ワイヤレスセンサネットワークのよくある質問（FAQ）

一般

1. ワイヤレスセンサネットワークとは何ですか？

ワイヤレスセンサネットワーク（WSN）とは、センサを使用して物理状態や環境状態を監視する自立デバイスが空間的に分散されたワイヤレスネットワークです。それらの自立デバイスをノードと呼び、一般的なWSNシステムはノードにルータとゲートウェイを組み合わせて構築します。分散計測ノードは、中央ゲートウェイとワイヤレスで通信します。中央ゲートウェイとは、計測データの収集、処理、解析、表示ができるワイヤード環境への接続を提供する装置です。ルータを使用してノードとゲートウェイの間の通信リンクを追加すれば、ワイヤレスセンサネットワークの距離が延びるとともに信頼性をさらに高めることができます。

2. NI Wi-Fiデータ集録（DAQ）とNI WSNデバイスの違いは何ですか？

NI Wi-Fi DAQデバイスは、IEEE 802.11b/gワイヤレス/Ethernet通信、センサの直接接続機能、柔軟性に富んだNI-DAQmxソフトウェアを組み合わせることで、広範なリモート計測・制御オプションに対応するものです。外部電源型のNI Wi-Fi DAQデバイスは、各チャンネルで50 kS/秒の速度で連続波形データをストリーミングでき、商用技術としては最高クラスのネットワークセキュリティを備えています。

NI WSNでは、4個の単3電池で最長3年稼動する低電力計測ノードが利用可能で、長期的なリモート操作に対応します。ワイヤレス計測ノードは、IEEE 802.15.4ベースのプロトコルを使って中央のゲートウェイと通信し、ネットワークの距離延長と信頼性向上を実現するメッシュルーティング機能を利用できます。NI WSNシステムは、低データレートにより電力消費を抑え、I/O変数を使用することで簡単にプログラミングできます。また現時点では、熱電対と±10 Vの計測に対応しています。

3. NIではどのようなWSN製品を提供していますか？

NI WSNプラットフォームでは、NI WSN-9791 Ethernetゲートウェイと、NI WSN-3202 4チャンネル、16ビット、±10 Vアナログ入力モジュールとNI WSN-3212 4チャンネル、24ビット熱電対入力モジュールの2つの計測ノードがあります。また、環境モニタリングなどのアプリケーションに便利な屋外用計測ノードケースなど、各種アクセサリもご用意しています。

4. WSN製品にはどのような機能がありますか？

各計測ノードは4つのアナログ入力チャンネルと4つのデジタルチャンネルを搭載し、チャンネルごとに入力、シンク出力、ソース出力のいずれかに設定できます。ノードは4本の単3アルカリ電池で最長3年間使用することができます。-40～70℃の温度範囲に対応し工業レベルの耐衝撃・振動性を備え、日本では屋外で最大150 mの見通し線を提供する2.4 GHz IEEE 802.15.4無線経由で通信を行います。電源は9～30 Vのコンセント式なので、WindowsやリアルタイムOS搭載のコントローラへの接続も簡単です。

5. NIでは今後さらに多くの計測製品を提供する予定ですか？

はい。NIでは今後もWSN技術への投資を続け、現行製品と互換性のある多くの計測ノードI/Oオプションの発売を予定しています。

6. NI WSNデバイスではどのネットワークプロトコルを使用しますか？

独自のNI WSNプロトコルは、IEEE 802.15.4およびZigBee技術に基づいています。IEEE 802.15.4通信規格はネットワークモデルの物理的アクセス制御層と媒体アクセス制御層を定義するもので、2.4 GHz ISM帯域を含む3つの周波数帯域での通信を可能にします。ZigBeeは802.15.4規格のネットワーク層とアプリケーション層に基づいており、デバイスの協調、信頼性の高いメッシュネットワークトポロジへの対応、そしてプロトコル内でのカスタマイズ性と柔軟性を向上させるユーザ定義のプロファイルの作成などの機能を備えています。

7. ネットワークはどのように構成しますか？

NI WSN-9791 Ethernetゲートウェイに付属のNI-WSNソフトウェアを使用すると、Measurement ＆ Automation Explorer（MAX）ユーティリティでネットワークを簡単に構成できます。MAXでは、直観的なユーザインタフェースで計測ノードの追加と削除やワイヤレス設定の構成を行うことができます。NI WSNをセットアップするには、MAXの「リモートシステム」でWSN-9791 Ethernetゲートウェイを追加し、計測ノードのシリアル番号を入力してそのノードをゲートウェイに割り当てます。ノードは、電源投入時またはリセット時、割り当てられたゲートウェイに自動で再接続します。接続ができない場合、ノードは最大55分にわたりバックオフシーケンスを実行します。こうすることでゲートウェイがオフラインの場合バッテリ電力を節約できます。

