IP RFID RFID IP RFID IP RFID IP RFID IP RFID IP RFID RFID RFID RFID RFID RFID POS IP RFID i

平成

17

年度

学士学位論文

シームレスユビキタス通信処理ネットワー

クアーキテクチャに関する研究

A study on the network architecture seamless for the

ubiquitous communication processing over IP and

sensor networks

1060338

田村 伊知朗

指導教員

島村 和典

2006

年

3

月

10

日

要 旨

シームレスユビキタス通信処理ネットワークアーキテクチャに

関する研究

田村 伊知朗

次世代のユビキタスネットワークを実現する手段として，IPネットワークとRFIDの組 み合わせが考えられている．しかし，現在RFIDには複数の規格が存在し，標準規格の策定 が進んでいない．また，IPネットワークとRFIDを組み合わせる規格に関しての標準化も 進んでいない．そこで，本研究ではIPネットワークとRFID間のシームレスな通信を実現 するアーキテクチャを提案する．IPネットワークとRFIDでは，通信プロトコルに複数の 違いがあり，その違いがIPネットワークとRFID間のシームレスな通信を実現するための 問題点となる．そこで，IPネットワークとRFID間の通信の仲介を行う中間システムを用 い，お互いのプロトコルの違いを意識することなく通信を行えるシステムを構築する．中間 システムは，RFIDタグが利用される際に得られる情報を統一化するために，メタデータを 用いてRFID情報を管理する．更に，複数のRFIDの規格の多様性を吸収するために，共 通属性情報を用いて RFIDタグ情報を送受信する．また，RFID タグに関する情報をキー ワードとして保持することにより，サービスにより変わる多様なキーワード検索に対応す る．そして，提案システムを実環境に適応した例としてPOS システムへの適応例を示し， 評価した． キーワード IPネットワーク，RFID，シームレス通信

Abstract

A study on the network architecture seamless for the

ubiquitous communication processing over IP and sensor

networks

Ichiro TAMURA

For the realization of the ubiquitous networking，engineers are considering the

combination of IP network and RFID．But standardization of the cooperation protocol

between IP network and RFID is still quite preliminary．In this study，I propose the

network architecture that makes it possible to link IP network and RFID with seamless smoothness．There are some differences about connection protocol between IP network

and RFID network．The problems disturb to link IP network and RFID．Therefore，

the middle layer system that mediates the connection between IP network and RFID is proposed. The system manages the RFID data as Metadata to standardize information obtained when users use RFID tags．And the system communicates the RFID tag

information as cross-system attribute because it is necessary to decrease the differences between several RFID standards．Moreover，the system deals keyword searching by

keeping RFID tag information．The system is evaluated for it’s introduction into POS

system．

目次

第1章 序論 1 1.1 研究背景 . . . 1 1.1.1 IPネットワークとRFIDの相違点 . . . 1 1.2 研究目的 . . . 2 1.3 RFIDの標準化団体 . . . 2 1.3.1 EPCグローバルの歴史と取り組み . . . 2 第2章 既存研究の現状と問題点 4 2.1 EPCグローバル . . . 4 2.1.1 EPCネットワークアーキテクチャの概要 . . . 4 2.1.2 EPCネットワークアーキテクチャの問題点 . . . 6 第3章 シームレスの定義 8 3.1 シームレス通信の定義 . . . 8 3.2 シームの定義 . . . 9 第4章 提案方式の定義 11 4.1 システム概要 . . . 11 4.2 メタデータの定義 . . . 12 4.2.1 グローバルメタデータ . . . 12 4.2.2 ローカルメタデータ . . . 12 4.3 RFIDタグの共通属性情報 . . . 13 4.4 分散データベース統合 . . . 14 4.5 構築要素 . . . 15 4.5.1 サーバ側の動作 . . . 15

目次

4.5.2 クライアント側の動作 . . . 16

第5章 Virtual Protocol Serverの提案 18 5.1 ハードウェアの仕様と構成 . . . 18 5.1.1 使用したRFIDタグ . . . 18 5.1.2 使用したRFID R/W . . . 19 5.1.3 使用したRFIDアンテナ . . . 20 5.1.4 開発環境 . . . 21 5.2 VPSの構築 . . . 21 5.2.1 RFIDタグ情報受信時の動作 . . . 22 5.2.2 クライアントへのデータ要求 . . . 22 5.3 クライアントの構築 . . . 22 5.3.1 キーワードの提供 . . . 22 5.3.2 キーワードによる検索 . . . 22 第6章 VPSの実環境への適用例 26 6.1 POSシステム . . . 26 第7章 評価 29 7.1 定性的評価 . . . 29 7.2 定量的評価 . . . 30 第8章 結論 32 8.1 まとめ . . . 32 8.2 今後の課題 . . . 32 謝辞 34 参考文献 35

