IEEE 1888

IEEE1888は、次世代BEMSやスマートグリッド向けに開発され、2011年に国際標準化されたオープンな通信規格である。正式名を UGCCNet (Ubiquitous Green Community Control Network)と呼ぶ。この規格の開発には、日本の東大グリーンICTプロジェクト^[1]が関与しており、日本では、FIAP(ふぃあっぷ: Facility Information Access Protocol) と呼ぶこともある。

IEEE1888は、あらゆるセンサ情報をインターネット・オンライン化することだけが目的ではない。BEMSなどに関係する様々な情報システム（アプリケーション・ソフトウェアやクラウド・サービス）をベンダーの枠を超えて連携可能にすることが目的となっている。そのため、IEEE1888には、HTTPとXMLによる通信方式が採用されている。また、データ保管(共有)機能が提供できるように設計されている。

組込みコンピュータへの実装も進んでおり、スマート・シティに関わる各種M2Mクラウド(Machine-to-Machineクラウドコンピューティング)分野への応用も始まっている。

Z-Wave^[2]やECHONET^[3]などのHEMS規格が家庭内ネットワークを主に想定しているのに対し、IEEE1888は、(1)家庭外との通信、(2)商業施設やオフィスなどの電力・施設管理、をターゲットとしている。

なお、IEEE1888開発において重要な基礎技術（ソフトウェア、開発ツール、マニュアル等）は、積極的に開発・開示されている。

2015年3月 ISO/IECの国際標準としても承認された (ISO/IEC/IEEE 18880^[4])。

アーキテクチャ

IEEE1888では、GW(ゲートウェイ)、Storage(ストレージ)、APP(アプリケーション)、Registry(レジストリ)と呼ばれる機能が定義されている。このうち、GW、Storage、APPは、IEEE1888コンポーネントと呼ばれ、WRITE、FETCH、TRAPと呼ぶ3種類の通信手順を実装する。残りのレジストリは、分散配置されたIEEE1888コンポーネントを管理する役割を持ち、REGISTRATION、LOOKUPと呼ぶ2種類の通信手順を実装する。

ゲートウェイ（GW）

GWの配下には、Lonworks^[5]、BACnet^[6]、Modbus^[7]、ZigBee、SNMP、1-Wire、独自回路、CSVファイルなど、センサやアクチュエータへのアクセス網（フィールドバス）が接続される。GWは、このような様々なアクセス網の規格の差異を吸収し、センサデータをIEEE1888の通信方式で、インターネット上で扱えるようにする。

ストレージ（Storage）

Storageは、GWを使ってインターネット・オンライン化されたデータを長期間に渡って蓄積する役割を果たす。これにより、例えば、昨年や一昨年の電力消費状況であっても、後に、他のアプリケーションからIEEE1888の通信手順で参照することができる。また、Storageはデータを共有する場としても使われる。GWから集められたデータの共有、アプリケーションが処理したデータの共有などがStorageによって実現される。すなわち、データベースと似た役割を持つ。

アプリケーション（APP）

APPは、その応用方法によって様々な役割および実装形態がありえる。例えば、見える化アプリケーションの場合、Storageから最新値もしくは特定の履歴データを読み出して表示することがAPPの役割となる。そして，そのようばAPPであれば、Webサーバや表示端末のようなものに実装される。一方、データの加工分析アプリケーションの場合、生データの履歴をStorageから読み出して、それを統計的に処理した後、再びStorageに書き戻す。この場合は、バッチプログラムとして実装されることになる。

通信手順

GW、Storage、APPは、それぞれサーバになることもできるし、クライアントになることもできる。例えば、Storageがサーバとなり、GWがクライアントとなって、GWからStorageに(WRITE手順で)データを送り付けるという実現形態がある。

WRITE

WRITE手順は、クライアント側からサーバ側に、データを能動的に送りつける方式である。例えば、NAT下にあるGW(クライアントとして動作)から、グローバル・インターネット上にあるStorage(サーバとして動作)にデータを送り付けるときに使われる。

FETCH

FETCH手順は、クライアント側からサーバ側に問い合わせ、サーバからデータを抜き出してくる方式である。この問い合わせの際には、対象とするデータ範囲を指定する。ここで、指定した範囲のデータ量はしばしば多量になるため、FETCH方式にはデータ量に関するスケール性が備わるような工夫がしてある。例えば、見える化のグラフ画像を生成するソフトウェア(クライアントとして動作)が、Storage(サーバとして動作)からデータを読み出すときに使われる。

TRAP

TRAP手順は、クライアント側からサーバ側に事前に興味対象を登録しておくことで、サーバ側で観測された変化を、クライアント側に通知する方式である。FETCH方式が、蓄積されたデータの読み出しに用いられるのに対し、TRAPは、変化するデータの通知に使われる。一方的に送り付けるWRITE方式と違い、TRAPでは、動的に送り先を設定できるようになっている。

既存のM2M規格との関係性

ビルの設備・エネルギー監視には、1990年代より、Modbus、BACnet、Lonworksなどのローカルな監視制御ネットワーク規格が用いられている。IEEE1888は、これらのローカルな監視制御機能を、リモート（クラウド）に接続することを可能にする。これによって、ビル内の専用コンピュータが組込みシステム化され、オペレータは、場所を問わず、通常のWebブラウザ(スマートフォンやタブレット端末を含む)があれば業務を行うことができるようになる。

