RFID に基づく IoT の包括的な入門

実際には、IoT（Internet of Things／モノのインターネット）は、すでに1999年の時点で提唱されており、その定義は、RFID（Radio Frequency Identification／無線自動識別）などの情報認識デバイスを通じて、あらゆるモノがインターネットに接続されることで、知的な識別と管理を実現するというものである。したがって、簡単に言えば、IoTとは、RFID技術に基づいて構築されたセンシングネットワークにほかならない。

IoTの基本原則とRFID技術

コンピュータインターネットに基づき、IoT は実際には RFID と無線データ通信技術に依存して、モノ同士を接続するインターネットを構築している。したがって、IoT の本質的な中核技術の一つは RFID にある。このネットワークでは、人間の操作を必要とせずに、モノ同士が相互に通信することが許されている。IoT の核心は、RFID 技術に基づくコンピュータインターネットを通じて、モノの自動認識と情報の相互接続および共有を実現することであり、RFID 技術こそがモノに「話をさせる」技術である。IoT の段階においては、RFID タグは規格性と相互運用性を備えた情報を記憶し、その情報は無線データ通信システムを通じて自動的に中央情報システムに保存される。これにより、モノが識別され、オープンなインターネットを介して情報の交換と共有が実現される。

・IoT の構成と動作原理

a. IoT の起源

世界中の人々を緊密につなぐインターネットと同様に、RFID 技術が適用されたインターネットは、世界中のあらゆるモノ同士を結びつけることが可能である。さらに、あらゆるモノ同士が互いに「通信」することが許されている。

b. IoTの構成

典型的IoTは、RFIDシステム、サバントシステム、インターネットシステムという3つの要素で構成されており、以下の図で示すことができます。

RFIDシステムは主に、RFIDタグ、リーダー、およびデータ交換・管理システム（プロセッサ）用ソフトウェアで構成される。 Savantシステムは、Savantサーバー、ONS（オブジェクトネーミングサービス）サーバー、PML（フィジカルマークアップランゲージ）サーバーおよび対応するデータソフトウェアで構成される。 インターネットシステムは、コンピュータシステムとネットワークサーバーで構成される。

c. 動作原理

IoT システムにおける RFID リーダーは、RF モジュールを制御してタグへ読み取り信号を送信し、タグから送信される応答信号を受信することができる。また、電子タグ上の対象識別情報をデコードし、その対象識別情報をタグ上の他の情報とともに Savant システムへ送信して処理させることができる。一般的に言えば、RFID リーダーの動作周波数はタグの周波数と同一に保たれる。

上記の図に示されるIoT構造に基づき、リーダーがタグから搬送情報を受信し、送信信号を変調および復調した後、その情報を処理のためにSavantシステムへ送信し、その後その情報はインターネットへ送信される。その後、ONSがインターネット上におけるモノの保存場所を特定するために適用され、ONSはSavantシステムに対してモノの情報を保存しているサーバーを示すことが可能であり、本ファイルに記載された情報を送信する。

・RFIDシステムの動作原理

a. システム構成

さまざまな用途に応じて、RFID システムは構成要素が互いに異なる場合があります。しかし基本的には、RFID システムはタグ、リーダー、およびデータ交換・管理システムによって構成されます。電子タグは、結合コンポーネントとセキュリティロジックを含むチップによって構成されています。

b. 動作原理

高度な自動認識技術として、RFID は無線周波数を用いて非接触の全二重データ通信を実現し、対象物を識別します。RFID タグはチップとアンテナで構成されており、各タグには固有の製品コードが付与されています。

RFIDシステムは、トランスポンダとセンサー送受信機の間でデータを送信することができます。次の図は、RFIDシステムの動作原理を示しています。

RFIDシステムが動作しているとき、一定の周波数をもつ高周波信号が、まずリーダーからアンテナを通して送信される。RFIDタグがリーダーの動作範囲に入ると、アンテナに誘導電流が発生し、RFIDタグはそのエネルギーを取り込んで起動し、自身のコード情報をリーダーへ送信する。パッシブ方式の場合、リーダーは結合素子を介して、一定の周波数の高周波信号を送信する。RFIDタグがこの領域に入ると、結合素子を通じてエネルギーを取得し、チップおよびリーダーとの通信を駆動する。リーダーがタグの自己コード化された情報を読み取った後、それをデータ交換・管理システムへ送信する。アクティブ方式の場合、タグがリーダーの動作エリアに入ると、内蔵バッテリーが電力を供給し、リーダーとの通信を完了させる。

