センサーネットワーク
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用語解説
温度、湿度、光、音、加速度、位置などを測定する複数のセンサーノードを有線又は無線で接続し、測定値をゲートウェイ・シンクへ集約して監視、分析又は制御に利用するシステムです。IoTを構成する代表的な情報収集基盤です。
■ 試験で押さえるポイント
センサーノードはセンサー素子、A/D変換、処理装置、通信機能及び電源等から成り、測定値へ時刻、単位、ノードID、品質情報を付けて送ります。ゲートウェイは異なる無線方式やIP網の間を中継し、集約・変換・一時保存も行います。
接続形態にはスター、ツリー、メッシュ等があり、省電力性、到達距離、遅延、再送、経路冗長性及びノード数の要件で選びます。メッシュは迂回性を高めますが、中継ノードの電力消費と経路管理が増えます。
電池駆動ノードでは、送信頻度、測定周期、スリープ時間及び中継回数が寿命へ大きく影響します。常時接続や強い暗号処理を単純に追加するのではなく、必要な安全性と省電力を両立させます。
正確な分析には校正、測定範囲、分解能、誤差、設置位置、欠測、時刻同期及び単位の統一が必要です。通信が成功しても、故障・経年変化・設置不良による誤測定は検出できないため、妥当性検査と冗長測定を用います。
センサー側で平均・イベント抽出等を行うエッジ処理は通信量と遅延を減らしますが、集約前の生データを失う場合があります。必要な証拠性、再解析、プライバシー及び保存容量を基に、どこで処理するかを決めます。
脅威にはノード偽装、測定値改ざん、リプレイ、盗聴、妨害、物理的なセンサー操作、鍵窃取及び偽の制御指令があります。固有IDと相互認証、暗号化・完全性保護、時刻・通番、最小権限、ネットワーク分離及び異常検知を行います。
多数の無人端末を長期間運用するため、資産・版管理、署名付き更新、鍵更新、脆弱性対応、故障交換及び安全な廃棄を設計時から用意します。収集データが人の行動や場所を推定できる場合は、目的制限と保存期間も必要です。
■ 過去問での着眼点
センサーネットワークでは、測定するセンサーノード、データを集約・中継するゲートウェイ及び分析・制御系を分け、測定値の時刻・単位・信頼性も管理します。通信の到達性だけでなく、省電力、校正、欠測、時刻同期及び物理的な改ざんを評価します。IoTだから必ずインターネットへ直接接続するわけではありません。センサー値の完全性と機器・時刻の真正性が誤った自動制御を防ぐ鍵です。
例: 冷蔵倉庫で10台の温度センサーを5分ごとに測定し、ゲートウェイから監視サーバへ送ります。1台だけ30℃を示した場合、警報前に他ノードとの比較、校正期限、設置位置、時刻及び署名を確認し、単なる通信成功を正しい測定の証拠にしません。