Disney の Linux 搭載 LED 電球が家庭に Li-Fi 接続をもたらします

ディズニー、相互接続されたホームネットワーク用の Linux ベースの「Linux Light Bulb」を発売

Disney Research は、玩具、ウェアラブルガジェット、スマートフォンなどを相互接続するホームネットワークをセットアップするための LED 対 LED ネットワーク手法を実証しています。

Disney Research は、電球とおもちゃが相互に通信できるようにする LED 対 LED の「Linux Light Bulb」ネットワーク技術を実証しました。これにより、ディズニー/ピクサーのトイ・ストーリーの現実に一歩近づくことができます。

このイノベーションの背後にある実用的なアイデアは、ディズニーがスイスのETH大学（チューリッヒにある）と協力して開発したものです。このシステムは、LEDに埋め込まれたLinuxコードのチップを使用しており、同様の機能を持つデバイスとの通信に適しています。適切な候補は次のとおりです。おもちゃ、ウェアラブル、電話、コンピュータ、自動車、その他のモノのインターネットギズモ。

このシステムは、近年急速に発展しつつあるVLC（Visible Light Communication）技術を利用しています。この技術は、最新の LED の機能を利用してデジタルシステムと対話し、光の明るさと周波数をすばやく変更します。 LED はフォトダイオードのように機能することもあります (フォトダイオードは可視範囲の光が当たると活性化する pn 接合ダイオードです)。ディズニーによると、LEDのこれらのプロセスによって引き起こされる変調は人間の目の感度で検出できるものであるため、ユーザーはライトのちらつきやその他の安全上の懸念を感じることはありません。

このプロジェクトの VLC 分野への主な貢献は、ネットワークテクノロジの追加です。 Disney Research は、スマート電球のプロトタイプを開発し、インターネットプロトコル (IP) 通信に基づいたそのための VLC ネットワーキングフレームワークを定義しました。

ネットワーク化された VLC テクノロジーは、WiFi、Bluetooth、ZigBee、またはその他の短距離無線テクノロジーを備えたおもちゃやその他の低コストの機器を組み込むよりもはるかに安価です。 Linux Light Bulb チップを実装することにより、多くの現代のおもちゃに埋め込まれた LED は、正確に制御されるスマートライトになります。ライトは、直接見通し線がなくてもデバイスの動作を調整し、通信を確立するために、メッシュネットワークでリンクできます。

Disney Research とチューリッヒ工科大学は共同で、ネットワークシステムと概念実証ハードウェアプラットフォームの両方を説明する学術論文 [PDF] を発表しました。

この論文では、新しい VLC ネットワークドライバーモジュールを使用する Linux 用の VLC リンク層について説明します。このモジュールは、Disney Research によって以前に開発された VLC メディアアクセスコントロール (MAC) レイヤーと物理 (PHY) レイヤーの上に位置します。ネットワークドライバーは、IP プロトコルと VLC レイヤーの間のインターフェイスとなります。

OpenWRT-on-Atheros 制御 Arduino 制御のライト

Disney のハードウェアテストベッドは、MIPS ベースの Qualcomm Atheros AR9331 SoC 上で軽量でネットワークに精通した OpenWRT Linux を実行するモジュールを中心に構築されています。これと同じ組み合わせが、多くのローエンド IoT デバイス、ワイヤレス対応のコンピュータオンモジュール、および Arduino Yún などの単純なハッカー SBC に導入されています。

Linux 側では、VLC コントローラーは標準イーサネットインターフェイスとして抽象化され、カーネルドライバーモジュールとして実装されます。これにより、インターネットコントロールメッセージングプロトコル (ICMP)、ユーザーデータグラムプロトコル (UDP)、および伝送制御プロトコル (TCP) を使用した通信が可能になると言われています。

Atheros 対応コントローラーモジュールは、テストベッドでは ATmega328p MCU を搭載した Arduino Uno ボードに実装されている別個の VLC ファームウェアモジュールと通信します。 Linux コントローラーモジュールは、シリアルインターフェイスを使用して Arduino ベースのファームウェアモジュールと通信します。 Arduino モジュールは LED とセンサーを直接駆動します。接続された LED 電球は、4 つのフォトダイオードセンサー、ヒートシンク、および集中的な光通信をサポートする電源を追加して変更されています。

上の画像は、Linux Light Bulb の洞察を示しています。

Disney Researchは、GPIO接続を使用してLinuxモジュールから直接電球を制御することで、別個のArduinoベースのモジュールをスキップすることを検討していると述べた。しかし、これでは基本的に Linux モジュールが他の作業を行うことができなくなり、付加価値が「VLC にオペレーティングシステムを追加する動機となった」と論文では述べています。独立した VLC ファームウェア設計により、Atheros モジュールを他の業務に解放しながら、リアルタイムの重要なパフォーマンスを確保できると言われています。

Linux Light Bulbs の Atheros チップには WiFi が内蔵されており、Disney Research はこれをテスト目的で使用しました。しかし、ライトは VLC を使用してのみ相互に通信することを目的としている、とディズニーの論文は指摘しています。おそらく、メッシュネットワーク機能は、ネットワーク内の 1 つのエンドポイントのみがワイヤレスを必要とする設計をサポートしており、そのエンドポイントはすでにワイヤレスが装備されているスマートフォンである可能性があります。

送信あたりの最大ペイロードはわずか 200 バイトで、最大帯域幅は 1Kbps となるため、Disney の VLC テクノロジーはストリーミングメディアには使用されず、単純なコマンドの送受信にのみ使用されます。しかし、はるかに洗練された VLC システムは、ネットワーキング機能がまったくないにもかかわらず、最大 800Mbps の速度でのポイントツーポイント通信を実証しています。ディズニーが提案する低コストのプラットフォームは、より有用なダイヤルアップレベルの Kbps 帯域幅まで拡張できる可能性がありますが、すぐに 1 桁の Mbps の速度さえ達成できるかどうかは不明です。

ディズニーは、VLC にネットワークを追加することで、通信範囲と信号干渉というテクノロジーの大きな制限を明らかに克服しました。ワイヤレス通信に比べて、コストと消費電力が低いだけでなく、セキュリティが向上するという利点もあります。

Disney Research は、このテクノロジーが次世代のディズニー玩具を超えて、他の低帯域幅 IoT アプリケーションに拡張されることを想定しています。この論文では、制御可能な LED 照明、識別、屋内追跡だけでなく、既存の照明インフラストラクチャを使用した VLC ベースのローカリゼーションサービスの可能性についても言及しています。

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