ワイヤレス​計測​デバイス​選択​ガイド

概要

ワイヤレス​計測/​監視​システム​を​利用​すると、​システム​構築​に​かかる​コスト​の​削減​や​柔軟性​の​向上、​システム​の​実装​の​簡素​化​が​可能​と​なる​ほか、​ワイヤード​システム​では​実現​が​難​しか​っ​た​アプリケーション​に​も​対応​できる​よう​に​なり​ます。​NI​ワイヤレス計測ソリューションを導入すれば、​システムの信頼性や計測品質を損ねずに、​その​よう​な​メリット​を​実現​でき​ます。​また、​NI​プラットフォーム​では​ワイヤレス​デバイス​を​ワイヤード​システム​に​組み​込​んで、​完全​な​計測/​制御​システム​を​構築​する​こと​も​可能​です。

​NI​では、​多く​の​新しい​アプリケーション​で​柔軟性​の​向上​と​コスト​の​削減​を​実現​できる​ワイヤレス​計測​製品​を、​IEEE 802.11​を​ベース​に​した​Wi-​Fi​データ​集録​(DAQ)​と​IEEE 802.15.4​を​ベース​に​した​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​(WSN)​の​2​つ​の​ラインナップ​で​ご​用意​し​てい​ます。​これらの​2​種類​の​製品​は、​帯域​幅​や​電力、​セキュリティ​など​の​面​で​仕様​が​異​なり​ます​が、​いずれ​も​NI LabVIEW​と​完全​対応​し​て​おり、​高度​な​カスタマイズ​オプション​も​あり​ます。

コンテンツ

NI Wi-​Fi​データ​集録​デバイス

Wi-​Fi​データ​集録​と​は、​PC​と​データ​集録​デバイス​間​を​無線​LAN​で​接続​し​て、​PC​ベース​の​データ​集録​を​行う​もの​で、​ケーブル​配線​が​困難​だ​っ​たり​コスト​的​に​現実​的​で​ない​計測​アプリケーション​に​最適​です。​NI Wi-​Fi​データ​集録​デバイス​(DAQ)​は、​IEEE 802.11b/​g​ワイヤレス/​Ethernet​通信、​センサ​の​直接​接続、​柔軟​な​NI-​DAQmx​ソフトウェア​を​組み合わせる​こと​で、​電気、​物理、​機械、​および​音響​信号​の​リモート​監視​を​可能​にし​ます。​NI Wi-​Fi DAQ​デバイス​では、​チャンネル​あたり​50 kS/​秒、​分解能​24​ビット​で​連続​波形​データ​を​転送​する​こと​が​でき​ます。

 

NI Wi-Fi DAQワイヤレスデータ集録

図​1.NI Wi-​Fi DAQ​デバイス​は​連続​波形​データ​を​ホスト​コンピュータ​に​転送​し​ます。

さらに、​NIST​承認​の​128​ビット​AES​暗号​化​技術​と、​高性能​な​IEEE 802.1X​ネットワーク​認証​方式​が​採用​さ​れ​て​おり、​最も​高度​な​ネットワーク​セキュリティ​機能​を​提供​し​てい​ます​(WPA2 Enterprise)。​LabVIEW​など​の​NI​ソフトウェア​プラットフォーム​の​高い​柔軟性​と、​普及​率​の​高い​802.11​ネットワーク​インフラ​ストラクチャ​が​利用​可能​な​こと​から、​NI Wi-​Fi DAQ​を​使用​した​新​システム​の​構築​や​既存​システム​と​の​統合​が​容易​です。

NI Wi-​Fi​データ​集録​の​詳細

NI WLS-9163​および​C​シリーズ​ハードウェア

各​NI Wi-​Fi DAQ​デバイス​は、​NI WLS-9163​ワイヤレス​キャリア​と​NI C​シリーズ​信号​調節​モジュール​を​組み合わせ​た​もの​です。​WLS-9163​は、​ホスト​PC​へ​の​接続​に​IEEE 802.11b/​g​と​Ethernet​の​両方​を​使用​でき​ます。

