SoCtronics | WIRELESS IOT

SoCtronicsは、WiFi、BT、Zigbee、Z-Wave、6LowPAN、Threadなど、IoTで使用される各種無線技術について幅広い専門知識を有しています。温度、圧力、湿度、PIR、RF、荷重など、さまざまな種類のセンサーの経験を組み合わせることで、電力と性能のトレードオフを適切に調整しながら、あらゆるタイプのIoTエンドデバイスを実現することが可能です。SoCtronicsのIoTチームは、一般的なマイクロコントローラとさまざまな種類の軽量リアルタイム・オペレーティング・システムに関する豊富な経験を持っています。また我々は、スマートホーム、スマートメーター、スマートシティ・アプリケーション向けのIoTソリューションの専門知識も有しています。

当社の専門知識

. センサー、アクチュエーター、IoTクラウド、モバイル・アプリケーション、データ分析など、IoTエコシステムの構築に関する豊富な経験
. IEEE802.11、802.15.4（BLE/Zigbee、カスタムRF）など、L2/L3スタック開発における豊富な経験
. 超大規模なスマートユーティリティセンサーネットワークの802.15.4/L2スタックをゼロから構築した経験
. 6LowPANベースのネットワークにおけるP2Pアプリケーション用ミドルウェアの開発経験
. 超大規模IoTベースのデプロイメント開発/テスト/保守の経験
. 標準ベースまたはカスタムワイヤレス製品のプロトコルアナライザに関する実践的な経験
. ネットワークスタック開発、スタック統合、パフォーマンス改善、新機能追加、サポート＆メンテナンスの経験

Protocol Expertise

SoCtronicsは、大規模な展開（数百万台のデバイス）に向けて、スマートグリッドとメータリングソリューションのデュアルモデム（PLCとRF）SoC用にカスタマイズされたIEEE802.15.4 L2スタックを開発しました。このスタック開発には、ハイブリッドPLC/RF、ARMおよびDSPプロセッサを搭載したマルチコアASICが含まれます。802.15.4は、標準規格に準拠しながら、お客様の要件に合うようにカスタマイズしました。

全体的な作業内容は以下の通りです。

DSPコアのRFとPLCのL2スタック実装
- デバイス検出
- 時間同期とチャネル・ホッピング
- チャネルアクセス / TNAV
- フラグメンテーション／リアセンブリー
- データ通信（ユニキャスト、ブロードキャスト）
- FCCコンプライアンス（デューティーサイクル）
L3機能
- RPL、DODAGなどに関する機能強化
- 6LowPAN
- MACアダプテーション層
P2Pミドルウェア

プロジェクト全体は、以下のような内容で進められました。

高品質の製品グレードのテスト駆動型ソフトウェア開発
スケーラブルなアーキテクチャと設計
PHYとMACの共同開発を可能にするテスト・インフラとモデル
継続的インテグレーションと継続的デリバリーによるアジャイル開発プロセス

SoCtronicsは、超低消費電力マイクロコントローラを搭載したSoCを設計・開発しました。長時間のバッテリー寿命で様々なアプリケーションに適した信頼性と実績のあるクラス最高のワイヤレスネットワークソリューションを必要とする設計に最適なSoCです。当社は、完全なBSPとプラットフォーム・ソフトウェアを開発し、SDKの一部としてこのSoC上でBLE/Zigbeeスタックを設計しました。また、大手スマート電球メーカー向けに、BLEを使用した照明アプリケーションを開発しました。 SoCtronicsは、OEMやシステムインテグレーターが新製品をコンセプトから市場投入まで短期間で実現できるよう支援します。ZigBee/BLEデバイスは、Sub-1GHzおよび2.4GHzのライセンスフリーISMバンド用の組み込みソフトウェアと開発ツールを備えたプログラマブルなインテリジェントIEEE 802.15.4モジュールで、スマートエネルギーメーター、スマートホーム、産業用無線オートメーション、M2Mソリューションの迅速かつ効率的なソリューションとして利用できます。

