2019年7月3日都内にて、マクニカネットワークスが、「IoT活用でスマートビルディング・オフィス・工場！〜LoRaWAN™で簡単IoT〜」と題したセミナーを開催した。
今回はその内容について紹介したい。
まずはマクニカネットワークス LPWA事業推進部 部長代理 今任 雅樹氏（トップ画）よりLPWAとLoRaWAN™の概要についての説明がなされた。
LPWAとは
LPWAは、Low Power Wide Ariaという通信技術のことを指し、少量のデータを低消費電力でより遠くにふかすことができる通信だ。
IoTの新しい接続方法はここ数年で様々な技術が出てきており、LPWAの１つがLoRaWAN™であり、セルラー系であれば、Cat.M1やNB-IoTといったものだ。
LPWAがなかった時代では、センシングをしてデータを取ることが難しかったが、LPWA登場により、IoTなど新しい市場が立ち上がってきているという。
総務省が発行している平成29年版情報通信白書では、2016年から2021年にかけて、LPWAモジュールの出荷台数の推移および予測として10倍になるとしている。
LoRaWAN™の概要
LoRaWAN™という規格自体は、LoRa Alliance™という団体が規格の策定を行なっている。
しかしLoRa Alliance™がLoRaWAN™の規格をする前から、無線部分の変調方式としてのLoRa®は既に存在していた。
例えばモジュールベンダーAが作ったLoRa®はモジュールベンダーAが作ったデバイス同士でしか繋ぐことができなかった。
そこをLoRa Alliance™が変調方式の上のレイヤーにMAC層を定義することによって、相互接続性が保たれ、ベンダーAのデバイスでもベンダーBが作ったデバイスでも使うことができるようになった。
この相互接続性のおかげでLoRaWAN™が幅広く使われ始めた。
日本ではRFIDなどで使われている920MHz帯を使用している。
また、回数制限なしの双方向通信に対応していることも、通信のやり取りを頻繁に行うユースケースにおいては選ばれる特徴の１つである。
さらに、IoTのシステムではセンサー端末がバッテリー駆動をしており、端末側の消費電力も考えなければならない問題だ。一番端末の消費電力を使うのは無線を送信するという作業だ。
そのため、センサーが無線をふく回数をいかに減らすことができるかと考えられたのがADR（Adaptive Data Rate）という機能だ。LoRa®変調のエンド端末とゲートウェイの間の無線部分の通信の速度をネットワークサーバー側から自動的に調整するという機能である。
通信状況が良い場所に設置されたセンサーに関しては、早く送信し、無線を止めることでセンサーを寝かせる。一番早いデータレートと、一番遅いデータレートでは、100倍程度の単位で送信時間が変わってくるため、データレートの調整を行うと、端末の電池の持ちが良くなるということだ。
次ページは、「なぜLoRaWAN™が使われるのか」
なぜLoRaWAN™が使われるのか
様々な理由の中から、今任氏は大きく3つの理由を掲げた。
1つ目は、多彩なネットワーク構成に対応できる点だ。パブリックなネットワーク構成にも適用され、工場などの中だけで使う閉じたIoT網にも適用することができる。
2つ目に、セキュリティの点で無線のプロトコルレベルで2つの鍵が定義されている。１つは端末からネットワークサーバー（NwkSKey）、もう1つは端末からアプリケーションサーバーまでのセキュリティ（AppSKey）を二重でかけることができる。
IoTのシステムの中で、End to Endでセキュリティをかける場合、HttpsやIPsecなど他の通信網を使っても行えるが、端末側をそれに対応できる仕様にしなければならない。
NwkSKey,AppSKeyでのセキュリティの仕組みでは、HttpsやIPsecよりも低いレイヤーであるLoRaWAN™のレイヤーに対応していることで、単純な仕様の端末でも対応が可能となり、コスト削減につながる。
3つ目にオープンな規格であることが挙げられる。三年間で現在500社以上の団体が加盟している。
Wi-fiアライアンスでは、500社に達成するまでに12年かかっていることを考えれば、普及率の速さがわかる。
参入社が増えれば増えるほど、様々なユースケースに対応できるというメリットがある。また、出荷台数が増えれば、端末やゲートウェイの価格が下がるので、さらにユーザーが増えるという好循環を生み出す仕組みになっている。
次ページは、「LoRaWAN™の課題に対するソリューション」
LoRaWAN™の課題に対するソリューション
しかしLoRaWAN™にもまだ課題が残っている。
1つ目はバッテリーの持ち、電池交換という課題だ。
LoRaWAN™は低消費電力ではあっても、数年に一度は電池交換をしなければならない。既存のセルラーやWi-fiであれば常時充電か24時間に一回は充電をしなけらばならないため、それと比べると低消費電力だということだ。
しかし、サービスを運用する事業者の中には、数年に一度の交換でも負担になるような状況も出てくる。例えば１つのビルに数100個、数1000個センサーを取り付けた際、すべての電池を交換をするのは相当な負担がかかる。
そこでマクニカネットワークスでは、EnOceanという別の技術を組み合わせてLoRaWAN™を使っていくという。
EnOceanとはバッテリーレスの端末で、EnOceanを使うことによって、実質電池交換不要となる。そしてマクニカネットワークスが発案、開発したE2L bridge™を使うことによって、EnOceanのデータをLoRaWAN™に変換することができる。
EnOceanは通信距離が規格上20メートルから30メートルが通信の実行距離であるため、その距離を拡張させるためにE2L bridge™を導入し、LoRaWANと組み合わせることで、メンテナンスフリーかつ長距離の通信を実現した。
2つ目はゲートウェイの設置だ。
ゲートウェイの設置にはメリットとデメリットがある。
メリットとしては、工場や倉庫は郊外にあることがあり、他のLPWAでは適用範囲外だということが多いという。しかしLoRaWAN™では自らゲートウェイを設置すれば使用することができるという点だ。
デメリットとしては、1つのゲートウェイに対してつながるセンサーが少ない場合、ゲートウェイを大量に設置しなくてはならなくなり、コストがかさんでしまうケースがある。
例えば道路や線路の状態監視をする際にはセンサーの設置が1㎞なのに対し、ゲートウェイの設置が2㎞に1つ必要になってくる。1つのゲートウェイに対し2つのセンサーしかつながらない計算だ。
そういったケースには、セルラーLPWAを使うことで解決していくという。
それに伴い、温度、湿度、気圧、照度 加速度、角速度、地磁気、位置を測定することができるセルラーLPWAデバイスも取り扱っている。その他にも、Cat. M1/NB-IoT対応のGPS トラッカー端末の販売を開始しており、マルチホームセンサー、BLE-NB-IoT ルーター、スマートキーなども準備中だという。
マクニカネットワークスでは、このように状況を判断し、顧客のニーズに合わせてIoTを利用できるよう提案していくということだ。