図目次

1.1 96bit版EPCコード体系 . . . 3 2.1 EPCネットワークアーキテクチャ . . . 5 3.1 シームレス通信の定義 . . . 9 4.1 RFIDタグの共通属性情報 . . . 14 4.2 RFIDタグ情報受信時のフローチャート . . . 17 5.1 RFIDタグ外観 . . . 18 5.2 RFID R/W 外観（正面） . . . 19 5.3 RFID R/W 外観（背面） . . . 19 5.4 アンテナ外観 . . . 20

5.5 add item Clickメソッド . . . 23

5.6 send Clickメソッド . . . 24 5.7 send Keywordメソッド . . . 25 6.1 VPS適用前 . . . 28 6.2 VPS適用後 . . . 28 7.1 検索結果 . . . 29 7.2 DB数による測定結果の変化 . . . 30

表目次

1.1 IPネットワークとRFIDの相違点 . . . 2 1.2 EPCのコード種別 . . . 3 4.1 グローバルメタデータの定義 . . . 13 4.2 メタデータ要求フィールド . . . 15 5.1 タグ仕様 . . . 19 5.2 4ポートロングレンジ・リーダライタ仕様 . . . 20 5.3 2素子直線編波アンテナ仕様 . . . 21 5.4 開発環境 . . . 21 7.1 実環境との比較 . . . 31

第

1

章

序論

本章では，本研究の背景と目的について述べる．

1.1

研究背景

国家プロジェクト [5] である，ユビキタスネットワークを実現する手段の一端として

RFID(Radio Frequency IDentification) と IP ネットワークの組み合わせが考えられて いる． 現在のRFIDの主な利用形態は，商品管理など企業内部のローカルネットワークに留まっ ている．そのため，RFIDタグの情報を保存しておくデータベースやそのデータベースと RFID リーダ間の通信路などに IPの技術を利用しているが，WAN と通信を行うことは 想定されておらず，IPネットワークと RFIDを組み合わせたサービスを構築するさいに， シームレスに接続するための標準規格は定められていない．標準規格が定まっていないと， サービスの開発者による独自仕様となり，サービス間で情報の整合性が取れず，互換性が保 てない．よって，現状ではIPネットワークとRFIDを組み合わせたサービスを構築し，一 般に普及させることは困難であると言える．

1.1.1

IP

ネットワークと

RFID

の相違点

IPネットワークとRFIDでは様々な相違点が存在する．その主な相違点を表1.1に示す． 相違点全てがIPネットワークとRFIDをシームレスに接続する際の問題点ではない．どの 相違点が問題となるかを明確にする必要がある．

1.2 研究目的 表1.1 IPネットワークとRFIDの相違点 相違点 IPネットワーク RFID 接続形態 常時接続 断続接続 データの保存 長期的に膨大な量を保存可能 RFIDタグ付属情報のみ 送信情報量 データの種別・大きさを問わない ユニークコードのみ 共通プロトコル 存在する 存在しない 識別可能数 IPv4では32bit 規格により変化

1.2

研究目的

本研究の目的は，IPネットワークとRFID間のシームレスな通信を実現するアーキテク チャの提案である．また，提案アーキテクチャを利用した，IPネットワークとRFID間の 通信の仲介を行う中間システムを構築し，評価を行う．

1.3

RFID

の標準化団体

本章では，RFIDの研究と国際標準化を進めている団体について以下に述べる．

1.3.1

EPC

グローバルの歴史と取り組み

米マサチューセッツ工科大学(MIT)に本部を置き，イギリスのケンブリッジ大学，オー ストラリアのアデレード大学，スイスのセントガレン大学，日本の慶應義塾大学，中国の復 旦大学で，RFIDタグの研究と国際標準化を進めてきたAuto-ID Centerの研究成果である

EPC(Electronic Product Code)を継承し，流通標準化機関である国際EAN協会と米国の 流通コード機関であるUCCが共同で2003年9月に設立した非営利法人がEPC グローバ ル[6]である．

1.3 RFIDの標準化団体

Class，Serial Numberから構成される．EPCの96bit版のコード体系を図1.1に示す．

図1.1 96bit版EPCコード体系

Headerはコードの種別を表すものである．96bit版でのHeaderの種別を表1.2に示す． 表1.2 EPCのコード種別 コード種別 用途 96bit版のHeader GID 既存コード体系と関連しない場合 0011 0101 SGTIN 消費財につけるコード 0011 0000 SSCC 物流単位につけるコード 0011 0001 SGLN 場所につけるコード 0011 0010 GRAI 流用する資産につけるコード 0011 0011 GIAI 固定的な資産につけるコード 0011 0100 DOD 米国防総省用のコード 0011 1111

