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© Hitachi, Ltd. 2016. All rights reserved.
(株)日立製作所 研究開発グループ 情報通信イノベーションセンタ ネットワーク研究部
2016年10月6日
○石井 大介、緒方 祐次、高橋 清隆、神崎 元 [email protected]
IoTシステムにおけるデータ収集技術開発に対する取組み
CEATEC JAPAN 2016 電子情報通信学会 特別シンポジウム 10/6 東京支部シンポジウム IoT普及への課題と期待
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1. IoTの普及による事業機会と標準化動向
2. IoTによる社会イノベーションの事例
3. 社会課題解決に向けたアプローチ
4. IoT向けコミュニケーション技術
5. まとめ
Contents
1
© Hitachi, Ltd. 2016. All rights reserved.
1. IoTの普及による事業機会と標準化動向
2. IoTによる社会イノベーションの事例
3. 社会課題解決に向けたアプローチ
4. IoT向けコミュニケーション技術
5. まとめ
Contents
2
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1-1. IoTによる効率向上がもたらす創益規模(IICの試算)
インダストリアル・インターネットによる効率向上で1%のコスト削減をもたらすと、
数十億ドル単位での運用コスト削減が見込める。
3
IIC: Industrial Internet Consortium
航空業 運送業界 ヘルスケア
産業
Oil&Gas 鉄道
削減見込み額
300億ドル 660億ドル 630億ドル 900億ドル 270億ドル
削減項目 燃油費削減 ガソリンを使用するフリート燃費削減
生産性向上による運用コスト削減
原油・天然ガスの探索と開発のための設備投資削減
生産性向上
Source: Industrial Internet: Pushing the Boundaries (2012, Evans & Annuziata)
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解析アプリ ビジネス領域
解析Platform ビジネス領域
製品 (Product)
ビジネス領域
主要企業 Microsoft,
SAP IBM
Intel, Qualcomm, ARM, MARVELL
GE, Siemens, Apple
主力製品 クラウド ITプラットフォーム プロセッサチップ エンジン/主機 スマホ
製品 (部品)
ビジネス領域
1-2. IoTをビジネスとしたい各社のビジネススタイル分類
タイプ① Businessアプリ
タイプ② Software Platform
タイプ④ 部品
タイプ③ 装置(完成品)
・IoTビジネスを行うことは1社だけでは難しい ・各社自らのビジネス領域を拡大するために、連携関係構築を狙う → コンソーシアムを活用してのエコシステム構築が活発化
IoTを進める各社の狙いは、当然ながら自社強みビジネスの拡大
4
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1-3. IoT分野の各標準化団体の活動
5
Discussion Active Unclear Out of scope
X
-
各標準化団体(OSSコミュニティ、コンソーシアム、国際標準規格化団体)では、技術分野と適用分野が多様化
#1
Typ
e
Standards Developing
Organizations
Imp
lem
en
tati
on
Leading
Vendors
Discussion Areas Target Verticals
Refe
ren
ce
Arc
hit
ectu
re
Ap
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cati
on
An
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Info
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Mo
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Secu
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C / O
SS
Ind
ustr
y
Rail
way
Ele
ctr
ic P
ow
er
Auto
mobile
Sm
art
Hom
e
Healthcare
Oth
er Working Group Output
1
De-f
acto
(O
SS
)
Allseen Alliance Alljoyn X Microsoft, Qualcomm X X X X X X X X X X X
2 OIC IoTivity X Intel, Samsung X X X
3 OASIS MQTT X IBM, Eurotech X X
4 IETF CoAP/DLTS X ARM, RTFM, Google X X X
5 SmartThings SmartThings X Samsung X X X
6 HomeKit HomeKit X Apple X X X X X
7 Thread Group Thread X Samsung, Nest(Google) X X X X X X X X X X X X X
8 Project Brillo Brillo(軽量OS)
Weave(Protocol) X Google X X X X
9 OPC Foundation OPC-UA X ABB, Siemens, Softing X X X X X X X X X X X