またMAXでは、WSN内にある全てのノードと、その最後の通信時刻、バッテリ状況、リンク品質を表示することができます。さらに、ZigBee通信チャンネルの設定やゲートウェイのIPアドレスの構成を行ったり、計測ノード上のファームウェアをワイヤレスでアップデートしたり、ノードをエンドデバイスまたはメッシュルータとして構成することができます。

8. WSNから計測データを抽出するにはどうしたらよいですか？

NI-WSNソフトウェアはLabVIEWとシームレスに統合できますので、WSNから計測データをすばやく簡単に抽出することができます。NI WSN EthernetゲートウェイをLabVIEWプロジェクトに追加すると、MAXでそのゲートウェイにより構成されたノードは自動でLabVIEWプロジェクトに含められますので、I/Oやプロパティに簡単にアクセスすることができるようになります。I/O変数をLabVIEWプロジェクトからLabVIEWブロックダイアグラムにドラッグアンドドロップするだけで、データの抽出や解析、表示ができます。

9. NI WSNデバイスの電力要件を教えてください。

計測ノードは4個の1.5 V単3アルカリ電池または9～30 Vの外部電源により駆動します。ノードがルータとして構成されている場合は、ネットワーク経由でデータを送受信するので常時電源がオンになっている必要があるため、外部電源を利用します。9～30 VのNIデスクトップ電源だけでなく、ソーラーパネルや大型バッテリなど、9～30 Vの定格であれば何でも使用できます。WSN Ethernetゲートウェイには、9～30 Vの外部電源が必要です。

10. 自分の国で認可されている製品を知りたいのですが。

ワイヤレス製品認証（英語）のページで、世界の国・地域における認証状況をご覧いただけます。

パフォーマンス

11. ノードはバッテリでどれくらいの期間稼動しますか？

計測ノードの電力消費は、サンプル間隔、温度、ネットワークトポロジ、RF環境といった様々な要素や、NI LabVIEWワイヤレスセンサネットワーク（WSN）モジュールベータ版でノードの動作をカスタマイズしたかどうかによっても変わります。ナショナルインスツルメンツでは、25℃の環境で1分間隔でサンプリングすると、通常バッテリは2年以上持つことを確認しています。

LabVIEW WSNモジュールベータ版を使用して電力効率を高める方法の詳細については、下記をご覧ください。

12. 1つのゲートウェイにいくつのノードを接続できますか？

WSNシステムの構築において、信頼性の高いネットワークトポロジを作成することは極めて重要です。WSNシステムのセットアップ時には、ネットワークトポロジと通信経路を慎重に考慮する必要があります。

ネットワークの信頼性を最大限に高めるため、ナショナルインスツルメンツでは下記の条件を満たすことをお勧めします。

• ルータノードを使用しない場合、1つのゲートウェイに8個を超えるエンドノードを直接接続することはできません。
• ルータノードを使用すると、各ゲートウェイに全部で最大36個（ルータとエンドノードを合わせて）のノードを接続できます。
• 1つのルータノードに8個を超えるノードを接続することはできません。
• 各エンドノードはゲートウェイから4ホップ以上離れることはできません。

接続できるエンドノードの数を最大にするには、1つのゲートウェイ、4つのルータノード、32個のエンドノード（各ルータに8個）からなるトポロジを推奨します。対応範囲を最大にするには、1つのゲートウェイ、8個のルータノード、28個のエンドノード（各二次ルータに7個）からなるトポロジを推奨します。

NI WSNプロトコルは、自己回復型ネットワークが基になっているため、ネットワークは必要に応じ自動で再構成されます。そのため、WSNトポロジを設計する際は、あらゆる可能性を考慮し、全てにおいて子と親の比率を8：1に維持することが重要です。これらの基準を超えると、データの損失や不安性なネットワークにつながる恐れがあります。

13. ワイヤレス通信の範囲はどれくらいですか？

NI Ethernetゲートウェイと計測ノードでは、2.4 GHzのIEEE 802.15.4無線を使用しています。これらのデバイスは、屋外で300 mの見通し線範囲において確実なネットワーク通信を維持できます。デバイス間の正確な距離は、ネットワークトラフィックやネットワークトポロジ、RF環境により異なります。

14. NI WSNデバイスではどの程度の速さで集録できますか？

NI WSN-3202電圧アナログ入力ノードは、毎分最大60サンプルのレートで集録と転送ができます。NI WSN-3212電圧アナログ入力ノードは、毎分最大30サンプルの速度で集録と転送ができます。

LabVIEW WSNモジュールベータ版を使用すると、必要なときのみサンプルを送信することでサンプルレートを向上させることが可能です。LabVIEW WSNモジュールベータ版を使用して集録レートを向上させる方法については、下記をご覧ください。