EPC Managerはメーカ番号を，Object Classは商品番号を，Serial Numberは固体識 別番号をそれぞれ表わす．

第

2

章

既存研究の現状と問題点

本章では，RFIDの既存研究の現状とその問題点について述べる．

2.1

EPC

グローバル

EPCグローバルが提唱するEPCにより構成されるEPCネットワークアーキテクチャに ついて述べ，その問題点を示す．

2.1.1

EPC

ネットワークアーキテクチャの概要

EPCネットワークアーキテクチャはEPC，IDシステム，EPCミドルウェア，EPCイ ンフォメーションサービス，ディスカバリサービスから構成されている．そのEPCネット ワークアーキテクチャの構成図を2.1に示す．以下にEPCネットワークを構築している要 素の概要を示す．

• EPC

EPC は，RFIDタグに書き込まれている一意なコード体系である．EPC の具体例は

1.1.3節で示したのでここでは割愛する． • EPCタグ

EPC タグは，EPCが書き込まれた RFIDタグである．RFID タグには，電源を内蔵 し，RFIDタグ自身のみで通信や簡単な演算が行える比較的高価なアクティブタグと， 電源を持たず，RFIDタグのみで通信を行えない比較的安価なパッシブタグの2種類が 存在する．またEPCタグに書き込まれる情報はEPCのみである．

2.1 EPCグローバル 図2.1 EPCネットワークアーキテクチャ • IDシステム IDシステムは，Readerの標準仕様を規定するものである．通信は無線とし，RFIDタ グ情報の読み書きや操作を行う機能を規定している．また，RFID だけでなく，バー コードReaderも扱える対象としている． • EPCミドルウェア

EPCミドルウェアは，Readerから受信したRFIDタグデータを収集・選別し，上位ホ ストに意味あるデータとして送信するものである． • EPCインフォメーションサービス EPCインフォメーションサービスは，EPCタグに関する情報を記憶し，必要な情報を 提供する情報サービスである．EPCインフォメーションサービスの情報は，大きく分 けて履歴情報と属性情報からなる．履歴情報は，対象物，時間，場所，業務の種類を記 録したデータで構築されている．属性情報は，RFIDタグが貼り付けられた物品の情報 から構築されている． • ディスカバリサービス ディスカバリサービスは，無数に存在する EPC IS とRFID タグを結びつけるもの

2.1 EPCグローバル

である．RFIDタグの情報をもつEPC ISがどこに存在するかを知るための仕組みが

ONS であり，EPC ISにどのような情報が格納されているのかを知るための仕組みが

EPC-DSとなる． • ONS

ONS(Object Name Service)は，IPネットワークのDNS(Domain Name Service)の 仕組みをEPCネットワークに適応したもので，EPCの一意なコード体系をIPネット ワーク上のドメイン名と同様に管理し，名前解決を行うものである． • EPC-DS EPC-DS は，EPC ISに問い合わせが行われたときの情報を取得するものである．こ れにより，どのRFIDタグの情報がどのEPC ISに格納されているのかの参照情報や， EPC ISに格納されているRFIDタグ情報がどのようなものなのかの検索を可能にす る．これはIPネットワークの Web検索システムと同様の検索サービスである．しか し，EPC-DSの標準化に関しての議論は進んでいない．

2.1.2

EPC

ネットワークアーキテクチャの問題点

本節では，EPCネットワークアーキテクチャの問題点を整理する． • EPCインフォメーションサービス EPC インフォメーションサービスの問題点として，データの定義の多様さが挙げられ る．これは同じデータでもサービスやユーザによって，呼び方の定義が変わってしまう ために起こる問題である．例として，同じ時刻を表しているデータでもサービスによっ ては，開始時刻，出社時刻と別の呼び方の定義をしてしまい，サービス間で情報共有が 行えないことが挙げられる． • EPCディスカバリサービス EPC ディスカバリサービスの問題点として，ルートサーバへの名前解決要求の集中が 挙げられる．RFIDタグの名前解決時に最初に問い合わせが行われるのがルートサーバ

2.1 EPCグローバル

であり，世界中の製品に割り当てられたRFIDタグの名前解決要求の問い合わせが膨 大な量になることは容易に想像できる．

第

3

章

シームレスの定義

本章では，第1章と第2章で述べた問題点より，IPネットワークとRFID間でシームレ スな通信を定義し，実現する際の問題となるシームな点を定義する．

3.1

シームレス通信の定義

RFIDタグ，RFID Reader，RFIDタグの情報をもつデータベースからなるネットワーク をRFIDネットワークと定義する．以下にRFIDネットワークの基本プロトコルを示す．

1. RFID ReaderはRFIDタグを認識し，RFIDタグにIDの問い合わせを行う．

2. RFID タグはRFID Readerからの誘電起電力によって通信を起動し，RFID Reader にIDを送信する．

3. RFIDタグのIDを受信したRFID Readerはデータベースへとアクセスを行い，RFID タグに関する情報を取得する． RFIDネットワークにはIPネットワークとの通信は考えられておらず，RFIDネットワー クとIPネットワーク間で通信を行うと，それぞれのネットワークに属するユーザはプロト コルの違いを意識しながら通信を行わなければならない．そこでIPネットワークとRFID ネットワークの仲介となる中間システムを構築し，その中間システムを間にはさんで通信を 行うことにより，IPネットワークとRFIDネットワークにそれぞれ属するユーザがお互い のプロトコルを意識せずに通信を行える状態をシームレス通信と定義する．そのシームレス 通信の定義を図3.1に示す．

