モバイル・インターネットのパイオニアとして国際ビジネスを展開している株式会社ACCESS（アクセス）は、このほど次世代送電網である「スマートグリッド」市場に参入。その第一弾として、スマートグリッドの中核機器の一つである、スマートメーター向けに、IPv6の対応のセンサー・ネットワーク・ソリューション「NetFront Smart Objects」を、「スマートグリッド展2010」（6月16日～18日：東京ビッグサイト）に出展・デモし、大きな注目を集めた。この「NetFront Smart Objects」（ソフトウェア）は、ACCESSのグループ会社「IP Infusion」によって開発された。また、今回の展示デモでは、スマートメーターに、Googleの「Google PowerMeter」が搭載され、リモートから電力量などをパソコン画面に表示するデモも行われた。なお、「NetFront Smart Objects」ソリューションはすでに6月から、国内外のエネルギーインフラ業界を対象に提供開始された。前編では、IETF標準に準拠したNetFront Smart Objectsの特徴やその技術の内容を紹介する。
ACCESSがIPv6対応のスマートメーター向け
「NetFront Smart Objects」を公開デモ！（前編）
＝Google PowerMeterも搭載し見える化を実現＝
≪1≫IPv6に対応したNetFront Smart Objectsの特徴
〔1〕「スマートメーター」向けに開発されたソフトウェア
世界各国でスマートグリッドの取り組みが活発化しているが、そのスマートグリッド中核機器の一つである「スマートメーター」への関心が急速に高まっている。スマートメーターとは、従来から家庭やオフィスビルなどに設置されているアナログ方式の電力計に代わる新しい電子式のデジタル電力量計である。電力会社は電力の安定供給を実現するために、このスマートメーターを通して、各家庭の電力の使用状況等の情報を収集（自動検針）・分析し、家庭での電力消費量が大きすぎる場合には、使用量を抑制するなどの協力を要請（フィードバック）するなど、双方向の通信機能を備えている。
これによって、ユーザー側の負荷を遠隔から制御する負荷制御や、ユーザーの電力使用のピーク・シフトを促進するための「電力の需要応答」（デマンドレスポンス）などの機能を実現している。すでに欧米ではスマートメーターの導入が活発化し、日本でも経済産業省が2010年5月から「スマートメーター制度検討会」を発足させ、スマートメーターをどのように整備し導入していくかなどの検討が開始されている。
今回発表されたACCESSの「NetFront Smart Objects」は、IPv6に対応したスマートメーター向けの最新の「センサー・ネットワーク・ソリューション」として位置づけられているが、具体的には、スマートグリッドをはじめとするセンサー・ネットワーク環境に向けて開発されたソフトウェアである。このソフトウェアによって、いろいろなセンサー機器をIPv6ネットワーク上で連携させることが可能となる。
〔2〕IETF標準に準拠した最新のソフトウェア
この、「NetFront Smart Objects」の大きな特徴は、インターネット技術の標準化組織であるIETF標準に準拠した最新のソフトウェアであり、次のような標準に対応している。
（1）センサー・ネットワークにおいてIPv6の利用を可能とする6LoWPAN-ND（6LoWPAN近隣発見プロトコル。表1参照）に準拠していること。
（2）また、IETFが推奨する関連技術である、センサー・ネットワーク上でメッシュ・トポロジー（網の目状構成のネットワーク）のルーティング制御を行う、Roll（Routing Over Low power and Lossy networks、roll WG。表1参照）プロトコルにも準拠していること。
（3）さらに、今後、core〔Constrained RESTful Environments、低電力な小型デバイス群（センサー等）向けのアプリケーションフレームワークの標準化〕によって、TCP/UDP上で動作するIPアプリケーション・プロトコル(HTTPやSNMPなどに対応)を、6LoWPAN環境に最適化していく予定となっていること。
なお、ここでいうセンサー・ネットワークとは、センサー機能搭載の端末（自動温度調節器や家電・空調機器等）から温度や湿度、電力使用量などのデータを収集し、ユーザーに有益な形の情報としてフィードバックし、宅内ディスプレイなどに表示して提供する無線ネットワークのことである。
表1に、前述した「NetFront Smart Objects」の特徴と使用されている技術をさらに詳しく整理して示す。
| 項 目 | 内 容 |
| IETF標準準拠 | IPv6センサー・ネットワークを実現する最新IETF標準技術の採用。 ■センサー・ネットワークにおいてIPv6の利用を可能とする6LoWPAN-ND、IPv6ヘッダ圧縮等を行う6LoWPAN-HC、センサー・ネットワーク上でメッシュ・トポロジーのルーティング制御を行うRollなどのIETFの標準規格に準拠。 |