アプリケーション

15. 計測ノードは屋外で使用できますか？

計測ノード自体に保護機能はありませんが、NIではWSN計測ノード用のIP66屋外用ケースをご用意しています。NI WSN-3291屋外用ケースには電源ケーブルとセンサケーブル用の2個のI/Oグランドがあり、アプリケーションに合わせてグランドをカスタマイズできるように、4個のI/Oグランドインサートが付属されています。このケースには、内蔵のSMBコネクタからノードへ接続する外部アンテナと、中のノードを固定するロックメカニズム付きの取り付けプレートが搭載されています。

16. ホストコントローラには何を使用できますか？

NI WSN-9791 Ethernetゲートウェイを使用すると、Windowsまたはリアルタイムのホストコントローラにゲートウェイを配線することができます。Windowsコントローラには、XP Embeddedなどの組込OSを含むWindows OSとWindows用LabVIEWを搭載したデスクトップPC、工業用コントローラ、ノート型PC、または組込デバイスが使用できます。Real-Timeコントローラとしては、NI CompactRIOコントローラまたはリアルタイムOSとLabVIEW Real-Timeを搭載したプログラマブルオートメーションコントローラ（PAC）を使用できます。

17. 他のWSNと通信できますか？

NIでは、Crossbow、Accsense、Microstrainなど各社のWSNノード用のLabVIEWドライバを提供していますので、他社製WSNNI WSNノードで行った計測とNI WSNノードで行った計測をLabVIEWコードに統合することができます。ただし、独自のNI WSN通信プロトコルを使用しているため、他社製WSN（または他のZigBee）デバイスを使用してNI WSN-9791 Ethernetゲートウェイと通信することはできません。

18. ノードと互換性のあるセンサを知りたいのですが。

計測ノードを使ってテストしたセンサについては、NIワイヤレスセンサネットワークのセンサパートナーのページをご覧ください。

ソフトウェア

19. ノード自体をプログラミングすることはできますか？

LabVIEWワイヤレスセンサネットワーク（WSN）モジュールパイオニア版を使用すると、バッテリ寿命を延ばしたり、アナログ/デジタル入力の性能を高めたり、カスタムセンサと通信するなど、グラフィカルプログラミングによってノードの動作をカスタマイズすることができます。また、ローカル知能を組み込んだり、デジタル値の変化イベントに応答したり、計測入力に基づいて動作を変更したりすることもできます。

NI計測ノードは、デフォルトでは集録した全てのサンプルをゲートウェイに送信するようになっています。ただし、多くのアプリケーションではその必要はなく、LabVIEW WSNモジュールパイオニア版を使用すると、一定の時間におけるサンプルを平均化してしきい値や上下限のロジックを加え、必要なデータのみを送信することでバッテリを長持ちさせることができます。さらに、集録した全てのサンプルを送信することによるオーバーヘッドを発生させないことで、ノードの集録レートを向上できます。LabVIEW WSNモジュールパイオニア版を使用すると、処理やデータ整理がノード上で行えます。LabVIEW WSNアプリケーションはワイヤレスでNI WSN計測ノードにダウンロードされるため、実装したノードは常にアップデートすることができます。

LabVIEW WSNモジュールパイオニア版のターゲットとして実装できるのは、プログラム可能バージョンの計測ノードのみです。LabVIEW WSNモジュールパイオニア版に関する詳細については、こちらの技術資料をご覧ください。

20. WSNにはどのアプリケーション開発環境を使用できますか？

NIワイヤレスセンサネットワークには、現時点でLabVIEW 8.6.1以上のみ使用できます。

サポート

21. NI WSNデバイスの技術サポートを受けるにはどうしたらよいですか？

NIでは、こちらのページで充実したサポートオプションをオンラインで提供しています。NIの技術者が電話、Eメール、オンライントラブルシューティングによるサポートを提供します。また、弊社WebサイトではNI WSNの初心者からエキスパートまで、あらゆるレベルのユーザに対応した情報を掲載しています。オンラインでご利用いただけるリソースには、以下のようなものがあります。

• NI-DAQmxをはじめとする各種計測製品のドライバおよびアップデートのダウンロード
• 3,000項目を超える技術サポートデータベース
• オンライン製品マニュアル（ヘルプファイルとPDFをダウンロード可能）
• 3,000種類以上のサンプルプログラム
• チュートリアルおよびアプリケーションノート

22. NI WSNデバイスには、どのような保証が付いていますか？

全てのNI WSNデバイスは、製品の納品日から1年間、素材および製造技術上の欠陥について保証されます。2年以上にわたり定額で保証を受けられる延長保証オプションもあります。詳細については、NI営業担当者までお問い合わせください。

23. さらに詳しい情報がほしいのですが。

NI WSNトップページでは、技術資料、チュートリアル、価格情報など、最新の製品や技術に関する情報をご覧いただけます。

また、ワイヤレスコミュニティ（英語）では、他のユーザとワイヤレスアプリケーションについて話し合ったり、サンプルコードを共有したり、アプリケーションに最適なワイヤレストポロジについて相談したりできます。