トップメーカーとして、ワールドワイドで多くの実績を有しています。今回は、同社が得意とする鉄道業界における代表的なベストプラクティスについて紹介しましょう。厳しい通信要件が求められる鉄道業界での実績は、多くの他の産業界でも参考になると思います。世界各国で都市化が進むなか、都市部、あるいは都市間を結ぶ高速鉄道の需要はますます拡大しています。そこでは、さらなる輸送力を高めるため技術の進歩が日々求められています。Control)は大きな需要が見込まれています。これは列車と地上設備で通信を行い、列車の運行と制御を行う信号保安技術です。従来システムと比べ、より正確な列車位置の把握と制御を行うことができます。乗客のための空間をより広げる必要もあります。これらの実現に貢献するのが先進的な無線技術です。通常のWi-Fi技術と異なり、高速鉄道のCBTCアプリケーションには特別な無線性能が求められます。パケット遅延時間5ms秒以下、パケット成功率99.999%と厳しい要求が必要です【★写真1】。Moxaは、このようなCBTC無線技術の課題をクリアすべく、さまざまな取り組みを行ってきました。その1つが、タイで進めてきたCBTCの無線システムです。【★写真1】高速鉄道のCBTCアプリケーションに求められる無線性能。Chen)氏【★写真2】は「このプロジェクトで特に難しかった点は、既存システムを更新していくことでした。新システムの移行が求められました。当然ですが、移行期間に列車を止めることはできません」と振り返りました。そこでMoxaは、最初に一部の路線でテストを実行し、その後に全路線へと試験運用を拡大していきました。「まず更新時に既存製品に悪影響を及ぼさないことを確認する必要がありました。新旧システムを同時に動かすため、限られた周波数帯域で通信を保証しなければなりません。IMSバンド(2.4GHz)が占有されていたので、ナローバンドで周波数帯の利用を改善しました。具体的には20MHz帯域端部に5MHz帯のナローバンド・チャネルを設けました」(陳氏)【★写真3】。周波数帯の利用を改善した。干渉を回避する必要もあります。電波は昼夜で変化するため、干渉のチャネルも変化します。「電波特性を把握するために、ラボのスペクトラムアナライザーでノイズを入れながらシミュレーションして、どんな干渉が起きると信号レベルが落ちるのかを検証しました。チャネルフィルターも設計し、干渉対策を施しました」(陳氏)。高速鉄道ではスマートなハンドオーバーも重要です。あるチャネルに干渉が発生した際すばやく別チャネルにバトンタッチできなくてはなりません【★写真4】。「ハンドオーバーの弱点は、別の遠い場所にあるAPに接続することがあり、信号強度が弱くなることです。そのため周波数ホッピング技術も対策の1つに挙げられます。無線チャネルを切り替えるため、信号強度は変わりません。製品展開が難しいため、我々も現在取り組み中です。近い将来、実装したいと考えています」(陳氏)。【★写真4】高速鉄道では、あるチャネルに干渉が発生したとき、すばやく別チャネルにハンドオーバーできる仕組みも重要。その際に信号強度が落ちないような方式にも取り組んでいる。最後に同氏は「タイでの挑戦からは多くのことを学びましたが、まだ検証が必要です。今後はCBTC技術が必須になります。(列車を無線で連結)やLoRaといった技術も登場しています。これからもMoxaは新技術に対応していきます」と力強く語りました。Lin)氏【★写真5】が、鉄道通信システムの計画をテーマに、2018年から中国と連携して進めている「駅内の統合監視システム」の事例を紹介しました。従来の駅内監視システムには、複数の課題がありました。改札や乗客案内、監視カメラなどのシステムが独立しており、それぞれの調達や運用に手間がかかかっていたのです。林氏は「システム間で異なるソフトやプロトコルが使われており、連携時に不整合が発生するリスクがありました。Center)に負荷が集中すると、そこが単一障害点になって故障時の被害も甚大になります」と指摘しました。「駅のクラウドベースの運営プラットフォーム」【★写真6】を新たに提案しました。Moxaが提案した「駅のクラウドベースの運営プラットフォーム」。OCCと各駅間を高速ネットワークで結び、分散処理を行う。スイッチングユニット、ストレージユニットのプールを各駅に置いて共通化し、これらを10Gbpsのバックボーン・ネットワークで結びます。