20160320 BLE4.2勉強会 MakerLab Nagoya
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BLE4.2勉強会 MakerLab Nagoya
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20160320 BLE4.2勉強会 MakerLab Nagoya
- 1. BLE4.2勉強会 MakerLab Nagoya (同)わふう 上原 昭宏 MakerLab Nagoya （名古屋市中区新栄2-2-19 新栄グリーンハイツ2F ）
- 2. 目次 • 自己紹介 • Bluetooth Low Energy (BLE)の基本 • ハードウェアからの視点と、人との関わりと
- 4. Bluetooth Low Energyの基本 • 数ある超低消費電力無線通信技術の1つ • コイン型電池で年単位の無線通信が可能 • 利用場面: 心拍計など(1秒に数バイト) • 通信相手: Bluetoothブランド、iPhoneによる普及 • つながるための構成要素 • 無線: パケットをやり取りする部分 (物理層、リンク層) • 利用: 意味あるデータをやり取りする部分 (ATT/GATT) • 所有: セキュリティ・マネージメント (認証、認可)
- 5. Bluetoothの歴史 2007年 2009年 Ver2.1 Enhanced Data Rate Ver3.0 High Speed 2004年 Bluetooth Low End Extension Wibree 2006年 2010年 Ver4.0 3.0とLow Energy の統合
- 7. Bluetooth Low Energy • Bluetooth 3.0とは物理層から異なる技術 • 超低消費電力無線通信 • コイン型電池1つで年単位の無線通信 • 電池交換不要、使い捨て、低コスト、ウェアブル、スマートフォン向き • 無線通信のタイミングを合わせることで、消費電力極小 • 2.4GHzのプロセッサの消費電力を想像してみて • ストリーミングではなく、イベントドリブン的なデータ通信 • 低頻度(1秒に1~50回)、1パケットで少量のデータ(20バイトくらい) • レイテンシは20ミリ秒以下、データレートは 5 ~ 10 kバイト/秒 以下 • 通信距離、 最大で 50メートル くらい
- 8. ネットワーク・トポロジ • スター型 • 1つのセントラルと多数のペリフェ ラル • 接続数上限は60000くらい • iPhoneの同時接続は10 • BLE自体には、パケットの中継機能 はない セントラル (Central) ペリフェラル (Peripheral)
- 9. セントラル (Central) ペリフェラル (Peripheral) • 4.0までのトポロジの制約 • セントラルとペリフェラル同時はなれない • ペリフェラルは1つのセントラルとのみ • エアコンは同時に複数から利用 • エアコンをセントラル? • iPhoneがペリフェラル • エアコンをセントラルに • 違うエアコンに同時接続できない • 4.1からのトポロジ • セントラルかつペリフェラルになれる • ペリフェラルは同時に複数のセントラルと接続 可能 • BLEにネットワーク層はない。トポロジはあくま でスター型
- 10. Ad Ad 受信 Ad Ad Ad Ad 接続 処理 ペリフェラル セントラル デバイスの発見 • 2つの役割 • セントラル、ペリフェラル • アドバタイジング・パケット • ペリフェラルが送信(20ミリ~1.3秒周期) • 機種名、機能などの情報が入っている • 周囲にブロードキャスト • ブロードキャスト(接続しない使い方)
- 11. 余談 : 通信の工夫 • チャネルごとに • 送信、受信をおこなう • チャネルを切り替える • 何回か応答がなければ、切断 パケット t受信 t ペリフェラル セントラル 返信 受信
- 13. ものの、モデル化の考え方(1/2) • オブジェクト指向 • もの、のデータベースには何があるか • 外界の情報: 気温、湿度… • 制御指示: 冷暖房モード、設定温度 • 内部状態: コンプレッサ出力、風量出力 • データベースだけか? • 機能: もの、が持つ機能 • ふるまい(プロファイル): もの、と操作 するもの、が織りなす 外気温 運転モード コンプレッサ出力 ・ ・ エアコン エアコン センサー 外気温、湿度 制御とメカ 運転モード コンプレッサ アラート ブザー、音声 点灯、表示器