既存のM2M規格との比較 (ビル設備管理の分野において)
		IEEE1888	Lonworks	BACnet/IP	Modbus	ZigBee
主要な用途		設備・エネルギー管理	ビルオートメーション	ビルオートメーション	設備状態監視	センサ・アクチュエータの無線化
システムの規模	地球規模/都市規模の展開	◎	×	×	×	×
	中/大規模ビル内の展開	○	×	○	○	×
	小規模ビル内の展開	○	○	△	○	×
	フロア/部屋内の展開	○	○	△	○	○
データ蓄積	データサーバでの蓄積	◎	△(アプリとして各自で開発)	△(アプリとして各自で開発)	△(アプリとして各自で開発)	△(アプリとして各自で開発)
	末端デバイスでの蓄積	○	×	○	×	×
	蓄積しない運用	○	○	○	○	○
利用する技術(下位層)		HTTP	2本線(ツイストペア)	UDP	RS485 or TCP	IEEE 802.15.4
電文形式		XML	Binary	Binary	Binary	自由(Binary/Text/XML/etc...)
センサアクチュエータ・データモデル	個別用途向け	用途ごとに設計・実装（エンジニアリング）する or 用途ごとに標準形式を別途作成する	標準形式はある程度定義されているが、LonMakerにより用途ごとに別途、詳細を設計・実装する必要あり	基礎形式はある程度定義されているが、加えて用途ごとに別途、設計・実装（エンジニアリング）する必要あり	用途ごとに設計・実装（エンジニアリング）する	用途ごとに設計・実装（エンジニアリング）する or 定義されている用途向けの標準プロファイルを利用する
センサアクチュエータ・データモデル	時系列データ	◎	×	△	×	×
通信遅延		ビル内通信: 1ms～100ms インターネット通信: 100ms～5s	ビル内: 1ms～100ms	ビル内: 1ms～100ms	ビル内通常: 1ms～100ms 通信混雑時: 1～60s	フロア内: 10ms～1s
時刻同期		一般的な方式を利用する(NTP, GPS, 3G, ...)	通常は時刻同期は行わない	通常は時刻同期は行わない(一部独自の方式により行う)	通常は時刻同期は行わない	通常は時刻同期は行わない(一部行う)

導入事例

東京大学では、本郷キャンパス、駒場Ⅰキャンパス、駒場Ⅱキャンパス、柏キャンパス、白金キャンパスにIEEE1888のGWをそれぞれ導入し、特別高圧を含む受電設備の計測データを、オンラインでリアルタイムに管理している。電力会社から受電する66kVの他、キャンパス内に張り巡らされた6600Vの電力線が個別に最速1分間隔で計測されている。ビル単位での計測も含めると約400系統の電力線がこのシステムの管理対象になる。上記、5キャンパスの電力需要の合計は、5万キロワットを超える(夏場)。

東京大学の電力見える化サービスは、キャンパス毎の電力消費量を表示しているが、実際には、エリア単位・建物単位での電力消費量も把握できるようになっている(詳細なデータは学外には公開されていない)。

開発環境

IEEE1888のソフトウェア開発キット(SDK)、実装参照ソースコード、プロトコルテスターが、東大グリーンICTプロジェクトのWebページにて無償で公開されていて、自由にダウンロードすることができる。SDKは、仮想マシン(VMware Player)イメージによって提供されており、インストール方法も詳しく紹介されている。SDKに同梱されているドキュメントには、C#、Java、PHP、C言語によるサンプルプログラムが掲載されており、これらを参照することによって、IEEE1888の通信スタックをどのように実装すればよいかが、事細かにわかるようになっている。

またIEEE1888は、Arduino(+Ethernetシールド)や、mbedプラットフォームのような小型で安価な組込みコンピュータにも実装され、そのライブラリも公開されている^[8]^[9]^[10]。東京大学で開発された IEEE1888通信ボードは、一般向けに販売されている。

外部リンク

参考文献

^ 東大グリーンICTプロジェクトホームページ
^ Z-wave Alliance ホームページ
^ ECHONET コンソーシアム
^ ISO/IEC/IEEE 18880
^ Lonworks: local operating networks for building automations
^ BACnet: a data communication protocol for building automation and control networks
^ Modbus ホームページ
^ 落合秀也，"IEEE 1888対応スマート・タップの設計"、デジタルデザインテクノロジ誌，CQ出版社，vol.12, pp.116-127, 2012年．
^ 落合秀也，井上博之，"ネットワーク温度＆照度計後編 Ethernetシールド付きArduinoにアップロードのためのライブラリを搭載"，トランジスタ技術，CQ出版社，vol.49, no.2，pp.189--195, 2012年2月．
^ IEEE1888(FIAP)をmbedで使う

[1] 東大グリーンICTプロジェクトホームページ

[2] Z-wave Alliance ホームページ

[3] ECHONET コンソーシアム

[4] ISO/IEC/IEEE 18880

[5] Lonworks: local operating networks for building automations

[6] BACnet: a data communication protocol for building automation and control networks

[7] Modbus ホームページ

[8] 落合秀也，"IEEE 1888対応スマート・タップの設計"、デジタルデザインテクノロジ誌，CQ出版社，vol.12, pp.116-127, 2012年．

[9] 落合秀也，井上博之，"ネットワーク温度＆照度計後編 Ethernetシールド付きArduinoにアップロードのためのライブラリを搭載"，トランジスタ技術，CQ出版社，vol.49, no.2，pp.189--195, 2012年2月．

[10] IEEE1888(FIAP)をmbedで使う

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