PD試験（仮称）システム区分 サンプル問3（橋梁点検IoTの方式設計）の解説

この問題で問われていること：機器の制約を踏まえた方式設計

IPAは出題趣旨で、この問題を「デバイスの制約，通信の即時性などを考慮して，物理空間とデジタル空間をつなぐシステムアーキテクチャを設計する能力」を評価するものとしています。

空欄がa〜fの6つもあり、解答群も6列あるので、最初は身構えます。しかし実際には、どの機器がどの機器と通信できるかさえ押さえれば、6つの空欄はほとんど連動して決まります。

解き方：まず「通信の経路」を描く

表1と図1から、通信の経路を書き出すと次のようになります。

ポイントは、センサーノードと直接つながっているのは診断サーバだけということです。点検制御装置が風のデータを欲しくても、センサーノードに直接は聞けません。

手順1：b・c・d・eを経路から決める

本文で追加された機能は「センサーノードに対し，診断サーバから要求を受信すると，即座に橋梁情報を計測し送信する」ものです。これを使って風のデータを点検制御装置に届けるには、次の流れしかありません。

点検制御装置（c）が診断サーバ（b）に要求 → 診断サーバがセンサーノード（d）に要求 → 橋梁情報（e）を受信 → 点検制御装置へ送信

解答群でb＝診断サーバ（四）、c＝点検制御装置（三）、d＝センサーノード（一）、e＝橋梁情報（五）になっているのは、ウとキの2つだけです。

手順2：aとfを「何と何を両立させたか」で決める

aは、当初の方式がだめだった理由です。診断サーバ上の橋梁情報は1時間ごとにしか更新されません。データが壊れているわけでも欠けているわけでもなく、古いことが問題なので、aは即時性（十）です。

fは、即時性と両立させたいセンサーノードの性質です。表1に、センサーノードは「リチウム一次電池で駆動」し、「電池切れ時はセンサーノードを橋梁から回収して電池交換を行う必要がある」とあります。常に高い頻度で送れば即時性は上がりますが、電池がすぐ切れます。必要なときだけ計測・送信する方式にしたのは、省電力性（九）を保つためです。

aが即時性なのはキ、信頼性なのはウです。答えはキに決まります。

迷いやすい選択肢：信頼性と保守性

aに信頼性（八）を入れたア〜エは、「制御には使えない」という言い方から、データの信頼性を疑った選択肢です。しかし、追加した機能は「要求を受信すると，即座に橋梁情報を計測し送信する」もので、信頼性ではなく鮮度を上げる工夫です。

fに保守性（七）を入れたイ・エ・オ・クも、もっともらしく見えます。電池交換の手間は保守の話だからです。ただ、この方式が直接減らしているのは電池の消費量で、交換の手間が減るのはその結果です。解答群を見ても、a＝即時性・d＝センサーノードの組合せでfが保守性のものはありません。

カメラロボットを中継役や要求先にしたア・イ・オ・カ・クは、機器の役割を取り違えています。カメラロボットが送るのは飛行情報で、風向・風力は計測しておらず、センサーノードとも通信しません。

時間をかけないコツ：確実な空欄から解答群を絞る

解く時間の目安は6分ほどです（当サイトの推測）。空欄が多い組合せ問題は、一番確実に決まる空欄から解答群を絞るのが鉄則です。この問題では、通信の経路からb〜eが先に決まり、残る候補が2つになります。

表1の仕様は、制約（電池駆動、1時間ごと、飛行時間30分など）を探すつもりで読みます。設計の問題では、仕様の数値や制約が、そのまま空欄の根拠になることが多いからです。

方式設計として読み直す：遅延と要求の回数

この方式には、試験では問われない論点も残っています。

風のデータは、点検制御装置 → 診断サーバ → センサーノード → 診断サーバ → 点検制御装置と、モバイル通信を4回経由して届きます。カメラロボットの飛行可能時間は約30分なので、何秒以内に受け取れれば制御に使えるのかを、非機能要件として決めておく必要があります。

もう1つは要求の回数です。点検のたびに何回センサーノードを呼び出すかで、電池の持ちが変わります。「要求があれば即座に計測」は、要求の回数に上限を設けて初めて省電力になります。