- 14. ものの、モデル化の考え方(2/2) • この世に、エアコン、なんてない • 人間から見たエアコン • 家庭用、ビル用空調、自動車のエアコン • かならずしもない機能、オプション指定? • 構成要素が異なる、機種ごとにモデル化? • エアコン、は人間の思い込みであり錯覚 • ネットワークから見たエアコン • 構成要素でモデル化 • BLEでのモデル化 • 独立した、分割不可能(アトミック)な機能単位 外気温 運転モード コンプレッサ出力 ・ ・ エアコン エアコン センサー 外気温、湿度 制御とメカ 運転モード コンプレッサ アラート ブザー、音声 点灯、表示器
- 15. サービスとキャラクタリスティクス • サービス • キャラクタリスティクスの集合 • アトミックな機能の単位 • キャラクタリスティクス • データ • 読み書き • 変更の通知 (通知取得をONにすれば) • オプショナルなキャラクタリスティクス • 書き込み = 運転指示 • 内部状態 = 読み込みのみ • アラートレベル:ある程度抽象的 エアコンという、データベース 外環境のセンサーサービス 室内気温 室内湿度 室外機気温 冷暖房機のサービス 運転モード コンプレッサ出力 アラートレベル アラートのON/OFF アラートサービス
- 16. セキュリティマネージャ • セキュリティ: プライバシーの保護、所有や利用の権利を守る • ペアリング、ボンディング。この2つは別のこと • ペアリング: 暗号化に必要な鍵を交換すること • ボンディングをしていれば、暗号化の鍵を保存して接続状態を復元できる • すぐつながって、すぐ使える。デバイス間で接続を許す (PINコード、NFC) • 共有鍵方式、公開鍵方式 • 4.0は共有鍵、4.1以降で公開鍵 • セキュリティマネージャはホスト側にある • ソフトウェア的に実装できる • ハードウェア実装ではない
- 17. BLEのまとめ• 数ある超低消費電力無線技術の1つ • 通信相手はiPhone, アプリ開発可能、カスタム・プロファイル • 多種多様なハードウェアを表現 • 電池交換の問題, 機能と振る舞いの分離、カスタムを許容する • ユーザ体験 • ブロードキャスト、バックグラウンドモード、iBeacon • 共存を許す (L2CAP Connection Oriented Channels) • GATT(サービス) • HomeKit • IPv6対応の何か • スマホ1つと、ルータを組み合わせて、が共存できる • 物理層はハードウェア、ならば多様性があるならそれでいいじゃない www.digikey.jp/ja/articles/techzone/2011/dec/bluetooth-goes-ultra-low-power
- 19. 最近の、つぶやきから • ハードウェアも技術もそれ自体ゴミでしかない • 嘘で愛は語れるが、憎しみは嘘では語れない • 本音って大事だと思う。 • 人間は邪魔でち • 働いたら負けだと思う • 着ぐるみは、いろいろなものの、気持ちになれるですよ!
- 20. アプセサリ • Application + Accessory = Appcessory • iOSアプリ、ウェブ・アプリ… ハード単体ではないのは、あきら か • 何がアプリケーションなのか? • ハードウェアの形をしたサービス • サービスを成り立たせる要素 • 人との繋がり, 自分の蓄積されたデータ • ハードウェアは、理解できる”もの"であること • 万歩計、メガネ、腕時計 • SFなどで、大昔の以前から言われていたはずの世界なのに • アプせサリという単語は、BLEを使う中から生まれてきた
- 21. http://fun-iki.com 雰囲気メガネ • ハードウェアの機能 • 入力: 加速度、照度(紫外線)、押しボタン • 出力: LED、スピーカ • ユーザから見た機能 • 通知同期、アプリ操作で光と音出力 • ハードウェアとしては、しょぼい • 電池と価格、物理的な大きさ • 一貫した概念 • “雰囲気”、外側にあるもの、感覚器 • 主語:自分、目的:感じ取る、状況:日常生活 • 目に見えない世界を感じ取る?
