ピコネット（Piconet）完全解説：Bluetooth小規模ネットワークの仕組みと実装ポイント

2025年12月11日 最終更新日時 : 2025年12月11日 エバープレイ編集部

ピコネットとは何か

ピコネット（piconet、邦語では「ピコネット」）は、Bluetooth規格で定義される最小単位の無線ネットワークを指します。1つのピコネットは1台のマスター（master）と最大7台のアクティブなスレーブ（slave）で構成され、マスターが無線チャネルのスケジューリングと同期を担います。名称の「pico」は“非常に小さい”を意味し、短距離・低消費電力の近距離通信を前提としたネットワークを示しています。

歴史的背景と位置づけ

Bluetoothは1994年にエリクソンを中心に発足した技術で、異なるメーカーの機器間の近距離無線接続を目的に設計されました。ピコネットの概念は初期のBluetoothアーキテクチャの中核で、無線周波数の効率利用や端末間の簡易接続を実現するために導入されました。後年、複数のピコネットを連結するスキャターネット（scatternet）や、Bluetooth Low Energy（BLE）やBluetooth Meshなど、用途に応じた拡張も登場しています。

ピコネットの技術的仕組み

  • マスターとスレーブの役割: マスターはタイミングの基準（タイムスロットの同期）とホッピングシーケンスの開始点を決定します。スレーブはマスターのタイミングに合わせて送受信を行います。
  • 周波数ホッピング方式: Bluetooth Classic（BR/EDR）は周波数ホッピング拡散（FHSS）を採用し、基本は79チャネル（各1MHz、地域差あり）を用いてホップします。ホップレートはスロットあたり（625μs）が基本で、単一スロットパケットでは1秒あたり約1600回のホップが発生します。これにより干渉耐性が向上します。BLEは40チャネル（各2MHz）を用い、設計思想が異なりますが類似のチャネル分散を行います。
  • タイムスロットとパケット: BluetoothはTDMA（時分割）に近い方式で、625μsを基本スロットとします。マスターとスレーブは交互に送受信し、複数スロット（2/3/5スロット）を使うパケットも存在します。SCO/eSCOは音声用、ACLは汎用データ用の論理リンクです。
  • アドレスと識別: 各デバイスにはBD_ADDR（48ビットのMACに相当）が割り当てられ、ピコネット内ではAM_ADDR（Active Member Address）等でアクティブメンバを識別します。AM_ADDRは限定されたビット幅で管理されるため、同一ピコネットでのアクティブ数に上限があります。

ピコネットの制約と拡張性

ピコネットは小規模構成を前提としているため、いくつかの重要な制約があります。

  • アクティブデバイス数の上限: Bluetooth Classicでは1つのピコネットにおけるアクティブなスレーブの上限は7台（合計8台のデバイス）です。これを超えるデバイスはパーク（park）状態として管理され、必要に応じてアクティブに戻されます。
  • スループットとレイテンシの制約: マスターがスロットを割り当てるため、多数の参加者がいると遅延や帯域競合が発生します。音声用途ではSCO/eSCOで遅延が抑えられますが、データ重視の用途ではACLやEDRの利用が一般的です。
  • スキャターネットの実装課題: 複数のピコネットを連結するスキャターネットは理論上可能ですが、タイミングの共有や役割切替え（あるデバイスが同時に複数ピコネットに参加する際の時間分割）など実装が複雑で、公式仕様として十分にサポートされているわけではありません。そのため、ルーティングや電力管理、遅延管理がネックになります。

Bluetooth Classic（BR/EDR）とBLEにおけるピコネットの違い

Bluetooth Classicは従来のピコネット概念を中心に設計され、オーディオや同期通信、比較的高いスループットを求める用途に強みがあります。一方、BLE（Bluetooth Low Energy）は従来のピコネット表現をそのまま使うことは少なく、広告／接続モデルやGATT（Generic Attribute Profile）を用いた軽量通信が中心です。

  • 接続モデル: Classicはスキャニング・インクワイア・ページなどの手続きを経てピコネットに参加します。BLEはアドバタイズ（advertising）とスキャン（scanning）を用いることが多く、接続確立後はGAP/GATTに基づくやり取りが行われます。
  • 用途の違い: Classicはヘッドセットやハンズフリー、ストリーミング音声に最適化され、BLEはセンサーデータやIoTデバイスの低消費電力通信を目的としています。BLEの普及により、従来の「ピコネット」という言葉の使われ方も変化しています。

セキュリティ面の考慮

ピコネットにおけるセキュリティは、ペアリング／認証／暗号化が中心です。Bluetooth規格はバージョンごとにセキュリティ強化を行っており、Secure Simple Pairing（SSP、2.1+EDR）、LE Secure Connections（4.2以降）などが導入されました。代表的な攻撃としてはスニッフィング、中間者攻撃（MITM）、リプレイ攻撃などがあり、適切なペアリング方式と暗号化の適用が必要です。

実装者向けのポイント

  • デバイス発見と接続確立: インクワイア／アドバタイズのパラメータ（インターバル、応答性）を調整して発見速度と消費電力のバランスを取ります。
  • 役割の管理: マスター／スレーブの役割変更が必要なケース（例えばスキャターネット的な運用）では、タイミング同期や再接続のオーバーヘッドを考慮した設計が必要です。
  • 干渉対策: 周波数ホッピングとAFH（Adaptive Frequency Hopping）により干渉を回避できますが、Wi‑Fi等の同一帯域干渉を避けるためにチャネル利用や出力制御、再送戦略を工夫します。
  • 電力設計: スリープ／ウィークアップ戦略、接続インターバル、MTUやパケット長の最適化により消費電力と応答性をトレードオフします。

ユースケースと設計例

  • ワイヤレスオーディオ: ヘッドフォン／スピーカーはClassicピコネット（SCO/eSCOやA2DP）で低遅延・高品質伝送を目指します。近年はLE Audio（LE Isochronous Channels）へ移行しつつあります。
  • 周辺機器（キーボード／マウス）: 省電力と応答性のバランスが重要で、BLE接続やHID over GATTが多用されます。
  • IoTセンサーネットワーク: BLEのアドバタイズ＋接続でセンサーデータを収集し、必要ならば中央のゲートウェイが複数のピコネット的接続を管理します。大規模なメッシュ用途ではBluetooth Meshを検討します。

将来展望

Bluetooth技術は継続的に進化しており、BLEの普及、LE Audio、複数端末へのブロードキャスト、長距離・高スループットPHYの登場などにより、“ピコネット”という概念も用途に応じて変化しています。小規模で同期を必要とする用途では従来のピコネット設計が有効ですが、IoTやスマートホームの大規模分散系ではMeshやクラウド連携が主流になります。実装者は用途に応じてClassicピコネット、BLEの接続モデル、あるいはMeshのいずれを選ぶかを慎重に判断する必要があります。

まとめ

ピコネットはBluetoothにおける基本的な小規模ネットワーク単位であり、マスターとスレーブの同期や周波数ホッピングを通じて短距離無線通信の利便性を高めます。アクティブ端末数の制限やスキャターネットの実装難度、そしてClassicとBLEでの設計差異を理解することが、安定したシステム設計の鍵になります。用途に合わせてピコネット的設計を採用するか、BLEやMeshへ移行するかを決定してください。

参考文献

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IT
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