣接チャンネル同士の影響を受けない仕組みとなっ ている 一方で b では中心周波数から 22MHz の帯 域幅を持つため 隣接チャンネル間の干渉が発生する こ うした基本的に一つのチャンネル上で動作する ZigBee や Wifi 接続 WiFi では 利用チャンネルが重なると干渉が発生するの に対し bluetooth では周波数ホッピング方式 FHSS を GALAXY Note II 用いていることから 干渉を起こしにくい特長がある 一 度干渉が生じても ランダムで他のチャンネルに移る仕組 みであるため 自他共に影響を与えることはほぼないとい アクセスポイント Wiresharkで パケットを取得 Macbook Pro 図 2 SNS アプリケーション操作時の WiFi の通信トラフィックの 取得環境 える 3. 実験内容 干渉の影響をより良く観測するため 今回は WiFi アク セスポイントの CH を MHz ZigBee の CH を ここでは本研究で行った実験について報告する まず最 MHz にそれぞれ固定し 通信帯域幅が完全に干 初に WiFi トラフィックが ZigBee に与える影響について 渉するように設定する 実際の実験環境を図 1 に示す 調査するための実験として 1つの WiFi アクセスポイン 図 1 の Zigbee は 右側に設置されているものがコーディ トに対して複数台の端末が接続した状態を作り その上で ネータ データ受信側 左側に設置されているものがルー の ZigBee 通信について評価した 次に スマートフォンア タ データ送信側 である これら Zigbee が通信してい プリ特有のトラフィックがセンサトラフィックに与える影 る間に 画面奥の左側の PC MacbookPro をアクセス 響を調査する実験として Wireshark を搭載したパソコン ポイントとして 手前に置かれている MacbookAir 2 台 をルータとして使い スマートフォンを操作しながら発生 Android 端末 10 台の接続台数を順次増やしていくことで するデータ数を計測した それぞれの詳細を下記に示す どのように干渉するか データ取得を行う アクセスポイ ントへ接続する端末は Youtube の動画を絶えず流し ア 3.1 WiFi アクセスポイント1つに対して複数端末が接 クセスポイントと通信を行う この時 ZigBee 送信側から 続する環境での ZigBee に対する干渉度の調査 のデータ送信回数を 2 分間で 1200 回 1 秒間に 10 回 と 近い将来 普及していくであろうスマートホームでは 固定し ZigBee のデータ送受信時間およびリトライ回数 ZigBee などの 2.4GHz 帯で通信を行なう機器が搭載された とした しかしながら ZigBee のデータ送信量の違いや 家電が数多く存在する中で 家庭内にある 1 つの WiFi ア コーディネータの位置が WiFi アクセスポイントに近づい クセスポイント 2.4GHz 帯 に対して 複数の端末が接 た場合においても トラフィックが変化する可能性は高い 続するといった ZigBee や WiFi が共存する状況が当たり そこでこれらの状況においても 同様にデータ取得を行う 前になると想定される このような状況において WiFi 以下が本実験で観測する 3 つの環境である が ZigBee に対してどのように干渉するかを明らかにする べく 実験を行う 2016 Information Processing Society of Japan WiFi アクセスポイントへの接続がない場合の Zigbee のデータ送信量の違いによる送受信時間およびリトラ 3

4 2byte 80byte データ送受信時間 (s) データ送信回数 ( 回 ) 3 80byte アクセスポイントと zigbee の距離がゼロ (12 個の端末接続 ) アクセスポイントと zigbee の距離がゼロ (1 つの端末接続 ) 2byte 接続台数 リトライ回数 ( 回 ) リトライ回数 ( 回 ) 4 WiFi WiFi 3.2 SNS WiFi SNS 1 Gmail SMS WiFi Android SNS 2 MacbookPro WiFi GallaxyNote II 5 SNS 1 Facebook WireShark Facebook 4. 4

5 700 Pictures and pre-movies 600 リトライ回数 ( 回 ) Pictures were selected Movie was selected WiFi Zigbee Zigbee WiFi Wif Zigbee Zigbee 2byte 80byte 3 4 Zigbee Zigbee 80byte WiFi ( 5) WiFi WiFi WiFi 6 8 WiFi 4.2 SNS WiFi WireShark Facebook I/O 7 TCP TCP DNS Facebook Facebook Facebook 8 5. SNS 1 WiFi Zigbee SNS WiFi Zigbee 5

6 1 SNS SNS SNS SNS WiFi Zigbee [1] Arakawa, Y.: SenStick: Sensorize Every Things, Adjunct Proceedings of the 2015 ACM International Joint Conference on Pervasive and Ubiquitous Computing and Proceedings of the 2015 ACM International Symposium on Wearable Computers, New York, NY, USA, ACM, pp (online), DOI: / (2015). [2] ; ; ; ; Vol. 57, No. 2, pp (2016). [3] Kiyoaki, K., Manato, F., Arakawa, Y., Suwa, H., Kashimoto, Y. and Yasumoto, K.: Elderly Person Monitoring in Day Care Center using Bluetooth Low Energy, 10th International Symposium on Medical Information and Communication Technology (2016). [4] ; ; ; 4,,, (2014). [5] ZigBee LAN ZigBee C ( ) Vol. 134, No. 3, pp (2014). 6

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