「低消費電力」で「広範囲」をカバーする無線通信網の構築を可能にする、無線センサーネットワーク技術LPWA(Low Power Wide Area)に注目が集まっている。

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新しい無線技術LPWAがなぜ注目されるのか?――経営者のためのIoT技術入門「LPWA」(1)

 LPWAの規格はいくつかあるが、独自仕様のLPWAと、携帯電話網を利用するセルラーLPWAに大別できる。独自仕様LPWAのうち、LoRa(ローラ)とSigfox(シグフォックス)は「先行組」として、すでに実サービスが国内でも始まっている。

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独自仕様LPWAの代表格LoRaとSigfoxを知る――経営者のためのIoT技術入門「LPWA」(2)

 ただ、秒進分歩の勢いで技術進歩を続けるLPWAにおいては、実績だけを重要視しすぎてはいけない。今のところ必ずしも知名度が高いとは言えないが、注目しておきたい新しい規格もある。今回は、そんな「後発組」に位置付けられる独自仕様LPWAのいくつかについて特徴や動向をみておこう。

 実用化の面ではLoRaやSigfoxに後れるものの、以下で紹介する「後発組」は2018年にいよいよ実サービスが始まる。IoTを活用したデジタル変革を加速していくにあたり、後発組のLPWAを選択肢として検討する価値は十分にある。

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ソニー製LPWAは長い通信距離や高速移動通信に強み

 後発組LPWAの最初に挙げるのは、“国産”の技術だ。ソニーが2017年4月に開発したもので、免許のいらない920MHz帯を利用する。

 ソニー製LPWAは大きく3つの特徴がある。1つめは、長距離の通信と高速移動中の通信が可能な点である。見通しがいい場所なら100km以上の距離で通信ができるうえ、時速100kmで高速移動している最中にも安定して通信できることを実証実験で確認している。

 特徴の2つめは、省電力性能である。電源を確保できない屋外などにセンサーを配備する場合、どうしてもセンサーの駆動時間が大きな課題になる。その点、ソニー製LPWAは位置データを1日2回送信するといった低頻度の通信であれば、コイン型の電池1個で1年間利用できる。

 3つめは通信の信頼性だ。ソニー製LPWAは高感度のデータ受信機能を持つ。テレビ、ビデオレコーダ、光ディスク用の誤り訂正に用いられるデジタル信号処理技術などを応用したものである。加えて、テレビチューナなどに搭載される高周波アナログ回路技術を採用することで、多くの電波が飛び交い混信が起きやすい都市部でも、良好な通信を実現している。また、GPS(全地球測位システム)衛星から得た高精度な時刻情報を使って送受信のタイミングを補正し、通信の信頼性を高めている。

 ソニー製LPWAは2018年4月、畜産業支援ソリューションとして実用化が始まる見込みだ。牛の命を救い、畜産農家の経営を支える。

 牛の畜産業には肥育農家と繁殖農家がある。繁殖農家は母牛の発情期を見計らって種付けし、子牛を安全に出産できるよう分娩を手助けする。肥育農家は繁殖農家から子牛を購入し、約2年かけて育てて出荷する。

 育て上げた牛をすべて無事に出荷できれば良いのだが、一定の割合で事故が発生する。具体的には、間もなく出荷というタイミングで、大きく育った牛が横たわったまま自力で立ち上がれなくなることが、しばしばある。

 このとき即座に気づいて起立するのを介助してやると、牛は再び自ら立てるようになる。しかし、気づかないまま放置すると、牛の体内にガスがたまり数時間で窒息してしまう恐れがある。購入する子牛の価格は高騰しているうえ、飼料代などもかかるので、出荷できなくなることが肥育農家の経営に与える打撃は大きい。

 実用化予定のソリューションでは、牛舎内にソニー製LPWAによる無線ネットワークを整備し、横になり立てなくなった牛をセンサーで検知。肥育農家のスマートフォンに即座に通知する。こうすることで、夜間でも起立困難になった牛をすかさず助けられるようになる。

表 代表的な独自仕様LPWAの特徴 *の詳細は前回記事を参照


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2018年に製品登場予定のEnOcean Long RangeとWeightless-P

 注目を集めつつある後発組LPWAをあと2種類みておこう。一つは「EnOcean Long Range」である。

 最大の特徴は、ソーラーパネルなどを用いた「エナジーハーベスティング」と呼ぶ技術によって、電池を交換することなく長期間にわたりセンサーネットワークを稼働させられる点にある。エナジーハーベスティングは振動や光、熱など環境に存在する微小なエネルギーを電力に変換することから、環境発電とも呼ばれる。

 EnOcean Long Rangeは元々、エナジーハーベスティングを採用した無線による狭域センサーネットワーク「EnOcean」としてドイツで生まれた技術である。その後、送信出力をEnOceanの1mWから10mW/20mWに増強する一方で通信速度を1kbps程度に抑えるなどの改良を重ね、2017年に通信距離を長くした。見通しのいい場所なら3〜4km(最大6辧砲竜離で通信できる。ビルが林立する都市部でも、300〜400mの通信が可能だ。

 EnOcean Long Rangeの用途は幅広い。例えば、温度や湿度など様々な自然環境の変化を可視化する農業IoTの用途での実証実験が行われており、その結果を踏まえた商品が2018年に登場予定だ。農場では電源の確保が難しいので、エナジーハーベスティングが生きる。広大な農場を管理するIoTの無線センサーネットワークとして、EnOcean Long Rangeに対する期待は高まっている。

 もう一つが「Weightless-P」である。英Weightless SIGが2015年に仕様を策定。台湾のユービックが技術開発を推し進めているのと同時にSIGによる標準化を主導しており、2018年に量産製品の提供を開始する計画である。

 Weightless-Pは、LoRaを超える下り最大100kbpsの通信速度と、同時接続数の多さが武器だ。下りの通信が速いのは、IoTデバイスのファームウェアの更新(FOTA:Firmware Over/On-The-Air)がスムーズに行えるという利点がある。この利点を生かせる用途として、工場内の複数の設備を制御するファクトリーオートメーション(FA)や、スマートシティが見込まれる。

 Weightless-Pの無線センサーネットワークは、電池交換せずに5〜10年間運用できると言われている。また、2G携帯電話網の基盤技術であるTDMA(Time Division Multiple Access)/FDMA(Frequency Division Multiple Access)をベースに、搬送幅12.5kHzの狭帯域通信や周波数ホッピング、高度な電力制御技術などを採用することで、携帯電話網と同等の高い通信の信頼性を実現する。

筆者:阪田 史郎