サーバー上にはバーチャルマシンを用意し、共通ゲストホストを走らせ、すべてのサブシステム(改札、PA、監視カメラ、EMCSなど)を、このゲストホスト上で稼働させる仕組みです【★写真7】。【★写真7】システム構成。スイッチング、ストレージのユニットを各駅に置いて共通化。サーバー上のVMでゲストホストを走らせ、すべてのサブシステム稼働させる。「駅には3台ぶんの同一ラックを用意し、各駅内・駅間で冗長化しました。本クラウドプラットフォームは、すでに稼働しており、将来の新たな駅システムとしてチャレンジが始まっています」(林氏)。次に、林氏は最新の車上ネットワーク設計について解説しました。ETBN」という2つの技術がポイントになります。列車通信ネットワークは、前出のようなETBとECNを組み合わせて、パフォーマンスと柔軟性を実現します。列車間トラフィックを車両側で管理し、鉄道沿線のコントロールセンターにデータを送る必要があります。CCTVシステム用に使う「ETBとWTBの共存設計」、さらに2本のETBNを使って高速化と信頼性を担保する「フルイーサネット設計」による設計方法を挙げました。ETBNについて、林氏は「前出のIEC-61375規格において、ETBは100Mbpsしか定義されていません。足りないケースがあります。そこで欧州や米国では、ETBN規格に対応するギガビットルータを欲しがっています」と説明。TN-4900シリーズ【★写真8】を今年から市場に投入する予定です」とアナウンスしました。TN-4900シリーズ」。高速鉄道でCCTVのデータなどを転送する際にニーズがあるという。Standard)認証を取得し、高信頼性と高可用性のIPネットワークソリューションを提供しています。氏)【★写真1】に「産業用IoT技術の鉄道への応用」をテーマに話をうかがいました。IoT製品が採用されるようになってきましたね。現在鉄道ではIoTが注目されていますが、MoxaのIoTソリューションは鉄道だけでなく、スマートシティの通信関係にも応用されています。交通システムへの投資は拡大しており、鉄道のデジタル化も含めて500億ドルのマーケットがあると予想されています。そのためには、まずシステムのデジタル化を進める必要があります。「PA(放送)/PIS(乗客案内システム)」「CCTV(監視カメラ)」「TCMS(列車制御監視)」といった車両内や駅構内/沿線のデータを、「P-WiFi」(パッセンジャーWiFi)を通じて、地上基地側の「OCC」(中央統御式指令所)に送信します。いった周辺データのデジタル化を進めることが重要です。アラーム、予知保全などに活用しようとしています【★写真2】。列車レベルや駅構内/沿線レベルの設備を、LTE、P-WiFi、PTN(パケットトランスポートネットワーク)経由で、リアルタイムにOCCのデータベースに蓄積し、それらをAIや機械学習で分析します。監視については、CCTVによる乗客の見守りだけでなく、車内の使用電力、特定パーツの状態、架線やレールのモニタリングまで可能です。特定パーツに異常が発生すると、アラームで警告します。車両管理も従来より高精度に位置や情報を把握できるようになります。保守点検では、定期点検の合間に何かのパーツが壊れるリスクもあるため、データ収集で学習するAIによる予知保全が安全性の向上につながります。【★写真2】鉄道関係でIoT化を進めたい主な理由。氏:我々は、こういったIoTのデータ取得を中心に、さまざまなソリューションを開発しています。そのコアとなる製品の1つに「IoTゲートウェイ」があります。鉄道車両での一般的な構成は次の通りです【★写真3】。車内には、車両制御のインテリジェンスを担う「VCU」(ビークルコントロールユニット)と「TS」(トレインスイッチ)が設置され、車内でギガビットイーサネットを構成します。センサからのデータは、ネットワークバックボーンに接続されたIoTゲートウェイを経由し、LTEでOCCなどのインフラにつながります。列車の監視データやステータス情報、運行イベントログ、設備障害レポート、乗車率データ、ビデオなどの情報が送られます。監視カメラからのビデオもOCC側で表示することができます。地上基地から車内システムのトラブルシューティングや、ソフトウェアやパラメータ更新を遠隔で行えます。【★写真3】鉄道車両でIoTゲートウェイを使う際の一般的な構成例。