IoTやM2Mに最適!省電力のLPWA|種類や特徴4つとメリット

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LPWAとは?

「LPWA」とは、低消費電力と広範囲伝送を特徴とした無線通信技術のことを意味していますが、現在では明確な定義がなく特定の商品やサービスを指しているものではありません。LPWAは、IoTの効率的な運用にとって有力な通信規格として注目を浴びていますが、その理由として「広域・長距離通信」「低消費電力」「低ビットレート」という3つの特徴を備えていることが挙げられます。

IoTにおけるトータルソリューション

IoTにおけるトータルソリューションに対応するためには、いうまでも無くソフトウェアに関する知識や経験が必要ですが、それ以外にセンサーやデバイスなどのハードウェアに関する知識・技術・経験が不可欠です。IoTのトータルソリューションは、AIなどのソフトウェアの知識やプリント基板の設計やセンサーの選定などのハードウェアの技術を含め、幅広い分野の総合的なテクノロジーを必要とする高度なシステムといえます。

ライセンスが必要なものとそうでないもの

LPWAは、IoTやM2Mにとって有用性の高い通信技術ですが、LPWAの中には無線局の免許が不要なものと必要なものの2種類あります。1つは、無線局の免許を必要としない個人や企業レベルで使用する「アライアンス系」LPWAがあります。もう1つは、包括無線局の免許を必要とする既存の携帯キャリア事業などが使用する「ライセンス系」LPWAがあります。

LPWAの種類

LPWAの実用化までにはまだまだ時間を要しますが、現時点では通信に使う電波の周波数帯によってアライアンス系とライセンス系の2種類に分類されています。アライアンス系は、主に産業・科学・医療の活用としてSIM周波数帯を利用するため無線局の免許は必要ありません。ライセンス系は、通信事業者が提供する認可周波数帯を利用するため無線局免許が必要となります。

セルラー系

セルラー系のLPWAとは、無線局免許が必要な携帯キャリアが運営しているセルラーネットワークを利用したLPWA規格の1つです。セルラーLPWAは、携帯キャリアのLTE基地局によって全国エリアをカバーしているため、広域かつ省電力の通信を可能としています。

NB-IoT

「NB-IoT」とは、スマホなどの通信方式であるLTE規格の中において、IoTに特化するために策定された規格を指します。NB(Narrow Band)は、これまで利用されていた周波数帯よりさらに狭い180KHzの周波数を利用していますが、通信距離がmax20kmくらいでスループットが100bpsとなっています。

LTE-M

「LTE-M(セルラーLPWA)」は、携帯電話やスマホで使用されている周波数帯でありダウンロードが100Mbps以上、アップロードが50Mbps以上の規格です。LTE-Mは、3GPPで標準化されているIoT向けの狭帯域(1.08MHz)の通信方式であることから、広域な通信エリアと省電力性能が大きな特徴です。なお、ハンドオーバー機能を有するため、移動体通信が可能です。

非セルラー系

非セルラー系LPWAは、無線局免許を必要としないため自前の基地局を整備してサービスを展開していますが、おおむね20~40kmの範囲で比較的小さなデータの取扱いを特徴としています。非セルラーLPWAの代表的なものに「Sigfox」「RoLa」「Sony’s LPWA」「Wi-Fi HaLow」などがありますが、サービス料金が数10円/月と安価に利用できるところがメリットです。

LPWAの特徴4つ

LPWAは、小容量のデータ信号を微弱電波で長距離通信を行なうための無線通信規格をいいますが、最近は特徴的なさまざまな商用サービスが開発されています。これまで短・中長距離通信(Bluetoothなど)が省電力通信の中心でしたが、LPWAの商用開発にともなって本格的な長距離通信のサービスの利用が始まります。

特徴1:ELTRES

LPWAの1つ目「ELTRES」は、関東・東海・関西エリアにおいてソニー・NEC・オリックスが協業で立ち上げた屋外型のIoT向けサービスです。ELTRESの活用事例には、長野県で実施された3日間で200km走破する苛酷なアドベンチャーレースにおけるランナーの位置情報システム、工場における原材料や資材などの運搬に使われるパレットを事務所の端末で一括管理するシステムがあります。

特徴2:LoRa/LoRaWAN

LPWAの2つ目「LoRa/LoRaWAN」は、アメリカのセムテック社で開発されたIoT向けオープンソースの無線ネットワーク規格であり、世界中で幅広く利用されています。LoRaWANは、長距離通信に特化していることが大きな特徴の1つにあげられますが、性能実証実験において富士山から千葉県の基地局まで約123kmのデータ送信に成功しています。

特徴3:Sigfox

LPWAの3つ目「Sigfox」は、フランスのSigfox社が開発した無線通信技術であり、日本国内では京セラコミュニケーションシステムのみが専属契約を結んでサービスを展開しています。現在では、国内外のSigfoxパートナーによって続々と商品化が展開されており、例えばスポーツ自転車の盗難防止やサブスクリプション型の見守りサービスなどが提供されています。

特徴4:ZETA

LPWAの4つ目「ZETA」は、イギリスのZiFiSense社が開発した独自の無線通信規格ですが、他のLPWAに比べ超狭帯域(UNB)による多チャンネル通信を実現していることが特徴です。ZETAは、中継器を設置するだけで通信エリアの確保が可能であるため、基地局設置方式に比較すると約1/10のコストで広範な通信エリアを確保できるメリットがあります。

LPWAの3つのメリット

LPWAのアピールポイントは、低ビットレート・長距離通信・低消費電力の3つが挙げられますが、商用電源がない環境下においても無線通信が可能になることがIoTにとっての大きなメリットといえます。ここでは、IoTにとってLPWAを利用することによって得られる3つのメリットについて、詳しく見ていきます。

メリット1:長距離通信に長けている

LPWAを利用することのメリットの1つ目は、広域かつ長距離通信に長けていることです。Sigfox方式の通信距離は、理論値として最大50kmの範囲をカバーできるといわれています。また、LoRa/LoRaWAN方式の実証実験では120kmを越える実績があることから、Wi-FiやBluetoothと比べて通信距離の違いが明らかです。

メリット2:省電力

LPWAを利用することのメリットの2つ目は、圧倒的な低消費電力化を実現していることです。LPWAを利用したIoTの事例では、1個のボタン電池で数年間に亘って正常な通信機能を維持しているケースがあります。スマホなどの広域帯・双方向送受信を行なうWi-Fiの消費電力と比べて、低消費電力であることの証ではないでしょうか。

メリット3:IoT・M2Mの通信に向いている

LPWAを「IoT」や「M2M」に利用することのメリットは、通信速度を低ビットレートに抑えることで広域・長距離通信と低消費電を実現していることです。IoTやM2Mにおいては、一般的に低ビットレートのセンサー信号のみを送信するケースが多いといえます。つまり、IoTやM2Mの信号送信の使い方は、LPWAの無線通信方式の特徴と極めて相性がよいといえます。

LPWAの知識を蓄えよう!

近い将来、LPWAを利用した商用サービスはますます市場拡大が予想されるため、LPWAの知識を蓄えておくと意外な商用サービスに繫がる可能性があります。既に商用化されているサービスには、太陽光発電量やガス・電気使用量などの遠隔監視、バスなどの交通機関の運行状況の情報提供、商店街の人の動線分析などにおいて活用実績があります。