- 22. メガネ系デバイスを題材に • ウエアラブルの無意味さ • 日常的に装着、他人が見て不気味ではない • メガネ、顔、人間の入出力センサに近い、装着習慣 • 高機能と付加価値と高価格 • 違う名詞は違うもの。大小で比較できるものではない • ハードウェアとして、できることは、誰がやっても、おなじになる。コピーも容易 • ハードウェアから発想すれば、それはゴミですらない (100円ショップの商品) • 会社のトップ直結で動かんと、意味がない • 開発資金、方向性 (王様のアイディアではなく)。流通、販売網 (現実っぽさ) • 正しい問題設定が全て • 哲学、思想、なにをよしとするか、それが勝負な気がする • 技術による囲い込みは、できない。現実の技術、BLE、作れるものは、電池と価格制約 • 正しい問題を設定して、方向とお金を与えれば、あとは頭のいいやつが、なんとかする
- 23. ハードウェアは正しくゴミになるべきである • サービスとして、末端に見えるハードウェア • 1年毎のモデルチェンジ -> サービス利用料を含む販売価格 • アカウントと紐づく蓄積データや人のつながり、利用し続ける理由 • ハードウェアの製造原価を販売価格の理由にしない商売 • iPhone。新製品にアカウント設定すれば数分で”自分のiPhone”に • コピー可能なハードウェアから、コピー不可能なシステムな世界へ • 技術での囲い込みは、不可能。ハードはコピー可能 • ネット側のクラウドと連携するハードウェア → クラウドはコピーできない • 硬いセキュリティ • コピーできないものが排他的な資源。ハードはコピーできる
- 24. アプセサリを考えるとき • ボケとツッコミが大事 • 本音、これいいねじゃなくて。お財布を取り出させる衝動。 • 東京には意外と関西出身者は少ない。(8 : 2位?) • 正解がある方程式を解く、賢さ、じゃなくて • 3の組み合わせが大事 • 会社を立ち上げるとき、三人の違う人の組み合わせ • 発注者 - 受注者の、2の組み合わせは、喧嘩のもと
- 25. ネット側から世界を動かす • メガネの経験 • ネット側からのなにかで、人が動く。人が動く、つまり世界が動く。 • Google経路検索通りに移動 • 誰が考えても同じ結果になるものは、自動化 • 広告収益 = 人や会社の購買活動にちょっと影響を与えること • 人の考え方、文化習慣まで変質させうる • スマートホームとその現在の現実 • 30年前の亡霊に、つきあう義理はない。壁掛けテレビのように。 • わかりやすいデモの呪い、スマホで遠隔操作とか • ネットから世界を動かす、ネットから世界が動かせているか • 国の課題とその対処 • 少子高齢化、筋肉資源の減少 → 人工知能+動力 (車はアクチュエータ、自動運転) • 働くことは、考えない筋肉資源になることになりそう、働いたら負けだと思う • 人との直接サービスは、最後まで人が対応するものとして残る • 人の時間という資源量。人口は増えないなら、その限られた資源の発掘と利用効率向上
- 26. 社会と人間 • 物理学の等価原理は、常に社会を変えてきた。情報は物質とエネルギーと等価 • ネットワークの世界にリアル世界が流れこむ • 時間と空間の概念がないところに、それらが生じる • アカウントを取得したら参加できる、世界。宗教みたい • シミュレーションができるなら、世の中を改変することも可能 • 私は、Googleマップの経路どおりに、移動する • ネットワーク側から、人間が見える、情報があれば結果は実行前に計画して得られる • 金融のグローバル化、ネット化 • 実体経済より桁違いに大きい。遠く離れた国の中央銀行の振る舞いが、世界全体に波及する。 1800年終わり 熱と仕事 1905年 質量とエネルギー 2014年 情報と?
