データ中心の第4次産業時代を可能にした産業用IoT（IIoT）は、徹底的で妨げられないデータ伝送の原則に基づいています。接続されたシステムは、施設全体に大量のデータを中継するために、有線設定から無線システムへと移行しなければなりませんでした。4G-LTE、5G、Wi-Fiなど、いくつかの無線技術がさまざまな分野で導入されており、それぞれがさまざまなアプリケーションに独自の強みをもたらしますが、接続された工場に必要な規模で実装および維持するには扱いにくい場合があります。Bluetoothシステム（特にBluetooth 4.2以降）は、産業施設で見られる困難な条件に適合するように、他の接続技術の強みをより柔軟な形で活用するように最適化されています。
Bluetoothテクノロジーは、単一の仕様セットによって統合されたいくつかのプロトコルによって成り立っています。仕様はBluetooth Special Interest Group（SIG）によって管理されています。SIGは、Bluetooth対応デバイスが、ペアリングされるテクノロジーの地理的起源に関係なく、相互に普遍的に接続できることを保証します。
デジタルトランスフォーメーションに取り組む産業施設では、インダストリー4.0の効率性を加速するために、Bluetoothデバイスの導入が急速に進んでいます。産業用Bluetoothセンサーとデータノードは、導入された産業用PCと迅速かつ簡単にペアリングされ、大量のデータをリアルタイムで処理して、安全性向上、自動化推進、生産性向上のためのプロセス改善につながる即座に実行可能なインサイトを獲得します。産業用アプリケーションの拡大に対応して、Bluetooth 5はIoTの有用性を念頭に置いて、データ速度と伝送範囲のオプションが改善されてリリースされました。
Bluetoothは、膨張するインダストリー4.0にとって不可欠な役割を担っており、SIGは2024年までに産業部門へのBluetoothデバイスの出荷台数が3億3500万台に達し、約3倍になると予測しています。しかし、Bluetooth技術の何が、施設システムの接続に理想的なのでしょうか？
簡素化されたセットアップ
まず、Bluetoothデバイスは競合するワイヤレステクノロジーよりもはるかに少ないセットアップ労力で済み、ほとんどの実装ではデバイスをペアリングするために1回のボタン操作で済みます。他の多くのワイヤレス展開では、より複雑なセットアップが必要となり、通信範囲、速度、帯域幅が向上する可能性がありますが、これらは多くの場合、産業空間にとっては不要な程度の強化です。これらの空間では、数百または数千のワイヤレスデータエンドポイントをホストでき、摩擦のないセットアップにより、必要な接続範囲を達成するためのダウンタイムが最小限に抑えられます。
Bluetooth仕様は、地域の産業規格に関係なく、あらゆるグローバル地域に展開されるデバイスに普遍的な相互運用性を提供します。さらに、そのシリアルポートプロファイルは、既存の産業システムとのスムーズな統合を保証します。
信頼性の高いパフォーマンス
他の大規模な無線技術は、高速有線接続と同等の性能を提供できます。しかし、Bluetoothの短く効率的なデータのバーストは、産業環境でのアプリケーションニーズにさらに適しています。Bluetoothは、2.4GHzの産業、科学、医療（ISM）無線周波数帯で、1ミリワットの弱いデータパケット信号をブロードキャストします。帯域幅は限られており、トラフィック量も多いですが、Bluetooth仕様の機能により、産業用途には十分すぎるほどです。
Bluetooth標準の最近のリリースでは、通信されるデータの整合性を保証する前方誤り訂正（FEC）アルゴリズムが採用されています。FECは、冗長な情報ビットを伝送に含めることで、データエラーを効果的に検出し、修復します。
新しいBluetoothの実装では、ペアリングされたデバイスの位置検出も可能になります。位置検出を利用するBluetoothデバイスは、他のワイヤレス技術オプションよりもはるかに高い精度でデバイスの位置を監視し、施設資産を追跡できます。
スケーラブルな接続性
Bluetoothは元々、手間のかからないポイントツーポイントの1:1ブロードキャスト通信をサポートするために設計されました。最もシンプルな展開では、単一の「マスター」デバイスが最大7つの「スレーブ」デバイスと通信して、ピコネットを形成できます。2つ以上のピコネットを接続して、スキャッタネットを形成できます。スキャッタネットは、デバイスが1つのピコネットでマスターとして、別のピコネットでスレーブとして同時に機能するときに可能になります。Bluetoothテクノロジーの改良により、通信範囲とスケーラビリティがさらに向上し、インダストリー4.0を加速させました。
