IoT時代の エッジデバイス向け 無線モジュールと Java

IoT時代の
エッジデバイス向け
無線モジュールと
Java MEの取り組み
2015.04.08 Java Day Tokyo 2015
株式会社村田製作所
コネクティビティ商品事業部 ソリューションサービス部
本庄 央樹
06 April 2015
1
Copyright © Murata Manufacturing Co., Ltd. All rights reserved.
06 April 2015
Agenda
1. 村田製作所のご紹介
2. 通信モジュールのご紹介
3. なぜモジュールなのか
4. 意外と難しいWi-Fi
5. IoT向けWLANスマートモジュールの登場
6. Java ME Embeddedの取り組みのご紹介
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2
1. 村田製作所のご紹介
2. 通信モジュールのご紹介
3. なぜモジュールなのか
4. 意外と難しいWi-Fi
5. IoT向けWLANスマートモジュールの登場
6. Java ME Embeddedの取り組みのご紹介
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3
村田製作所をご存知ですか?
2005
2008
2014
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4
ムラタの概要
村田製作所は、最先端の技術、部品を創出する総合電子部
品メーカーです。Innovator in Electronics® をスローガン
に掲げ、豊かな社会の実現をめざします。
ムラタの強み
•
•
•
最先端の材料を研究開発
広範囲な製品ラインナップ
グローバルな生産、販売ネットワーク
ムラタのプロフィール
•
•
•
•
売上高:
従業員数:
企業数:
創業:
8,467億1千6百万円
48,288名(国内23,510名、海外24,778名)
101社(国内30社、海外71社)
1944年
※売上高は、2014年3月期決算。
※従業員数は2014年3月31日時点のものです。
※グループ企業数は2014年3月31日時点のものです。
※村田製作所はグループ企業数に含まれておりません。
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グローバルネットワーク
ヨーロッパ(13)
オランダ
フィンランド
フランス
ドイツ
ハンガリー
イタリア
スペイン
スイス
イギリス
日本 (30)
中華圏 (27)
南北アメリカ
(14)
韓国(2)
アメリカ
ブラジル
カナダ
メキシコ
(会社数)
地域統括会社
生産拠点
開発拠点
アジアその他
(15)
シンガポール
インド
マレーシア
フィリピン
タイ
ベトナム
※村田製作所はグループ企業数に含まれておりません。
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ムラタのコア・コンピタンス
材料開発
•
•
プロセス開発
•
•
•
材料設計
粉体
商品設計
•
•
•
•
高周波設計
シミュレーション
モジュール設計
センサ素子設計
セラミックシート薄層・多層化
印刷
薄膜・微細加工
生産技術
•
•
自動機設計
IE(Industrial Engineering)
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7
新市場への取り組み
自動車
• 安全走行、事故防止
センシング技術と通信技術
でクルマの走る・曲がる・
止まるを支えます。
• インフォテインメント
コネクティビティ技術で、
クルマと情報機器をつなげ、
新たなサービスで快適な
カーライフを実現します。
高精度な渋滞予測もそのひ
とつ。さらにクルマとクル
マがつながれば、安全面で
の進歩も期待できます。
ヘルスケア
環境・エネルギー
• ヘルスケア、医療向けソ
リューション
• HEMS/BEMS( ホーム/
ビルディング エナジー
マネジメントシステム)
ヘルスケア機器とPCやス
マートフォンを超低消費電
力の無線通信モジュールで
つなぎます。データを手軽
に記録し、楽しく運動を続
けるサポートをします。
また、高性能なセンシング
技術で医療機器のデジタル
化やポータブル化に貢献し
ます。
空調や照明を無線通信でつ
ないで、効率よく室内環境
をコントロールする”ワイヤ
レス制御システム”の実用化
を進めています。センシン
グ技術を組み合わせ、家や
ビル全体の省エネを実現し
ます。
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8
主要製品 ラインアップ
コンデンサ
ノイズ対策部品/
EMI除去フィルタ
インダクタ(コイル)
抵抗器
タイミングデバイス
フィルタ
高周波コンポーネンツ/
モジュール
センサ
サーミスタ
電源
発音部品
マイクロメカトロ
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1. 村田製作所のご紹介
2. 通信モジュールのご紹介
3. なぜモジュールなのか
4. 意外と難しいWi-Fi
5. IoT向けWLANスマートモジュールの登場
6. Java ME Embeddedの取り組みのご紹介
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様々な市場に向けた豊富な商品ラインナップ
スマートフォン
タブレット
小型化
高性能無線
車載
車載品質
ソフトウェア
The Smallest / Thinner
Module for Smartphone
WiGig/WiHD Module
60GHz Antenna Embedded
Automotive Grade
BT/Wi-Fi/GPS Module
Wi-Fi/Bluetooth
software supported
3G/LTE module
LGA type / Data Card
IoT
トータルソリューション
ソフトウェア
ハードウェア
各種認証
Hostless
Wi-Fi Module
SW Embedded
Simple Interface
BLE/Bluetooth Module &EVK
BLE Profile Embedded
Gateway and
Sensor Node
Wi-Fi, Ethernet ,3G,LTE
Zigbee Bluetooth, 900MHz,
supported
Sub-GHz(900MHz)
2.4GHz Zigbee Module
IEEE.802.15.4g
Protocol Stack Embedded
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11
ムラタの無線モジュール
小型!薄型!