10 ORiN協議会 ORiN X 横河電気、Softing X X X X X X X X X X X
11 AUTO SAR ー BMW, Bosch X X X
12 OMA - DoCoMo, AT&T X X X X X
13
Consort
ium
oneM2M X
TP Chair: ALU;
Huawei, KT, LG,
Qualcomm (TP17)
X X X X X X X X X X X X X
14 Industrie4.0(I4.0) - ドイツ X X X X X X X X X X X X
15 IIC - GE, Intel, Cisco, AT&T, SoftBank, Accenture,
Pivotal X X X X X X X X X X X X X X
16 IVI - 三菱, コベルコ, 日産, 富士通, 日通, etc. X X
17 中国製造2025 ー 中国 X X X X X X
18 W3C WoT - (Chairs)Siemens,Intel X X X X X X X X X X
19 AIOTI - (Chairs) Philips, Vodafone, STMicro,
Gradiant, Samsung, Cisco, Telefonica,
Bosch, SIGFOX X X X X X
20
De-j
ure
IEC SG8/TC65 - (Chairs)TC65: Siemens
SG8:Siemens, Rockwell X X X X X X X
21 ISO SAG - (Chair) Deutsche Telecom X X X
22 ISA ISA-99 ー (Chair)NIST X
23 IEEE P2413 - (Chairs)STMicro,Siemens X X X X X X X X X X X X X X X X
24 ITU-T
SG20 - (Chair) UAE X X X X X X X
25 SG17 ー (Chair)ロシア X
26 JTC1
SC27 ー (chair)DIN X
27 WG10 - (Convener) ETRI X X
Total Number of ‘X’ _ 11 12 4 6 13 14 12 8 7 7 4 4 7 14 4 6 13 15 7 6
OSS コミュニティ
・通信プロトコルやソフトウェア・フレームワーク等を開発・提供 ・該当OSSの普及によりデファクト標準化
コンソーシアム
・複数の企業が連携してエコシステムを形成 ・ビジネスモデルの構築
国際標準 規格化団体
・コンソーシアムと連携して国際標準規格化を牽引 ・既設システムとのIoTの接続、マイグレーション規格化
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コンソーシアム (エコシステム形成)
OSSコミュニティ (プロトコル開発)
Allseen Alliance
OCF(OIC)
I4.0
Dedicated Software
Development
Generic Software
Development
SW Platform
Protocol
スマートホーム
製造業
自動車
AUTO SAR
Collaborative (Offering software components)
Platform for Industry
競合
競合
IIC
OASIS
IETF
競合
ORiN Forum
OPC Foundation
競合
Thread Group
Project Brillo
Home Kit
Smart Things Allseen Alliance
OCF(OIC)
Joint
SW Platform
競合
国際標準 規格化団体
W3C
AII
IEEE P2413
JTC1 WG10
JTC1 SC27
IEC SG8/TC65
ISA-99
ITU-T SG20/SG17
Not Established
ISO-SAG
ISO TC184
中国製造 2025 oneM2M
業界・学術団体 acatech
BITKOM
ZVEI
参加拠点 日米欧中
メンバで 参画
勧告 インプット
AII: Alliance of Industrial Internet (中国) acatech: National Academy of Science and Engineering BITKOM: Germany's digital association ZVEI: Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie
RRI
各コンソーシアムは 他業種へ横展開
動向 ・IICはテストベッドの実施によりエコシステムを形成してベストプラクティスを蓄積 ・I4.0はデジュール化による囲い込みで参画企業の先行者利益を確保 ・IIC/I4.0は産業での実績をエコシステム未形成の他事業分野へ横展開を狙う
IVI 6
1-4. 各団体の整理とエコシステムの構築 Graph Legends
Fact based
Assumption based
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1-5. Open Source Software(OSS)選定基準の例
7
# 選定基準 現象
1 普及状況 ユーザ数に応じてフィードバックや修正が多くなる
ソフトの完成度
2 製品化などの実績 実務者からのフィードバックや修正が多くなる
3 初版リリースからの経過年数 長期間にわたりフィードバックや修正を繰り返す
4 バージョンや更新頻度 ユーザからの要求とその反映の頻度が高い
コミュニティの活性度
(⇒普及に繋がる
)
5 ドキュメントのページ数 使いやすいソフトウェアはユーザ数の増加に繋がる
6 提供API数
多様な要求を満す事でユーザ数の増加に繋がる 7 実装規模・使用言語
8 SDK完成度・対応プラットフォーム
OSSを選定するためにはいくつかの基準が考えられ、
OSSの完成度を推定することができる