3.2 シームの定義 図3.1 シームレス通信の定義

3.2

シームの定義

以下に，本研究で解決対象とするIPネットワークとRFIDを組み合わせる際の問題点を 挙げる． • 接続形態 IPネットワークは常時接続であるため，常に必要なデータを取得でき，データの恒常 性を持つ．しかし，RFID はRFID タグが読み込まれた時のみ通信を起動する断続的 な通信のため，常に必要なデータを得ることができず，また，データの恒常性がない． このことは，IPネットワーク側から RFIDタグの検索を行った場合や，トレーサビリ ティなど特定のRFIDタグの追跡を行う場合に，RFIDタグの側に常にReaderが存在 していなければならないことになり，非現実的である．

• RFIDタグの識別子

3.2 シームの定義 サーバへの名前解決要求の集中と通信路へ負荷がかかることが考えられる．ルートサー バへの負荷は，RFIDタグの識別個数は規格により，64，96，128bitなどにわかれてお り，どの規格を利用したとしても，現在の32bitであるIPv4の名前解決を行っている DNSよりも負荷がかかかることになる． • 統一規格の存在 IPネットワークは世界共通のIPプロトコルで繋がったネットワークであり，IPネッ トワークに属するユーザはIPネットワークを通じて好きなときに好きな相手に通信を 行ったり，情報を取得できる．しかしRFIDは，主な利用法が企業内部の閉じたネット ワークでの商品管理であるため，企業毎の独自仕様となっている．このため規格が定ま らず，企業間での通信が行えず，同一業務であっても情報の共有が行えない．

第

4

章

提案方式の定義

本章では，3章で示したシームレス通信を実現する中間システムの概要と機能について述 べる．

4.1

システム概要

IPネットワークとRFID間の通信上の問題点解決手段として以下の機能を満たすシステ ムとする． • RFIDの規格の多様性吸収 規格毎に異なる RFID情報を同じ基準で扱い，RFIDが共通して持つ情報を統一する ためと，IPネットワークでRFID情報を扱いやすくするために，RFIDタグに関する 情報をメタデータを用いて保持する．また，RFIDタグの識別に要するRFIDタグ情報 を共通属性情報として扱い，名前解決を行いやすくする． • 名前解決サーバの負荷軽減 RFIDの名前解決に用いられるサーバへの負荷を軽減するために，ひとつのサーバが全 ての名前解決を行うのではなく，ひとつのメーカでひとつの名前解決サーバ設置するな ど分散型データベースとする．また，他の名前解決サーバへの負荷軽減のため，一度判 明した名前解決サーバのアドレスとRFIDタグのIDを関連付けてキャッシュデータと して保持しておく． • 情報検索への対応 RFID RFID

4.2 メタデータの定義 ができない．しかし，実社会では時間や位置などを検索キーワードとして指定する場面 が出てくる．そのためRFIDタグが貼り付けられている物体に関するキーワードを保 存しておき，Web上などから様々なキーワードによるRFIDタグ検索が可能とする．

4.2

メタデータの定義

提案システムで，RFID情報を管理するメタデータの定義を述べる．

4.2.1

グローバルメタデータ

グローバルメタデータはRFIDタグを読み取り時，名前解決時，流通時に得られる情報 を示すものとし，time，location，object，url，ownerの５つからなるシステム共通のメタ データとして定義する．RFIDタグ読み取り時に得られる情報として，時刻情報，位置情報， をそれぞれ time，locationに格納する．この２つの情報は履歴情報として用いる．名前解 決時に得られる情報としてRFIDが付属されている物体の情報と，RFIDタグに関する情 報を持つサーバの位置を示す情報をそれぞれ，object，urlに格納する．この2つの情報を キャッシュ情報として用いる．RFIDタグが付属された物体の流通時の情報として，RFID タグの管理回想の上位を ownerに格納する．この情報はコンテナの中身がすべて読み取れ なかった場合や，詳細な商品追跡など流通を効率的に行うために用いる．このグローバルメ タデータのメタデータとフィールドの定義と例を表4.1に示す．

4.2.2

ローカルメタデータ

ローカルメタデータは各企業独自のメタデータであり，社内の独自のデータの呼び方や第 三者に読み取られてはならないデータを表す．グローバルメタデータと内容的には同じデー タでも，社内で別の呼び方をする場合の意味づけや，公開を行わないデータの意味づけなど に用いる．また，ローカルメタデータを用いてRFIDタグに意味づけを行い，その情報を提 供することにより，検索時のキーワードとしても利用する．

