専門講義

マイクロ波降水リモートセンシング 計測制御技術系　民田 晴也
　マイクロ波降水リモートセンシングは、マイクロ波放射計に代表される受動型、降水レーダに代表される能動型がある。受動型、能動型、共に降水粒子によるマイクロ波散乱波の受信強度から降水強度を推定する技術であり、受動型は伝播経路積算値、能動型は伝播経路上での空間分布を観測できる。これらのセンシング精度向上のためにはセンサ サンプリング空間に存在する降水粒子種別（マイクロ波散乱特性）とその粒径分布(DSD: Drop Size Distribution)の知見を深めることが重要である。言い換えれば、マイクロ波降水リモートセンシングのゴールは、降水粒子種別（含水量）とDSDのリモートセンシング技術開発である。

　講義では、理学・工学の観点から降水レーダの簡単な紹介を行う。理学的な話として、レーダ降水強度推定技術に存在する誤差要因と解決に向けた課題。工学的な話として、近年主流となりつつあるパルス圧縮技術、２偏波レーダの信号処理など簡単に説明する。

 

小電力無線局の概要と電波法 計測制御技術系　児島 康介

近年、ディジタル無線技術の長足の進歩により、携帯電話や無線LANが広く一般家庭に普及してきました。 これらの装置は電波を送信しているにもかかわらず、ユーザは免許に関する手続きを必要としません。 それは、電波法で特別に認められた小電力の無線設備を利用しているからです。 本講義では、電波法における無線設備の概要と、免許を必要としない小電力無線設備について説明します。 また、小電力無線設備で使用される変調方式についても概説します。
 

 

ZigBee利用に必要なネットワークの基礎 元装置開発技術系　佐藤　利和

ZigBee用のAPI（Apprication Programing Interface）から通信用のライブラリ関数を使えば ZigBeeの内部構造を知らなくても無線通信を確立することができる。 しかし、データの送り手と受け側との通信方法はデータの取得方法を考慮して ZigBee APIで用意されている色々な通信方法の中から目的に合った通信方法を決める必要がある。 APIを使ってZigBeeのアプリケーションを設計するために必要なネットワーク通信の 基礎的な知識を取得することを今回の講義目的とする。

講義では、実際に回路設計を想定して検出器などのアナログデータを取得し、 無線通信を経てデジタル信号をPCに送ることまでの一連の流れを上流側から説明し、 ZigBee の仕様と異なるIEEE802.15.4の無線通信規格の内容説明までを行う予定である。

 

IEEE802.15.4モジュールマイコンプログラミング 計測制御技術系　堀川 信一郎

IEEE802.15.4に対応したワイヤレスデバイスを利用すると、通信速度は250kbpsながら低消費電力（数10mA）で、１対１の簡単な通信からスター型、ツリー型、メッシュ型などの様々なネットワークを作る事ができる。今回の実習で用いる東京コスモス電機製のワイヤレスモジュール(TWE-001シリーズ）もIEEE802.15.4に準拠した無線マイコンモジュールである。

　アプリケーションからの通信要求をハードウエアで実現するまでの仕組みや取り決めはプロトコルスタックと呼ばれる。プロトコルスタックにはZigbee Proの他、チップメーカーやモジュールメーカー等が独自に開発したものがある。Zigbee（Pro）はその代表格であるため、IEEE802.15.4の代名詞のように（混同して）使われることが多い。

　各無線局（ノードと呼ばれる）のプログラミングは、プロトコルスタックにより提供されるライブラリ/API（アプリケーション・プログラミング・インターフェイス）を利用する事で行う。従って、プログラミング（システムの開発）に際して最初に行うことは、利用可能なプロトコル（スタック）から目的にあったものを選択することである。

　選定のモジュールでも、Zigbee PROスタックを利用した開発も可能であるが、開発の難易度は最も高いと評されている。今回の研修（実習）はビギナーを対象としているため、まずはベースとなっているMAC（メディアアクセスコントロール）を直接制御する為のIEEE802.15.4 APIを利用し、スター型ネットワークの構築を行う。次にモジュールメーカーから提供されているToCoNetスタック APIを利用したツリー型ネットワークの実習を行う。

　本講義では、以上の内容の詳細、実習で必要となる情報の提供を行い、IEEE802.15.4モジュールマイコンプログラミングの導入を行う。

 

 

実習

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(実習１)  IEEE802.15.4 Stack APIを利用した無線データ転送

実習課題:
ZigBeeの下位レイヤーである IEEE802.15.4 Stack APIを利用したStar型ネットワークのEndDevice作成

      ー802.15.4の基礎とChip性能の効率的な利用(通信速度)に向けてー
         ADC取得データをCo-ordinatorに送信するJennic製無線エンジン制御プログラミング

1. Jennic application template (JN-AN-1046)の理解 (Association process)
2. UART出力 (for status check and Debug)
3. タイマー動作(TickTimer)
4. 外部入出力(実習ではADC入力。その他、DAC, DIO, SPI, I2C, UARTが利用可能)
5. 無線データ送信

   optional subjects:

   • EndDevice Sleep機能
   • Co-ordinator作成(データ受信)
     
   • Windows (Linux) serial通信プログラミング

   • JenNet (高機能なネットワーク構築を扱い易くしたLibrary:
              network形成, routing, node bindingなどが可能)
              実習２ ToCoNetの予習的位置付け
 

(実習２)  東京コスモス電機提供のToCoNetスタックAPIを利用したレイヤーツリー型ネットワークの理解

IEEE802.15.4のネットワークで、その特長となるものは中継（ルータ）機能である。 通常、中継機能を加えるとネットワーク上での手続きが増えるため、プログラミングも 複雑になるが、ToCoNetでは機能やネットワーク構造等を限定する事で、中継機能を比較的簡単に扱えるようにしている。メッセージプール機能などの特長的な機能もあり、今回実習用にこのプロトコルAPIを選定した。
提供課題
• サンプルプログラムから出発して、ブロードキャスト／ユニキャスト、メッセージプール機能、タイマー／スリープといった機能と操作を理解。
• レイヤーツリー型のネットワークの中での、自分の発信したデータの経路情報を取得する
  
など