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12
コネクティビティモジュール シェア
Market Share
Murata
A
B
C
Others
2013CY-mobile devices
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13
コネクティビティモジュールの供給
Supply Capability
Multiple Factory Locations
JPN
CHN
- Komatsu
- Okayama
- Shenzhen
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1. 村田製作所のご紹介
2. 通信モジュールのご紹介
3. なぜモジュールなのか
4. 意外と難しいWi-Fi
5. IoT向けWLANスマートモジュールの登場
6. Java ME Embeddedの取り組みのご紹介
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モジュールのメリット
歩留まり
規格調査
Certification
START
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Nov. 20, 2014
16
RF開発の注意点
• WLCSPパッケージの配線引き回し
– PCBの層数増加、コスト増
• RFアナログ特性の調整
– RF測定器購入、RFエンジニア採用
• 製品のラインナップ展開
– RF設計・認証やりなおし
• などなど、ハードルは多い・・・
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モジュールのメリット
歩留まり
規格調査
Certification
START
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Nov. 20, 2014
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電波法認証って何?
電波法申請…
無線機器が電波法に基づいた技術基準に適合していること
を試験をおこない確認し認証を得ることです。
そのためには、定められた認証機関で試験をおこない、基
準を満たしていることの確認が必要です。
国ごとに認証制度が異なるため、販売する各々の国で認証
を取得しなければなりません。
日本
アメリ
カ
欧州
韓国
台湾
オーストラリ
ア
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ムラタ電波認証サポート
お客様の最終製品で、電波法認証の取得サポートをおこないます。
1.認証機関と申請について調整をおこないます。
2.申請書を弊社にて準備致します。
3.お客様製品にて性能確認を行います。
4.お客様に代わり 、認証試験と認証手続きをおこないま
す。
5.認証機関への支払いも弊社が代行
サポートの流れ
認証機関調整
お客様が認証にかかるパワーを
大幅に削減することができます!
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各種規格認証取得サポート
仕様調整から認証の取得まで全てをサポートします
不具合発生時の不具合改善のご提案
テストプランの作
成、認証機関との
交渉も対応
不具合改善のご提案
製品ごとに
最適なテストプランを作成
認証機関指定の
試験環境で問題
を事前に発見!
お客様製品の性能を基にテ
ストプランを作成。認証機
関と交渉が必要な場合も
ムラタが対応します。
不具合の解析
早期問題発見
認証機関指定の試験環境
を使用しているので、事前
に問題を発見!
認証ラボでの性能確認試
験や、再試験の費用を削
減!※
※認証ラボでのプレテストは
数十万/日・回の費用が必要で
す。
再試験時は、別途認証費用が発生
します。
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21
モジュールのメリット
歩留まり
規格調査
Certification
START
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Nov. 20, 2014
22
不具合対応、量産測定対応もいろいろ大変...
• 不具合対応
– HW⇔SWの問題切り分け(両チームのチームワークが大事!)
– RF ICとホストマイコン間の信号ラインにノイズが乗る
– つながらない、切れる、性能が出ない
– 海外のICベンダに不具合修正依頼
– 場合によっては通信ドライバソフトウェア側で対策が必要
• 量産ラインでの測定
– 増産対応のためにRF測定器購入
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23
ムラタモジュールは全部引き受けます
再現試験
状況確認
お客様
一般の
ソフト開発
ICベンダ
ソフトウェア
担当
ノウハウ提供
ハードウェア
担当
ICベンダ
認証サポート
担当
お客様
Direct Access
Wi-Fiドライバ
多数の開発実績
複数ICベンダとの
折衝・調整実績
SDIO,supplicantへの
数多くの対応経験
ソフト担当
多数のIC対応実績
経験からのフィードバック
Wi-Fiドライバソフトの主体的な開発・評価で、御社の開発工数を大きく削減!