4.3 RFIDタグの共通属性情報 表4.1 グローバルメタデータの定義 メタデータ フィールドの定義 例 time 時刻情報 読み取り時刻 location 位置情報 RFID R/Wアドレス object RFIDタグ付属情報 商品名 url 関連URL 情報を持つサーバのドメイン名

owner RFIDタグ管理階層の上位 上位のRFIDタグ

4.3

RFID

タグの共通属性情報

RFIDタグのコード体系にも規格により様々な種類が存在する．[4][6]しかし，これらの コード体系は RFIDタグを識別するためのものであることは共通しており，そのコード体 系が表しているものにも共通点がある．RFIDタグを識別するための共通情報として以下の 3つが挙げられる． 1. メーカ識別コード メーカ識別コードは，RFIDタグの製造者やRFIDタグを使っているメーカを指す情報 である． 2. 種別識別コード 種別識別コードは，RFIDタグの種類やどの商品であるかを指す情報である． 3. 個別識別コード 個別識別コードは，RFIDごとに割り振られたユニークな番号情報である． RFIDはこの3つの情報を合わせて，RFIDタグの個別識別を行う． しかし，利用する情報は同じものでも割り当て容量などに差が出てしまい，受信時に区別 がつかなくなってしまう．そこで共通属性情報を用いる．利用する3 つの情報にあらかじ め固定ビットを割り当て，IPパケットのペイロード部分に割り当てを行う．このIPパケッ

4.4 分散データベース統合

トのペイロードに乗せる共通属性情報を図4.1に示す．Marker Type はメーカ識別コード を示すフィールドで32bitである．Hardware Typeは種別識別コードを示すフィールドで

32bitである．Unique IDは個別識別コードを示すフィールドで64bitである．このビット 割り当ては，いくつかの規格から十分な余裕を持って確保した． 図4.1 RFIDタグの共通属性情報 また，RFIDタグに関するメタデータを要求する際は，Unique IDフィールドの下にメタ データ要求フィールドを付属する．メタデータ要求フィールドは32bitで，先頭の2bitでグ ローバルメタデータかローカルメタデータかを識別し，残りの30bitで要求データを指定す る．要求されたメタデータはメタデータ要求フィールドの下に128bit単位で区切って送信 する．メタデータ要求フィールドの例を表に示す．

4.4

分散データベース統合

データベースの同期を取るために，RFIDタグデータを読み込んだ中間システムはRFID タグの情報を持つサーバへの名前解決を担当する中間システムへ読み込み情報を送信する． これにより，名前解決を担当している中間システムの情報は常に最新情報となる．

4.5 構築要素 表4.2 メタデータ要求フィールド 判別 メタデータ要求 要求内容 01 000000000000000000000000000101 グローバルメタデータのtime，location 10 101000000000000000000000000000 ローカルメタデータの1番目と2番目 11 101000000000000000000000010001 グローバルとローカルの組み合わせ

4.5

構築要素

IPとRFIDの通信の仲介を行い，RFID R/Wの制御機能と4.1節で述べた要求機能を 持つ側をサーバとし，RFIDの情報をもち，検索等の要求をサーバに対して行う側をクライ アントとして構築する．

4.5.1

サーバ側の動作

サーバ側の動作をRFIDタグ情報受信時と検索時に分けて述べる． • RFIDタグ情報受信時

RFID R/WからRFIDタグの情報を受信すると，サーバは自身が管理する，RFIDタ グと RFIDタグの情報を持つサーバを関連付けして保存している DB にアクセスし， 受信した RFIDタグの情報を知っているかどうか検索を行う．受信したRFIDタグに 関する情報をもつサーバのURLを知っていた場合は，その情報に従いサーバへアクセ スを行い，知らない場合は外部へ名前解決依頼を出し，その名前解決に従い情報をもつ サーバへアクセスを行う．このとき名前解決依頼を出す先は，自身と同じ IPとRFID の通信の仲介を行っているサーバである． 名前解決に従い情報を持つサーバへアクセスし，情報の取得を終えると，その情報の更 新時刻を確認する．現在保持している情報より新規の情報であった場合や，新規に得る 情報の場合はキャッシュ情報としてその情報を保持しておく．最後に得た情報を相手に

4.5 構築要素 返答し，処理を終わる．以上のRFIDタグ情報の受信時の行動のフローチャートは図 4.2として示し得る． • 検索要求時 サーバは，名前解決を行った RFIDタグに関する情報をキーワードとして保持してお く．そのキーワードを元にして検索要求が行われたとき，サーバはキーワードを元にし ていくつかの検索候補を示す．示した検索候補のうち，どれかが選択されるとサーバは 選択されたRFIDタグに関するその他のキーワードと共に，情報を持つサーバのURL を提供する．

