情報処理学会第 76 回全国大会

3D-4

分散協調 M2M システムアーキテクチャの提案
北上 眞二†

岡崎 正一††

宮西 洋太郎†††浦野 義頼†

白鳥 則郎††††

早稲田大学大学院国際情報通信研究科†††
特定非営利活動法人 M2M 研究会（株）アイエスイーエム

また，複数の異なるアプリケーションが同一の機器を制御する場合は，サービス競合（機器制御競人手を介さずにセンサや機器をインターネット合）が発生する[3]．サービス競合は，単体で正常に 接 続 し ， 様 々 な サ ー ビ ス を 提 供 す る M2Mに動作するサービスが複数同時に実行されること（Machine-to-Machine）システムが注目を集めていで，互いに干渉・衝突を起こし，ユーザの意図しる[1]．M2M システムは，クラウド上の M2M サーた通りに動作しなくなるという問題である．
バがセンサや機器からデータを収集したり，機器このように，サーバ集中型のアーキテクチャは，を遠隔制御したりするサーバ集中型のシステムとして構築されるのが一般的である．しかしながら， 大規模な M2M システムの普及を阻害するものと考えられる．
サーバ集中型の M2M システムは，ネットワーク負荷の増大，機器制御の遅延，サービス競合などの３．分散協調 M2M システムアーキテクチャ
様々な問題がある．本稿では，これらの問題を解
本稿では，サーバ集中型 M2M システムの問題点決するために，イベント駆動データ収集とルールを解決するための分散協調 M2M システムアーキテ
ベース自律分散機器制御により，クラウド上のクチャを提案する．分散協調 M2M システムアーキ
M2M サーバと，センサや機器を束ねる M2M ゲー
テクチャは，M2M システムの主要機能であるデートウェイが最適な役割分担を行う分散協調 M2M シ
タ収集と遠隔制御について，アプリケーションサステムアーキテクチャを提案する．
ーバと M2M ゲートウェイが最適な役割分担を行う
ことにより，ネットワーク負荷の増大，機器制御
２．サーバ集中型 M2M システムの遅延およびその競合を回避する．
M2M システムの応用は，産業分野，社会分野お分散協調 M2M システムアーキテクチャの構成をよび家庭分野の広範囲にわたる．従来は，これら
図2 に示す．図において，M2M コーディネートサの M2M システムは，アプリケーション毎に構築さーバは，システムの全体最適化とアプリケーショれてきたが，システム構築コストの削減を目的とンの独立性を両立させるために、アプリケーショした M2M サービスプラットフォームの必要性が提
ンサーバ間、およびアプリケーションサーバと唱されている[2]．M2M サービスプラットフォーム
M2M ゲートウェイ間の調整を行う．本アーキテクは，様々なアプリケーションに対してデータ収集
チャは，イベント駆動データ収集とルールベースや遠隔制御などの共通機能を提供する（図 1）．ア
自律分散機器制御から構成される．
プリケーションと M2M サービスプラットフォーム（１）イベント駆動データ収集 [4]を広義の M2M サーバと捉えると，この M2M シス
サーバ集中型 M2M システムにおいて，きめ細かテムはサーバ集中型のアーキテクチャといえる．
く計測されたセンサや機器のすべてのデータを
すなわち，M2M サーバは，すべてのセンサや機器
M2M ゲートウェイ経由で収集すると，ネットワーのデータを収集し，その分析結果に基づいて機器ク負荷が増大すると共に，サーバにおけるデータを遠隔制御する．ここで，センサや機器を集約し蓄積のコストが増大する．そのため，M2M ゲート
インターネットに接続するための M2M ゲートウェ
ウェイにおいて計測データを集約し，その集約結
イは，プロトコル変換と一時蓄積を含むデータ交果のみをサーバが収集することによりデータ量を換の役割を担っている．
インターネットを介したサーバ集中型の M2M シ
M2Mアプリケーション
ステムは，データ収集や機器制御において，常に省エネ
遠隔保守 ・・・ ヘルスケア
M2M サーバと M2M ゲートウェイ間の通信が発生
M2Mプラットフォームするため，センサや機器の接続台数が多い大規模データ収集
データ分析
遠隔制御
・・・
な M2M システムにおいては，ネットワーク負荷がインターネット増大すると同時に，機器制御の遅延が発生する．

１．はじめに

M2M
ゲートウェイ

Proposal of Distributed Cooperative M2M System Architecture
Shinji Kitagami†, Shoichi Okazaki††, Yohtaro Miyanishi†††,
Yoshiyori Urano†, Norio Shiratori††Waseda University, ††M2M Study Group(NPO)†††ISEM,Inc.

