Bluetoothものがたり ＆ IoT研究会リポート | ITフリーランスエンジニアの案件・求人はＰＥ－ＢＡＮＫ

前回のコラムにて「Last One Hop」の選択肢として、 Bluetooth、BLE（Bluetooth Low Energy）を紹介させて頂きました。どちらにも、Bluetoothという文字が含まれているのになぜ、区別して紹介したのか……
 
それは、Bluetooth と BLE の間には 互換性がなく相互通信ができない、つまり、別物だからです。Bluetoothという規格の名称がどちらにもついているのに不思議ですよね。
 
2016年末現在の普及しているBluetooth市販製品の最新バージョンは4.2です。(i)
Ver3.0までのBluetoothは、マウス、キーボード、ヘッドセットといった周辺機器とPC/スマートフォーン/タブレットを繋ぐ用途で使われてきました。Ver3.0 までのBluetoothは、Basic Rate(以下BR)モードが基本通信仕様[1Mbps]で、すべてのバージョンで搭載可能です。
 
基本仕様を拡張する形（基本的には通信速度向上）で仕様策定されたのが、 Ver2.0におけるEnhanced Date Rate(以下 EDR)モード[3Mbps] および、Ver3.0におけるHigh Speed（以下 HS）モード[24Mbp]です。なお、拡張機能の製品への実装は、オプションです。また、Ver4.0が登場したことで、Ver3.0までのBluetoothをクラシックBluetoothと呼ぶことがあります。
 
Bluetooth Low Energy(BLE)は、Ver4.0で策定された仕様です。
 
BLEの前身は、フィンランドにあるnokia社が策定し、2006年の公開されたWibreeです。大容量のバッテリーを搭載できない時計やセンサ等とホストPCが 速度は1Mbps程度と遅いながらも、低消費電力で通信できる様に策定された規格です。当初からBluetoothとの共生を意識されていたこともあり、2009年末Bluetoothに統合され、4.0としてリリースされました。
 

省電力を重視していることもあり、デバイス間の接続方式や、通信方式が従来のBluetoothと異なる、クラシックBluetoothとBLE間での通信の互換性はありません。
 
各通信モードと通信速度の関係をまとめると 表１の様になります。
 

通信モードと通信速度の関係
 

BLEは、電力制御を事細かく制御する（通信時のみ電源オン）ことで、電力消費を抑えるため、バッテリー駆動でも年単位での運用が可能となります。
 
温度、湿度、気圧といったセンサ情報は、連続情報ではなく、分単位や時間単位の間欠情報でも十分に価値ある情報であるため、IoTのLast One Hopの通信方式としてぴったりなのです。
 
Bluetooth通信には、プロファイルという概念があります。ここでは詳しく述べませんが、
HID (Human Interface Device Profile)/ HFP (Hands-Free Profile)/A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)と言ったものです。Bluetooth通信においては、サポートしているモードに加えてプロファイルが適合している必要があります。
 
プロファイルという概念は、BLEにも存在します。
BLEプロファイルについては、今後、本コラムにおいて触れる予定です。

今回より、IoT研究会リポートと題して、Workshopでの学び・気づきをメンバの方に語って頂こうと思います。Workshopで得た技術・知識を読者の皆様にお伝えするとともに、語ることによって技術・知識の定着を図ることが狙いです。
 
記念すべき第一回目は平野さんです。

 
今回のワークショップでは、GPIOにつながったLEDのON/OFF(通称Lチカ)をソフトウエアで行う方法と、PWMというロジックをPSoC内に生成してH/W的に行う方法を実習しました。
 
S/WにおるLチカでは、GPIOというピン（ポート）をPSoC内に配置した後、Configuratoinとして、CPUバスに接続する設定に変更。LEDに繋がっているGPIOのピン番号を指定（ピンアサイン）した上、ポートに対するRead/Writeを行う数行のC言語ソースをコーディングするのみ。たった、これだけで、Lチカが実現できてしまうことに驚きさえ感じました。
 

PWMによるLチカでは、GIPOとPWMロジックをPsoC内に配置。GPIOとPWMの接続は回路図画面で繋げるだけで、Configuraitonの変更はなし。
 
PWMのConfiguratioinでは、周期やDutyを変更するための設置が必要だが、直感的な操作が行えるU/Iが提供されているので、PWMの一般的利用法さえ判っていれば、回路に反映させることは、いとも簡単にできてしまう。
 H/W的に行うといっても、機能ブロックの初期化を行う関数をコールするコードだけは記述する必要があるようだ。今後もこの点だけは忘れずにしておこう。
 

今回のようなツール「PSoC Creator」を使用する場合、実際に回路の組み立て（配線やはんだ付けなど）が不要であるため、目が悪い自分でもできました。
 
今後はセンサを使い、センサデータをどう認識し、処理を行っていくのかかが興味深いところです。
 
最後にIoTの技術や使用ツール・使用言語等、何も分からない私が最後まで参加できたのは、すばらしいファシリテーションや、グループメンバーのおかげです。
これからも参加させていただき、IoT技術の知識を深めていきたいと感じました。
 
平野　肇
 

 
また、メンバ堀江さんが、workshopでの学びをベースにカスタマズした作品を動画としてアップしていますので、こちらも紹介します。
 

 
 
こんな雰囲気でスタートしたIoT研究会です。

(i)Bluetooth最新仕様は、2016年12月にリリースされたBluetooth 5です。主に BLE部の拡張（通信速度2倍、通信範囲４倍）が謳われていますが、Bluetooth 5対応製品は、2016年12月末現在市場には出ていない？様なので、本コラムでは Bluetooth 5は対象外とします。

(ii)BLEを搭載しないBluetooth4.x準拠製品も製造可能の様ですが、市場には存在しない様です。クラシックBluetoothモードのみをサポートしている製品は、Bluetooth2.x Bluetooh3.x準拠製品と謳っている様です。