スマート センシング:IoT および IIoT インフラストラクチャの急速な成長を促進

スマート センシング ソリューションに接続すると、重要なデータ ポイントは、組織が情報に基づいた意思決定を行い、パフォーマンスの最適化、問題の予防と解決、メンテナンスの予測、効率の向上に役立ちます。

業界アプリケーションで監視する対象が 1 つであっても複数であっても、汎用性の高いスマート センシング プラットフォームを導入することは理にかなっています。複数の接続オプションを備えたさまざまなセンサー タイプとクラウドまたはオンプレミスのモニタリングを備えたプラットフォームは、あらゆる種類の重要な運用データを収集するための優れた機能を提供します。

複数の IoT センシングおよび接続プラットフォームを 1 つにまとめることも可能です。たとえば、クラウドおよびオンプレミスの接続とソフトウェアを備えたハードウェアとファームウェア (センサー、ゲートウェイ、アクセサリ) です。導入後は、IoT センサー データを効率的に収集、安全に受信し、それに基づいて迅速に行動できるようになります。

幅広いセンサーで、一般的または一般的ではないほぼすべての業界アプリケーションを監視できます。バナナの熟成、埋め立て廃棄物の温度、トコジラミの熱改善、または食品加工工場の HVAC システムの空気速度を追跡するセンサーを検討してください。

Wi-Fi、Power over Ethernet、セルラー センサーは、環境条件、電力、動作、温度、光、湿度、水、振動、電流、圧力、動作、ガス、アクセスなどを監視できます。

図 1. 一般的な IoT アプリケーションと一般的ではない IoT アプリケーションの一部。 (画像:モニット提供)

ワイヤレス センサーの仕組み

たとえば、Monnit の ALTA ワイヤレス センサーは低電力で動作し、長距離の多周波無線と干渉耐性を備えた柔軟なマイクロコントローラーを備えています。データはセルラー ゲートウェイまたはイーサネット ゲートウェイを介してクラウド ソフトウェアに送信されるため、多くの操作をリモートで設定、監視、自動化できます。

これらのセンサーのほぼすべてが、主な測定値だけでなく温度も監視します。高度な振動計など、複数のデータ ポイントを収集するものもあります。振動周波数、波高率、速度、変位、加速度、デューティ サイクル、温度を測定します。

スマート センサーが提供できる多用途性の例:

• Monnit ALTA XL ゲートウェイに接続すると、18 以上の壁または床を介して最大 2,000 フィート以上離れた場所でもワイヤレス接続が可能です。

• 周波数ホッピング スペクトラム拡散 (FHSS) の統合により、無線範囲の拡大と、物理的障害物、外部無線周波数システム、電磁干渉 (EMI) による障害耐性を備えたインテリジェントな信号干渉耐性を実現します。

• 楕円曲線 Diffie-Hellman 256 ビット鍵交換、128 ビット Advanced Encryption Standard (AES)、256 ビット セキュア ハッシュ アルゴリズム 3 (SHA-3)、および暗号ブロック チェーン (CBC) セキュリティ。

• ゲートウェイ接続が失われた場合、2,000 ～ 4,000 個の読み取り値のデータ ログが記録されます (不揮発性フラッシュ、電源を入れ直しても保持されます)。

• ファームウェアの無線 (FOTA) アップデートとセンサー設定構成をクラウド経由で配信します。

図 2. 複数のセンサー タイプと接続 (ワイヤレス、セルラー、Wi-Fi、パワー オーバー イーサネット) により、さまざまなアプリケーションに柔軟に対応できます。 (画像:モニット提供)

サイト調査ツールは、センサーの配置に最も強力で最高品質の信号を備えた最適な場所を決定するのに役立ちます。 Monnit は、お客様が当社の標準温度、低温、湿度センサーに対して米国標準技術研究所 (NIST) 認証を取得できるよう支援します。