VCUとTSを設置し、ギガビット・イーサネットを構成。センサデータはIoTゲートウェイを経由し、LTEでOCCなどに送る。氏:IoTゲートウェイと一口に言っても、この2、3年間で汎用、産業IoT用、特定市場用など、数えきれないほど多くのブランドが登場しています。これらのうち鉄道に利用できるIoTゲートウェイには、いくつかのポイントがあります。通信手段に関してはセルラー、WiFi、GPSが利用されます。鉄道では長距離や山間部などの地形に対応するために、セルラーは特に重要になります。Wi-Fiは車両が駅や基地に戻り、データをOCCに送る際に使われます。最新GPSは列車位置を高精度に把握するために注目を浴びています。いった鉄道システムは無線機能だけでは不十分です。そこで追加機能が求められます。システムを柔軟にするプログラムの搭載が大切です。IoTゲートウェイは、ユーザーの仕様に従って、車両制御のインテリジェンスを担うVCUと通信します。列車の編成が変わっても通信を成立させる条件はIPルーティングが可能なこと。そこでIoTゲートウェイにより、VCUとOCC両者のIPをポートフォワーディングします。次に、LTEを使うにしても、地域によって通信強度が異なります。そこで車両と地上間の通信を行う際に、マルチキャリアで利用できるようにする必要があります。IoTゲートウェイでWANのルーティング優先順位を決めておき、もしキャリアの電波が届かないときは、代替キャリアで通信できるように、常に良い通信環境を確保することが重要です。ロードバランスも大切です。IoTゲートウェイで車両内システムやセンサから大量データを収集し、地上局のOCCへデータを送って、AIで分析するには大きな負荷がかかります。帯域幅が足りずに伝送遅延が発生してしまいます。そこで複数のIoTゲートウェイで負荷分散できるようにしておくこともポイントになります。ーーIoTゲートウェイの活用で何か面白い使い方があれば教えてください。氏:たとえば、CCTVによる緊急通報の活用があります。乗客が列車に設置された緊急ボタンを押すと、LTEを経由して運転席の画面への通知と通話が行えます。それだけでなく、重要事態の場合はIoTゲートウェイを経由し、地上基地のOCC側へ通知され、他の列車に連絡されます。架線の監視にもIoTゲートウェイが活用できます。電車上に超高速・赤外線の監視カメラを設置し、架線の位置や温度などの変化を収集し、AIで分析を行います。異常があれば迅速に対応します。台湾の新幹線で導入される新しい乗車情報システムにもIoTゲートウェイが活用されます。列車の運行状況の機能だけだけでしたが、新システムは自然災害(台風や地震など)の情報を即時に表示します。進化した機能としては、座席の自由席をモニタリングできることです【★写真4】。これまで乗客が自由席を探すのは大変でした。そこで新システムでは、乗客情報を検索できて、事前に空席の多い車両に移動することができるようになります。IoTゲートウェイを介し、地上基地に乗客情報が即時アップデートされます。具体的には、乗客の乗車パターンと行為を分析することで、タイミングに合わせてチケットを買いやすくするなど、より良いプロモーション活動を展開にも活用できるでしょう。【★写真4】IoTゲートウェイの新たな活用例。座席の自由席をモニタリングし、乗客情報を検索できるようにする。乗客は事前に空席の多い車両に移動することが可能になる。春」(前期)の「IoT/M2M展」についてレポートします。アプリケーション、AIを活用したデータ分析など、さまざまなソリューションが一堂に集結した展示会です。事業開発マネージャ)に詳しい話をうかがいました。春」(前期)の「IoT/M2M展」に出展したMoxaブースの模様。長澤氏:近年、IIoTの普及により、工場現場でのセキュリティの重要性が強く叫ばれるようになりました。Box」(仮称)です。Networks」という合弁会社をつくり、世に送り出したものです。トレンドマイクロの高度なセキュリティ技術と、Moxaが得意とするオペレーション技術(OT)が合体した画期的な製品といえるでしょう。日本でのお披露目は初めてのこと。そもそも産業環境におけるITとOTは、異なる部門、目的、要件で独立分離したネットワークとして切り分けられてきました。