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IoT 時代における省電力長距離無線通信(LPWA)の選び方と LoRaWAN や Sigfox の活用方法

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IoT 時代における省電力長距離無線通信(LPWA)の選び方と LoRaWAN や Sigfox の活用方法

株式会社ソラコム
プリンシパルエンジニア 松井基勝

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IoT 時代における省電力長距離無線通信(LPWA)の選び方と LoRaWAN や Sigfox の活用方法

  1. 1. IoT 時代における省電力長距離無線通信 (LPWA)の選び方と LoRaWAN や Sigfox の活用方法 佐世保情報産業プラザ Nov. 27, 2019 / 佐世保情報産業プラザ 株式会社ソラコム
  2. 2. • 名前:松井 基勝 (moto) • 所属:株式会社ソラコム プリンシパルエンジニア 兼 デベロッパーアドボケイト • 経歴:ゲーム開発→インフラエンジニア →クラウドエンジニア→IoTエンジニア • 著書(共著):
  3. 3. 今日お話する事 1. IoT はすでに商用で多く利用されています 2. そもそも「IoT」とは何を実現するのか? 3. LPWA の種類や目的 4. IoT 向け無線通信の選び方 5. SORACOM の LPWA ソリューション 6. IoT 開発、はじめの一歩の踏み出し方
  4. 4. 株式会社ソラコム 概要 商号 株式会社ソラコム / SORACOM, INC. 代表取締役社長 玉川 憲 本社 東京都世田谷区玉川四丁目5番6号尾嶋ビル3階 社員数 約65名 事業概要 IoT/M2M向けの通信プラットフォームの提供
  5. 5. 2015年9月30日発表 IoT 向けプラットフォーム SORACOM
  6. 6. 2017年2月 LoRaWAN 商用サービス開始
  7. 7. 2017年7月 Sigfox 商用サービス開始 ソラコムが KCCS のパートナーに IoT 通信プラットフォーム「SORACOM」が 省電力広域通信技術 Sigfox に対応
  8. 8. 2017年8月 株式会社ソラコムが KDDI グループの一員に
  9. 9. 2018年7月 ※ サービス開始は同年9月 2018年7月 LTE-M 商用サービス発表
  10. 10. あらゆる現場をつなげる SORACOM のデータ通信 IoT 向けデータ通信 SORACOM Air セルラー LPWA 2G / 3G / LTE LTE-M LoRaWANSigfox どこでもつながる • 場所や配線の制約からの解放 • 事前設定の不要化 適用可能なシーンの拡大 IoT 向けの料金体系 • 1回線からご利用可能 • オンラインで開始・終了 スモールスタートを支援
  11. 11. 15000以上のお客様、100万を超える IoT 回線
  12. 12. IoT とは…?
  13. 13. クラウドネットワーク センサー/デバイス “モノ” 「IoT」とは? モノやコトをデジタル化
  14. 14. お客様事例:トーア紡コーポレーション様 工場のPLCから電力使用量を 取得しクラウドへ送信 工場内ダッシュボードとスマホ で見える化 現場主導の省エネ対策を実現 工場の電力使用量を オンデマンドで見える化 協力パートナー: 株式会社KYOSO / IoTサービス「IoT.Kyoto」
  15. 15. お客様事例:室町ケミカル様 エンドユーザ管理であった水質 管理を自社サービスとして提供 し、ユーザの顧客満足度を向上。 今後もその他自社製品への展開 によりブランド力向上を目指す。 カートリッジ式純水機に IoTシステムを加える ことでビジネスを変革 協力パートナー:システムフォレスト様
  16. 16. お客様事例:ふくや様 SORACOM Harvest や SORACOM Lagoon で サーバの準備なくデータの 可視化・通知を実現 専用機器で毎日明太子の 消費量を送信、 なくなる前に自動でお届け ※福岡限定でサービス開始 協力パートナー:メカトラックス
  17. 17. 視えていなかった “コト” を 視えるように 視えた “コト” を 集めて活かす • 電力の使用量 • カートリッジの状況 • 明太子の残量 • 確認業務の削減  労働力の代替 • 交換管理のサービス化  既存ビジネスの強化 • 注文の自動化、最適化  新たな顧客価値 IoT は「ビジネス変革」を実現
