応用情報技術者 2021年 春期 午後 問04

解答の論理構成

1. 問題文の該当箇所

   “LPWAは、通信速度は a が、b の通信方式として、IoT向けに低価格のサービスが普及している。”
   “BLEも b という特徴がある。”

2. BLE（Bluetooth Low Energy）の特徴
   BLE は “Low Energy” という名称どおり省電力で動作する無線方式です。したがって b には「省電力」が入ると判断できます。
3. LPWA（Low Power Wide Area）の特徴
   LPWA は「Low Power＝省電力」「Wide Area＝広域」を実現する代わりに通信速度が高くありません。よって
   ・通信速度：遅い
   ・省電力：長時間バッテリ駆動
   というセットで語られるのが一般的です。
4. 結論
   • b が「省電力」になることから、 a は対比的に「遅い」が適切。
   • 解答群との対応
     • ア：遅い
     • イ：省電力
       以上より
       a＝ア、b＝イ となります。

誤りやすいポイント

• 「LPWA＝広域・大容量」と誤認しやすい
  実際は広域・省電力を重視し、大容量や高速通信は不得意です。
• BLE を “Bluetooth の一種だから高速” と勘違いする
  BLE は高速化よりも “省電力” を目的に設計されています。
• “省電力 ＝ 低通信速度” を必ずしも伴うわけではないと混同する
  本問は LPWA の代表的特徴を並列に示しているため、対比構造を読み取ることが鍵です。

FAQ

解答の論理構成

1. 送信するデータ量を確認
   表3より
   • 「1回当たりに通信するデータサイズは、HTTPの場合2,000バイト」
     したがって 1 回の送信データ量は 2,000 バイト です。
2. バイトをビットへ換算
   1 バイト = 8 ビット なので
   $2,000\text{ バイト}\times 8=16,000\text{ ビット}$
3. 送信に許される時間を確認
   問題文より
   • 「1分以内に送信」
     1 分 = 60 秒 です。
4. 最低限必要な通信速度を計算
   $$\frac{16,000\text{ ビット}}{60\text{ 秒}}=266.666\dots \text{ ビット/秒}$$
5. 指定通り「小数第2位を四捨五入して小数第1位」へ
   $266.666\dots \to 266.7$

誤りやすいポイント

• 「2,000 バイト」をそのまま 2,000 ビットと誤読し、8 倍し忘れる。
• 送信時間を 1 秒と誤解して極端に大きな値を計算してしまう。
• 小数第1位への丸め指示を見落とし、266.6 など端数処理を誤る。

FAQ

解答の論理構成

1. 送信 1 回当たりのデータ量
   【問題文】表3に「1回当たりに通信するデータサイズは、HTTPの場合2,000バイト」と明記されています。
2. 1 日当たりの送信回数
   【問題文】〔LPWA通信サービスの選択〕に「1 台の端末 P 当たりの送信回数は、1 日 30 回を上限」とあります。
3. 1 か月（30 日）当たりの最大通信量を計算
   2,000 バイト/回 × 30 回/日 × 30 日 ≒ 1,800,000 バイト
4. 料金プランとの比較
   表4より
   ・「プランA」の上限は「100kバイト」＝約102,400 バイト
   ・「プランB」の上限は「500kバイト」＝約512,000 バイト
   ・「プランC」の上限は「2,000kバイト」＝約2,048,000 バイト
   必要量 1,800,000 バイトを満たせるのは「2,000kバイト」のみです。
5. 月額料金最小条件
   条件は「HTTP 通信での通信料金が最も安くなる」とあり、上限を満たす中で最も安価なプランを選びます。上限を満たせるプランは 1 つだけなので、そのプランが最安でもあります。
6. よって下線①の正解は【問題文】表4の「プランC」となります。

誤りやすいポイント

• 「30 回/日」は“上限”なので、平均や最頻値で割り引いてしまい、下位プランでも足りると誤判断しやすい。
• kバイトを 1,000 ではなく 1,024 で換算し忘れ、ギリギリ入ると思い込むと計算がずれる。
• 「最も安く」の語に惑わされ、単純に月額最安の「プランA」を選択してしまう。条件は“必要量を満たしたうえで最も安い”である点を見落としやすい。

FAQ

解答の論理構成

1. 端末P側のピーク転送量を見積もる
   • 端末Pは「1 日 30 回を上限」としつつも、送信は「1 分以内に送信することを基本」とあります。
   • また「最大20万台分のパーキングスロット」を扱います。
   • 最悪ケース（すべての端末が同じ 1 分間に 1 回送信）を想定すると、1 分間の総通信量は
     200,000 台 × 2,000 バイト ＝ 400,000,000 バイト
     ＝ 3,200,000,000 ビットです。
   • これを 60 秒で割り、1 秒当たりに必要な帯域を求めると
     $\frac{3,200,000,000}{60}\approx 53.3\text{Mビット/秒}$
2. 駐車場アプリ側の同時接続帯域を加算
   • 「最大1,000の駐車場アプリからの同時アクセス」を考慮し、
     「64 kビット/秒」が 1 アプリ当たりに必要とされています。
   • 従ってスマートフォン側の帯域は
     1,000 台 × 64 kビット/秒 ＝ 64 Mビット/秒
3. 合算してクラウド側で確保すべき帯域を算出
   • 端末P由来 53.3 Mビット/秒
   • アプリ由来 64.0 Mビット/秒
   • 合計
     $53.3+64.0=117.3\text{Mビット/秒}$
   • 解答群でこれに最も近い値は「オ：117.4Mビット/秒」です。

