モートと呼ばれるコンピューティングの概念について聞いたことがあるかもしれません。この概念は、スマートダストおよびワイヤレスセンシングネットワークとも呼ばれます。ある時点で、Popular Science、Discover and Wiredのほぼすべての号に、モートのアイデアの新しいアプリケーションに関する宣伝文句が含まれています。たとえば、軍はそれらを使用して戦場に関する情報を収集することを計画しており、エンジニアはそれらをコンクリートに混ぜて建物や橋の状態を内部で監視するために使用することを計画しています。
モートの使用方法は何千もあり、人々がその概念に慣れてくると、さらに多くの方法が思い浮かびます。これは分散型センシングのまったく新しいパラダイムであり、コンピューターを見る魅力的な新しい方法を切り開いています。
この記事では、モートがどのように機能するかを理解し、テクノロジーの可能なアプリケーションの多くを見る機会があります。次に、MICAモートを見ていきます。これは、世界を感知するこのユニークな方法を試すために購入できる既存のテクノロジーです。
- 基本的な考え方
- 代表的なアプリケーション
- アドホックネットワーク
- 典型的なモート
- 未来
基本的な考え方
「モート」の概念は、コンピューターについての新しい考え方を生み出しますが、基本的な考え方は非常に単純です。
- モートの中核は、小型、低コスト、低電力のコンピューターです。
- コンピューターは1つ以上のセンサーを監視します。温度、光、音、位置、加速度、振動、応力、重量、圧力、湿度などのセンサーを含む、あらゆる種類のセンサーを想像するのは簡単です。すべてのモートアプリケーションにセンサーが必要なわけではありませんが、センシングアプリケーションは非常に一般的です。
- コンピュータは無線リンクで外界に接続します。最も一般的な無線リンクを使用すると、モートは10〜200フィート（3〜61メートル）の距離で送信できます。消費電力、サイズ、およびコストは、長距離への障壁です。モートの基本的な概念は小さなサイズ（および関連する小さなコスト）であるため、小型で低電力の無線機は正常です。
モートは、バッテリーがなくなるか、特定のアプリケーションで電力網を利用することができます。モートのサイズと消費電力が縮小するにつれて、太陽光発電や、振動電力のようなエキゾチックなものでさえ、モートを稼働させ続けることを想像することができます。
これらの部品はすべて、可能な限り最小のコンテナにまとめて梱包されています。将来、人々はモートを縮小して、一辺がわずか数ミリメートルの何かに収まると想像します。バッテリーやアンテナを含む今日のモートは、4分の5または6のスタックのサイズ、またはタバコのパックのサイズであることがより一般的です。バッテリーは通常、現在パッケージの最大の部分です。現在のモートは、まとめて25ドル程度の費用がかかる可能性がありますが、価格は下落しています。
革命を引き起こすモートのように小さくて無害なものを想像するのは難しいですが、それはまさに彼らがやったことです。次のセクションでは、考えられるいくつかのアプリケーションについて説明します。
代表的なアプリケーション
人々がモートを使用することを考えたさまざまな方法について文献を調査すると、膨大な種類のアイデアが見つかります。これは、記事の最後にあるリンクから抜粋したコレクションです。
モートは単独のセンサーと考えることができます。例えば：
- 橋にモートを埋め込むことができますコンクリートを注ぐとき。モートには、コンクリート内の塩分濃度を検出できるセンサーが搭載されている可能性があります。その後、月に1回、橋を越えてトラックを運転し、強力な磁場を橋に送ります。磁場は、橋のコンクリート内に埋められているモートが電源を入れ、塩濃度を伝達することを可能にします。塩（おそらく除氷または海洋噴霧から）はコンクリートを弱め、コンクリートを強化する鉄筋を腐食します。塩分センサーを使用すると、橋の保守担当者は塩分がどの程度の損傷を与えているかを測定できます。橋のコンクリートに埋め込まれた他の可能なセンサーは、振動、応力、温度変動、亀裂などを検出する可能性があります。これらはすべて、保守担当者が問題が重大になるずっと前に発見するのに役立ちます。
- センサーをモートに接続して、機械の状態（温度、回転数、オイルレベルなど）を監視し、モートのメモリに記録することができます。次に、トラックが通り過ぎると、モートはログに記録されたすべてのデータを送信できます。これにより、保守担当者がこれらすべてのパラメータを自分で測定しなくても、詳細な保守記録を機械（たとえば、油田）に保持できます。