4.5.2

クライアント側の動作

サーバ側からRFIDタグデータを受信すると，そのRFIDタグに関するキーワードの送 信と，読み取られた時間などの情報の要求を行う．また，キーワード指定による検索をサー バ側に要求する．

4.5 構築要素

第

5

章

Virtual Protocol Server

の提案

本章では，4章で定義した中間システムとしてVirtual Protocol Server（以下VPS）の 提案を行う．

5.1

ハードウェアの仕様と構成

構築を行ったPCとRFID R/W，RFIDタグの情報を述べる．

5.1.1

使用した

RFID

タグ

VPSで使用したRFIDタグの外観を図5.1に，仕様を表5.1に示す． 図5.1 RFIDタグ外観

5.1 ハードウェアの仕様と構成 表5.1 タグ仕様 型名 RZ-3TG1 メモリ容量 最大128バイト（ユーザエリア：110バイト） 書き換え回数 10万回以上 読み取り距離 80cm 書き込み距離 56cm 読み取り速度 12ms以下 / 8byte 書き込み速度 25ms以下 / 1byte タグアンテナの編波 直線編波 サイズ(W×D×H) 約 57mm× 3.5mm ×7.8mm

5.1.2

使用した

RFID R/W

VPSで使用するRFID R/Wの外観の正面を図5.2に，背面を図5.3に，仕様を表5.2に 示す．今回使用したRFID R/Wはアンチコリジョンに対応し，また，最大4つのアンテナ を同時に接続できる． 図5.2 RFID R/W 外観（正面） 図5.3 RFID R/W 外観（背面）

5.1 ハードウェアの仕様と構成 表5.2 4ポートロングレンジ・リーダライタ仕様 機種名 RZ-1TR4 使用周波数帯 2,427MHz ∼2,470.75MHz インターフェース RS-232C 読み取り距離 100cm 書き込み距離 70cm 読み取り速度 12msec / 8byte 書き込み速度 25msec / 1byte サイズ(W×D×H) 約 13.5cm× 19.5cm ×6.7cm

5.1.3

使用した

RFID

アンテナ

VPSで使用するアンテナの外観を図5.4に，仕様を表5.3に示す． 図5.4 アンテナ外観

5.2 VPSの構築 表5.3 2素子直線編波アンテナ仕様 機種名 HZ-JA2H アンテナタイプ マイクロストリップアレイ アンテナ素子数 2 使用周波数帯 2,427MHz ∼2,470.75MHz インピーダンス 50Ω 編波面 直線編波 サイズ(W×D×H) 約210cm × 210cm× 35cm

5.1.4

開発環境

VPSのプログラム開発環境を表5.4に示す． 表5.4 開発環境

使用言語 Microsoft Visual Basic .NET 2003 Professional 使用データベース Microsoft Office Access 2003

RFID R/Wドライバ(SDK) SHARP RFID RZ-1CD1 SDK Ver1.1

SHARP RFID RZ-1TR4 SDK Ver1.4 OS Microsoft Windows XP Professional

5.2

VPS

の構築

5.3 クライアントの構築

5.2.1

RFID

タグ情報受信時の動作

VPSはRFIDタグ情報を受信すると，名前解決と同時に受信時のデータをグローバルメ タデータとして保存しておく．このとき保存を行うのは時刻情報と位置情報である．RFID タグ受信時の動作としてadd item Clickメソッドを図5.5に示す．

5.2.2

クライアントへのデータ要求

今回のVPSの実装では，受信したRFIDタグに関する情報を持つクライアントをあらか じめ知っているものとし，受信する情報は検索に用いるキーワードとした．クライアントへ のRFIDタグ情報の送信動作としてsend Clickメソッドを図5.6に示す．

5.3

クライアントの構築

RFIDタグに関する情報を持ち，キーワード検索を行うクライアントの構築について述 べる．

5.3.1

キーワードの提供

VPSからRFIDタグに関する情報要求を受信すると，そのRFIDタグに関するキーワー ドの送信を行う．RFIDタグのデータを受信し，そのRFIDタグのキーワードの送信までの 動作としてsend Keywordメソッドを図5.7に示す．

5.3.2

キーワードによる検索

クライアントはVPSへキーワードによるRFIDタグ検索要求を行う．Webと連動させ るため，キーワードはXML形式などで書き出し，キーワード間の関係を同時に示すことが 望ましいが，今回はキーワード指定によるデータベース検索に留まった．

5.3 クライアントの構築

add item Clickメソッド

¶ ³

Private Sub add_item_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles add_item.Click

’レコードの追加

Dim cnn As New ADODB.Connection Dim rec As New ADODB.Recordset

’ 接続を確立 cnn.Open(CurrentProject) With rec rec.CursorType = ADODB.CursorTypeEnum.adOpenDynamic rec.LockType = ADODB.LockTypeEnum.adLockOptimistic rec.Open(table, cnn, , ADODB.CommandTypeEnum.adCmdTable) End With With rec .AddNew() .Fields("ID").Value = add_box.Text ’ 読み取り時刻の書き込み .Fields("time").Value = Now ’ RFID R/Wアドレスの書き込み