そのため、OT側には企業ネットワークに接続されることを前提にしていない機器がまだ多く残っており、セキュリティ対策も修正パッチを当てることが難しいケースがあります。これまでOT側のセキュリティは見過ごされがちでしたが、IoT時代になってからは、特にOT側の資産を守り、オペレーション上のリスクを低減することが求められています。PLCは、認証がなくてもアクセスできることが多く、どこからでも侵入される危険があります。公表されていませんが、標的型攻撃の格好のターゲットになっているのです。そこで、OT側で特定デバイスしか通信を受け付けないようにアクセスコントロールすることが大切です。Box(仮称)は、まさにそのような状況で活躍できるのです。名刺大と超小型サイズ。IPSのようにサイバー攻撃から制御システムをしっかりと守ってくれる優れものだ。編集部:さてここから本題ですね。長澤氏:まず、はじめに驚くのが製品の外観です。写真でわかるとおり、このBOXは名刺と同じぐらいの超コンパクトサイズ。これをPLCやHMI、モーションコントローラ、産業用コンピュータなど、OT側の各種器の前段にポンと付けるだけです。編集部:こんなに簡単で大丈夫なのかと心配になるほどですね。長澤氏:しかし、サイバー攻撃に関してはしっかりとブロックします。Box(仮称)は、工場内のネットワークに流れる特定の産業用プロトコル以外のものを検知し、万が一悪意があるような怪しいデータが送られてきたときに、それを検知してブロックしてくれます。通常の制御用プロトコルなのに、内部に怪しいデータが組み込まれているケースなども、内部データまで精査してくれます。Modbusのような通信プロトコルにおいて、モータ回転数のパラメータをみて、通常では1000rpmであるべきものが10000rpmというような異常値になっていたら、それを読み取って、通信をブロックしてくれます。編集部:いわば、IT系で使われる侵入防止システム・IPSの「ディープインスペクション」のような働きをするということでしょうか。いった侵入防止システムを入れると、そこでオーバーヘッドが生じ、制御系に影響を及ぼしてしまう心配等も考えられますが&hellip;。長澤氏:当然その辺りを意識して開発しています。工場の制御系の中で使うため、リアルタイム性を考慮して、遅延はmsオーダー以下に抑えるようにしています。Box(仮称)で用意されている専用ダッシュボードの画面。ネットワークの状態監視や異常を検知して知らせてくれる。編集部:異常を検知した場合はどのように確認できるのでしょうか。Box(仮称)では、ネットワークの状態監視や異常の検知については、専用ダッシュボードやWebコンソール上で表示して見える化が行えます。ITに詳しくないユーザーでも管理が行え、現場レベルで簡単に使えるように工夫されているのです。OSのアップデート機能もあるため、保守メンテナンスの手間も省いてくれます。ベルトコンベア(モータ)を制御する。デモでは、この制御システムにアタックをかけ、攻撃から守ってくれることを検証していた。編集部:聞けば聞くほど魅力的な製品ですね。ここまで聞くと、実際にどのように動くのかぜひ見てみたいのですが&hellip;。Box(仮称)は、本邦初公開ですので、我々Moxaはコンセプトモデルのライブ・デモをブースに用意して皆様に見ていただいています。こちらはベルトコンベア(モータ)を制御するシステムを準備しました。Box)、SCADA、HMIなどで構成されています。アタックする対象は、OS/RDP/SCADA/PLCをスイッチで選べるようになっています。ここではRDPへの攻撃を選択します。Box)の機能をオンにしたまま、RDPにアタックをかけると、当然のことですが、侵入を検知し、通信をブロックしてくれるため、制御システムには特に異常は起きません。Box)をオフにしてからアタックをかけると、今度は通信がブロックされないため、リモートデスクトップが落ちてしまい、HMIの画面がブルースクリーンになってしまいます。編集部:実際にデモを見るとよくわかりますね。長澤氏:こんな小さなセキュリティボックスでも、サイバー攻撃から制御システムをしっかりと守ってくれることをご理解いただけると思います。このデモキットは開発中のプロトタイプのもので、正式な製品は年内には皆様にお見せできるよう努力しております。編集部:ありがとうございました。工場現場のセキュリティは、今後ますます重要になってくるでしょう。