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1. IoTの普及による事業機会と標準化動向
2. IoTによる社会イノベーションの事例
3. 社会課題解決に向けたアプローチ
4. IoT向けコミュニケーション技術
5. まとめ
Contents
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2. IoTによる社会課題の解決
9
経済成長 社会課題解決
社会の要求
+
Society5.0
産業間の垣根をなくし、ICT活用により社会課題を解決
“IoTで「モノ」だけでなく「ヒト」も含めてつなぐ”
デジタル作業モデリング
因果関係モデル 作業品質 向上
ナレッジ
確率分布モデリング
ヒト・ロボット協調
組立作業 モデル
デジタル化した作業データと 作業品質との因果関係を明確化
設計情報を基に組立順序、生産ライン構成、ロボット動作を自動設計
柔軟に組換え可能な ロボットセルを基本 単位として単純作業
標準ロボットセル (自動組立)
複数のセルで 複雑作業に対応
人(手組) 品質評価
データ
作業動作
データ
組立ライン 組立セル
カメラ カメラ+ 深度センサ
生産 ライン
事例:高齢化対策、ベテラン作業員不足の解決
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1. IoTの普及による事業機会と標準化動向
2. IoTによる社会イノベーションの事例
3. 社会課題解決に向けたアプローチ
4. IoT向けコミュニケーション技術
5. まとめ
Contents
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3-1. 共生自律分散(IEC Factory of the Future 白書)
Optimization of energy consumption
Symbiotic Ecosystem (drawn based on IEC Factory of the Future White Paper, Figure 3-4)
Collaborative Platform
Power Grid Platform
Industrial Platform Urban Platform
Alignment of supply logistics, workers schedules, etc.
協調場(Collaborative Platform)を介して自律システムが接続することで、
産業間の垣根を超えた新しいソリューションを創出
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3-2. 社会インフラ向けセキュリティコンセプト H-ARC
Infrastructure
system
Cyber-attack Theft of electric power or water
Terrorist attack Human error
Natural disaster Fault
Coordinated measures
Quick Response
Ongoing measures
IoT時代の社会インフラには、従来の強じん性(Hardening)に加え、
適応性(Adaptivity)、即応性(Responsivity)、協調性(Cooperativity)が必要
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3-3.社会インフラ向けセキュリティコンセプト:Adaptivity
制御・ 情報システム
System layer
Cyberspace
Check
Act Do
Plan
PDCAサイクル
(3ヶ月/6ヶ月/1年)
PDCA
改善方法立案 導入計画決定
セキュリティ
対策導入
新しい脅威
の把握
環境、技術、
ビジネス変化
運用
システム Management
プラント システム
Physical space
PDCA:Plan-Do-Check-Act
【適応性:継続して対処】
PDCA(Plan-Do-Check-Act)サイクルにより、新しいセキュリティ脅威に適応
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3-4.社会インフラ向けセキュリティコンセプト:Responsivity
OODA
Orient
Decide
Observe
Act
状況変化検知 災害被害
状況把握
対策指示 対策立案
Time
復旧
防御・検知
対策
(減災) 異常
発生
訓練
OODA:Observe-Orient-Decide-Act
【即応性:迅速に対処】
セキュリティ脅威の兆候を迅速に把握し対処することで被害を最小化
14
リアルタイム
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3-5.社会インフラ向けセキュリティコンセプト: Cooperativity
共通状況認識 Information of
Organization A
Organization B (Energy Systems)
• 共通状況認識
• 判断は各Organizationで実施
Harmonization 共通画面に融合
Organization
Organization A (Manufacturing
Systems)
Information of
Organization B
【協調性:連携して対処】
複数の組織が相互連携することで、セキュリティ脅威の早期把握を実現
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1. IoTの普及による事業機会と標準化動向
2. IoTによる社会イノベーションの事例
3. 社会課題解決に向けたアプローチ
4. IoT向けコミュニケーション技術
5. まとめ
Contents