- 27. キグルミはいろいろなものの気持ちになれるですよ • “おまえは、だれだ” • ネットワーク側からハードを利用するための認証 • アカウントを取得したものが、“おまえ” • ネットワーク世界での誕生、洗礼 • “おまえは、おまえか” • アカウントに紐付けられた秘密の情報 • 身体の形状や特性。顔や体格、表皮や血管パター ン • IDとパスワード : 記憶によるもの
- 28. IoTってなんぞ? • ちょっとdisってみましょう (憎しみに嘘はないだろうから) • 今は誰も欲しがらない、何か • 接続形態: 人~人の次へ、もの~インターネット • 排他的資源: 通信インフラは整備、技術的差別要素はない、アカウント • どんつまりからの発想 • 既存インフラ企業の売り込み営業 • 人と人から、人と(ぼんやりとした)ものの連携 • 今使える技術からの発想 • 業務効率改善ツール • 既存市場に食い込む試行錯誤 • ウェブ黎明期: e-コマース、旅行代理店業
- 29. IoT、いまある実現可能性 • オープンなようで、陣営間のせめぎあい。とても排他的。 • 身の回りにある数多くのものが、ネットワークに繋がる • 超低消費電力 → 電池交換やメンテナンスいらず • ハブになるデバイス (スマホ、WiFiルータ) • Bluetooth low energy, Wi-SUN, Zigbee, LTE Cat. 0 • オープンソース的な流れ • 規格、半導体、一般に広く販売 • クラウド側、オープンソース、できる人を囲い込み • 技術による囲い込みは不可能 • 乱立するIoT系の規格
- 30. いわゆるIoTを捉えると • ネット側からリアル世界を見る • 人の時間を資源としてみることで、考える。行動の変化、省力 • ネットに繋がる = ものから分離できる • 所有権や利用権利 →シェアリング、レント • 鍵はとても良い例。ハードではなくサービスとして見る。 • ユースケースをどう考える • 直接サーバ管理ではない権利の受け渡しなど • ブロックチェーン (ビットコイン) • 暗号の技術 (一時的、部分的な権限委譲) • 書籍:クラウドを支えるこれからの暗号技術
- 31. つぶやき… • ハードウェアも技術もそれ自体ゴミでしかない • 個人ですら買える。ハードウェアだけで囲い込みしたり、商売したりできない分野 • 嘘で愛は語れるが、憎しみは嘘では語れない • 本音って大事だと思う。でも、本音をえぐりだすってむつかしい • 人間は邪魔でち • 人工知能とか少子化とか、人間で解決不可能領域 • 働いたら負けだと思う • じゃまになるなら、じゃまになるところにいなくても • 最初の哲学、なにをよしとするか、そこで勝負が決まっている • 着ぐるみは、いろいろなものの、気持ちになれるですよ! • 視点をどこに持つのか、それは最初の哲学と同じく、重要な設定。
- 33. https://www.jins-jp.com/jinsmeme/ MEME(ミーム) • 仕様 • 入力: 筋電、加速度、ジャイロ • 出力: とくにない • “MEME(ミーム)”、自分の内側、ロギング • 主語:解析、目的:ログ取り、状況:疲れる状況 • 検出のその先に(意味づけと納得の価値提供) • 疲れ/眠気検出、正しい体の動き • 心の動き、興味や感心 • メガネの立ち位置、脳や目、重要なセンサ
- 35. アプセサリ • Application + Accessory = Appcessory • iOSアプリ、ウェブ・アプリ… ハード単体ではないのは、あきらか • 何がアプリケーションなのか? • ソーシャルメディアを通じた繋がり • 蓄積したデータ • 人間のそばにある何かの魅力の1つは、時間が鍵であろうと • その個人の(時間をかけて蓄積した)データ • 人脈も時間をかけて蓄積した関係性だよな • サービス利用者全体のデータ(から統計で得られる何か) • サービス全体の通算利用時間に比例するよね • 理解できる”もの"であること • 万歩計、フィットネス体験から入るのは、いいよな
