ディズニーのLinux搭載LED電球が家庭にLi-Fi接続をもたらす

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• ディズニーが相互接続された家庭ネットワークのためのLinuxベースの「Linuxライトバルブ」を発表 - - ディズニーリサーチがLEDからLEDへのネットワーキング方法を示し、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家庭ネットワークを構築します。
• OpenWRT-on-AtherosがArduino制御のライトを制御
• 追加の参考文献

ディズニーが相互接続された家庭ネットワークのためのLinuxベースの「Linuxライトバルブ」を発表

ディズニーリサーチが玩具、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家庭ネットワークを構築するためのLEDからLEDへのネットワーキング方法を示しました。

ディズニーリサーチは、電球と玩具が互いに通信できるLEDからLEDの「Linuxライトバルブ」ネットワーキング技術を示しました。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。

この革新の背後にあるアイデアは、スイスの大学ETH（チューリッヒに所在）との共同研究によって開発されました。このシステムは、LEDに埋め込まれたLinuxコードチップを使用して、同様の機能を持つデバイスと通信するのに適しています。適切な候補には、玩具、ウェアラブル、電話、コンピュータ、自動車、その他のIoTガジェットが含まれます。

このシステムは、最近数年で進化している非常に新しいVLC（可視光通信）技術を使用しています。この技術は、現代のLEDがデジタルシステムと相互作用し、光の明るさと周波数を迅速に変更する能力を利用します。LEDはまた、フォトダイオードのように機能することができます（フォトダイオードは、可視範囲の光が当たると活性化されるp-n接合ダイオードです）。これらのプロセスによってLEDで引き起こされる変調は、人間の目の感度が検出できるものであり、ユーザーは光のちらつきやその他の安全上の懸念を感じることはないとディズニーは述べています。

プロジェクトのVLC分野への主な貢献は、ネットワーキング技術の追加です。ディズニーリサーチはスマートバルブ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技術は、玩具やその他の低コストのガジェットにWiFi、Bluetooth、ZigBee、またはその他の短距離無線技術を埋め込むよりもはるかに安価です。Linuxライトバルブチップを実装することで、多くの現代の玩具に埋め込まれたLEDは、正確に制御されたスマートライトになります。これらのライトはメッシュネットワークでリンクされ、デバイスの活動を調整し、直接の視線がなくても通信を確立できます。

ディズニーリサーチとETHチューリッヒは、ネットワーキング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]を共同で発表しました。 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したLinuxのVLCリンク層について説明しています。このモジュールは、以前にディズニーリサーチによって開発されたVLCメディアアクセス制御（MAC）および物理（PHY）層の上に位置しています。ネットワークドライバは、IPプロトコルとVLC層の間のインターフェースを提供します。

OpenWRT-on-AtherosがArduino制御のライトを制御

ディズニー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キングに優れたOpenWRT Linuxを実行するモジュールを中心に構築されています。この同じ組み合わせは、多くの低価格のIoTデバイス、無線対応のコンピュータモジュール、Arduino YúnなどのシンプルなハッカーSBCに見られます。

Linux側では、VLCコントローラーは標準のイーサネットインターフェー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ています。これにより、インターネット制御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）、およびトランスミッションコントロールプロトコル（TCP）を使用した通信が可能になると言われています。

Atheros対応のコントローラーモジュールは、テストベッドでArduino UnoボードのATmega328p MCUに実装された別の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ースを使用して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ための電源を追加して修正されています。

上記の画像は、Linuxライトバルブの内部を示しています。

ディズニーリサーチは、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、別のArduinoベースのモジュールを省略することを検討しました。しかし、これによりLinuxモジュールが他の作業を行うことができなくなり、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「付加価値」が失われることになりますと論文は述べています。別のVLCファームウェア設計は、Atherosモジュールを他の作業に解放しながら、リアルタイムの重要なパフォーマンスを保証すると言われています。

https://www.disneyresearch.com/wp-content/uploads/Pub_InvisibleLightCommunication_Siggraph14_video.mp4

LinuxライトバルブのAtherosチップにはWiFiが内蔵されており、ディズニーリサーチはテスト目的で使用しました。しかし、ライトは互いにVLCを使用してのみ通信することを意図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キング機能は、ネットワーク内の1つのエンドポイントのみが無線を必要とする設計をサポートします。これは、すでに無線を装備したスマートフォンである可能性があります。

最大ペイロードは1回の送信あたり200バイトのみで、最大1Kbpsの帯域幅を持つため、ディズニーのVLC技術はメディアストリーミングには使用されず、単純なコマンドの送受信のみが行われます。しかし、はるかに高度なVLCシステムは、800Mbpsの速度でポイントツーポイント通信を実証していますが、ネットワーキングの知恵はありません。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帯域幅に達する可能性がありますが、単一のMbps速度を達成できるかどうかは不明です。

VLCにネットワーキングを追加することで、ディズニーは技術の範囲と信号干渉の主要な制限を克服したようです。無線通信に対する利点には、コストと電力消費の低下だけでなく、より良いセキュリティも含まれます。

ディズニーリサーチは、この技術が次世代のディズニー玩具を超えて、他の低帯域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。論文では、既存の照明インフラストラクチャを使用したVLCベースの位置情報サービスや、制御可能なLED照明、識別、屋内追跡の可能性について言及しています。

光通信のより広い役割は、いわゆるIII-V材料を組み込んだ将来のプロセッサに待たれているかもしれません。このような光に優しいチップは、コンピュータ内だけでなく、デバイス間でも高速光通信を可能にするはずです。

追加の参考文献

追加情報はこのリンクおよびこのリンク（PDF）で見つけることができます。