柔軟な長距離ワイヤレス接続

ALTA および ALTA XL エンタープライズおよびインダストリアル IoT セルラー ゲートウェイは、4G LTE CAT-M1/NB2 エンジンおよびエンタープライズ イーサネット プラットフォームを Monnit のワイヤレス アクセス ポイント ネットワークと組み合わせて、センサー データを集約して通信します。

主な機能は次のとおりです。

• IoT ゲートウェイは、最大 1 マイル (見通し内) および 12 個以上の壁を越えて 1,200 フィート以上 (見通し外) のセンサーと通信します。

• IoT ゲートウェイ (送信強度 1 ワット) は、商業ビル環境の 18 以上の壁を通して 2,000 フィート以上のデータを送受信します。

• Diffie-Hellman 256 ビット鍵交換と AES-128 CBC によるセキュリティ。

• ゲートウェイごとに最大 100 個のセンサーをサポートします。

• オンボード メモリを介した中断のないデータ収集により、インターネットの停止後に最大 32,000 のセンサー メッセージが保存および送信されます。

• バンド 1 ～ 5、8、12、13、18 ～ 20、25 ～ 28、66、71、および 85 でグローバルに使用される LTE CAT-M1/NB2。

• ファームウェアの無線 (FOTA) ソフトウェア アップデート。

• GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo、QZSS 衛星をサポートする GNSS チップセットからの位置認識アドオン サービスで、アプリケーション プログラミング インターフェイス (API) 経由で配信できるデータを収集します。

Monnit イーサネット ゲートウェイを使用すると、ALTA センサーが PC なしで iMonnit™ ソフトウェアと通信できるようになり、さまざまなワイヤレス IoT アプリケーションに対応できます。電力を供給し、インターネット接続のある開いたイーサネット ポートにゲートウェイを接続すると、オンライン サーバーに自動的に接続されます。

ALTA フレームワークをさまざまなアプリケーションに適応させる

当社の長距離ソフトウェア定義ワイヤレス センサー フレームワークは、Kelly リアルタイム オペレーティング システム (KRTOS) に基づいています。そのコードは、センサーとゲートウェイのリアルタイムおよび非タイムクリティカルなプロセスを管理します。他の組み込みオペレーティング システムと同様に、KRTOS は、プロセッサ リソースのさまざまなプロセス選択、特権、アクセス レベルに対して特定のルールを提供します。

私たちのフレームワークは 2 つの主要なプロセス タイプを管理します。1 つは無線用で、もう 1 つはアプリケーション固有の処理用です。無線プロセスには、周波数ホッピング スペクトラム拡散 (FHSS) のシーケンスとタイミングをサポートするためのリアルタイム操作のためのマイクロ秒要件があります。

当社のアプリケーション プロファイル プロセスは、すべての ALTA センサーが定期的にデータ ポイントを測定および作成できるように、比較的汎用的に記述されています。一部のセンシング アプリケーションでは、センサーごとに異なる、時間に敏感な厳密な操作が必要です。これらの操作は、ハードウェアと KRTOS が許可する制御により効率的に実行できます。

図 3. レストランのウォークインクーラーの温度監視は、最も一般的な IoT アプリケーションの 1 つです。 (画像:モニット提供)

正確な時間制御プロセスを実現するために、KRTOS を使用したアプリケーション フレームワークもあります。多様なセンサー アプリケーションを処理でき、ALTA プラットフォームへの統合が容易になります。

当社のセンサーで使用される一般的な機能、メソッド、および操作がサポートされています。これにより、エンジニアは新しいセンサー アプリケーションをプラットフォームに適応させ、使い慣れた機能を備えた標準の管理ソフトウェア インターフェイスを提供できるようになります。

Circle™ セルラー IoT センサー

これらのセンサーは、センサーとゲートウェイ エンジンを 1 つのデバイスとチップセットに組み合わせて、セルラー サービスを介してアプリケーションを IoT に接続します。センサーは、インターネット インフラストラクチャのない遠隔地でのアプリケーション向けに設計されています。