  18. 18. 視えていなかった “コト” を 視えるように 視えた “コト” を 集めて活かす • 電力の使用量 • カートリッジの状況 • 明太子の残量 • 確認業務の削減  労働力の代替 • 交換管理のサービス化  既存ビジネスの強化 • 注文の自動化、最適化  新たな顧客価値 SORACOM は IoT の「つなぐ」を簡単に IoT 向け通信 クラウド連携 セキュリティ 閉域網
  19. 19. LPWA Low Power Wide Area Network
  20. 20. IoT を取り巻く通信の進化 Wi-Fi PAN BLE, ZigBee, Wi-SUN LPWA LoRaWAN, SigFox Cat. M1, NB-IoT 通信距離10m 30m 1km 10km 消費電流 100mA 20mA 通信速度 100bps 1kbps 1Mbps 10Mbps 450Mbps NFC RFID 5G セルラー 3G, LTE(4G)
  21. 21. センサー マイコン 基地局 クラウド アプリケーション モノ ネットワーク I2C SPI UART 1-wire 接点 近距離 (無線)通信 ~ 1km 中・長距離無線通信バス 通信 ゲートウェイ アクセスポイント 4-20mA センシング 対象
  22. 22. LPWA 分類 LPWA ライセンス 系 (セルラー系) LTE Cat.M1 (LTE-M) LTE Cat.NB1 (NB-IoT) アンライセンス 系 LoRaWAN Sigfox その他 サブギガ帯 通信
  23. 23. https://www.ericsson.com/research-blog/cellular-iot-alphabet-soup/ を再構成 LTE Cat.1 LTE Cat.M1 (LTE-M) LTE Cat.NB1 (NB-IoT) 策定時期 Release 8 (2009年3月) Release 13 (2016年3月) 最大スループット(上り/下り) 5Mbps / 10Mbps 1Mbps / 1Mbps 26Kbps / 21Kbps 通信モード 全二重 全二重 / 半二重 半二重 モビリティ性能 移動体通信 移動体通信 定点通信 レイテンシ 5 ミリ秒以下 10 ~ 15 ミリ秒 1.4 ~ 10 秒 省電力技術 DRX PSM, eDRX PSM, eDRX カバレッジ拡張(通信品質向上) 従来の LTE 準拠 Repetition Repetition セルラー系 LPWA
  24. 24. LTE-M (Cat. M1) とは 携帯キャリアの運営するセルラーネットワークを用い たLPWA規格の1つ。 既存のLTE基地局をベースに全国エリアをカバーしてい るため、広域で省電力なセルラー通信を実現可能。 Cat. M1 LTE-M
  25. 25. LTE-M エリア検索
  26. 26. お客様事例: 鈴与商事様 ストレスフリーな見守り サービス。鈴与グループ 関連施設・家族向けに フィールドテストを開始 LEDとSIMを一体化し た点灯がわかる電球 HelloLight 協力パートナー:ハローライト株式会社
  27. 27. アンライセンス系 共通特徴 (1/2) • 920MHz 帯による km レンジの長距離通信 • 安価な通信モジュール • 低速度 / 低消費電力 消費電流を抑止しつつも長距離通信が可能 (LoRa) LoRaトランシーバー SX1276 (3G) セルラーモデム UC20 (Wi-Fi) Wi-Fi モジュール ESP-WROOM-02 《参考》 発光ダイオード (LED) 消費電流 20~30mA ※送信時 ~500mA ※通信時 140mA ※通信時 20mA
  28. 28. アンライセンス系 共通特徴 (2/2) ペイロードサイズ • 11 ~ 12 bytes/回 • 送信間隔制限や送信回数の制限あり • LoRaWAN: 最大 4.4秒の送信間隔 • Sigfox: 140回/日 の回数制限あり 下り通信 (Cloud to Device) 実装 • デバイス起点通信に対する応答で実現 • LoRaWAN, Sigfox 共に利用可能
  29. 29. お客様事例:大林組様/パナソニック様 SST敷地内(学生寮/アピタ) の複数箇所にセンサユニッ トを設置し計測 横浜市綱島SSTでの 環境センシング実証 実験にSORACOM Air for LoRaWAN
  30. 30. お客様事例:日本瓦斯様 複数の通信規格や、複数の通信 キャリアの回線に対応した柔軟 性の高い情報通信技術の確立に よる新たなビジネスの創出 NCUを自社開発し、 “世界初” 「LPG託送サービス」を開始