誤りやすいポイント

• 「1 日 30 回」を 24 時間で均等割してしまい、約 1.1 Mビット/秒と過小評価するケース。問題文は「1 分以内に送信」を条件にしているため、ピークバーストを考慮する必要があります。
• スマートフォン側の 64 kビット/秒を「1 端末あたり」と読み落とし、1,000 台分を掛け忘れるミス。
• バイト換算の際に 1 kバイト＝1,024 バイトという細かな定義にとらわれる必要はなく、問題では単位をそのまま十進で用いています。

FAQ

解答の論理構成

1. 対象データ
   – 表1の項番2より「最大5年分蓄積する」環境情報が計算対象です。
   – 同じく表1の項番2に「1回当たり最大2,000バイト」とあります。
   – 端末Pの送信頻度は〔LPWA通信サービスの選択〕で「1 日 30 回を上限」と規定されています。
   – パーキングスロット数は表1の項番4で「最大20万台分のパーキングスロット」。
2. 1スロット当たりの年間データ量
   1日あたり
   $2,000\text{バイト}\times 30=60,000\text{バイト}$
   1年間（365日）
   $60,000\times 365=21,900,000\text{バイト}$
3. 5年間のデータ量（1スロット）
   $21,900,000\times 5=109,500,000\text{バイト}$
4. 全スロット分の総データ量
   $109,500,000\times 200,000=21,900,000,000,000\text{バイト}$
5. バイトをテラバイトに換算
   1 Tバイト ＝ $1,000,000,000,000$ バイト（10進表記）とすると
   $\frac{21,900,000,000,000}{1,000,000,000,000}=21.9\text{Tバイト}$
6. 四捨五入（小数第2位）
   既に「21.9」で小数第2位は0なので変更なし。

誤りやすいポイント

• 「1 日 30 回を上限」を見落とし、一日24回や1回で計算してしまう。
• 5年分ではなく1年分だけを積算してしまう。
• 20万「台」ではなく20万「駐車場」と誤認し、係数を減らして計算する。
• 2,000バイトを 2 kバイト(≒2,048バイト)と2進換算して誤差を出す。
• TBへの換算で 1 TB=1,024^4 としてしまい、設問の10進基準と混同する。

FAQ

解答の論理構成

• 本文では、端末Pが送信できなかったデータを一時保存し、再送時に「送信データが続き、送信データ量の累積がcを超えないように、新しいデータから順に選んで送信する」と記述されています。
• 直前の検討事項である〔LPWA通信サービスの選択〕では、表4のプラン選定において「HTTP 通信での通信料金が最も安くなる①LPWA通信サービスの料金プランを選択」し、その表4の列見出しは「月間の最大データ通信量」です。
• 料金プランは「100kバイト」「500kバイト」「2,000kバイト」という“月単位”の上限で課金が変わるため、累積送信量が超えてはいけない閾値も同じく“月間”で定義されます。
• したがってcには、表4と同一語句である「月間の最大データ通信量」が入るのが論理的に整合します。

誤りやすいポイント

• 「1 日 30 回を上限」や「1 分以内」など“時間”の条件と混同し、1 日当たりや1 回当たりのデータ量を入れてしまう。
• 料金プランの「上り下りともに1,000kビット／秒」を閾値と誤認し、通信速度を答えてしまう。
• 表4の列見出しを正確に引用せず、似た表現（例：月間データ量上限）を書いて減点される。

FAQ

解答の論理構成

1. 暗号化が必須
   【問題文】には「④暗号化通信時に最も通信量の少ない方式」と明示されています。したがって TLS / SSL による暗号化が前提条件です。
2. 候補となるプロトコルの洗い出し
   表3には「HTTP, HTTPS（HTTP Over TLS）, MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）, MQTTS（TLSで暗号化したMQTT）」とあります。暗号化できるものは「HTTPS」と「MQTTS」の二つです。
3. 通信量の比較
   • HTTP 系はリクエスト／レスポンス型で、ヘッダ部にメソッド・URI・Cookie など多くの付帯情報を持ちます。TLS を重ねるとさらに数十バイト～数百バイトのオーバーヘッドが加わります。
   • MQTT はパブリッシュ／サブスクライブ型の軽量プロトコルで、制御ヘッダが最小 2 バイトと少なく、TLS を重ねても全体のヘッダは HTTPS より小さくなります。
     ⇒ 暗号化を施した際、最小パケットサイズが小さいのは「MQTTS」です。
4. 結論
   よって下線④で採用すべきデータ送信方式は
   MQTTS となります。

誤りやすいポイント

• 「暗号化」と「通信量」の両条件を同時に満たす必要があることを読み落とし、無暗号の「MQTT」を選択してしまう。
• 表3の「HTTPの場合2,000バイト」という記述を見て“HTTP が既定”と早合点し、「HTTPS」を選んでしまう。
• LPWA の帯域制限だけに注目し、プロトコルのヘッダオーバーヘッドを考慮しない。

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