IA vs NIA：アーキテクチャ選定ガイド | Marvelmind

0:00 こんにちは。今日は、IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）とNIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）の違いについてお話しします。違いは、超音波を発信するビーコンにあります。これは当社のスターターセットのごく一般的な構成で、3Dトラッキングのための最小構成です。構成は、固定ビーコン4台、モバイルビーコン1台、そしてモデム1台です。この観点では、IAとNIAはどちらも同じです。しかし、大きな違いがあります。IAとNIAの違いは、誰が超音波を発信するかです。もう一度強調しておきますが、無線に関しては、すべてのビーコンとモデム

0:58 がいずれも送信と受信の両方を行います。ですから、私が超音波を発信する・しないと言うときは、常に超音波のことを指しています。また、超音波の話に入る前にもう1点、ビーコン同士は無線で直接通信しません。すべてモデムと通信します。つまり、少なくとも現時点ではスター型のアーキテクチャです。では超音波の話に戻ります。NIAアーキテクチャでは、モバイルビーコンが超音波を発信し、固定ビーコンが超音波を受信します。これはすでに稼働しているモードでの話です。固定ビーコンのマップを構築するとき、つまり初期段階でマップを作成しているときは、モデムがこれらのビーコンを1台ずつ制御し、各ビーコンが超音波を発信できます。たとえば、こちらが音を発信します。

1:57 こちらが超音波を受信します。そして両者の間の距離が測定され、モデムが距離テーブルを収集して、固定ビーコンのマップを自動構築します。つまり、NIAアーキテクチャでも、たとえばBeacon HW v4.9やSuper-Beaconを使っている場合は、固定ビーコンが超音波を発信することがあります。一方で、Mini-RX を使うこともできます。こちらがそうです。この Mini-RX は超音波を発信できません。そのためこの場合、NIAアーキテクチャでは、固定ビーコン間の距離を手動で入力するか、固定ビーコンの位置を手動で入力する必要があります。これはRX専用、つまり受信のみで、何も送信できないからです。ただし、より小型で、超音波の感度という点ではSuper-

2:56 Beaconと同程度でありながら、少し安価です。では、NIAとIAの話に戻ります。NIAアーキテクチャでは、こちらが超音波を発信し、固定ビーコンが超音波を受信します。どれも同じ周波数で動作し、通常は40 kHzです。一方、IAアーキテクチャは、内部構造の点ではおよそ10倍複雑だと言えますが、固定ビーコンが超音波を発信し、モバイルビーコンが受信します。そしてここから、IAアーキテクチャの最大のメリットが生まれます。位置更新レートを下げることなく、受信側のビーコン、つまりモバイルビーコンを多数使えるのです。これは本物のGPSと同じです。GPSでは、衛星が電波を発信し、あなたの

3:54 受信機がすべての衛星からの電波パルスを受信します。そして、衛星の電波を受信する受信機は何百万台もあります。IAアーキテクチャも同じで、位置更新レートを下げることなく多数のモバイルビーコンを使えます。IAとNIAのどちらの場合も、Marvelmindは250台のビーコンをサポートします。ここでいうビーコンは、固定ビーコンとモバイルビーコンの合計です。どちらの場合も同じですが、IAアーキテクチャとNIAアーキテクチャの違いは、特に位置更新レートにあります。つまり、NIAアーキテクチャの構成では、ある瞬間に位置を測定できるモバイルビーコンは1台だけです。ですから、倉庫でドローンを1台だけ飛ばす場合は問題ありません。ドローンは1台だけなので、ドローン1台あたりの位置更新レートと

4:53 システム全体の位置更新レートは同じで、8 Hz、10 Hz、12 Hz前後になります。しかしドローンが10台あると、1台目、2台目、3台目…と順に位置を測定し、10台目まで測ったら再び1台目に戻ります。つまり、システム全体の位置更新レートが10 Hzなら、ドローン1台あたりはわずか1 Hzになります。これがNIAアーキテクチャの場合です。一方、IAアーキテクチャでは、たとえば人を Mini-RX やバッジ、ヘルメットで追跡する場合、同時に多数の人を追跡できます。固定ビーコンが同時に超音波を発信し、こちら（モバイル側）が受信しますが、同時に受信できるからです。ただし、大きな「ただし」があります。それは、固定ビーコンが異なる周波数、つまりそれぞれ異なる超音波周波数で発信しなければならないということです。