低電力セルラー IoT センサー:

• クラウドへの直接通信のために CAT-M1 または NB-IoT ネットワーク上で実行します。

• さまざまな取り外し可能なリード線を使用して、2 つ以上のデータ ポイントを測定して送信します。

• 堅牢なセルラー モジュールとエッジ データ プロセッサが特徴です。

Next™ Wi-Fi センサー

当社の第 2 世代 Wi-Fi センサーは、幅広いネットワーク範囲と強力な信号を提供します。

主な機能は次のとおりです。

• 5 つの壁を通して最大 125 フィート離れた 8 種類の異なるセンサーからのデータ。

• プロトコル:802.11 b.

• 範囲:5 つの壁を通って 125 フィート、または見通し線 500 フィート。

• 周波数帯域:2.412 ～ 2.484 GHz。

• セキュリティ:センサー データ メッセージ用のオープン、WPA、WPA2、WPA3、Advanced Encryption Standard (AES)-128 Cipher Block Chaining (CBC)。

• ネットワーク設定:自動 DHCP/DNS または静的。

• データ レート:最大範囲に対して最適なレートに自動設定されます。

図 4. スマート センサーは、効率的なセンシング システムの鍵となるエッジ コンピューティングを可能にします。 （画像：VectorMine/Adobe Stock）

PoE·X センサー

11 個の異なる PoE•X センサーが建物の Power over Ethernet (PoE) インフラストラクチャに接続され、重要なシステムをリモートで監視します。このデータは、快適性を高めながらリソースを節約し、運用を節約するためのスマート ビルディングに関する洞察を提供します。

センサーは、電力の受信とデータの送信の両方に同じ PoE ケーブルを使用します。この 2 つを 1 つにまとめた機能により、スペースの使用が最適化され、データセンターなどの広範なレイアウトのニーズや高密度のセンサー ネットワークに対応できます。

スマート センシングに影響を与える進歩

かつては未来的だと考えられていたテクノロジーがますます主流になり、多くの業界でスマート センシングの進歩に貢献しています。

• 人工知能 (AI)、コンピューター ビジョン (CV)、機械学習 (ML) により、リアルタイムのデータ処理、高度なパターン認識、予測分析が可能になり、よりスマートな自動化、効率の最適化、情報に基づいた意思決定が可能になります。

• 仮想現実、拡張現実、複合現実 (VR、AR、MR)、デジタル ツインは、IoT アプリケーションにおける没入型データの視覚化、リアルタイムのリモート モニタリング、インタラクティブな制御を強化します。

• CAT-M1、NB-IoT、エッジ処理、および 5G セルラー テクノロジーは、より高速で信頼性が高く、エネルギー効率の高い接続を提供し、リアルタイム データ処理、デバイス範囲の拡大、高度な自動化をサポートします。

• プラグアンドプレイのマルチセンサーとマイクロセンサーはシームレスな統合と接続を提供し、IoT エンジニアリングと導入をより効率的かつカスタマイズ可能にします。

• エネルギー調達、収穫、バッテリーのイノベーションにより、自己給電型デバイスが促進され、センサーの寿命が延長され、より持続可能で効率的な IoT 導入につながります。

これらおよび他の補完的なテクノロジーが進化するにつれて、スマート センシングは優れた性能を発揮します。汎用性の高いスマート センシング プラットフォームは、不均衡を防ぎ、相互運用性、適応性、カスタマイズ性を促進し、1 つまたは複数の IoT アプリケーションに合わせてカスタマイズできるようにします。

この記事はMonnit の創設者兼 CEO である Brad Walters によって書かれました。詳細については、ここにアクセスするか、「このメール アドレスはスパムボットから保護されています」でウォルターズ氏にお問い合わせください。表示するには JavaScript を有効にする必要があります。