図​2.​各​NI Wi-​Fi DAQ​デバイス​は、​NI WLS-9163​キャリア​と​NI C​シリーズ​モジュール​を​組み合わせ​て​ワイヤレス​セン​サ​計測​を​実現​し​ます。

C​シリーズ​モジュール​は、​直接​センサ​接続、​NIST​トレーサ​ブル​校正、​信号​調節​機能​の​内蔵​など​により、​温度、​高​電圧​デジタル​I/​O、​歪み、​加速度、​電流、​電圧​といった​あらゆる​計測​に​対応​し​ます。​WLS-9163​ワイヤレス​セン​サ​の​ほかに​も、​NI CompactDAQ/​CompactRIO​や​NI USB-9162​シングル​モジュール​キャリア、​ENET-9163 Ethernet​キャリア​など、​異なる​シャー​シ​で​計測・​制御​アプリケーション​に​C​シリーズ​モジュール​を​入れ替え​て​使用​する​こと​が​でき​ます。​例えば、​WLS-9163​キャリア​を​購入​し​C​シリーズ​モジュール​を​別に​選ぶ​こと​も、​WLS-9xxx​デバイス​として​まとめ​て​購入​する​こと​も​可能​です。​互換性​の​ある​デバイス​の​一覧​について​は、こちらを​ご覧​くだ​さい​(英語)。

安全​な​ワイヤレス​データ​集録

NI Wi-​Fi DAQ​デバイス​は、​IEEE 802.1X​ネットワーク​認証​や​128​ビット​AES​データ​暗号​化​を​含む、​最も​高度​な​ワイヤレス​ネットワーク​セキュリティ​規格​IEEE 802.11i(通称​WPA2 Enterprise)​を​実装​し​ます。​認証​を​行う​こと​によって​権限​の​ある​デバイス​だけ​が​ネットワーク​に​アクセス​可能​となり、​暗号​化​によって​データ​パケット​が​傍受​さ​れる​の​を​防ぐ​こと​が​でき​ます。​世界​で​受け入れ​ら​れ​て​いる​IEEE 802.11i​セキュリティ​規格​は、​IT​分野​における​10​年​に​及ぶ​ワイヤレス​技術​の​改善​により​生まれ​た​もの​です。​NI Wi-​Fi DAQ​デバイス​では、​標準​の​セキュリティ​プロトコル​を​採用​する​こと​で、​IT​ネットワーク​経由​で​ワイヤレス​計測​を​安全​に​行う​こと​が​容易​に​な​って​い​ます。

NI-​DAQmx​ソフトウェア​を​使用​した​ワイヤレス​計測​ストリーミング

ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​では、​これまで​20​年​以上​にわたり​高​品質​な​PC​ベース​の​データ​集録​製品​を​提供​してき​ま​した​が、​今後​も​NI-​DAQmx​ドライ​バ​ソフトウェア​を​中心​と​した​データ​集録​プラットフォーム​により​技術​者​や​研究者​を​支援​し​てい​き​ます。​計測​アプリケーション​の​多様​性​を​認識​する​NI​では、​特定​の​PC​バス​技術​に​依存​しない​データ​集録​を​展開​し​てい​ます。​NI-​DAQmx API​は、​PCI、​PCI Express、​PXI、​PXI Express、​USB、​Ethernet、​Wi-​Fi​で​同じ​もの​を​使用​する​こと​が​でき​ます。​つまり、​USB​データ​集録​デバイス​用​に​開発​した​アプリケーション​(高速​アプリケーション​を​含む)​を、​ソフトウェア​を​一切​変更​する​こと​なく​ワイヤレス​データ​集録​デバイス​に​も​使用​できる​という​こと​です。

図​3. NI-​DAQmx​ドライ​バ​ソフトウェア​を​使用​すると、​データ集録バス技術が抽象化され、​異なるプログラミング言語間で統一された​API​を​利用​する​こと​が​でき​ます。

