専用OSによって省電力を実現するアドホック型無線センサ・ネットワーク
――米国Crossbow Technology社のセンサ付きアクティブ型RFIDタグ「MOTE-2」

　

　2004年10月28日〜29日，米国Crossbow Technology社は，同社の無線センサ・ネットワーク・システム開発キット「MOTE」に関する技術セミナを開催した（写真1）．大学やメーカの研究部門の技術者を対象に，開発者自身がMOTEの概念や無線センサ・ネットワーク用に開発されたOS「TinyOS」の解説やプログラミング実習などを行った．

　MOTEは，基地局用ボードやRFIDタグ（ノード），センサ基板，ゲートウェイなどで構成される（写真2）．これらは無線端末のみで構成されるネットワーク（アドホック・ネットワーク）を構築する．アクセス・ポイントは必要としない．本RFIDタグは，各種センサから取得したデータを無線で伝送することを目的をしている．国によって法規制が異なるため，例えば米国では433MHz/916MHzの，欧州では868MHzの，日本では315MHzの周波数帯に対応したRFIDタグを提供している．また，2.4GHzの周波数帯を利用する無線通信「ZigBee（物理層はIEEE 802.15.4）」に対応した製品も用意している．

　同社は3年ほど前にMOTEを発売した．すでに10万個近いのRFIDタグを出荷している．実証実験も始まっており，例えば米国ではぶどう畑に温度センサを搭載したRFIDタグを多数設置して適切な収穫時期を判断したり，ウミツバメの巣に設置して生態の研究などを行っているという．

　ここでは，本セミナに合わせて来日したCrossbow社のPresident＆CEOであるMike Horton氏に，MOTE開発の経緯や要素技術，今後の展望などについて聞いた（写真3）．

――ワイヤレス・センサ・ネットワークに携わるようになったきっかけは？

Mike Horton氏：当社はもともと，MEMSセンサを用いたシステムを開発するところからスタートしました．MEMSセンサは半導体チップの製造プロセスを用いて作ります．そのため，センサ自体のコストは安くなっています．ところが，MEMSセンサどうしをつないでシステムを構築する際に，有線を用いると設計が難しく，かつコストが高くなります．

　この問題を解決するため，無線を用いてセンサ・ネットワークを構築することを考えました．私は米国University of California, Barkeley（UC Barkeley）出身で，当社の共同創設者が同大学工学部の学部長だったこともあり，両者が協力してワイヤレス・センサ・ネットワーク「SmartDust」の開発に取りかかりました．当社はハードウェア「MOTE」の構築を行い，UC BarkeleyはSmartDust向けのOS「TinyOS」を開発することになりました．

――「MOTE」の特徴の一つである低消費電力は，どうやって実現したのでしょうか．

Horton氏：低消費電力を実現できた大きな要因はOSにあります．もちろん，ハードウェアの設計についても低消費電力化に配慮しています．しかし，実際により多く低消費電力に貢献したのはソフトウェアです．

　ハードウェアでいくら低消費電力化を図ったとしても，適切な処理を行わなければ，低消費電力を効果的に実現できません（※注1）．無線センサ・ネットワークでは，各ハードウェア（モジュール）間で同期をとったり，同時刻にスリープとウェイクアップを発生させたり，無線通信を高速にON/OFFしたり，センサへの電力供給を制御するなどの処理が要求されます．これらすべてを実現するためには，ソフトウェアでハードウェアをサポートする必要があります．

　また，マルチホップ方式（複数の無線接続でネットワークを構築する技術）のセンサ・ネットワークのような複雑なシステムを構築する場合，こうしたOSがないと実用的とは言えません．

※注1：TinyOSは，省電力を最重要視して設計されたOSである．要求されるタスクの処理に必要なコンポーネントのみをノードに搭載するしくみを持つ．また，パワー・マネージメントや時間同期の機能を備えている．本OSは，物理層からアプリケーション・ソフトウェアまでを制御する．

――マルチホップ方式はCrossbow社独自の技術ですか？

Horton氏：マルチホップ方式というのは一般的な技術であり，当社特有の技術ではありません．また，当社はハードウェアの情報も公開していますし，TinyOSもオープン・ソースです．

　ただし，TinyOS上で動作するアプリケーション・ソフトウェアの中には当社が開発したものがあり，それについては著作権を主張することができます．今のところ，こうしたソフトウェアについては，当社のMOTE（※注2）を使用する場合であれば，無償で提供しています．また，別のハードウェアといっしょに使う場合でも，それが研究目的であればライセンス料は取りません．別のハードウェアで，かつ商用目的の場合は，ライセンス料の交渉を行っていくことを検討しています．

※注2：下記にも述べるように，他社製品でも「MOTE」という名称が使われているケースがある．

――Intel社の出資を受けていますが，技術面での協力は受けていますか？

Horton氏：UC BarkeleyはTinyOSを開発し，そして当社はTinyOS用のハードウェア「MOTE」を開発しました．約2年ほど前，Intel社はセンサ・ネットワークの分野に参入する方針を打ち立てました．同社はUC Barkeley内に研究室を設けて，TinyOSの開発に加わりました．また，当社のハードウェアである「MOTE」の開発にも関心を持ち，当社のエンジニア数人がIntel社の研究室に行って協力しました．新しいアプリケーション，モデリング，慣性センサの保守，Intel社のXScaleプロセッサを搭載したゲートウェイの開発など，多くの事がらについて協力し合っています．

　現在，当社は「MOTE-2」を，Intel社は「iMOTE」というハードウェアを開発しました．この二つは，少し異なる特徴を持っています．例えば，iMOTEはARMプロセッサを搭載しており，無線通信方式としてBluetoothを採用しています．

　一方，MOTE-2は微弱無線と小規模なプロセッサ（米国Atmel社製の「Atmega 128」）を採用しています．また，iMOTEは現段階では実験用途ですが，MOTE-2は商用のアプリケーションに用いられます．現在，私たちは次世代のハードウェアの開発を検討しています．その中には，MOTEアプリケーション向けのカスタム・チップの開発も含まれています．

――センサとCPU，RF回路は1チップ化されるのでしょうか？

Horton氏：それはもちろん行うつもりです．ただし，1チップ化を目指しているというよりも，高密度実装のマルチチップ・モジュールを開発するといったほうがよいかもしれません．例えば，温度センサは同じモジュール基板に実装されますが，使い勝手を考えるとそれ以外のセンサは外付けになるでしょう．次の製品を開発する段階で，いくつかのセンサ・オプションを作るつもりです．



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