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IoT無線通信の新分野として期待されるLPWA無線 Part 3

SigfoxとIEEE802.15.4k
デュアルモードLPWAによって
つながる安心を得る

注目ワード
  • ML7404
  • IEEE802.15.4k
  • Sigfox
  • 業界初のデュアルモードLPWA
  • 末端は自営ネットワーク
  • 基幹には公衆ネットワークが理想的
  • KCCS
  • DSSS
  • Sigfoxがカバーできないエリアでは、密集や妨害波に強いIEEE802.15.4kでつなぐ
  • 端末集約
  • リレー伝送
  • 下り起動

-それでは、現状のLPWAに対して、ラピスセミコンダクタがどのような取り組みをしているのか、お聞きして行きたいと思います。昨年、2017年の夏に、業界初のLPWA向け無線通信LSIの発表がありました。

2017年8月にプレス発表をした、「ML7404」というLSIです。ML7404は、先ほど説明したSigfoxIEEE802.15.4kの両方の無線方式に対応したという点で、業界初のデュアルモードLPWA無線通信LSIとして発表しました。

-早速なのですが、デュアルモードの無線方式はSigfoxとIEEE802.15.4kの2方式にしたのはなぜでしょうか?

それでは、開発の背景をお話します。先ほど、現状における「理想的なLPWA階層構造」というものをご覧いただきました。センサノードなどの末端においてはアンライセンスド、基幹部はライセンスドの無線通信方式に棲み分けるというアイデアです。

-アンライセンスド無線方式は、低消費電力、端末の価格やランニングコストが低いというメリットがあるが、基幹はインフラや実績、安定性などを考えるとライセンスドで公衆ネットワークのNB-IoTか、という話ですね。

そうです。実はこのアイデアには、アンライセンスドかライセンスドかというポイントの他に、「末端は自営ネットワーク、基幹には公衆ネットワークが理想的」というポイントが含まれています。このポイントが、ML7404の通信方式の1つにSigfoxを選んだ理由になります。

-確か先ほどのSigfoxの説明では、SigfoxがアンライセンスドのLPWAでありながら基幹ネットワーク向けの公衆ネットワークサービスで、それがこの無線通信LSIの開発コンセプトに関係していると言うことでした。

SigfoxはフランスのSigfox社が2009年から提供しているIoT用途をメインにした無線通信規格で、ヨーロッパを中心に普及しており、世界30カ国以上で採用が進んでいます。Sigfoxは1つの国でのサービス事業者を1社としており、日本では京セラコミュニケーションシステム株式会社(略称KCCS)が事業者になっています。KCCSは2017年2月から国内でのサービスを提供しており、2018年度中に全国展開する予定としています。アンライセンスドではありますが、携帯電話の通信事業と同じようなイメージで、インフラを整備しサービスを提供しています。

-そうすると、Sigfoxが公衆サービスなので、「末端は自営ネットワーク、基幹には公衆ネットワーク」というポイントに対して、アンライセンスド無線方式だけでLPWAネットワーク全体を構築できるということになりますね。

その通りです。少し回りくどかったかも知れませんが、LPWAにおいてはアンライセンスドのメリットを利用できることがキーになると考えています。この図は前にお見せしたものがベースですが、基幹をSigfoxに置き換えたイメージです。LPWAの基幹を担う公衆ネットワークとして、現状においてアンライセンスドのSigfoxは有望株だと考えています。

アンライセンスドLPWAによる自営末端ネットワークと公衆基幹ネットワークの構成。

-では、もう一つの方式としてIEEE802.15.4kを選択した理由は何でしょうか?

先ほども少し説明しましたが、IEEE802.15.4kは非常に優れた素性の無線通信方式だと考えています。この表は、先ほど見ていただいたアンライセンスドLPWA無線通信規格の比較です。

アンライセンスドLPWAのSigfox、LoRa、IEEE802.15.4kの比較。

IEEE802.15.4kDSSS(Direct Sequence Spread Spectrum:直接拡散方式)により長距離化を図っているのは説明済みですが、この3つの通信方式の長距離化手法のなかでDSSSは障害や干渉にもっとも強いと言えます。また、世界標準規格であり物理層が標準化されているので、国内電波法(技適)対応が比較的簡単になっています。こういった優れた素性を持っていることから、まだ普及の度合いは高くはありませんがラピスコンダクタはIEEE802.15.4kに着目しました。

-公衆ネットワークであり基幹部分を担うことが可能なSigfoxと、自営でフレキシブル、そして妨害波に強いIEEE802.15.4kが選択されたということですね。それでは、デュアルバンドであることのメリットは何でしょうか?

簡単に言えば、1つの無線方式、1つのサービスだけではカバーしきれない領域が必ずあるということです。Sigfoxは日本全国をカバーするサービスになりますが、建造物の奥や地下、さらにはIoTであることを考えると人がいない山岳や原野などの基地局の設置が行き届かないところなど、電波のよくないところや届かないところがどうしても出てきます。これは、携帯電話のサービスと同じイメージです。そして、これらすべてをSigfoxでカバーしようとすると、インフラのコスト増などによって現状のよい面が蝕まれる可能性があります。このような理由から、末端においてSigfoxがカバーできないエリアでは、密集や妨害波に強いIEEE802.15.4kでつなぐというアプローチを考えました。

-具体的な構成例などはありますか?

概略ではありますが、この図でイメージできますでしょうか。いずれも「末端においてSigfoxがカバーできないエリアはIEEE802.15.4kを使う」というコンセプトに基づくもので、現状におけるアイデアや提案と考えてください。

末端においてSigfoxがカバーできないエリアを、密集や妨害波に強いIEEE802.15.4kでつなぐというアプローチ。

端末集約」は、Sigfoxの電波が届かないところは無理にSigfoxを導入せずに、IEEE802.15.4kでネットワークを構築しSigfoxにブリッジ接続するアイデアです。Sigfox契約回線数、つまりランニングコストを抑えることもできると思います。

リレー伝送」は、IEEE802.15.4kだけの末端とリピータだけのネットワークにおいて、Sigfoxとオーバーラップしているエリアにデュアルモードのゲートウェイがあれば、IEEE802.15.4k末端⇔IEEE802.15.4kリピータ⇔デュアルモードリピータ⇒Sigfoxというリレー伝送が可能になります。これは山岳部など収容台数が少ないエリアにSigfoxの基地局を設置するより低コストでLPWAを構築できると思います。

下り起動」は自治体などセキュリティや防災無線を想定した例です。通常は各戸に設置されているセンサなどが異常を検知するとSigfox基地局を介して自治体や警備会社に通報します(上り起動)。非常時にはIEEE802.15.4kネットワークを利用し自治体のエリア内にある送信器が各戸の末端デバイスを起動して(下り起動)、アラート音を発動し避難の呼びかけを行うといったイメージのシステムです。

-ネットワークの構成、階層のイメージはできましたが、実際のアプリケーションにはどんな例があるのでしょうか?

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