| 6LoWPAN-HC | 6LoWPAN-Header Compression （ヘッダ圧縮フォーマット）。 （IETFの6lowpanワーキング・グループで策定されているヘッダ圧縮フォーマット） ■ MTU (Maximum Transfer Unit、最大伝送単位)の制限が厳しい無線インタフェースにおいて、IPv6ヘッダ圧縮およびIPv6パケットのフラグメント/デフラグメント（分割／組立）を行い、IPv6パケットの伝送効率を向上させる。 〔RFC4919：IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks (6LoWPANs):Overview, Assumptions, Problem Statement, and Goals、 2007年8月〕。 |
| 6LoWPAN-ND （6lowpan WG） | 6LoWPAN-Neighbor Discovery（6LoWPAN近隣発見プロトコル）。 ■ アドレス解決（IPv4ではARPを使用）や、近隣探索においてフラッディング（フレームの洪水）を抑え、IPv6ネットワークの制御パケットの最適化を行うことで、データ伝送効率を向上させるプロトコル。RPLなど他のプロトコルを用いないNeighbor Discoveryベースでの簡易なメッシュ・ルーティングを実現する。 （RFC4861："Neighbor Discovery for IP version 6 (IPv6)"、2007年9月） |
| RPL （roll WG） | IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy Networks。 （IETFのrollワーキング・グループで策定されているIPv6ルーティング・プロトコル）。 ■ 不安定な無線ネットワークにおける低電力およびルーティングベースのメッシュ・トポロジーの構成を目的としたルーティング・プロトコル。 |
| CoRE （core WG） | Constrained RESTful Environments ■ 低電力な小型デバイス群（センサー等）向けのアプリケーションフレームワークの標準化を目指している。2009年11月のIETF広島会合でBOFが開催され、2010年3月に6LoWApp（Applications in resource-constrained networks）BOFからワーキング・グループに昇格した。 ＜http://datatracker.ietf.org/wg/core/charter/＞ |
| Google PowerMeter API | Google PowerMeter Application Programming Interface。 ■ Google PowerMeter API対応の電力計（スマートメーター）は、家庭やオフィスに設置することで、消費電力等をインターネット経由で確認することが可能となる。 |
| ZigBee Smart Energy Profile | Smart Energy Profile1.0（SE1.0）／Smart Energy Profile2.0（SE2.0）がある。SE2.0はIP対応で、2011年3月に完成予定。 ■ 802.15.4 上で動作するZigBee対応のスマートグリッド向けのアプリケーション機能仕様（プロファイル）。 ZigBeeアライアンス準拠のホーム・ネットワーク向けエネルギー管理プロトコル。電力消費量の測定・表示、デマンド・レスポンス（電力需給の制御）と負荷制御、電力料金の測定・表示等のプロファイルがある。 |
6lowpan WG： IPv6 over Low power WPAN Working Group（ワーキング・グループ名の場合は、6lowpanのようにすべて小文字を使用する。一般的には6LoWPANと表記）
roll WG：Routing Over Low power and Lossy networks Working Group（ワーキング・グループ名の場合は、rollのようにすべて小文字を使用する。一般的にはRollと表記）
〔3〕ZebOSプラットフォームをベースにした「NetFront Smart Objects」
ACCESSは、2006年に、米国カリフォルニアにある子会社「IP Infusion Inc.」を買収しているが、2010年2月には世界に先駆けて、すでにIPv4環境でもIPv6パケットを使用して通信することが可能とする「6rd技術（後述）」に準拠したトンネリング・ソリューション「ZebOS（ゼボス）Rapid Deployment」を開発している。このZebOS（ゼボス）は、フリーのルーティング・プロトコル「GNU Zebra」を商用化した通信機器向けソフトウェア・プラットフォームであるが、このZebOSプラットフォームをベースにして、センサー系の特殊な制御やルーティングのビジネスを展開するため、今回、その第1弾として、「NetFront Smart Objects」が発表されたのである。〔6rd：IPv6 rapid deployment、IETFで標準化が行われているIPv6接続を実現する技術の一つ。IPv4ネットワーク上でIPv6パケットを流すためのトンネリング技術〕。