Bluetooth 5は、自己修復機能を持つ低電力メッシュネットワークで動作でき、1つのデバイスが故障してもネットワークの残りの部分が機能し続けることができます。メッシュネットワークは、32,000台以上のデバイス間で多数対多数のデバイス通信を提供します。ネットワークは分散型であるため、ノードは互いに直接通信できます。現場の堅牢な産業用PCに接続されたメッシュネットワークは、施設運営を改善するための信頼性の高い低遅延データ処理ソリューションを提供します。
高い干渉耐性
産業施設には、ほとんどのワイヤレス技術を麻痺させる可能性のある干渉の torrent を放出する何千ものデータ送信ノードと機器が設置されている場合があります。しかし、Bluetoothは「ノイズの多い」産業空間で機能するように最適化されたスタンドアロンの技術です。
Bluetooth 1.2は、周波数ホッピングスペクトラム拡散（FHSS）を特徴としており、範囲内の79の周波数を毎秒1,600回擬似ランダムに切り替えることで、干渉の影響を大幅に低減しました。適応型周波数ホッピング（AFH）を展開したデバイスは、他のワイヤレスデバイスが信号伝送と衝突するチャネルを識別し、干渉をさらに回避することができます。
低消費電力
多くの産業用デバイスやセンサーは「常時稼働」性能を維持する必要があり、データノードの数が増えるにつれて消費電力が大幅に増加します。ユビキタスなBluetooth Low Energyテクノロジーは、他の接続ソリューションよりもはるかに低い消費電力で、従来のBluetoothと実質的に同じ通信範囲を提供するように最適化されており、運用コストを大幅に削減します。
Bluetoothのエネルギー効率とシンプルさには、他のワイヤレス展開よりも通信範囲が狭いというトレードオフがあります。しかし、Bluetoothの範囲は新しいリリースで大幅に改善されており、送信されるデータのサイズを変調することでより長い距離を可能にしています。この柔軟性により、施設オペレーターは、それぞれの空間の特定のデータ負荷/範囲のニーズに合わせてBluetooth展開を微調整できます。頑丈な産業用PCをデータノードの近くに配置することで、Bluetooth接続システムは通信距離を短縮し、より大きなデータパケットの送信を可能にして、より豊富なシステムインサイトを提供します。
サイバー攻撃に対する耐性
産業施設や重要インフラ施設は、悪意のある攻撃者の標的になりやすいです。それらは、従来エアギャップされていたレガシー機器をオンラインにした際に露出する膨大な数の脆弱性、および侵害された場合に重大な負の結果を生み出す可能性のある同じ機器のために選択されます。Bluetoothテクノロジーには、外部からの操作に対する開口部を排除するいくつかの保護機能があります。
当初から、Bluetoothの短い伝送範囲は、デバイスがペアリングして通信するために物理的に近接していることを要求します。しかし、この位置的「制限」は、ターゲットデバイスの範囲外からのリモートサイバー攻撃を防ぎます。もし何らかの方法で当事者がBluetoothデバイスへの攻撃を開始できる範囲内に侵入できた場合でも、AFH干渉対策により、信号を傍受しようとする者は、各パケットにどのチャネルが使用されているかを知る必要があります。この情報は、送信デバイスと受信デバイスのみが知っています。
新しいBluetooth規格に準拠したデバイスには、不正な関係者が通信に干渉するのを防ぐためのさらなる対策が施されています。メッシュネットワーク全体で送信されるメッセージは、中間者攻撃、ブルートフォース解読、および外部信号操作に対抗するために暗号化され、認証されます。
インダストリー4.0向けBluetooth：Premioの堅牢な産業用PCソリューション
Premioの専用産業用PCは、困難または不安定な環境の施設に堅牢なコンピューティング能力を提供します。堅牢なファンレス、ケーブルレスデバイスは、MTBFを延長した常時稼働性能のために、高レベルの酷使に耐えるように評価されています。
Premioの産業用PCには、モバイル、リモート、ワイヤレスのローカル展開に対応するいくつかの接続オプションがあります。TPMで保護されたWi-Fiおよび4G/LTEオプションがオフサイトネットワークやクラウドリソースへの安全な伝送を可能にし、さらなる処理と保存を可能にする一方で、安全で信頼性の高いBluetoothテクノロジーにより、PCはペアリングされたデバイスやセンサーから大量のデータを集約および処理します。
ローカル産業用PCとペアリングされたBluetooth IIoTノードは、施設オペレーターに、第4次産業革命に参加するための安全で遅延のない移行を提供します。統合の簡素化は、展開規模と接続範囲において、各施設の独自の要件に適合するより大きな柔軟性をもたらします。