I2BZ SDKの特徴

BLE：BLE 5.0、ISMバンド対応
- BLEプロファイルとサービス。照明プロファイル、カスタマイズ・プロファイル
- BLE メッシュ。アドバタイジングとGATTベアラ、PB-GATTとPB-ADVプロビジョニング、ファウンデーションモデル、リレーサポートとGATTプロキシ
ZigBee: 802.15.4 @ ISMバンド
- ZigBee R21、ZLL、ZHAプロファイル、すべてのセキュリティ・プロファイル、超低消費電力動作
パワーマネージメント
- リッスンモードの消費電力を最適化
- 操作モード：アクティブモード、スタンバイモード、スリープモード、ディープスリープモード
- BEACONパケットまたはデータパケット受信時のウェイクオンLANのサポート
ファームウェアのアップグレード OTAファームウェア・アップグレードとUARTおよびJTAG経由のアップグレード
オペレーティング・システム FreeRTOS
開発ツール GNUツール/Eclipse IDE、デバッガ、フラッシュユーティリティ、電力測定ツール
対象アプリケーション
- スマート照明 - 電球、スイッチ
- 家庭用ドアロック、自動車用ドアロック
- 家電製品のIoTコネクティビティ

I2BZ SDKのアーキテクチャ

SoCtronics BLEメッシュスタックは、スマート照明やホーム・オートメーションのためのホームゲートウェイ/エンドノード上で動作するオープンソースベースの機能豊富なスタックです。メッシュモデル、ホームオートメーションプロファイル、および拡張のためのプロビジョニングをサポートしています。このスタックは、BLE 5.0 Meshをサポートするために独自に開発されたもので、ホームオートメーションの分野で多くの選択肢を提供することができます。

特徴

Bluetooth 5.0スタック(ホストのみ)
251バイトのパケットサイズに対応
ブロードキャスター、オブザーバー、ペリフェラル、セントラルの4つの役割の同時接続に対応
最大32の同時接続をサポート
レガシーおよびSC（セキュアな接続）SMPサポート（ペアリングおよびボンディング）。
完全なGATTサーバー、クライアント、およびすべてのサブプロシジャ
LEアドバタイジングエクステンション。
プロファイルとサービスのサポート

アラート通知プロファイルとサービス(ANS)
即時アラートサービス(IAS)
リンクロスプロファイルとサービス
送信電力サービス

Bluetooth Mesh対応
- アドバタイジングおよびGATTベアラ
- PB-GATTおよびPB-ADVプロビジョニング、GATTプロキシ
- ファウンデーションモデル（サーバーの役割）
- Relay、Friend、Lower Power Nodeのサポート

SoCtronics ZigBee3.0スタックは、照明とホームオートメーションのために設計された機能豊富なスタックです。クラシックとTouchLinkという２つのモードをサポートしています。ホームオートメーションでは照明、スイッチ、エネルギーメーターなど、さまざまなスマートデバイスのZigBeeで定義された役割をサポートできるように設計されています。このスタックは、ZigBeeの最新バージョン3.0をサポートするために独自に開発されたものです。お客様は、カスタムアプリケーションを追加したり、プロファイルを追加したりすることが可能です。

特徴

802.15.4準拠のHWで動作します
ZigBee Light Linkをサポート
ZLL（イニシエータとターゲット）によって定義されたZigBeeタッチリンクのコミッショニングをサポート
ZigBeeホームオートメーションをサポート
古典的なコミッショニングをサポート
照明のためのCIE 1931色空間をサポート
3つのデバイスタイプすべてをサポート

ZigBee コーディネータ
ZigBeeルーター
ZigBeeエンドデバイス

広く使用されているクラスタをサポート

SoCtronics社のIoTプラットフォームは、現場に配置された様々なセンサーやアクチュエーターのリアルタイム監視・制御のために、様々な産業分野で使用できる汎用的なソリューションで、このプラットフォームを在庫管理用にカスタマイズしたものは、倉庫、ホテル、食品加工業、スーパーマーケット、スマートホームなど、リアルタイムのセンサー監視と制御が必要な業種に適しています。 SmartRackは、家庭用食料品をインテリジェントに追跡・管理するための革新的なソリューションです。これは、キッチンラックに組み込むことができ、１つまたは複数の容器の内容を保持し、追跡することができます。オンライン・ショッピング・カートや地元の食料品店と統合し、食料品の安定供給にも応用できます。また、家庭での消費パターンを追跡し、消費したものを自動に注文したりできるなど、より便利な生活のために応用することも可能です。