- 近所の水道メーターや電力メーターにモートを取り付けることができます。モートは、顧客の電力と水の消費量を記録します。トラックが通り過ぎると、モートはトラックから信号を受け取り、データを送信します。これにより、人は通りを運転するだけで、近所のすべてのメーターを非常に簡単に読み取ることができます。
これらのアイデアはすべて優れています。センサーが以前にはなかった場所（コンクリートに埋め込まれているなど）に移動できるものもあれば、センサーを個別に読み取るために必要な時間を短縮するものもあります。
ただし、モートに関する最大の興奮の多くは、相互に通信してアドホックネットワークを形成する多数のモートを使用するというアイデアから来ています。
アドホックネットワーク
国防高等研究計画局（DARPA）は、モートアイデアの最初の常連客の1人でした。DARPAに実装された最初のモートのアイデアの1つは、モートが戦場の状態を感知できるようにします。
たとえば、司令官が遠隔地でのトラックの動きを検出できるようにしたいとします。飛行機がその地域を飛行し、磁力計、振動センサー、GPS受信機を備えた何千ものモートを散乱させます。電池式のモートは、100フィート（30メートル）程度に1つの密度で落下します。各モートは目を覚まし、その位置を感知してから、無線信号を送信して隣接するモートを見つけます。
この地域のすべてのモートは、データを収集できる巨大なアモルファスネットワークを作成します。データはネットワークを介して集中し、収集ノードに到達します。収集ノードには、何マイルも信号を送信できる強力な無線があります。敵のトラックがそのエリアを運転すると、それを検出したモートが位置とセンサーの読み取り値を送信します。隣接するモートは、信号が収集ノードに到着して司令官に送信されるまで、送信を受信して隣接するモートに転送します。司令官は画面にデータを表示し、トラックがモートのフィールドをたどる経路をリアルタイムで確認できるようになりました。次に、遠隔操縦された車両がトラックの上を飛んで、敵のものであることを確認し、爆弾を投下して破壊することができます。
これらのモートが置き換わるシステムに気付くまで、これは非常に多くの問題のように思えるかもしれません。過去には、遠隔地を通るトラックや軍隊の移動を防ぐために指揮官が使用したツールは地雷でした。兵士たちは、何千もの対人地雷や対人地雷でその地域をひもで締めます。エリア内を移動する人（味方か敵か）は爆破されます。もちろん、別の問題は、紛争が終わった後も、鉱山はまだ活発で致命的であるということです-手足や通行人の命さえも要求するのを待っています。このユニセフの報告によると、過去30年間で、地雷は100万人以上を殺害または不具にしたが、その多くは子供である。モートの場合、戦争後に残されたのは、小さくて完全に無害なセンサーです。モートはほとんど電力を消費しないので、バッテリーは1、2年持ちます。その後、モートは単に沈黙し、近くの民間人に物理的な脅威を与えませんでした。
アドホックネットワークのこの概念は、互いに通信し、データを相互に渡す数百または数千のモートによって形成されますが、非常に強力です。動作中の概念のいくつかの例を次に示します。
- 郊外の近所や、水道と電力のメーターを監視するモートのある集合住宅を想像してみてください（前のセクションで説明したように）。一般的な近隣のすべてのメーター（およびモート）は互いに100フィート（30メートル）以内にあるため、接続されたモートはそれらの間でアドホックネットワークを形成する可能性があります。近所の一方の端には、ネットワーク接続または携帯電話リンクを備えたスーパーモートがあります。この想像上の近所では、誰かが毎月近所をトラックで運転して個々の水道メーターや電力メーターを読み取る必要はありません。モートはデータを相互に渡し、スーパーモートはそれを送信します。測定は、必要に応じて1時間ごとまたは1日ごとに行うことができます。
- 農家、ブドウ園の所有者、または生態学者は、モートに温度や湿度などを検出するセンサーを装備して、各モートをミニ気象台にすることができます。これらのモートは、畑、ブドウ園、または森林全体に散在しており、微気候の追跡を可能にします。
- ビル管理者は、オフィスビル全体のすべての電線にモートを取り付けることができます。これらのモートには、その個々のワイヤーの電力消費を検出し、建物の管理者が個々のコンセントまでの電力消費を確認できるようにする誘導センサーがあります。建物の消費電力が高いと思われる場合、建物の管理者はそれを個々のテナントまで追跡できます。これはワイヤーで行うことは可能ですが、モートを使用するとはるかに安価になります。