5:51 そのため、19 kHz、25 kHz、21 kHz、23 kHz、45 kHzなど、共振周波数の異なるビーコンがあります。現在は最大5つの周波数があり、同じサブマップ内で同じ周波数を使うことはできません。そうすると、モバイルビーコンは超音波信号がどの固定ビーコンから来たのかを区別できなくなるからです。IAアーキテクチャの大きなメリットは、更新レートを下げずに多数のモバイルビーコンを使えることです。これは素晴らしい点です。しかし同時に、システムの複雑さは大幅に増しました。繰り返しますが、NIAアーキテクチャの10倍は複雑です。モバイルビーコンは、互いにかなり近い複数の超音波周波数を同時に受信し、それらをフィルタリングして信号を検出し、そのうえで外部ノイズや

6:50 干渉がある中でも、自分の位置を計算できなければならないからです。この場合、位置を計算するのはモデムではなく、モバイルビーコン自身です。つまり、IAアーキテクチャのシステムはよりスケーラブルです。また、モバイルビーコンの台数を増やしても、更新レートの低下はわずかか、まったくありません。では、IAアーキテクチャの欠点は何でしょうか。モバイルビーコンが超音波を受信するので、ドローンのようなノイズの大きいものにモバイルビーコンを載せることはできません。ドローンは、可聴域から超音波域にまで及ぶ、非常に広帯域でホワイトノイズに近い音を出しているからです。それが固定ビーコンからの超音波の受信を単純に妨げてしまいます。そのため、本来30 mある

7:49 最大距離が、20 m、10 mにまで短くなります。非常にノイズの大きいドローンの場合は、たとえば5 mまで短くなることもあります。ですから、ドローンやノイズの大きいモバイル対象には、IAアーキテクチャの使用はお勧めしません。一方、人員の追跡のように複数のモバイル対象がある場合、たとえば複数のロボットや複数のフォークリフトがある場合には、常にIAアーキテクチャをお勧めします。ここでいう「複数」とは、5台、10台以上といった規模のことです。そして更新レートが重要な場合です。10秒に1回の更新レートで問題なければ、NIAアーキテクチャでも十分です。しかし、たとえばモバイルビーコン1台あたり10 Hzの更新レートが必要なら、IAアーキテクチャが解決策になります。では、もう一度繰り返します。NIAとIAの違い、そしてそれぞれの長所と

8:48 短所をまとめます。当社はどちらのシステムもサポートしています。どちらのシステムも、合計250台のビーコンをサポートします。IAアーキテクチャは主に、人のように複数のモバイル対象があり、更新レートが重要な場合に使います。NIAアーキテクチャは、ドローンのようにノイズの大きいモバイル対象がある場合に使います。この場合は、NIAアーキテクチャを選んでください。次に、サブマップについて少しお話しします。これについては別の動画も用意する予定ですが、サブマップと、このようなマップの構築という点では、どちらのアーキテクチャも同じです。ですから、ロボットや人の2Dトラッキングを行う場合は、NIAアーキテクチャでもIAアーキテクチャでも使えます。それでも、マップの構築方法は同じです。たとえば2Dトラッキングなら、1つ目の部屋、2つ目の部屋、3つ目の部屋…というように構築します。どの部屋にも、少なくとも2台の固定ビーコンが必要です。

9:47 このような構成になり、もちろん、部屋から部屋へ移動するモバイルビーコンがあります。サブマップでの違いは複雑さです。NIAアーキテクチャで構築する場合、これらのビーコンはすべて同じ周波数で動作し、デフォルトでは31 kHzです。しかしIAアーキテクチャでは、同じ周波数を使うことはできません。つまり、ネットワークの計画が少し複雑になります。これについては今後さらに詳しく説明していきますが、考え方は同じです。たとえば、1つの部屋があり、この部屋には19 kHzと25 kHzがあるとします。隣の部屋にも異なる周波数が必要ですが、同じ19 kHzと25 kHzの組み合わせは使えません。たとえば21 kHzと37 kHzを使う必要があります。そうしないと、サブマップ間でハンドオーバーするときに、周波数が同じなので、システムがハンドオーバーできなくなります。つまりIAアーキテクチャでは、隣接するサブマップに同じ超音波周波数を割り当てることはできません。

10:47 一方、NIAアーキテクチャなら同じ周波数を使えますが、別の複雑さがあります。これについては別の動画でもう少し詳しくお話しします。ただし、IAアーキテクチャでもNIAアーキテクチャでも、最大250個のサブマップを使って、サブマップやより大きなマップを構築できることを覚えておいてください。つまり、容量や機能という観点では、どちらのシステムも全体として同じです。ただし、超音波の働き方には根本的な違いがあります。そして、IAアーキテクチャでもNIAアーキテクチャでも、最大250個のサブマップからなる、大規模で複雑なマップを構築できます。いつものとおり、ご質問があれば、お気軽にお尋ねいただくか、Marvelmindまでメールをお送りください。喜んでお手伝いします。ありがとうございました。