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4-1. IoTコミュニケーションの役割
データ収集
管理・制御
IoTコミュニケーション データ処理
ネットワーク
接続
柔軟性 (データ加工)
安定性 (運用管理等)
信頼性 (セキュリティ等を含む)
監視・ 検知
課題探索
(人工知能)
施策立案
(人工知能)
実行
指示
データ収集
管理・制御
ネットワーク
接続
リアル世界 IT
課題探索
(ヒト)
施策立案
(ヒト)
リアル世界
1. リアル世界からのデータ収集からデータ処理への意味ある情報への加工 2. データ処理からの知見に基づく制御更新等のリアル世界の管理・制御
スコープ
IoT
17
IoTでは、単なるネットワーク接続のみならず、データ処理との親和性を向上
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Factory
IoT GW
4-2. データ収集効率向上:データカタログ技術
(1) Data Catalogue Generate & Manage アプリケーションからIoT GW内にある データカタログを変更でき、IoT GW 以下の工場ネットワークを管理する。
(2) Data Collect 受信した時系列データをモニタし データ欠損の検知、ネットワーク状態
の確認を行う。
(3) Data Catalogue 工場内の制御ネットワークを
ブロードキャストされるデータの内、 データカタログに記載のあるデータ
のみ抽出、送信する。
多様なIoTデータを柔軟に収集・加工
18
PLC/DCS
Sensor(s)
Intra-factory Network
Application@Cloud
WAN (Wide Area Network)
(2) Data Collect
(1) Data Catalogue Generate & Manage
PLC/DCS
Sensor(s)
PLC/DCS
Sensor(s)
(3) Data Catalogue
Notify Generated/updated
Data Catalogue
IoT Device IoT Device IoT Device
Broadcast Broadcast Broadcast
GW: Gateway, PLC: Programmable Logic Controller, DCS: Distributed Control System
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分野の拡大に伴い固定から移動へ
Mobility
遅延時間 短 長
移動
固定
製造業
見える化 制御
自動車 運送業
4-3. コネクティビティ向上:トラベリングセル技術
移動体対応、リアル世界の制御では、遅延時間の短い通信が必要
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広域を移動する自動車/電車等にはセルラによるカバーが必要
Cell ID=1 Cell ID=2 Cell ID=3 Cell ID=4
Handover Handover Handover
異なるセルIDのセルを移動するときにHandoverが発生
Handoverによりデータ通信が停止する時間が存在
4-3. コネクティビティ向上:トラベリングセル技術
ハンドオーバーによる遅延が発生
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Cellを仮想的に移動させることでHandover自体を抑止
Cell ID=1 Cell ID=2 Cell ID=3 Cell ID=4 Cell ID=1 Cell ID=1 Cell ID=1 Cell ID=3 Cell ID=2
Cell ID=1 Cell ID=1 Cell ID=2 Cell ID=4
4-3. コネクティビティ向上:トラベリングセル技術
ハンドオーバーが発生しないため遅延時間が改善
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従来方式 トラベリングセル技術
Handoverによる スループット低下
セル移動時も スループット低下なし
TCPを使用しているためスループット低下の要因は破棄または遅延
4-3. コネクティビティ向上:トラベリングセル技術
トラベリングセル技術により遅延時間の改善を確認
Handoverが発生せず、スループット性能を維持可能
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1. IoTの普及による事業機会と標準化動向
2. IoTによる社会イノベーションの事例
3. 社会課題解決に向けたアプローチ
4. IoT向けコミュニケーション技術
5. まとめ
Contents
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5. まとめ
IoTの活用による市場機会が拡大
各社パートナーと共にビジネス構築
コンソーシアムを中心に各種標準活動が活発化
超スマート社会の実現に向けては、 社会課題を発見し、「ヒト」も含めたIoTで解決
発見:社会を観察し、課題を把握
解決:分析・検証し、バリューチェーンを再構築
IoT向けデータ収集技術開発に対する取組み
1. 多様なデータの柔軟な収集・加工 … データカタログ技術
2. 移動体対応・低遅延無線通信 … トラベリングセル技術
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(株)日立製作所 研究開発グループ 情報通信イノベーションセンタ ネットワーク研究部
IoTシステムにおけるデータ収集技術開発に対する取組み
2016年10月6日
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END
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