- 生物学者は、絶滅危惧種の動物に、位置や温度などを感知するモートを含む首輪を装備することができます。動物が動き回ると、モートはセンサーからデータを収集して保存します。動物の環境では、生物学者はデータ収集モートを使用してゾーンまたはストリップを配置できます。動物がこれらのゾーンの1つに迷い込むと、首輪のモートはそのデータをゾーンのアドホックネットワークにダンプし、生物学者に送信します。
- 高速道路に100フィートごとに配置され、交通の流れを検出するセンサーを備えたモートは、事故が交通を止めた場所を警察が認識するのに役立ちます。ワイヤーが不要なため、設置コストは比較的低くなります。
典型的なモート
MICAモートは、研究者や開発者に広く使用されている市販の製品です。モートの典型的な機能をすべて備えているため、このテクノロジーが今日何を可能にするかを理解するのに役立ちます。MICAモートは、Crossbowという会社を通じて一般に公開されています。これらのモートには、次の2つのフォームファクタがあります。
- 長方形で、サイズは2.25 x 1.25 x 0.25インチ（5.7 x 3.18 x.64センチメートル）で、電力を供給する2本の単3電池の上に収まるサイズになっています。
- 円形で、1.0 x 0.25インチ（2.5 x .64センチメートル）の大きさで、3ボルトのボタン電池の上に収まるサイズになっています。
MICAモートは、4メガヘルツで動作するAtmel ATmega128Lプロセッサーを使用します。 128Lは、モートのプログラムを格納するための128キロバイトのオンボードフラッシュメモリを備えた8ビットマイクロコントローラです。このCPUは、元のIBM PC（1982年頃）に搭載されていた8088CPUとほぼ同じくらい強力です。大きな違いは、ATmegaが実行中は8ミリアンペアしか消費せず、スリープモードでは15マイクロアンペアしか消費しないことです。
この低消費電力により、MICAモートは2本の単3電池で1年以上稼働できます。典型的な単三電池は約1,000ミリアンペア時間を生成することができます。8ミリアンペアで、ATmegaが常時動作している場合、約120時間動作します。ただし、プログラマーは通常、CPUがほとんどの時間スリープ状態になるようにコードを記述し、CPUのバッテリー寿命を大幅に延ばすことができます。たとえば、モートは10秒間スリープし、ウェイクアップして数マイクロ秒の間ステータスを確認してから、スリープ状態に戻る場合があります。
MICAモートには、データを保持するための512キロバイトのフラッシュメモリが付属しています。また、センサーデータをデジタル化できるように10ビットA / Dコンバーターを備えています。ドーターカードの個別のセンサーは、モートに接続できます。利用可能なセンサーには、温度、加速度、光、音、磁気が含まれます。GPS信号などの高度なセンサーが開発中です。
MICAモートの最後のコンポーネントはラジオです。範囲は数百フィートで、毎秒約40,000ビットを送信できます。オフの場合、無線は1マイクロアンペア未満しか消費しません。データを受信するとき、それは10ミリアンペアを消費します。送信するとき、それは25ミリアンペアを消費します。無線電力を節約することは、長いバッテリー寿命の鍵です。
これらすべてのハードウェアコンポーネントが一緒になってMICAモートを作成します。プログラマーは、モートを制御し、特定の方法で実行させるためのソフトウェアを作成します。MICAモートのソフトウェアは、TinyOSと呼ばれるオペレーティングシステム上に構築されています。TinyOSは、無線および電力管理システムを処理し、モート用のソフトウェアを作成するのをはるかに簡単にするので便利です。
未来
2003年3月、研究者たちはモートに必要なすべての部品を片側3ミリメートル未満の単一チップに詰め込むことに成功しました。合計サイズは約5平方ミリメートルです。つまり、1セント硬貨にこれらのチップを12個以上収めることができます。
チップには、CPU、メモリ、センサーデータを読み取るためのA / Dコンバーター、無線送信機など、モートに含まれるすべてのコンポーネントが含まれています。パッケージを完成させるには、センサー、バッテリー、アンテナを取り付けます。大量生産された場合、チップのコストは1ドル未満になります。詳しくはこちらのページをご覧ください。
モート、そのアプリケーション、および関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
