NIA vs IA vs MF NIA：アーキテクチャガイド | Marvelmind

0:01 皆さん、こんにちは。引き続き基本について説明します。多くの方が当社のマニュアルを読んでいないことを、改めて実感しました。そこで、もう少し丁寧に、いわばより深く説明していきます。今日はMF NIA、NIA、IAについてお話しします。これらは何でしょうか。MF NIAアーキテクチャ（Multi-Frequency Non-Inverse Architecture）、IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）、そしてNIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）のことです。それぞれ何なのか、どう違うのか、どれを選べばよいのか。まず、メインページはこちらです。「ダウンロード」（Downloads）に進み、「アーキテクチャ比較」（Architecture Comparison）を選びます。

0:59 「アーキテクチャ比較」には、NIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）、IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）、MF NIAアーキテクチャ（Multi-Frequency Non-Inverse Architecture）が載っています。この順に並んでいるのは、歴史的にこの順番で開発されたからです。最初にこれ、次にこれ、そしてこれです。短い概要もあるので読んでみてください。ただ、基本的にこの動画全体が、この3つのアーキテクチャの比較と、どの場合にどれを選ぶべきかについての内容です。では、いちばん基本的なものから始めましょう。よくわからない場合に、私たちがいつもNIAアーキテクチャから始めることをおすすめしているのはこのためです。なぜでしょうか。NIAアーキテクチャは、間違いを犯す余地がいちばん少ないからです。これは、NIAがいちばんシンプルなアーキテクチャであることに由来します。どのような構成になっているのでしょうか。当社のどの屋内GPSシステムでも同じで、3つの

1:56 主要なブロックがあります。1つ目は固定ビーコンです。これが固定ビーコンです。次にモバイルビーコンで、これを対象物に取り付けます。対象は人、フォークリフト、ロボット、ドローンなど、動くものなら何でもかまいません。そして3つ目がモデム。モデムはシステムの中央コントローラーです。すべてここに説明されているので、これらのノードをすべて確認できます。モデムはシステムの中央コントローラーとして、基本的にすべてを指揮します。誰が誰と、どのタイミングで無線で通信するかを決めるのです。モデムはビーコンからデータを収集し、ビーコンにデータを送ります。また、お客様のシステムにも接続します。接続先は、トラッキングを確認するDashboardの場合もあれば、たとえばお客様のロボットの場合もあり、そこでシステムからデータを受け取ります。お客様のロボットを接続することもできますが、多くの場合、ロボットはモバイルビーコンに直接接続されます。そのほうが良く、速いからです。これについては後ほど少し説明します。いずれにしても、改めて言うと、主なブロックは3つです：

2:55 建物、倉庫、組立工場、工場フロアなど、対象エリアの周囲に設置する固定ビーコン、モバイルビーコン、そしてモデムです。なぜこれがいちばんシンプルなのでしょうか？なぜNIAアーキテクチャ（Non-Inverse Architecture）は3つの中でいちばんシンプルなのか？それは、超音波の周波数を1つしか使わないからです。ご存じのとおり、当社ではビーコン間の非常に精密なクロック同期に無線を使っており、その同期を担うのがモデムです。そのため、モデムは、いわば原子時計のような存在です。もちろん本物の原子時計ではありませんが、原子時計と同じ役割、あるいはGPSでいえば地上局と原子時計の役割を果たしています。GPSでは地上局がそれらの原子時計を補正するわけではありませんが、当社には原子時計がありません。当社のシステムはGPS衛星よりはるかに安価ですが、その代わりビーコンを常に同期させ続ける必要があります。そのため、

3:53 すべてのビーコンを同期させるのがモデムの役割です。この点では、NIAアーキテクチャ、IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）、Multi-Frequency IAアーキテクチャ（Multi-Frequency Inverse Architecture）は基本的に同じです。モデムが同期を行い、データを受け取ります。データの形式は多少異なることがありますが、それは問題ではありません。ここでは細かい違いは重要ではなく、モデムの仕事は同期です。重要で、しかも違いがあるのは、ここでピンク色で示した部分です。NIAアーキテクチャでは、ビーコンが使う周波数はすべて同じです。デフォルトでは31 kHzを使っていますが、ほかの周波数でも構いません。大事なのは、すべて同じだという点です。これをIAアーキテクチャと比べてみてください。IAアーキテクチャは原理的に異なります。IAアーキテクチャでは、ビーコンごとに使う周波数が定義上すべて異なります。

4:51 つまり19、25、31、37、45 kHzです。ご覧のとおり、周波数の間隔は6 kHzです。しかし、これらの周波数をすべて同時に受信し、互いに分離できなければなりません。同時に受信する必要があるため、技術的にはかなり難しい課題です。それでも、内部にデジタルフィルターを備えているので、これを実現できています。ただし、そのためにIAアーキテクチャは10倍ほど複雑になります。理由はこれだけではありませんが、これだけでも十分です。NIAアーキテクチャの場合は、基本的に一度に受信する周波数は1つだけです。IAアーキテクチャでは少なくとも5つの周波数を同時に受信するため、フィルタリングが非常に難しくなります。どれも同じように見えるため、どの信号がどのビーコンのものかを見分けるのも非常に困難です。さらに、ビーコンの1つが、例えばある固定ビーコンのすぐ近くにあると、フィルターで除去しても、誤った周波数が