IoT技術の応用と今後の発展

物品に取り付けられたRFIDタグの一意な識別機能により、RFID技術はその応用面で大きな注目を集めている。IoTはRFID応用のホットスポットである。バーコードのワイヤレス版として、RFIDは耐水性、耐磁性、耐高温性、長い保存寿命、長距離読取、暗号化および記録情報の書き換えといった明確な利点を備えている。さらに、高速で移動する物体の認識や複数タグの同時認識が可能であり、利便性と高速性を兼ね備えている。

RFID技術に基づくIoTは、RFIDやアンテナによるデータ通信などの技術を活用することで、世界中のあらゆるモノ同士のリアルタイムな情報共有を可能にするモノのインターネットを構築する。あらゆるモノにRFIDタグを付与することにより、既存のインターネットを基盤として、流通に関与するすべてのモノに関する情報ネットワークが構築されるが、異種要素が混在するために、その機能が十分に発揮されない場合もある。その結果、システム内の異なる部分同士の有機的で調和のとれた関係を実現する必要がある。IoTにより、人々はいつでもどこでも情報へのアクセスやコンピューティングサービスの利用が可能となり、製造、販売、輸送、利用、リサイクルといった流通の各段階や、政府、企業、個人の行動に深い影響をもたらすことになる。

IoT に関する課題

・標準に関する問題

IoT は、人々により快適で、より便利で、より安全な生活を享受できる新たな時代をもたらしている一方で、技術標準をはじめとするいくつかのボトルネックとなる問題に直面し、それらを解決しなければならない。世界各国で異なる基準が存在しているため、各国は異種の標準の問題をうまく解決するために、積極的な協力に努めるべきである。

・価格に関する問題

上で述べた統一規格とは別に、商業分野におけるIoTのビジネスモデルはそれほど明確ではない。さらに、IoT 製造に用いられるチップのコストが高いため、あらゆる物に識別用チップを組み込むことは現実的ではないように思われる。

・セキュリティに関する問題

IoT に関して緊急に解決が求められているもう一つの問題は、データセキュリティとプライバシー保護をどのように実装するかという点にある。IoT では、モノ同士およびモノと人との結びつきがより密接になるため、大量のデータとユーザーのプライバシーをどのように保護するかが早急に解決されるべき課題となっている。信頼できるセキュリティ方式が欠如していると、読み取り専用タグ内のデータ情報を十分に保護することが難しくなる。読み書き可能なラベルになると、情報が悪意をもって改ざんされるリスクが生じる。電子ラベルに保存された情報が盗まれたり、さらには悪意をもって改ざんされたりすれば、甚大な損失を引き起こすことになる。これらすべての問題の唯一の解決策は、RFID ラベルの暗号化技術に関する研究にある。暗号化技術を用いることで、許可されていない覗き見が電子ラベル情報を取得したり操作したりすることを防ぐことができる。

・データマネジメントプラットフォームに関する課題

IoT 技術が本格的に応用されるようになると、IoT 技術によってもたらされるデータをいかに効果的に管理・活用するかによって、数百億規模のモノをリアルタイムかつ動的に管理することが可能になる。したがって、そのようなデータ管理プラットフォームを構築する必要があり、そのプラットフォームはバックエンドデータベース、アプリケーションプログラム、そして適切な分析能力から構成される。このプラットフォームは、RFID システムによって生成される大量のデータを処理することができなければならない。 このプラットフォームは、複数のユーザーが共用でき、すべての認識システムが利用できる共通言語を備えている必要がある。RFID リーダーおよび後段の情報支援システム、識別システム、セキュリティシステム、各段階の情報システムは、統一された規約を持つ公開標準インターフェースを備えなければならない。このプラットフォームは、ユーザーごとに異なるアクセス権限を設定し、情報通信における暗号化を確保する必要がある。さらに、大量情報の読み取り要求に対応でき、数千個の電子タグの識別を同時にサポートし、それらを検証できなければならない。

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役立つリソース:
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