≪2≫今回のNetFront Smart Objectsの展示・デモ内容
今回のNetFront Smart Objectsの展示デモでは、6LoWPANのND（Neighbor Discovery、近隣発見プロトコル）をフルに実装してデモが行われた。
ND（近隣発見プロトコル）とは、レイヤ3のIPアドレス情報からリンク・レイヤ（MACレイヤ）のアドレスを解決する（発見する）ための手法であり、また、IPv6アドレスの自動生成機能も備えている。その場合は、ルータがRA（Router Advertisement、ルータ広告）メッセージでアドレスを広告して、各デバイス（例：ルータ）がRAで受け取ったプレフィックスをベースに、自分のIPv6アドレスを自動的に生成するといった処理を行う〔RA：Router Advertisement、ルータ広告。ルータが近隣の各デバイス（ノード）のプレフィックス等を通知するためのメッセージ。プレフィックスとはIPv6アドレスのホストアドレス部の前に位置する（プレフィックスの意味）ネットワーク・アドレス部のこと〕。
NetFront Smart Objectsは、図1に示すように、スマートメーターや電気自動車向けの充電スタンド等に実装され使用される。
≪3≫スマートメーターとコンセントレータにNetFront Smart Objectsを搭載
〔1〕各スマートメーターからの情報をコンセントレータが集約
図2は、スマートグリッド環境における、スマートメーターとコンセントレータにNetFront Smart Objectsを適用した例を示す。スマートメーターは、家庭のホーム・エリア・ネットワーク（HAN）に接続された機器（空調・照明機器等）から収集した電力の使用状況の情報等を電力会社側（例：コンセントレータ）に送信するゲートウェイの役割を果たしている。
このコンセントレータは集線装置とも言われるが、コンセントレータはスマートメーターからの情報を集約する屋外の装置（電力会社側の装置）で、電力会社などのサーバ（ユーザーの情報を収集し処理する装置）の手前に位置し、配電線の電柱の上などに設置される。このコンセントレータは、ある規模のエリアごとに設置され、各家庭のスマートメーターから情報を収集し、その収集した情報を、WAN（広域通信網）を経由して電力会社などのサーバに送信されることになる（その逆も行われる）。
〔2〕AMI環境におけるスマートメーターとコンセントレータ
このようなスマートグリッド環境を実現するために、電力会社側と家庭側を結んで電力使用量の収集や計測（メータリング）情報を双方向にやり取りする通信基盤は、一般にAMI（Advanced Metering Infrastructure、高度メーター基盤）と呼ばれている。具体的には、このAMIは、
（1）家庭内のHAN（ホームエリアネットワーク）と接続されたスマートメーター
（2）複数の家庭のスマートメーターからの情報を収集する電柱上に設置されたコンセントレータ（集線装置。ボーダールータとも言われる）
（3）さらにコンセンレータから送られてくる情報を解析し処理する電力会社（Utility：ユーティリティ）側などのサーバ（「AMIサーバ」とも言われる）
などで構成される。このAMIによって、電気の使用量の自動検針が可能になるだけではなく、電力会社が最適なエネルギー需給を実現するために、家庭側の電力需要の制御（DSM：Demand Side Management）や、協力してくれる家庭に対するインセンティブの提供などのような顧客サービスの充実などを可能とする。
〔3〕スター型トポロジーとメッシュ型トポロジー
図2に示す6LoWPANの環境においては、スマートメーターは「ホスト」（家庭内）と呼ばれ、コンセントレータは「ボーダールータ」（家庭と電力会社の境界に設置される屋外のルータ）と呼ばれる立場になり、この2つで構成される。センサー・ネットワークにおいては、
（1）Mesh-under
（2）Route-over
の2つのネットワークト・ポロジーが考えられている。Mesh-underでは、MACレイヤにおいてメッシュ・トポロジーを構成し、その上にIPを適用することになる。このため、IPレイヤではスター型トポロジーのネットワーク構成となる。それに対し、Route-overではIPレイヤでメッシュ型トポロジーを構成することになる。そのため、Route-overにおいてはIPを用いたマルチホップによる通信が可能となる。6LoWPAN-NDにおいてはオプショナルな実装によって、このマルチホップ通信に対応可能となる。
