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1. ZigBeeとは©ZigBee SIGジャパン 2013

ZigBeeのプロトコルスタックスタック 仕 様 (プレスリリース 時 期 )Dec.2004Sep.2006Jan.2008ZigBee Ver1.0ZigBee-2004 仕 様 書 (053474r06)Enhanced Version of ZigBeeZigBee-2006 仕 様 書 (053474r13)ZigBee Feature SetZigBee PRO Feature SetZigBee-2007 仕 様 書 (053474r17)ZigBeeアライアンスで 策 定SEP1.xを 含 む様 々なAPが 動 作スタックのIP 化現 在 、ZigBee IPを 策 定 中物 理 層 、MAC 層 はIEEE802.15.4仕 様 はIETF、IEEEで 策 定ZigBeeアライアンスは、それらの 仕 様 書 をもとに 策 定SEP2.0が 動 作©ZigBee SIGジャパン 20135

2. IEEE802.15.4とZigBeePRO©ZigBee SIGジャパン 2013

ZigBee IPのプロトコルスタックアプリケーション(SEP2.0プロファイル 等 )TLSmDNS、DNS-SDPANAトランスポート 層 (TCP、UDP)MLEZigBee IPの 仕 様 書 は、 現在 、IETFの 仕 様 書 等 を 基に、 相 互 接 続 性 や 効 率 性 を検 証 しながら、 策 定 が 進 めれられている。※PANAとMLEはUDP 上 で 動 作するプロトコル管 理entityネットワーク 層(IPv6、ICMPv6、6LoWPAN-ND)ルーティング(RPL)スリープノード 等 を 考 慮 した近 隣 発 見 (ND)とルーティング6LoWPAN アダプテーション 層IEEE802.15.4のショートアドレスを 活 用 した 圧 縮 技 術リンク 層 (IEEE802.15.4-2006、IEEE802.15.4g-2012、IEEE802.15.4-2012)策 定 中©ZigBee SIGジャパン 201314

ZigBeeIPネットワークのノード 参 加 の 仕 組 みネットワークの 発 見 はMACビーコン 機 能 で 行 うルータはビーコンの 参 加 許 可 フラグをコーディネータと 同 期 させて 応答 。近 隣 ノードの 情 報 の 交 換 はMLEプロトコルで 行 う近 隣 ノードのアドレスや 特 性 (スリープ、FFDかRFD) 等 の 情 報 の 交 換認 証 はPANAのプロトコルにより、コーディネータが 実 施PANAの 上 で、EAP-TLS 方 式 で 認 証IPでの 近 隣 探 索 (ND)はIPv6ではなく、6LoWPANのNDを 使 用6LoWPANのNDはスリープするホストに 対 応©ZigBee SIGジャパン 201315

ZigBeeIPネットワークの 参 加 プロセス1~スリーピングホストの 場 合 ~1 発 見MACビーコン 要 求ホストMACビーコン 応 答LL64アドレス( 参 加 許 可 フラグ、ルータ 受 入 能 力 、ホスト 受 入 能 力 )※MACビーコンのペイロードのフォーマットはZigBeeIP 仕 様 書 で 規 定ルータルータルータ・・・PANIDスリープホスト 用 のバッファ2 選 択ホストは 条 件 を 満 たす 接 続 可 能 なルータのうち、LQIの 高 いものを 選 択3 通 信 のための 設 定• 選 択 したターゲットネットワークのPANIDを 設 定• LL64を 使 用4スリーピングノードであることを 通 知(UDP 通 信 )MLEリンク 要 求(TLVタイプ=1 RxOnIdle=0(スリープ))ルータIndirect transmissionMLEリンク 受 理( 間 接 送 信 )のための 設 定※MLE(mesh link establishment)はUDPプロトコルを 使 用 し、ノードと 近 隣 ノードの 間 でノードとリンクのプロパティをやりとりする 仕 組 みを 提 供 。(draft-kelsey-intarea-mesh-link-establishment-04)©ZigBee SIGジャパン 201316

ZigBeeIPネットワークの 参 加 プロセス2~スリーピングホストの 場 合 ~4 認 証PANAの 上 で、EAP、EAP-TLS、TLS の 送 受 信 (UDP 通 信 )PaCPCI( 開 始 )PARPREPAAホストPAN・・・・・・・ (TLSの 証 明 書 による 認 証 )ルータコーディネータPAR(ネットワークキーの 送 信 )証 明 書PAN( 完 了 )証 明 書5MLEによりノードとルータのそのノードのフレームカウンタを 同 期 させる6IPv6ルータ 発 見6LoWPAN RS6LoWPAN RA(IPプレフィックス 添 付 )ホスト6LoWPAN(NS)ルータ7IPv6 近 隣 発 見6LoWPAN(NA)IPv6の 通 信 が 可 能※ショートアドレスの 設 定 と 重 複 の 確 認©ZigBee SIGジャパン 201317