製品概要

SmartRackは、質量センサーとRFIDを使用して容器の中身を識別し追跡する、低消費電力で持ち運び可能なWiFiベースのデバイスです。
このソリューションでは、Amazon AWS IoTクラウド上で動作するWebアプリケーションを使用して、SmartRackから生成されるデータをMQTT経由で定期的に収集しています。
消費者は、使いやすいユーザーフレンドリーなモバイル・アプリケーションを通じて、デバイスを設定したり現状を把握することができます。また、このアプリケーションは、定期的なアラートや消費の分析データおよび推奨事項などをユーザーに提供することもできます。
このデバイスは、高度な電力管理技術を採用し、長時間のバッテリー駆動を実現しています。PIRセンサーは、変化があったときだけデバイスを起動させるために使用されます。
デバイスの設定や現状のモニタリングはオンラインダッシュボードを介して行うことも可能です。

ワイヤレスVR SoC -- DMG（Directional Multi Gigabit）を使用したVRヘッドセットとプレーヤー間の広帯域AV通信

事例紹介

SoCtronicsは、ゲーム機とVRヘッドセット間の有線リンクを無線リンクに置き換える完全なソリューションを設計しました。このソリューションでは、ゲーム機とヘッドセットの両方でワイヤレスアダプターを使用し、双方がUSBとDPで接続されます。この高速無線通信は、60GHz帯を使用する802.11 AD（DMG - Directional Mutli Gigabit）を用いて実現され10メートルの距離で最大7Gbpsのデータレートを達成することができます。

このシステムでは以下のような機能を実現しました：

MACの実装
- 上位MAC機能(アソシエーション、リンクメンテナンス)
- 下位MAC機能（ビーコン送信、チャネル割り当て、レートアダプテーション）
- ビームフォーミング（データ転送に最適なTX/RXセクターを見つけるための11AD手順）
- EDCA-TXOP
プラットフォーム側
- USB 3.0/2.0
  - デバイスとホストスタックの実装。
  - HID、オーディオ、MSCおよびビデオデバイスクラスのサポート。
Dev Ops
- 時間ごとのテスト、夜間のテストやリリーステストなどで自動化されたビルドとテストのインフラストラクチャ
- Jenkinsからのビルドメンテナンスとテストケースの実行

SoCtronicsは、Wifiメッシュ上でAVB/TSN機能を利用したマルチルーム、マルチチャンネル・オーディオ配信のデモを行いました。 SoCtronicsではこのシステムをスムースに動作させるために複数のオープンソース・スタックを使用し、いくつかの重要な部分をカスタマイズしました。

WiFi MACのカスタマイズ

WiFi Mesh（Open80211sスタック）上で動作させるためにAVBをカスタマイズし、またADOV、RANN、MCCA、EDCAなどの機能もカスタマイズしました。WiFi MeshではMedia Stream Reservation Protocol (MSRP)が利用できないため、MCCAの仕組みを利用して必要なQoSを実現しました。また、8021Qav Forwarding and Queuing for Time-Sensitive Media Streams (FQTSS) は、EDCAを用いたクレジット・ベース・シェーピングを用いて実現しました。

タイミング同期

IEEE 802.11 は時間測定のモジュールを使ってGPTPの統合をサポートし、また802.1AS のメディア依存モジュールは 802.11 MAC をサポートしています。（802.1ASでは 802.11の時間測定プリミティブのメッセージを処理することが可能です）これは、タイミングの同期に使用されました。

AVB- 1722メディアトランスポート

OpenAVNUのAVBとAVTPを必要な帯域幅を維持したままマルチチャンネル/インターリーブオーディオに適合するようにカスタマイズしました。オーディオのソースは、AVB TalkerとControllerの役割を果たすように、またすべてのエンドポイントは、AVBリスナーの役割のためにカスタマイズされています。