図2の右側の上部は、現在マルチホップ型のネットワーク構成で動作している。スター型のネットワークにおいては、IPレイヤにてマルチホップ通信はできない。このため、図2の右下部の×印が示すように、複数のスマートメーターを介したIPによるマルチホップ通信ができないことになる。この場合においても、マルチホップ通信を行うためには異なるプロトコルを用いてMACレイヤにてメッシュ・トポロジーを実現する必要がある。
≪4≫マルチホップ方式によるスマートメーターの動作例
〔1〕「コンセントレータ」、「6LoWPANルータ」、「ホスト」の組み合わせ
図2に示す上部の家庭側の左からスマートメーターをA、B、Cとすると、これらのスマートメーター群は、前述したマルチホップ方式で動作しているが、この場合、
（1）外部のコンセントレータ（集線装置。ボーダールータとも呼ばれる）
（2）6LoWPANルータ（スマートメーターAとB：ルーティング機能あり）
（3）ホスト（6LoWPAN HOST。スマートメーターC：ルーティング機能なし）
という3つの組み合わせになる。
すなわち、図2に示すスマートメーターAとBはルーティング機能（マルチホップ機能）をもっているので「6LoWPANルータ」（6LR）と呼ばれ、次のスマートメーターにパケットをフォワーディング（転送）する機能をもっている。図2の右端のスマートメーターCは、基本的にパケットを出すだけで、ルーティング機能はもっていない（パケットをフォワーディングする必要がない）ので「ホスト」（6LoWPAN HOST）と呼ばれる（写真2）。
このように、「ホスト」の機能を削減（ルーティング機能を削除）することによって、ソフトウェアのサイズを抑制している。
ただし、基本的には、各電力事業者で使用されるハードウェアのリソースやネットワークのトポロジー（スター型かマルチホップ型か）にもよるので、いずれにも対応できるようになっている。
〔2〕IPをベースとするSmart Energy Profile 2.0
図2で使用されている無線ネットワークは、通常は、ZigBeeの物理層／MAC層（802.15.4規格）を使用している。その上のネットワーク層に6LoWPANプロトコルが使用され、さらにその上にアプリケーション層が実装されることになる。この物理層からアプリケーション層まで含めたプロトコルの仕様としてSmart Energy Profileと呼ばれる。Smart Energy Profile 1.xでは、基本的にZigBeeプロトコルの体系となっている。しかし、米国のNIST（米国・国立標準化技術研究所）の標準ではIP化することが必須となっており、そのためZigBee AllianceではIPをベースとしてSmart Energy Profile 2.0を策定中である。Smart Energy Profile 2.0では、物理層/MAC層にIEEE802.15.4規格を用い、その上で6LoWPAN/RPLをベースとしてZigBee IPと呼ばれるプロトコルが実装される。Smart Energy Profile 2.0は2011年3月完成目指して、現在標準化中なので、この展示ではフル実装されていない。ACCESSでは、Smart Energy Profile 2.0で使用されるZigBee IPに含まれる6LoWPANプロトコル（IPv6スタックとIPv6 ND）の開発を行い、これらを組み込んでデモを展開した。
今回のデモでは、無線ネットワークはZigBee（250kbps）ではなく、Wi-Fi（802.11b：11Mbps）を使用してデモが行われた。
前述したように、ZigBee Smart Energy 2.0のプロファイル（機能標準）からIP対応になるため、現在、ZigBee AllianceやIPSOがIETFと協力して、IP対応のプロトコルスタックの標準化が進められている〔IPSOアライアンス：IP for Smart Objects、スマートオブジェクト（スマートグリッド関連製品）のためのIPプロトコル標準化団体〕。
（後編へつづく）
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スマートハウスを実現するための技術動向とSmart Energy Profile 2.0に関する初めての解説書
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本書では、先行する米国のホームエリアネットワーク（HAN）技術を中心に、最新のアプリケーション「Smart Energy Profile 2.0」について全体像を解説している。さらに、スマートハウスを構成する「スマートメーター」「HEMS」（ホームエネルギー管理システム）」「エネルギー端末」について整理してまとめ、続いてスマートハウスに関連する実証実験プロジェクトやビジネス動向についても触れている。
| 【目次】 はじめに 第1章 スマートグリッドとスマートハウス 第2章 スマートハウス向け世界標準を目指すSmart Energy Profile 2.0（SE2.0）の全体像 第3章 スマートハウスを実現する構成要素 第4章 スマートハウスのビジネス動向と参入プレイヤー 第5章 スマートハウスの今後の展開 スマートハウス用語集 索引 |