.Fields("location") = m_rfid.GetReaderName(0, RdrName) .Update() End With ’ 接続の終了 rec.Close() cnn.Close() End Sub µ ´

5.3 クライアントの構築

send Clickメソッド

¶ ³

Private Sub send_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles send.Click

Dim bytSendBuffer As Byte()

objTcpClient = New System.Net.Sockets.TcpClient With objTcpClient Try ’クライアントと接続します． objTcpClient.Connect(host, intPortNo) objNetStream = .GetStream With objNetStream ’RFIDタグデータをリモートホストへ送信します． bytSendBuffer = System.Text.Encoding.Default.GetBytes(add_box.Text) .Write(bytSendBuffer, 0, bytSendBuffer.Length) End With Catch Ex As Exception ’エラーメッセージをメッセージボックスで表示します． MsgBox(Ex.Message) End Try ’TCP接続を終了します． .Close() End With End Sub µ ´ 図5.6 send Clickメソッド

5.3 クライアントの構築

send Keywordメソッド

¶ ³

Private Sub send_Keyword(ByVal sender As Object, ByVal e As System.EventArgs) Handles Timer1.Tick Dim cnn As New ADODB.Connection

Dim rec As New ADODB.Recordset Dim sql As String

Dim bytReceiveBuffer(255) As Byte Dim intReceiveLength As Integer

Dim objTcpClient As System.Net.Sockets.TcpClient Dim ID As Integer

With objTcpListener

’保留中の接続要求がない場合は，プロシージャを抜けます．

If .Pending = False Then Exit Sub End If ’データの送受信に使用できるTcpクライアントを取得します． objTcpClient = .AcceptTcpClient With objTcpClient ’データを送受信するために使用するストリームを取得します． objNetworkStream = .GetStream With objNetworkStream Do

If .DataAvailable = True Then

’TCPクライアントから送信されたデータを取得します．

intReceiveLength = .Read(bytReceiveBuffer, 0, bytReceiveBuffer.Length) ID &= System.Text.Encoding.Default.GetString

(bytReceiveBuffer).Substring(0, intReceiveLength) ’ 接続を確立する

cnn.Open(CurrentProject) ’クエリの作成

sql = "Select * From " & table & " Where ID = " & ID rec.Open(sql, cnn)

send_data(ID & ";" & rec.Fields(Keyword).Value) rec.Close() cnn.Close() Exit Do End If Loop End With ’TCP接続を終了します． .Close() End With End With End Sub µ ´ 図5.7 send Keywordメソッド

第

6

章

VPS

の実環境への適用例

本章では，構築したVPSを実環境への適用例を述べる．

6.1

POS

システム

今後，最もRFIDを利用するサービスと考えられるのがPOS（Point Of Sales）システ ムである．このPOSシステムにVPSを適用した場合について述べる． • 商品情報の検索 IPとRFIDを組み合わせて導入した場合，消費者が商品の情報を知ることができるよ うに売り場に商品を読み込んで，その商品の情報を表示する端末が設置されることが考 えられる．その場合，VPSが存在しないと，まずRFIDタグの規格の判別を行い，そ の後そのRFIDタグの規格に関する名前解決サーバを検索し，判明したRFIDの名前 解決サーバに名前解決要求を出す必要がある．VPSを適用した場合，RFIDタグを読 み込んだ後は，RFIDタグの規格の違いを意識する必要がなく，またRFIDタグの名前 解決要求も近隣のVPS同士で行うため，一箇所への負荷集中を防ぐことができる．商 品情報検索時の VPS適用前のフローチャートを図6.1に，適用後のフローチャートを 図6.2に示す． • 購入時 商品購入時の動作では，VPS適用前にはRFIDの情報の共通化がないため，支店で個 別に商品情報を管理下のちに，本店に情報を送信し，売買情報を共通化する．VPS適 用後では，RFID 情報の共通化が行えるため，本社で売買情報の一括管理が可能とな

6.1 POSシステム る．一括管理により，リアルタイムな在庫状況と支店ごとの売買状況が本店で確認する ことができ，市場の詳細な動向が確認できる．また，メーカのVPSに購入日時などを 保存しておき，保証情報とすることにより，購入店以外でも一括して保証が受けられる サービスが提供できる． • 商品発注 商人発注の動作では，VPS適用前ではメーカに発注を出し，メーカが流通センターに 商品の発送の依頼をする．その後，流通センターから商品発注を行った支店に商品の配 達が行われる．消費者からの取り寄せ依頼ならば，支店で入荷確認を行った後，商品到 着の知らせを行う．VPS適用後は，流通センターに商品発注を行う流れは同じだが，そ の後流通記録をVPSが記録し，メーカが保証記録を保存することによって，流通セン ターから直接消費者への配達などが可能になる．