NI Wi-​Fi DAQ​デバイス​は、​連続​する​24​ビット​波形​データ​を​50 kS/​秒​を​超える​レート​で​複数​の​計測​チャンネル​から​ストリーミング​する​こと​が​でき​ます。​その​よう​な​大量​の​データ​を​ワイヤレス​ネットワーク​で​送信​する​の​は​ただならぬ​タスク​ですが、​NI-​DAQmx​を​使用​すると​複雑​な​TCP/​IP​経由​で​の​バッファ​型​転送​の​作業​が​簡素​化​さ​れ​ます。​NI-​DAQmx​と​NI Wi-​Fi DAQ​では、​ワイヤード​ソリ​ュ​ー​ション​と​同等​の​性能​や​信頼​性​を​維持​した​まま、​デバイス​サイド​の​インテリジェンス​や、​メッセージ​ベース​通信、​高度​な​スト​リー​ミン​グエン​ジン​など、​テスト/​計測​アプリケーション​に​利用​できる​ワイヤレス​技術​の​メリット​を​全て​生かす​こと​が​でき​ます。

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NI​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​デバイス

ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​(WSN)​と​は、​センサ​を​使用​し​て​物理​状態​や​環境​状態​を​監視​する​自立​デバイス​が​空間​的​に​分散​さ​れ​た​ワイヤレス​ネットワーク​です。​それらの自立デバイスをノードと呼び、​一般​的​な​WSN​システム​は​ノード​に​ルータ​と​ゲート​ウェイ​を​組み合わせ​て​構築​し​ます。​分散​計測​ノード​は、​中央​ゲート​ウェイ​と​ワイヤレス​で​通信​し​ます。​中央​ゲート​ウェイ​と​は、​計測​データ​の​収集、​処理、​解析、​表示​が​できる​ワイヤード​環境​へ​の​接続​を​提供​する​装置​です。​ルータを使用してノートとゲートウェイの間の通信リンクを追加すれば、​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​の​距離​を​延長​できる​とともに​信頼​性​を​さらに​高める​こと​が​でき​ます。

 

図​4. 一般​的​な​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​アーキテクチャ

ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​ワイヤレス​セン​サ​ネットワークでは、​4​個​の​AA​電池​で​最長​3​年​稼動​する​信頼​性​の​高い​低​電力​計測​ノード​が​利用​可能​で、​長期​的​な​リモート​操作​に​対応​し​ます。​IEEE 802.15.4​技術​に​基​づ​い​た​NI WSN​プロトコル​は、​ネットワーク​の​距離​と​信頼​性​を​向上​させる​メッシュ​ルーティング​機能​を​備え​た​低​電力​通信​規格​です。

ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​の​詳細

NI WSN​ハードウェア

ほとんど​の​WSN​アプリケーション​では、​分散​計測​ノード​が​周囲​環境​から​データ​を​集録​し、​その​計測​データ​を​ゲート​ウェイ​に​送信​する​基本​的​な​ネットワーク​アーキテクチャ​を​構築​でき​ます。​柔軟性​の​ある​NI WSN​では、​Ethernet​ゲート​ウェイ​を​Windows​や​LabVIEW Real-​Time​を​搭載​した​ホスト​コントローラ​に​接続​する​こと​が​でき​ます。

図​5.NI WSN​ゲート​ウェイ​と​計測​ノード​により、​分散​型​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​が​構築​さ​れ​ます。

