IoT 分野における IPv6 利活用とシスコの取組み シスコシステムズ合同会社 IoE イノベーションセンター 2015 年 9 月 30 日
IPv6 普及を取巻く状況 IPv4 アドレスの枯渇 政策による促進 OS コンテンツ アプリケーション等の IPv6 対応 Microsoft Apple Linux Google IPv6 通信インフラの IPv6 対応 固定通信網 モバイル通信網 ケーブル通信網 ISP データセンター IoT 2020 年に 500 億個のモノがネットワークへ接続
IoT の大きな流れ コンシューマー向け IoT IoT 比較 産業向け IoT エンドポイントは クラウドへ接続 システム センサー アクチェーターから構成される サブシステムがクラウドと連携 エンドユーザー モバイルキャリア推進プラットフォーム提供者 サービス提供者 クラウドアプリの拡張版ビジネスモデル産業別のソリューション スマートフォン等を活用した個人向けアプリケーション各産業 各業種毎のビジネス向け ウエラブル端末の周辺機器の台頭 その他 耐環境性 時間確定性 低遅延要求等の 各産業別の仕様を考慮
IoT の進展に伴う想定ネットワークへ接続されるデバイスタイプが変化 現在 2020 年 ネットワーク化された交通網 スマートアグリ インダストリアルオートメーション ヘルスケア 大多数は スマートフォン タブレット等のユーザー端末 インテリジェントビルディング スマートグリッド スマートシティ システムを構成するデバイスがメインに
Industrial Internet Consortium (IIC) 2014 年 3 月に発足 インターネット技術の産業分野での活用を促し オープンで標準に基づいたイノベーションの普及と促進に注力 アーキテクチャーの策定 セキュリティー要件の整理 テストベッド等の仕組みを提供 現在 グローバルから約 200 社が参画
IoT World Forum グローバルの有識者 ( 企業 政府 学術等 ) が一同に集まる年次イベント 2013 年にバルセロナで第一回会合 2014 年にシカゴで第二回会合を開催 2015 年は 12 月にドバイで開催予定 IoT に関する技術 政策 課題 障壁 ユースケース等を幅広く議論 Barcelona City Council MCMS Group Sculley Brothers Family
IoT システムリファレンスアーキテクチャー IoE の 4 要素 7 階層アーキテクチャー 人 7 コラボレーションとプロセス プロセス 6 5 アプリケーション ( レポーティング 傾向分析 制御等 ) データ抽象化 ( 様々なデータへのアクセスとアグリゲ ション ) データ 4 3 データ蓄積 エッジコンピューティング フォグコンピューティング ( データ解析 情報変換等 ) 膨大な数のデバイスからの大量のイベントデータを現場に近い場所でリアルタイムに処理 モノ 2 コネクティビティー ( ネットワーク ) 1 様々なタイプのデバイス エッジセンサー アクチュエーター カメラ PLC 等のあらゆるタイプのデバイス
産業分野におけるデバイスの通信方式動向と予測 WWAN: GSM LTE, WLAN: IEEE 802.11, WPAN: IEEE 802.15.4, ISA100.11a, WirelessHART
IoT 関係の主要技術開発 標準化とシスコの関わり CoAP: Constrained Application Protocol RPL: IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks 6lowpan: IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks RESTful モデルに則った 低消費電力 不安定ネットワーク環境向けのアプリケーションプロトコル 様々なアプリケーションプロトコル 低消費電力 不安定なネットワーク環境での効果的なルーティング方式を策定 IEEE802.15.4 上で IPv6 の動作を最適化
ネットワーク層に IPv6 を規定する主な業界団体 Bluetooth ZigBee Alliance Wi-SUN Alliance Thread Group Open Interconnect Consortium(OIC) 発足 1998 年 5 月 2002 年 10 月 2012 年 1 月 2014 年 7 月 2014 年 7 月 メンバー数約 25,000 約 400 約 80 約 170 約 100 主要メンバー ネットワークプロトコルに IPv6 を規定 主な対象マーケット マイクロソフト エリクソン アップル ARM インテル レノボ ノキア 東芝 等 Bluetooth 4.2 IPSP (Internet Protocol Support Profile) スマートホーム コンシューマー TI NXP Itron LandisGyr フィリップス シュナーダーエレクトリック 等 ZigBee IP 920IP スマートホーム エナジーマネージメント NICT オムロン 村田製作所 ルネサス 東芝 Analog Devices シスコ Silver Spring Networks 等 HAN 用 Wi-SUN プロファイル ユーティリティー エナジーマネージメント グーグル ネストラボ サムソン ARM 等 スマートホーム インテル シスコ サムソン GE ソフトウエア Mediatek 等 スマートホーム 産業向け 備考 920IP は ECHONET Lite をサポート HAN 用 Wi-SUN プロファイルは ECHONET Lite をサポート Linux Foundation のオープンソースフレームワークである IoTivity プロジェクトをサポート