量産ラインでのRF測定が行われているモジュールによりお客様量産時のコスト削減!
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モジュールのメリット
歩留まり
規格調査
Certification
START
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1. 村田製作所のご紹介
2. 通信モジュールのご紹介
3. なぜモジュールなのか
4. 意外と難しいWi-Fi
5. IoT向けWLANスマートモジュールの登場
6. Java ME Embeddedの取り組みのご紹介
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Wi-FiはHWだけでなくSW面でも難易度高め
様々な通信規格がある中でWi-Fiはスマートフォンを
はじめとして最も定着しています。
今後もIoT市場で活発に活用される規格と考えられます。
では、これだけ普及しているし、Wi-Fiのモジュール
だけあれば誰でも簡単にWi-Fiを活用可能でしょうか。
いえいえ・・・
■ Wi-Fi設計でとことん苦労する点・・・
• BLEよりも設計はかなり複雑
• 無線がとばない/通信が切れる/無線認証がとれない
• などはもちろんのこと・・・
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S/W開発イメージ(ドライバ)-移植作業
システムコール/割
り込みなどのOS依
存の仕様など
・WLANの知識
・プロトコル
WiFi
モジュール
OS
合わせこみが必要
リファレンス
ドライバ
インターフェース
・I/Fの仕様
・プロトコル
CPU
ICベンダから提供される
・アーキテクチャ
・データシート
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S/W開発イメージ(ドライバ)-ブロック図
ホストプロセッサ (ユーザ様開発)
USER’S
O
S
S
Y
S
T
E
M
C
A
L
L
APPLICATION
Network Application
(FTP,Ping)
API Layer
WLAN
Driver
TCP/IP
PROTOCOL
STACK
SUPPLICANT
SDIO API Layer
SDIO BUS Driver
(村田製作所開発)
Firmware
IFの仕組みは
callback? polling?
Char型は
signed? Unsigned?
SDIO
Wi-Fiモジュール
RTOS系の場合、
各ライブラリ間の
標準IFが無いた
め、それぞれで
ラッパを用意し、
各APIの合わせ込
みが必要。
同一スレッドで
処理して良い?
データフォーマットを
変換する必要がある?
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1. 村田製作所のご紹介
2. 通信モジュールのご紹介
3. なぜモジュールなのか
4. 意外と難しいWi-Fi
5. IoT向けWLANスマートモジュールの登場
6. Java ME Embeddedの取り組みのご紹介
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WLANスマートモジュール
アプリケーションプロセッサとWi-Fiモジュールの一体化
アプリケーションプロセッサとWi-Fiモジュールを一体化することによ
り、WPA/WPA2などのサプリカントの他、TCP/IPなどのプロトコル・ス
タックも具備しております。
これによりホスト側の負荷を軽くし、幅広いお客様にご使用いただける
ようになりました。
従来の
Wi-Fiモジュール
CPU内蔵により
ソフトウェアも搭載可能
•
•
•
•
モジュール化
TCP/IPスタックなど
通信に必要な機能を具備
アンテナ内蔵
電波法認証済み
プロトコルスタック内蔵
Wi-Fi認証対応可能
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WLANスマートモジュール
1. W-LAN + MCU Module
- WLAN Chipset
- MCU Chipset
>ARM Cortex
>ROM
>RAM
- Module Size
: Broadcom / BCM43362
: STM32F205
: M3 Processor
: 1MB
: 128KB
: 33.0 x 18 x 2.5(max.) mm
2. Characteristics
- Operating Temp. : -20 to +70 deg.C
- Supply Voltage
: 3.3V for VDD
( WLAN / PA / 3P3 )
3. Sample Part Number
- Module Sample
: LBWB1ZZYDZ-TEMP
33
Module side connector
[HIROSE]
DF23C-40DP-0.5V
Type YD Daughter
Type YD
Attachment
Connecter
Internal
Antenna
18
Type YD
Customer
connector
[HIROSE]
DF23C-40DS-0.5V
side
Customer Board
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スマートモジュールでのS/W開発イメージ
インターフェース
がUARTなので、
扱いやすい!