NI WSN Ethernet​ゲート​ウェイ​は、​NI​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​内​で​の​分散​型​計測​ノード​と​ホスト​コントローラ​の​通信​を​調整​し​ます。​ゲート​ウェイ​に​は​2.4 GHz​の​IEEE 802.15.4​無線​機​が​備​わ​って​おり、​これ​によって​セン​サ​ネットワーク​内​の​計測​データ​を​収集​し​ます。​また、​10/100 M​ビット/​秒​Ethernet​ポート​が​搭載​さ​れ​て​いる​ため、​Windows​または​LabVIEW Real-​Time​を​搭載​した​ホスト​コントローラ​へ​の​接続​も​可能​です。​ゲート​ウェイ​は​最大​8​個​の​エンド​ノード​に​対応​でき​ます​が、​ルータノード​を​追加​すると、​最大​で​36​個​の​ノード​と​通信​する​こと​が​可能​となり​ます。

高​確度​の​NI WSN​計測​ノード​に​は、​4​チャンネル​の​アナログ​入力​と​4​チャンネル​の​デジタル​入出力​が​搭載​さ​れ​てい​ます​ので、​センサ​を​容易​に​接続​でき​ます。​また​4​個​の​AA​アルカリ​電池​で、​最大​3​年​稼働​する​よう​に​な​って​い​ます。​デジタル​チャンネル​は、​それぞれ​入力、​シング​出力、​または​ソース​出力​として​構成​でき​ます。​また​WSN-3202​に​は、​バッテリ​または​外部​電源​から​取り込む​最大​12 V、​20 mA​のセンサ電源出力ラインが搭載され、​外部​センサ​を​駆動​する​こと​が​でき​ます。

NI-​WSN​ソフトウェア

NI LabVIEW​ソフトウェア​を​使用​し​て​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​システム​を​設計​する​こと​で、​グラフィカル​プログラミング​の​迅速​な​開発​の​メリット​を​ソリューション​全体​に​活用​でき​ます。​LabVIEW​が​あれ​ば、​同じ​グラフィカル​プログラミング​方式​で、​ノード​に​インテリジェンス​を​追加​した​り、​データ​ロギング、​データ​処理、​および​アラーム​設定​が​可能​な​デスク​トップ​または​組​込​リアルタイム​アプリケーション​を​開発​した​り、​任意​の​Web​対応​型​デバイス​を​利用​し​て​アプリケーション​に​アクセス​する​Web​サービス​を​作成​する​こと​が​でき​ます。

図​6. LabVIEW​グラフィカル​プログラミング​プラットフォーム​を​使用​し​て、​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​の​機能​向上​や​カスタマイズ​が​でき​ます。

I/​O​変数​を​LabVIEW​プロジェクト​から​LabVIEW​ブロック​ダイ​ア​グラム​に​ドラッグ​アンド​ドロップ​する​だけ​で、​データ​の​抽出​や​解析、​表示​が​可能​です。​また、​I/​O​変数​を​使用​し​て、​リンク​品質​や​バッテリ​電圧​など​の​ノード​属性​を​監視​した​り、​ノード​が​エンド​デバイス​と​メッシュルータ​の​どちら​に​構成​さ​れ​て​いるか​を​特定​する​こと​も​でき​ます。​簡単​な​データ​抽出​プログラム​を​作成​した​り、​WSN LabVIEW​コード​を​統合​し​て、​完全​な​有線/​無線​計測・​解析​プログラム​を​構築​する​こと​も​可能​です。

LabVIEW WSN​ソフトウェア

LabVIEW​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​モジュールは、​LabVIEW​グラフィカル​プログラミング​環境​を​拡張​し​て、​組​込​アプリケーション​を​作成​し、​NI WSN​計測​ノード​に​実装​し​ます。​NI LabVIEW​ワイヤレス​セン​サ​ネットワーク​(WSN)​モジュール​Pioneer​を​使用​すると、​ノード​の​動作​を​最適​化​し、​カスタム​解析​を​実行​し、​プログラム​可能​な​NI WSN​計測​ノード​に​判断​条件​を​組み込む​こと​によって、​バッテリ​寿命​を​延ばす​こと​が​でき​ます。

図​7. NI LabVIEW WSN​モジュール​を​使用​すると、​組​込​LabVIEW​アプリケーション​を​NI WSN​計測​ノード​に​実装​でき​ます。

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