IoT における IPv6 利活用の取組み Open Interconnect Consortium (OIC) 2014 年 7 月に発足 標準準拠でオープンな仕様策定 オープンソース 認証プログラム等の提供を行う目的で設立 現在 グローバルから約 100 社が参画 Diamond Platinum Gold
Open Interconnect Consortium (OIC) OIC Candidate Core Specification 1.0 センサーネットワーク ( 例えば BT IPSP IP Support Profile や Thread 等 ) は IPv6 が必須 ただし 非 IPv6 サポートデバイスの為の 免除プログラムを期間限定で用意 OIC Candidate Core Specification 1.0 より抜粋
シスコのフィールド エリア ネットワークへの取組み IP ネットワーク IP ネットワーク GW GW IP IP GW GW IP 以外での通信方式 IPv6 (6LowPAN) RPL をベースにしたネットワーク センサーネットワーク ( 有線 ) センサーネットワーク ( 無線 ) センサーネットワーク ( 有線 ) センサーネットワーク ( 無線 ) センサー & アクチュエータ センサー & アクチュエータ センサー & アクチュエータ センサー & アクチュエータ
IoTにおけるIPv6 活用事例 :BC Hydro スマートグリッドAMI (Advanced Metering Infrastructure) 課題 - 独自技術 - 遅延 : 多い - 可用性 : 中 - 帯域に制約有り 目的 - 標準準拠 - 低遅延 - 高可用性 - 十分な帯域 移行 - 自動検針 - 課金 - ポータル提供 従来型検針システム - 自動検針 - 課金 - ポータル提供 - 配電自動化 - 配電最適化 - 盗電防止 BC Hydro 社のスマートメーターは IPv6 ベースのマルチサービスグリッドネットワークへ移行
IoT における IPv6 活用事例 :BC Hydro スマートグリッド AMI (Advanced Metering Infrastructure) NMS AAA DHCPv6 ヘッドエンド設備 ヘッドエンド側ルータ IPv6 による通信 フォグコンピューティングリンク通信 無線通信 (802.15.4g) PLC 通信 (P1901.2) IEEE 802.15.4e MAC IEEE 802.1X/802.11i Security 6LoWPAN Adaptation メッシュルーティング RPL エンドポイント管理 ファームウエア更新 イベント通知 15
IoTにおけるIPv6 活用事例 :BC Hydro アーキテクチャー イメージ SMI High Level Solution 16
参考 ; BC Hydro 概要 発電設備 ダム x 41 水力発電 x 30 火力発電 x 9 送電設備 送電網 x 18,000 km 変電所 x 260 鉄塔 x 22,000 監視制御センター x 1 配電設備 配電網 x 56,000 km 配電塔 x 900K 変圧器 x 300K 顧客数 x 1.9M
IoT における IPv6 活用の取組み 6TiSCH Time Slotted Channel Hopping IPv6 over the TSCH mode of IEEE 802.15.4e IEEE802.15.4e は プロセスオートメーション等の通信のスケジューリングに対する要件が厳しい工業用無線技術 ( 例 : ISA100.11a, WirelessHART) で使用されているが Time Slotted Channel Hopping (TSCH) のスケジューリングの方法や設定は仕様範囲外 Low Power and Lossy Network (LLN) において IEEE802.15.4e TSCH のスケジューリングと設定を行う技術として 主に IETF で策定中 スケジューリングを行うためのアーキテクチャとしては 集約型 (Centralized) と分散型 (Decentralized) が検討中 チャネル 時間
IoT における IPv6 活用の取組み : インダストリアルオートメーションとプロセスコントロール 6TiSCH による無線フィールドネットワーク タイムセンシティブなアプリケーションへの適用
IoT における IPv6 活用の取組み : プロセスオートメーション現在のアーキテクチャー VPN 集線装置 無線 AP コントローラ 無線 AP 無線メッシュ AP ISA100.11a WirelessHART PLC センサー アクチュエータ セキュリティー ISA100.11a WirelessHART 制御ループの範囲 監視装置 IP での接続制限 制御ループはサブネット内に閉じる IP での接続性に制限管理の複雑性
IoT における IPv6 活用の取組み : プロセスオートメーション 6TiSCH の活用 VPN 集線装置 無線 AP コントローラ 仮装サービスエンジン バックボーンルータ センサー 6TiSCH IPv6 アクチュエータ セキュリティー バックボーンルータ 監視装置 IPv6 サブネット IPv6 サブネット
日本の IPv6 対応デバイス数 / 接続数 2019 年までに 32% のデバイスや接続が IPv6 に 500 450 400 350 IPv6 対応モバイルデバイス IPv6 対応固定デバイス 2014 2019 年で年平均成長率 27% 2 億 3,100 万 デバイス数 ( 百万 ) 300 250 200 150 100 50 6200 万 2 億 1,200 万 7500 万 0 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Source: Cisco VNI Global IP Traffic Forecast, 2014 2019