スリープするホストがデータを 受 信 する 仕 組 み•Indirect transmission( 間 接 送 信 )を 行 う※MAC POLLは 定 期 的 に 行 うホストMAC POLL(ルータのバッファに 受 信 データがあるか 確 認 )MAC ACK( 確 認 結 果 を 通 知 )ルータスリープホスト 用 のバッファ• バッファにパケットが 受 信 されている 場 合•ショートアドレスの 活 用MAC 層 フレームによるバッファのデータの 送 信スリープノードは、802.15.4の 間 接 送 信 スキームで、データを 受 信 する• ホストのMACアドレスの 切 り 替 えホストの 起 動 時 は 拡 張 アドレスを 使 用 するが、6LowPAN(NS)により、ショートアドレスの 確 定 後 はショートアドレスを 使 用 。MLEで、ルータに 通 知ホストMLEリンク 要 求(TLVタイプ=0 16ビットショートアドレス)ルータ©ZigBee SIGジャパン 201318

4.スマートエナジープロファイル©ZigBee SIGジャパン 2013

Home Areaの 無 線 ネットワークZigBee Smart Energy Profile(SEP)HAN (Home Area NW)太 陽 光 発 電センサインターネットUtility 企 業 などHGW家 電 機 器スマートメータパワーコンディショナ蓄 電 池 などEV各 種 サーバ/ 監 視 装 置IP NWBSSUN (Smart Utility NW)BS基 地 局スマートメータなど近 隣 エリア・ネットワーク©ZigBee SIGジャパン 201321

SEP1.x の 機 能メータリングサポート:- 電 気 、ガス、 水 道 など- 様 々な 計 測( Load profile, Power factor, Summation,Demand, Tiers)- 履 歴 情 報- 状 態 表 示 ( 改 ざん 情 報 含 む)- リアルタイムな 発 電 / 使 用 情 報- ゲートウエイとメータとしての 機 能 サポートデマンドレスポンスと 負 荷 制 御 のサポート- 複 数 イベントのスケジューリング- ユーザー 優 先 の 内 蔵 機 能 サポート- 加 入 や 操 作 の 検 査- HVAC, 温 水 器 、 照 明 、 電 気 自 動 車 や 発 電システムの 個 別 または 同 時 コントロール- 温 度 設 定 や 緊 急 信 号 のような 動 作 レベル、動 作 間 隔 などの 様 々な 動 作 設 定- 急 激 な 変 化 を 防 ぐ、 開 始 時 刻 と 終 了 時 刻 のランダム 化料 金 サポート:- インターナショナルの 通 貨 サポート ( ISO 4217)- 1 地 点 における 複 数 供 給 会 社 と 複 数 レートのサポート- 料 金 レシオや 段 階 料 金 のサポート- 発 電 と 電 力 消 費 の 料 金 分 離 サポートテキストメッセージのサポート:- メッセージのスケジューリングとキャンセル- 複 数 の 緊 急 度 レベル- 短 期 間 有 効 メッセージのオプション- 複 数 のインターナショナルな 文 字 セットセキュリティ:- 消 費 者 のみ、 公 共 事 業 者 のみ、 共 有 のネットワークをサポート- プレインストール 鍵 または 標 準 の 公 開 鍵 手 法 による、 自 動 でセキュアなネットワーク 参 加- データの 暗 号 化その 他 : OpenHAN 標 準 に 準 拠©ZigBee SIGジャパン 201322

SEP1.xの 主 なデバイスデバイス 名Energy Service Interface (ESI)エネルギーサービスインターフェースMetering DeviceメーターデバイスIn-Premise Display屋 内 ディスプレーProgrammable CommunicatingThermostat (PCT)遠 隔 プログラム 制 御 用 温 度 調 節 器Load Control DeviceロードコントロールデバイスSmart Applianceスマート 家 電説 明屋 内 のメーターや 電 力 管 理 のデバイスをエネルギー 供 給 者 と 繋 ぐゲートウェイ 装 置電 力 、ガス、 水 道 のメーターの 検 針 データをエネルギー 供 給 者 に 送 信 するデバイスエネルギー 供 給 者 からのエネルギー 消 費 量データを 表 示 するデバイスエネルギー 供 給 者 からの 情 報 を 基 に 屋 内 の暖 房 や 冷 房 を 制 御 するデバイス需 要 レスポンスとロードコントロールの 情報 を 受 信 するデバイスエネルギー 供 給 者 からの 情 報 を 基 に 電 力 の消 費 管 理 が 出 来 る 家 電各 デバイスの 機 能 仕 様 は、そのデバイスがサポートする「クラスタ」で 定 義 される©ZigBee SIGジャパン 201223