6.1 POSシステム

図6.1 VPS適用前

第

7

章

評価

本章では，VPSの評価について述べる．

7.1

定性的評価

検索ワードとして「Apple」を指定し，検索を行った．検索結果のスクリーンショットを 図7.1に示す． 図7.1 検索結果

7.2 定量的評価 この結果により，RFIDタグが読み込めない状況下でも，RFIDタグが最後に読み込まれ た場所や時間，履歴などからあたかも現在RFIDタグを読み込んでいるような動作を行う ことが可能となる．

7.2

定量的評価

データベースへのRFIDタグに関する情報登録数の変化による検索速度の変化の測定を 行った．データベースへの登録数と検索速度には比例関係があり，登録数が5万件で検索に 約2秒かかる結果となった．測定結果を図7.2に示す． 図7.2 DB数による測定結果の変化 本測定の結果，単純検索であれば5万件まで実用に耐えうることがわかった．しかし，巨 大企業になると商品数も莫大なものとなり、また商品に関するキーワードも増加する．実環 境との登録商品数とキーワード数の比較を表に示す．この表に示すとおり，実験例と実環境 を比較すると，商品数で100∼300倍，キーワード数で2∼5倍の結果が出た．今後，RFID タグ個別単位で名前解決を行うのではなく，商品単位，メーカ単位で情報を持つサーバとの 関連の保持を行うなどRFID情報の扱いを工夫する必要がある．

7.2 定量的評価

表7.1 実環境との比較

比較対象 商品数 キーワード数

本実験例 50000 1件に対し3つ 大手ネットショッピングサイト 約15,000,000(登録店舗数約50000) 約5∼15件

第

8

章

結論

本章では，本研究のまとめについて述べ，今後の課題を挙げる．

8.1

まとめ

本研究では，IPとRFIDを組み合わせた際の問題点を挙げ，その問題点を解決するアー キテクチャを利用したシステムとしてVPSの考察を行った．また，VPSを実システムに適 用した場合の変化について述べた．これにより，IPとRFIDを組み合わせたサービスを提 供する際に，サービスの提供者の負担を軽減し，また利用者がIPとRFIDの違いを意識す る必要がない環境の構築が可能となった．またVPSが提供する情報により，より利用者に とって利便性の高いサービスの提供が可能となった．

8.2

今後の課題

以下に今後の課題を挙げる． • 実環境での検索 今回のVPSの構築では，RFIDタグをキーワードから検索する際，単純なデータベー ス検索となってしまった．よって，VPSにWebサーバ機能を追加し，RFIDに関する キーワードをXML形式などで提供し，実際にWeb検索からRFID情報を検索可能か どうか実験を行う必要がある． • 設置の困難さ

8.2 今後の課題

巨大企業になると商品数が莫大なものとなる．このためVPSのRFIDタグ情報の扱い にハッシュなどを導入し，VPSへの負荷軽減と高速処理を実現する必要がある．

謝辞

本研究に行うにあたり，多大なるご指導，ご鞭撻をいただいた，本情報システム工学科の 島村和典教授，ならびに副査を担当し，ご助言を頂いた荻原剛志教授，妻鳥貴彦講師に心よ り感謝致します． また，高知工業高等専門学校の山口巧先生には本研究を進めるにあたっての，様々なご助 言を頂きました．ここに感謝致します． 最後に共に研究を進めた島村研究室のメンバーの皆様や，ご相談にのって頂いたその他多 くの友人に深く感謝し，謝辞と致します．

参考文献

[1] 田村伊知朗，高橋翔太，山口巧，島村和典，“Virtual Protocol Server による RFID 網および IP網連携の一検討”，電気関係学会四国支部連合大会論文集，2005．

[2] Ichiro TAMURA,Syota TAKAHASHI,Kazunori SHIMAMURA,“A study on the network architecture seamless for the ubiquitous communication processing over IP and sensor networks”,NEINE’05 pp.330-334(2005).

[3] 高橋翔太，赤松仁，小松義幸，山口巧，島村和典，”RFIDタグ間通信のための通信プ ロトコルアーキテクチャに関する提案”，高知工科大学学位学士論文 2004.

[4] 赤松仁，高橋翔太，小松義幸，山口巧，島村和典，”2.5GHz 帯RFIDタグの通信保保 証環境およびリーダ間通信品質に関する研究”，高知工科大学学位学士論文 2004.

[5] 高度情報通信ネットワーク社会推進戦略本部，http://www.kantei.go.jp/jp/singi/it2/

[6] EPC global，http://www.epcglobalinc.org/

[7] Ubiquitous ID Center，http://www.uidcenter.org/

[8] 日本アールエフソリューソン株式会社，http://www.jrfs-rfid.com/