プログラマブルデバイスを用いたワイヤレス通信・制御実験システムの開発

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研究目的:本研究では、Zigbeeなどの近距離無線技術と再構成型デバイスを用いて多対多通信が可能な無配線ネットワークシステムなどの構築を通して、今後の情報化社会の基盤技術になると考えられる技術的な知識を学生が容易に習得できる実験環境を整備することを目的とした。研究方法:1.従来から行われているRS-232やUSBなどのシリアル通信方式のプロトコルを理解し、FPGA(Field-Programmable Gate Array)に組み込む通信ドライバをHDL(Hardware Descriprion Language)を用いて作成するとともにシミュレータによる論理動作確認を行った。2.作成した通信ドライバを用いて、実際にFPGAとPC(パーソナルコンピュータ)との有線通信およびZigbeeモジュールを用いて無線通信の1対1での動作実験を行い、通信ドライバが正常動作であることを確認した。3.1対多および多対多通信を実現するために、通信フォーマット変更による通信ドライバの改良を行い、PCからのブロードキャスト信号を複数のFPGAモジュールが同時に受信できるか、また、多対多通信を可能にするため各FPGAモジュールが処理条件によって送信相手先モジュールを任意に選択し同時に送受信できるか実験を通して動作確認を行った。研究成果:今回は、Zigbee無線モジュールを用いて1対1、1対多、多対多通信全てを可能とする小規模、低速ではあるが無配線ネットワーク実験システムを構築した。1対1通信の場合は従来のシリアル通信ドライバを使うことで実現できるが、1対多、多対多通信の場合は送信者が送信相手を自由に指定できることや受信側も自分宛てに来たデータなのかを判別する必要がある。このため通信フォーマットについて考慮し、データ送受信時のオーバヘッドをできるだけ軽減するように工夫し、効率的な通信ができるように実験システムを開発することができた。このシステムでは、ニューラルネットワークをはじめとする様々なシミュレータとしても利用でき、有効活用するためにシステムに関する操作説明や各技術に関係するマニュアルを作成し実験の理解度を向上させるように努めた。これにより、通信やプログラマブルデバイス開発技術はもとより様々な分野で応用できる分散システムやネットワークシステム構築の基礎を学習することも可能となると考えられる。この成果は、自然科学研究機構生理学技術研究会の奨励研究採択シンポジウムにて発表を行っている。