- 36. データの見えざる手: ウエアラブルセンサ が明かす人間・組織・社会の法則 • 矢野和男 (著) • http://www.amazon.co.jp/gp/product/47942 20685/ • https://www.facebook.com/yano.labo • 東工大 知能システム科学専攻 • http://www.dis.titech.ac.jp/special/yano.htm l • 一見して価値がわからないデータ群から意味 を引き出す • BLEデバイスでできることは同じ。強みは普 及率。絶対にほしい差別化付加価値の要素
- 37. iOS8とBLE • 他にどんな超低消費電力無線通信技術がありますか? • 920MHz帯、2.4GHz帯( ANT+、Zigbee) • BLEはスマートフォンとつながるだけが、特徴ですか? • そのとおり。むしろiOSがサポートしているところ。 • iOSはBLEに何をサポートしていますか • MFi不要。アプリ開発開放。 • 端末がBluetooth4対応。(iPhone4s以降) • アプリから発見、接続、通信、切断できる。 • バックグラウンドモード
- 38. iOSとBLE 2011年 iPhone4s iOS5 • 世界初のBT4 • MFiなしに 一般開発者に解放 • ハードとつながる アプリが作れる • バックグラウンド 2012年 iPhone5 iOS6 • 周辺機器相当 (ペリフェラル) になれる 2013年 iPhone5s iOS7 • 端末の買い替え周期 • 周辺機器サポート • 独自のサービス展開 • iBeacon, ANCS(通知 同期)
- 39. iOSのBLE周辺機器• カスタム・プロファイルのBLEなハード (3rd開発、MFi不要) • iOS7 • iBeacon(位置と近接検出)、ANCS(周辺装置への通知同期) • キーボード (BLEの標準プロファイル)、独自規格のゲームコントロ ーラ • iOS8 • 音楽: MIDI over BLE • 人: HealthKit (BLEの標準プロファイル、心拍、血糖、血圧…)
- 40. AppleのBLE利用 • 新しい位置と近接の検出技術 • アドバタイジングを利用、128ビットのUUID/2つの16ビット整数 • バックグラウンド・モード • Apple Notification Center Sevice (ANCS) • 通知画面を周囲BLEデバイスに同期、MFiはいらない • HomeKit • 家電向け仕様。BLEもしくはWiFi。完全独自仕様。 • iOSのフレームワークは、デバイスの登録。制御はSiri • (HealthKit) • 健康データの集約、読み書き。
Editor's Notes
- もちろん、通信にも電力消費を小さくする工夫が入っています。回路の消費電力は2つ、高周波回路を動かしているとき、マイコン(プログラムを実行する小さい中央処理回路)を動かした時、です。 この回路自体の消費電力を劇的に下げる魔法の技術はありません。そんな魔法があったら、インテルのCPUは電池1本で動いてるはずです。 ですから、”いかに動く時間を短くするか”、”動かなくていい時間は電源を食わないように眠らせるか”、が工夫になります。 あるチャネルでペリフェラルとセントラルとの通信を見てみます。 接続した時点で、セントラルとペリフェラルは、どのタイミングで、どのチャネルで、通信のやりとりをするかを、示し合わせています。 決まった時間になれば、セントラルは受信待機をします。ペリフェラルは(送信すべきデータがあれば)パケットを送信し、セントラルはそれに返信します。 このように、タイミングを合わせて、受信/送信をしたら直ちに眠る、ことでBTLEの超低消費電力が実現できているわけです。 そして、応答がなければ切断とみなす、という割り切りの良さも良い工夫です。常時接続していることにこだわると、切断したら、本当に切れたか確認したり、再接続しようとしたりと、複雑な仕組みが入ってきます。 これは講習うは回路とマイコンの処理時間を増やします。BTLEは、応答がなければ切断、またアドバタイズメントパケットを送ってくるだろう、というシンプルかつ必要十分なしくみです。 チェックポイント □ BTLEの超低消費電力は、素早く送信/受信、素早く眠る、ことで実現しています □ 応答がなければ切断とみなす、割り切ったシンプルな設計です