SEP1.xの 主 なクラスタクラスターDemand Response andLoad ControlSimple MeteringPriceMessagingKey Establishment機 能需 要 レスポンスとロードコントロール( 時 間 帯 別 の 値 段 や 送 電 網 の 負荷 によって 電 力 の 消 費 を 調 整 する)メーターからデータの 取 得価 格 データの 通 信テキストメッセージの 通 信 ( 注 :クライアントはメッセージを 表 示 できる)ECC( 楕 円 曲 線 暗 号 )アルゴリズムを 使 って、ふたつのデバイスの 間に 使 われる 暗 号 キー(リンクキー)の 認 証 と 確 立 を 行 うデバイス: In-Premise Displayデバイス:Metering Deviceクラスタ:Simple Metering(クライアント)コマンドRead AttributesRead Responseクラスタ:Simple Metering(サーバ)属 性 : CurrentSummation Devivered家 庭 での 消 費 した 量©ZigBee SIGジャパン 201324

SEP2.0のアーキテクチャSEP2.0(Smart Energy 2.0)は 複 数 の 通 信 メディアで 相 互 接 続 が 可 能機 能 的 にはSEP1.xと 同 等 以 上 のものSEP2.0の 仕 様 は 現 在 、 策 定 中アプリケーション 層 Smart Energy 2.0プロファイルAPI=HTTP REST (XML WEBサービス)トランスポート 層 TCP UDPネットワーク 層 Zigbee IP 6LoWPAN IPv6MAC 層物 理 層IEEE802.15.4ワイヤレスセンサIEEE 802.11無 線 LANIEEE 1901電 力 線 通 信©ZigBee SIGジャパン 201325

SEP2.0の 仕 組 み1RESTの 枠 組 みにより、クライアントがサーバのリソースにアクセスRESTのメソッド:GET、PUT、POST、DELETEデバイス1デバイス3クライアントクライアントGETRESTの 枠 組 みサーバデバイス2サーバリソース一 つのデバイスがサーバとクライアントを 持 つことが 可 能サブスクライブの 枠 組 みではクライアントがリソースを 持 つデバイス4クライアントPOST( 登 録 )POST( 通 知 )イベント 発 生デバイス5サーバ※サーバはHTTPサーバ機 能 を 持 ち、クライアントからのリソースのアクセスに 応 答 するクライアントがサーバへ 問 い 合わせる 回 数 を 減らす※クライアントもHTTPサーバ 機 能 を 持 ち、サーバからの 通 知 に 応 答 するサブスクライブ 元 を 登 録©ZigBee SIGジャパン 201326

サブタイプbillderpdr・・・mup・・・tpuptデバイス1クライアントSEP2.0の 仕 組 み2DNS-SDでサブタイプを 指 定 して 探 すDNS-SD(Subtype=upt)取 得 したURLより 関 数 を 呼 び 出 す関 数 セットBillingDER ControlDemand Response/Load Control・・・Metering Mirroring・・・PricingMeteringDNS-SD(URL uptList)サーバ(dr)サーバ(upt)サーバ(bill)情 報 の 構 造 (UMLで 定 義 ) WADL(XMLで 関 数 を 定 義 )Metering Dataの 構 造電 力 メータサーバ(upt、mup)ガスメータのミラーリングReading instance of aparticular meter reading type. ©ZigBee SIGジャパン 2013情 報 の 構 造を 反 映RESTのメソッド 名27

SEP2.0の 仕 組 み3メッセージのやり 取 りはHTTP(RESTful)で 行 う★クライアントのHANデバイスがGETを 発 行GET /upt/0/mr/0/rs/0/r?s=3&l=1 HTTP/1.1Host: {IPv6 Address}HAN デバイスHTTP GET(メータ、 表 示 形 式 )HTTP response()メータの 値 は12.35メーター※ 「http://IPv6アドレス/ /upt/0/mr/0/rs/0/r/」でメータ0の 測定 値 3の 値 を 取 得 (GET)する★サーバのメーターがHTTPで 応 答HTTP/1.1 200 OKContent-Type: application/sep+xmlクライアントサーバHost:IPv6アドレスHTTP(RESTful)を 利 用 することで、より汎 用 的 に 使 用 できる。12.35※メーター0の 測 定 値 3の 値 「12.35]がXML 形 式 で 戻 るSmart Energy Profile 2.0 Public Application Protocol Specification DRAFT(2012 年 6 月 26 日 発 行 )©ZigBee SIGジャパン 201328

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