無線設計ガイダンス：無線方式の選択

この「無線設計ガイダンス」は、無線設計の経験があまりない、もしくは初めてという人が無線設計を始めるためのものです。ここでは、一例として、近年のIoTの1つである、ビルの空調に通信ネットワークを導入して、快適かつ省エネな空調システムを構築することをイメージしながら、以下の手順で、各々においてどの様なことをするのかを解説して行きます。

• ① 無線方式の選択
• ② 無線デバイスの選択/仕様確認/動作確認
• ③ ネットワークトポロジーの検討
• ④ ハードウェアの検討
• ⑤ ソフトウェアの検討
• ⑥ 評価の検討

今回は、最初に行うべきこと、「①無線方式の選択」です。

①無線方式の選択

無線ビギナーが無線設計を始める場合、最初に検討し決定すべきは無線方式です。もちろんそれには達成したいことが決まっており、どの様な無線方式があるのかを知っている必要があります。

まず、実現したいことを「5W1H」で考え整理します。言うまでもないと思いますが、5W1Hは、when（いつ）、where（どこで）、who（誰が）、what（何を）、why（なぜ）、how（どのように）という6つの要素からなります。

ビルの空調に通信ネットワークを導入する

• いつ    ⇒ 1分ごとに
• どこで   ⇒ ビル内で
• 誰が    ⇒ センサノードが
• 何を    ⇒ 温度情報を取得
• なぜ    ⇒ 自動制御するために
• どのように ⇒ 無線通信ネットワークを使って

この5Wを無線ネットワークを使って実現するために、無線通信に関する具体的な検討事項は以下になります。

通信頻度、消費電力、通信環境、通信距離、通信相手、通信プロトコル、スループット

しかしながら、どの様な無線方式があり、どの様な仕様で、どの様な特徴があるのかは、各種無線方式を調べるほかはありません。以下は、主要な無線のデータレートと通信距離のカバレッジを示しています。

また、下記は無線方式とその無線方式のアプリケーション例のイメージです。

さらに、各無線方式の仕様や特徴をまとめた表を示します。

先に示した2つの情報とこの表から、今回の空調システムに利用するには、どの無線方式がフィットするか考えてみます。

青色の文字は、この設計の要求事項に合致するものであることを意味しています。例えば、消費電流は数十mAで抑えたいので、300mAを要するWi-Fi方式は除きます。また、通信距離は、ビル内とはいえそれなりの距離があり障害物も多いことから、なるべく長い方が望ましいのでSub-GHz無線が有望です。

このように、実現したいことを整理して、無線方式の仕様や特徴と照らし合わせ、無線方式を選択することになります。今回の例の無線方式としては、Sub-GHz無線を選択します。