5:49 非常に強く聞こえてしまい、遠くにある正しい周波数と同程度の強さになることがあります。フィルターのダイナミックレンジにも限界があるからです。複雑な話を手短にまとめると、IAアーキテクチャは非常に複雑だということです。実装面でのいちばん大きな違いは、NIAアーキテクチャでは同じ周波数を、IAアーキテクチャでは異なる周波数を使うことです。一方、ユーザーであるみなさんにとってのいちばん大きな違いは、少し別のところにあります。それは、誰が超音波を発信するのか、という点です。NIAアーキテクチャでは、モバイルビーコンが発信します。つまり、速いクリック音を次々と出します。超音波そのものは聞こえませんが、今私がいるような静かな部屋では、クリック音が聞こえることがあります。IAアーキテクチャでは、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。そのため、

6:47 IAアーキテクチャのモバイルビーコンは、標準でも設計上も、まったく音を出しません。これが、例えば人員の追跡にIAアーキテクチャを推奨する理由です。ご存じのとおり、肩に何かを付けたいという方は少なくありませんが、バッジならまったく静かです。バッジは完全に無音です。そして固定ビーコンは、10 mや20 mほど離れて設置されています。まず、それだけ離れていれば聞こえませんし、そもそも気にする人はいません。固定ビーコンはそこに設置されているだけで、特に産業用途ではなおさらです。ですから、音、たとえわずかな音でも気になるのであれば、選ぶべきはIAアーキテクチャであって、NIAアーキテクチャではありません。しかし、その結果として生じるいちばん大きな違いは次の点です。モバイルビーコンが複数ある場合、つまり

7:46 NIAアーキテクチャでモバイルビーコンを複数使う場合、周波数を1つしか使っていないので、一度に対応できるモバイルビーコンは1台だけです。周波数が同じだからです。周波数では区別できませんし、残念ながら、コード変調やその他の特殊な変調のような別の方法で区別することもできません。センサーは共振を利用しているため、発信の効率が非常に高いのです。だからビーコンの消費電力はとても少なく、バッテリーで動かせます。ただしその代償として、信号をあまり変調できません。そのため、一度に追跡できるモバイルビーコンは1台だけで、ほんの一瞬、つまり80 Hz、100ミリ秒程度かそれ以下、50ミリ秒ほどの間隔をおいて次のビーコンに移ります。それでも同時ではありません。1台、また1台、さらに1台と順番に処理します。ですから、モバイルビーコンが100台ほどあると、1、2、3、4、5、

8:46 …99、100、そしてまた1、2、3となります。そのため、NIAアーキテクチャではモバイルビーコン1台あたりの更新レートが下がります。つまり、NIAアーキテクチャのいちばんの利点は非常にシンプルなことで、いちばんの欠点は、モバイルビーコンの数に比例して更新レートが下がることです。IAアーキテクチャでは、このようなことは起きません。IAアーキテクチャでは、固定ビーコンが異なる超音波周波数を同時に発信し、モバイルビーコンはさまざまなビーコンからの信号を受信して、自ら位置を計算します。理論上はモバイルビーコンが1000台あっても、すべてが同時に計算でき、更新レートはモバイルビーコンの数に左右されません。これがIAアーキテクチャのいちばんの利点です。YouTubeの当社の動画でもご覧いただけますが、

9:46 モバイルビーコンを100台ほど動かしても、更新レートは1台のときと同じです。これがいちばんの利点です。一方、欠点は、モバイルビーコンが超音波を受信する側だということです。例えばドローンは非常にうるさいので、超音波を受信する高感度のビーコンをドローンに載せて飛ばすことはできません。うまくいきません。騒音、それも耳に聞こえるほどの大きな騒音は、超音波の帯域にも及ぶからです。その結果、離れた固定ビーコンからの超音波信号の受信が妨げられます。動作距離は通常の30 mではなく、数メートル程度になってしまいます。どの程度になるかは、条件やドローンの騒音レベルなど、さまざまな要因に完全に左右されますが、大幅に短くなります。そのため、

10:44 ドローンのような騒音の大きい物体には、IAアーキテクチャはお勧めしません。IAアーキテクチャは人員の追跡向けです。ただし、その中間ともいえる別の選択肢があります。では、モバイルビーコンがそれぞれ異なる超音波周波数を使ったらどうでしょう？19、25、31、37 kHz、といった具合です。この場合、超音波を発信するのはロボット側なので、モバイルビーコンをドローンのような騒音の大きいものに載せることができます。しかも周波数が5種類あるので、当社のSuper-Beaconは周波数の違いを、ひいては個々のドローンを区別できます。つまり、最大5機のドローンを更新レートを下げずに飛ばせるということです。これがMulti-Frequency NIAです。NIAとまったく同じですが、同じ数のビーコンで5つのNIAを同時に動かしているようなものです。ビーコンを追加で設置する必要はありません。同じビーコンのままで、

11:43 周波数だけが5種類になります。MF NIAのライセンスを入手して有効にすれば、より高い更新レートが得られます。ドローンが5機を超えると、確かに更新レートは下がり始めますが、その下がり方はNIAの5分の1です。例えばドローンが10機なら、更新レートの低下は半分で済みますが、NIAではシステム全体と比べてドローン1機あたり10分の1になります。具体的には、システム全体で10 Hzあり、ドローンが10機の場合、NIAではドローン1機あたり1 Hzしかありませんが、Multi-Frequency NIAなら5 Hzの更新レートが得られます。今回の内容がお役に立てば幸いです。さらにご質問があれば、info@marvelmind.com までお問い合わせください。いつでも喜んでお手伝いします。