HIGIS 3/ﾌﾟﾚｾﾞﾝﾃｰｼｮﾝ資料/J GrayA2016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

© 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






5. まとめ

Contents

2


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)


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


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

pli

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An

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Info

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Fie

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C / O

SS

Ind

ustr

y

Rail

way

Ele

ctr

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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, ｺﾍﾞﾙｺ, 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


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

ﾒﾝﾊﾞで参画

勧告ｲﾝﾌﾟｯﾄ

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


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






5. まとめ

Contents

8


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






5. まとめ

Contents

10


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

11


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

12


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

13

https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=https://www.microlectra.com/p-hitachi-eh-a14dr-plc-230vac-base-unit-8in-6out-relay-4366&ei=5tiTVK3tCdje8AW4_IKICA&bvm=bv.82001339,d.dGc&psig=AFQjCNHZXqj_Ii6Os0vSbiHpU2eFlAEUUA&ust=1419061846866342


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


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

15






5. まとめ

Contents

16


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

ｽｺｰﾌﾟ

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


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


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


ハンドオーバーによる遅延が発生


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


ハンドオーバーが発生しないため遅延時間が改善


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


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






5. まとめ

Contents

23


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


(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

○石井大介、緒方祐次、高橋清隆、神崎元

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