20160320 ble4.2勉強会 makerlab nagoya
TRANSCRIPT
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 ）
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
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 )
Bluetooth の歴史2007 年 2009 年
Ver2.1Enhanced Data Rate
Ver3.0High Speed
2004 年
Bluetooth Low End Extension Wibree
2006 年
2010 年
Ver4.03.0 と Low Energyの統合
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
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)
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
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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 )
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
ここまでが、データリンク ( 信頼できる通信 ) の話。ここからは、データの意味の話。
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
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
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
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
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• 今時の半導体は ANT+ と BLE対応とか BLE と Zigbee対応とかありますがwww.digikey.jp/ja/articles/techzone/2011/dec/bluetooth-goes-ultra-low-power
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 !
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
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 ?
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
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
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
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
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 ?
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
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
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
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
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。
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
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
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/4794220685/
• 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.html
• 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
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
iOS と BLE2011 年
iPhone4siOS5
• 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 )
iOS の BLE 周辺機器• iOS5 から
• 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… )
• 家 : HomeKit
• 生活を包む感じ、 iOS が常に中心にある
Apple の BLE 利用• iBeacon
• 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。• NikeFuel バンドからデータ吸い上げ機能もベータにはあった
• ハード単体に興味はない。エコシステムを支える環境。データ集約の要。