3-7

センサ

機器

・・・

図 1：M2M サービスプラットフォーム

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情報処理学会第 76 回全国大会

ルールベース
自律分散制御M2M
コーディネート
M2M サーバ
ゲートウェイ

機器

センサ

図 2：分散協調 M2M システムアーキテクチャ
M2Mゲートウェイ
定期的集約データ送信
キャッシュ

詳細
データ送信

データ監視

イベント発生時

イベント

イベント条件図 3：イベント駆動データ収集
M2Mゲートウェイ
トリガ制御
ルール

アプリケーションサーバ

3-8

イベント駆動
データ収集

アプリケーション
サーバ

４．実装評価と考察
本研究では，分散協調 M2M システムアーキテク
チャに基づく M2M システムのプロトタイプを構築した．データ収集と遠隔制御を行うアプリケーションサーバと分散協調のためのコーディネートサー バ は ， 実 商 用 サ ー ビ ス の VPS(Virtual PrivateServer)上に実装した．一方，M2M ゲートウェイは，ARM プロセッサを搭載した超小型シングルボードコンピュータの Raspberry Pi に実装した．
イベント駆動データ収集については，実際に計測した CO2 濃度のデータを用いて評価した結果，サーバに収集するデータ量を約 1/10 に削減できることを確認した．また，処理方式が単純であるた
め，メモリ等のリソースが少ない M2M ゲートウェ
イにも容易に実装できる．
ルールベース自律分散機器制御については，
M2M ゲートウェイが制御ルールに基づいてデータの監視と制御を行うため，制御遅延が発生しない．
単一の機器を対象とした制御競合は，制御ルールに優先度をつけることで回避することができる．
今後は，複数の機器同士の制御競合を回避するための制御ルールについての研究を進める。

M2M
アプリケーション
サーバ計測データ削減する方法が採用される場合が多い．しかしながら，サーバにおいて集約データ（例えば区間平均）を分析することにより、計測データの傾向分析を行うことは可能であるが，計測データの急激な変化等の特異点を検出したり，その原因を分析したりすることができない．
本稿で提案するイベント駆動データ収集（図 3）
は，平均値等の集約データを収集しつつ，M2M ゲートウェイにおいて計測データを監視し，計測データが変化した場合にイベントを発生させる．そのイベントの前後の詳細データを収集することにより，データ収集粒度を自動調整する．イベントを発生させる条件としては，閾値，外れ値および変化率等が考えられるが，この条件は，アプリケーション毎に変更することができる．
（２）ルールベース自律分散機器制御 [5]第 2 章で述べたように，サーバ集中型 M2M シス
テムにおいて，サーバが収集したデータの分析結果に基づいて機器を遠隔制御すると，制御遅延と制御競合の問題が発生する．本稿で提案するルー
ルベース自律分散機器制御（図 4）は，トリガとアクションから構成される制御ルールを M2M ゲートウェイに送信しておき，M2M ゲートウェイがそのルールに基づいて自律的に機器を制御する．また，ルール間の相互チェックにより，制御競合を事前にチェックする．制御ルールは，変更が必要となった場合のみ再送信するため，ネットワーク負荷は増大しない．なお、制御ルールの記述言語は，
OASYS の oBIX (Open Building Information Xchange)をベースとした．

変更時

競合チェック
アクション

制御
ルール

変更時

図 4：ルールベース自律分散機器制御
商用VPS（さくらINTERNET）
M2Mアプリケーションサーバ

データ
収集

データ収集

データ
収集
遠隔制御

M2Mゲートウェイ(Raspberry Pi)

M2Mコーディネート
サーバ

遠隔制御

インターネット

ON/OFFスイッチ

電力負荷
温湿度

照度

CO2濃度

電力量

図 5：評価システムの構成

５．まとめ
従来からのサーバ集中型 M2M システムの問題点を解決するための分散協調 M2M システムアーキ
テクチャを提案した．今後は，構築した評価システムを用いて，実環境における提案方式の有効性の評価を行う予定である．

文献[1] G.W.Talwar, S.K.Johnsson, N.Himayat, and K.D.Johnson:“M2M: From Mobile to Embedded Internet”, IEEE
Communications Magazine, Vol.49 No. 4, pp. 36-43 (2011)[2] D. Boswarthick, O. lloumi, and O. Hersent: "M2M
Communications: A Systems Approach", Wiley, ISBN:978-1119994756 (2012)[3] 北上眞二, 釜坂等, 金子洋介, 小泉寿男: "利用権による機器遠隔サービスの競合回避方式と実装評価", 電気学会論文誌 C, Vol. 132 No. 1, pp.131-140 (2012)[4] 薛 浩 , 北 上 眞 二 , 宮 西 洋 太 郎 , 浦 野 義 頼 , 白 鳥 則郎: ”M2M システムにおけるイベント駆動に基づく効率的データ収集方式”, 情報処理学会第 76 回全国大会
講演論文集 (2014)[5] 李 斌 , 北 上 眞 二 , 宮 西 洋 太 郎 , 浦 野 義 頼 , 白 鳥 則 郎 :”M2M システムにおけるルールベースの自律分散機器制御方式”, 情報処理学会第 76 回全国大会講演論文集(2014)

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