ホストプロセッサ
は8bitなどでも利
用可能
ホストプロセッサ (ユーザ様開発)
USER’S
APPLICATION
UART
Wi-Fiスマートモジュール (村田製作所開発)
O
S
S
Y
S
T
E
M
C
A
L
L
API Layer
WLAN
Driver
Network Application
(FTP,Ping)
TCP/IP
PROTOCOL
STACK
SUPPLICANT
SDIO API Layer
SDIO BUS Driver
面倒な合わせ込み
は必要な部分は、
Wi-Fiモジュール
内に組み込んでし
まうことで、ユー
ザは合わせこみを
意識する必要が無
くなる!
Firmware
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スマートモジュールでのS/W開発イメージ
周辺デバイス
例:センサ、LED、ブザー、スイッチ、etc.
GPIO
Wi-Fiスマートモ
ジュールから
GPIOで周辺デバ
イスを制御するこ
とも可能
Wi-Fiスマートモジュール (村田製作所開発)
O
S
S
Y
S
T
E
M
C
A
L
L
API Layer
WLAN
Driver
Network Application
(FTP,Ping)
TCP/IP
PROTOCOL
STACK
SUPPLICANT
SDIO API Layer
SDIO BUS Driver
Firmware
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High
32bit CPU/ Over 1GHz CLK
Multiple core
Performance
Application :
PC, Smart Phone,
Tablet etc
Wi-Fi module
Android/Linux
Software
Support
32bit CPU/ Over 100MHz CLK
Application:
Digital Imaging
( ex. Digital Camera,
Printer, Projector)
Wi-Fi router, e-book etc
32bit CPU/Under 100MHz CLK
or 16/8bit CPU
Wi-Fi module
Linux/RTOS
Software
Support
Low
Past
WLAN Smart module
Application/Platform
Software Support
Application:
Healthcare,
home appliance,
Air-conditioner,
Internet of Things,
Toy etc
Present or Near
Time
Future 06 April 2015
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1. 村田製作所のご紹介
2. 通信モジュールのご紹介
3. なぜモジュールなのか
4. 意外と難しいWi-Fi
5. IoT向けWLANスマートモジュールの登場
6. Java ME Embeddedの取り組みのご紹介
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IoTにおけるWLANスマートモジュールの位置づけ
蓄積データ、
ビッグデータ
アプリケーション
サーバ群
Java
Java
Java
インターネット,
コアネットワーク
ゲートウェイ、
ローカルサーバ
WLAN Smart Module
適用領域
Healthcare
Automotive
環境検知
(湿度、照度etc)
Smart Home
Home Appliance
Wearable
Industry4.0
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WLANスマートモジュールの経験から
わかったこと
• 今後IoTはクラウドとの連携が必要不可欠。
しかし、クラウド対応のための開発にはコストがかかる
(例:JSON , WebSocket, など、別途開発が必要)
• SSLは提供可能であるものの、アプリ層に近いレイヤで
高いセキュリティが必要な場合独自に開発/調達が必要。
• OTA updateなどの実現難易度が高く、コストがかかっている
• Linuxに代表される高級OS群と比較して
ソフト部品は豊富とはいえない
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End-to-EndをJavaで統一
蓄積データ、
ビッグデータ
アプリケーション
サーバ群
Java
Java
Java
インターネット,
コアネットワーク
Murata
適用領域
ゲートウェイ、
ローカルサーバ
Java
Java
Java
Automotive
Java
Java
環境検知
(湿度、照度etc)
Java
Smart Home
Java
Java
Home Appliance
Java
Healthcare
Wearable
Industry4.0
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Java ME Embedded搭載
WLANスマートモジュールの提案
アプリケーションプロセッサとWi-Fiモジュールに加え、JavaMEを搭載
アプリケーションプロセッサとWi-Fiモジュールだけでなく高級OS群と比べても遜色
の無い開発環境およびソフト部品が利用可能なJava MEに着目し、開発に着手しま
した。
これにより、”Write Once, Run Anywhere”の環境で無線LAN機能を活用したアプリ
ケーションの開発負荷が軽減されます。
モジュール化
•
•
•
•
•
JavaME8搭載
Wi-Fi制御用API搭載
アンテナ内蔵
電波法認証済み
Wi-Fi認証対応可能
under planning
モジュール構成例
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40
ハードウェア・ソフトウェア構成
Application
Additional
APIs
RF
Wi-Fi
Baseband
Device
I/O
Wi-Fi API
GCF
MEEP
SATSA
Java VM
CPU
OS
Wrapper Layer
SDIO Driver
Wi-Fi Driver
developed by Murata
under planning
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41
Java ME向けMurata Wi-Fi API(予定)
長年のWi-Fiサポート経験に裏打ちされた
使い勝手のよいAPIを提供いたします。
•
Wi-Fi認証取得にも耐えうる設計
•
WPS Enrollee/Registrar対応
