Webや一般インターネット以外のリアルタイム通信 概説

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Webや一般インターネット以外のリアルタイム通信 概説

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1. 概要

本資料は、Webやインターネット通信以外の領域で活用されるリアルタイム通信技術を体系的に整理したものです。
主な対象は以下の分野です：

• 組込み・制御系
• 産業用通信（フィールドバス、産業Ethernet）
• 車載ネットワーク
• 航空・防衛通信
• 無線IoT
• リアルタイムOSとその通信機能

用途、技術特性、課題、代表的プロトコル・製品を網羅し、技術選定や実現可能性検討の基礎情報を提供します。

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2. 組込み・マイコン通信

技術	特徴	用途例
I2C	2線式、アドレス指定、低速	センサー接続、EEPROM、簡易制御
SPI	高速、フルデュプレックス	高速ADC/DAC、ディスプレイ制御
UART	非同期、広く普及、シンプル	シリアル通信、デバッグ、GPS接続

特記事項

• I2Cは複数デバイス接続に優れ、短距離向き
• SPIは高速だが配線が増える
• UARTはシンプルだが同期精度は劣る

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3. 産業用通信

代表技術一覧

技術	特徴	用途
EtherCAT	極低遅延、オンザフライ処理、専用チップ必要	モーション制御、FA機器
PROFINET	Ethernet対応、RT/IRTモード、広範な用途	工場自動化、PLC通信
Modbus (RTU/TCP)	シンプル、レガシー機器対応、低速	SCADA、計測、制御盤
TSN	時間同期、スケジューリング、決定論的通信	スマート工場、車載Ethernet

ポイント

• EtherCATは数十μs以下の周期制御が可能
• PROFINETは標準Ethernetと共存できる
• Modbusはレガシー用途に広く使われる
• TSNは次世代産業ネットの中核技術

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4. 車載ネットワーク

技術	特徴	用途例
CAN	優先度制御、耐ノイズ性、決定論的	ECU間通信、車載制御
LIN	低速・低コスト、単線通信	ボディ制御、センサー
FlexRay	高速、時間同期、冗長構成対応	シャーシ制御、冗長系
車載Ethernet	高速化、TSN連携、次世代標準	自動運転、データ共有

メモ

• CANは世界中の自動車で標準
• LINは非クリティカル系に最適
• FlexRayは高信頼制御向き
• 車載Ethernetは映像・高帯域用途へ

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5. 航空・防衛 通信技術

技術	特徴	用途例
MIL-STD-1553	冗長バス、決定論的、宇宙・軍用向き	航空機、衛星、軍用システム
ARINC 429	一方向ブロードキャスト、信頼性重視	航空機内データ通信
ARINC 664（AFDX）	Ethernet拡張、冗長性、高速	旅客機、次世代航空ネット

特徴まとめ

• 1553は宇宙・軍用で実績豊富
• ARINC 429はシンプルな航空ネット
• AFDXはイーサネットベースの高度ネット

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6. 無線リアルタイム IoT 通信

技術	特徴	用途例
WirelessHART	メッシュ構成、自己修復、低消費電力	プラント監視、制御
ZigBee	短距離、省電力、家庭・産業用途	照明制御、センサーネット
LoRa	超長距離、超省電力、低速	スマートシティ、遠隔監視

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7. リアルタイム OS（RTOS）と通信機能

OS	特徴	主な用途
FreeRTOS	軽量、オープンソース、組込み向き	IoTデバイス、センサー制御
VxWorks	高信頼、ミッションクリティカル対応	航空宇宙、防衛、医療機器
RTLinux系	汎用Linuxにリアルタイム拡張	ロボット制御、産業装置

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8. 技術選定時の観点

• 通信遅延・ジッタ要求
• 耐障害性・冗長構成の有無
• 帯域・スループット
• 通信距離・トポロジ
• 実装容易性・開発コスト
• 規格のオープン性・相互運用性
• セキュリティ要件
• 製品寿命と将来性

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9. 今後の動向・トレンド

• TSN（時間同期Ethernet）の普及拡大
• OPC UA Pub/SubとTSNの連携進展
• 5Gの超低遅延（URLLC）とリアルタイム制御応用
• DDSの産業・自動運転分野への広がり
• 車載EthernetとSPE（シングルペアイーサ）の標準化
• 無線リアルタイムネットの普及（ローカル5G、WirelessHART）

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10. まとめ

リアルタイム通信は分野ごとに最適技術が異なります。
本資料を参考に、用途・要件に応じた適切な技術選定を行ってください。