•
Wi-Fi/WPSイベントコールバック対応
•
STA/AP両対応、動的切り替え可能
under planning
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42
Murata Wi-Fi APIの機能一覧(予定)
STA
STA/AP
common
WPS
Enrollee
WPS
Registrar
Version
Schedule
Connect to AP with specific security option
Disconnect from AP
Set multicast
Swithch to AP mode
Get connected status
Scan
PowerSave On
PowerSave Off
Initialization
Termination
Get transmitting rate
Get driver/firmware version
Add Listener
received packets statistic
Select firmware
Get MAC Address
Start WPS Enrollee
Cancel WPS Enrollee
Generate Password
Add WPS Listener
Start WPS Registration
Cancel WPS Registration
Add WPS Listener
β 1
~6/E
✔
✔
β 2
T.B,D
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
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RC
T.B.D
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
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43
β 2
T.B,D
✔
✔
✔
✔
RC
T.B.D
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
Start BSS as SoftAP
✔
✔
Stop BSS
Get MAC Address of current STA
Switch to STA mode
Select Basic Rate Set
Set WMM on
Set WMM off
Set 802.11n rate available
Set 802.11n rate unavailable
Get RSSI[dBm] of current connected STA
Deauth client with reason
Set Broadcast SSID on/off
Get Broadcast SSID status
Get AP status
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
✔
Version
Schedule
Set SSID
Set security to none
Set security to WPA
Set SoftAP Channel
Set Beacon[ms]
Set MAC Filter
Remove MAC Filter
Enable MAC Filter
AP
β 1
~6/E
✔
✔
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Java ME Embedded 搭載による効果
• アプリケーション開発のためのライブラリが豊富で、
さらに汎用開発環境による開発期間短縮が可能
• 通信関連のライブラリも豊富でクラウドシステムとの親和性も高く、
高いセキュリティも実現可能
• OSGiなどの仕組みにより、従来組み込み開発で難易度が高かった
デバイス内アプリケーションの追加/更新が容易に
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課題
• モジュールのサイズアップ、コストアップを抑える施策を検討中
オラクル様の協力を得ながらROM/RAMサイズのシュリンク
を検討中です。
これによりROM/RAMサイズを抑えることができ、
結果としてモジュールのサイズアップやコストアップの
抑制効果が期待できます。
• 適用実績の蓄積
システムインテグレータ様、クラウド技術者様、Java技術者様、
などを想定顧客とし、今後もプロモーション活動を通じて
フィードバックを得ながら実績を積み、ブラッシュアップしていきます。
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今後の開発スケジュール
2015
Q1
Q2
Java ME Embedded 8.0 搭載の
評価ボードによるデモシステム
2016
Q3
Q1
Q4
Java ME Embedded 8.x 搭載の
弊社試作モジュール検討・開発
弊社モジュール量産
(未定)
特性最適化済み
Wi-Fi API(β1)
Wi-Fi API(β2)
Wi-Fi API(RC)
JVM
JVM
JVM
Wi-Fi Driver Software
Wi-Fi Driver Software
Wi-Fi Driver Software
SDIO Driver Software
SDIO Driver Software
SDIO Driver Software
WLAN Smart Module
(Sample)
WLAN Smart Module
(MP)
STMicroelectronics
Discovery Board
WLAN Module
(Separated)
デモ環境準備済み
詳細スケジュールはお客様の要望に応じて決定いたします。
ご興味のある方は、ぜひご連絡ください。
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お問い合わせ先
• 弊社ソリューションポータルサイトにて随時本取り組み内容を
公開していきます。(JavaMEの取り組みは近日公開予定)
https://my.murata.com/ja/web/solution/portal
• オラクル様の展示ブースにてWi-Fi+Java MEのデモシステムが
展示されています。ぜひご覧ください。
GPIO
在庫減少量
を通知
商品在庫ストック
制御・通信デバイス
クラウドサーバ
(村田磁気センサで在庫量センシング)
一定量を下回ると商品発注、在庫補充
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48
ありがとうございました
www.murata.com
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