  31. 31. ニチガスが日本で85万台のガスメーターをSORACOMとUnaBizで接続 Sigfox CONNECT 2019 (Nov. 20, 2019 / Singapore) https://twitter.com/KCCS_IoT/status/1197047398717018112?s=20
  32. 32. LoRaWAN と Sigfox は何が違うのか? インフラ構築 必要 不要 運用形態 パブリック・キャリアモデル セルフ・プライベートモデル パブリック・キャリアモデル 事業者間ローミング あり あり モジュール価格 安価 (<10 USD) 非常に安価 (<5 USD) ユースケース ・プライベートユース ・屋内ソリューション (オフィス、工場など) ・ネットワークからのページング (設定変更など) ・Nation Wideの広域ユース (動態管理など) ・グローバルサービス展開 (日本⇔海外) 技術的差分無し。ビジネス・インフラ展開の仕方に特徴
  33. 33. 参考:LoRaWAN / Sigfox 以外の アンライセンス系 (920MHz 帯) LPWA ELTRES ソニーセミコンダクタソリューションズ社(日本)開発 GNSS 時刻同期を用いた変復調技術で広域・高速移動カバレッジ 運営形態は Sigfox に類似 (法人向けに試験サービスイン中) Wi-Fi HaLow Wi-Fi アライアンス策定で規格としては「IEEE802.11ah」 現在の Wi-Fi とは異なる ISM バンドを利用、カバレッジは現 Wi-Fi の 10 倍、伝送速度は他の LPWAN の 10倍 運営形態は現在の Wi-Fi と類似 (アクセスポイントなどを自前で設置) ZETA ZiFiSense 社(英国)開発、日本国内ではテクサー社(京都)が主導 Mote と呼ばれる中継器でメッシュ的にカバレッジ拡張 (アクセスポイント: 230 千円 中継器: 18 千円) 運営形態は LoRaWAN に類似 (バックホール回線は別途用意) https://zeta-alliance.org/contents/wp-content/uploads/2018/12/1102_TC.pdf https://www.sony-semicon.co.jp/products_ja/eltres/index.html https://www.wi-fi.org/ja/discover-wi-fi/wi-fi-halow
  34. 34. 参考: LoRa と LoRaWAN の違い • LoRa は変調方式 (データ⇔電波への変換方式) • LoRaWAN は MAC レイヤー (L2) まで含めた仕様 • 変調方式の “LoRa” のみを利用し、L2 よりも上位層を独自実装する手法もあり → “独自 LoRa” や “変調 LoRa” と呼ばれ、 LoRaWAN とは異なる “LoRa” とのみ書かれた場合は、文脈から判断する必要がある LoRaWANでは Ethernetでは Wi-Fi(無線LAN)では レイヤー7 アプリケーション層 <ユーザ実装> HTTP等 レイヤー3/4/5/6 ネットワーク・トランスポート層 TCP/IP, TLS レイヤー2 データリンク層 LoRaWAN [下位層のLoRaを含む] Ethernet 802.11 (無線LAN) レイヤー1 物理層 LoRa(変調方式) [国や地域によって 利用可能な周波数が違う] 10Base-T ODFM
  35. 35. セルラー アンライセンス 数十Byte ~ MByte/GByte 11~242Byteデータ量 常時・高頻度通信 数~数十回/日通信頻度 給電あり 電池交換前提 電池駆動 数カ月~数年駆動 消費電力
  36. 36. IoT 向け無線通信の 選択基準
  37. 37. 選択基準は3つ 電力 通信速度 10100101001010 通信可能なエリア (カバレッジ) 電力と通信速度の バランス 💰 構築/運用コストと 収益のバランス
  38. 38. 通信可能なエリア (カバレッジ) • アクセスポイント1つ当たりの見込み収容数と、 アクセスポイントで処理可能な同時通信可能数 • 安定的な通信を維持するための アクセスポイントの数、費用
  39. 39. 通信距離が長いとアクセスポイントあたりの 収容数も増える アクセスポイント1台当たりの 同時通信可能数 (チャネル数) に注意 通信可能な範囲内でも、同時通 信可能数を満たすためにアクセ スポイント増設が必要となる ケースがある 例) 920MHz帯 LPWA アクセスポイントの 同時通信可能数は 8 ~ 16 が大半
  40. 40. アクセスポイントも「壊れる」 アクセスポイントの故障は 通信障害に直結
  41. 41. アクセスポイントも「壊れる」 アクセスポイントの故障は 通信障害に直結 安定した通信の確保には複数の アクセスポイントの敷設で解決 可能 → アクセスポイントの費用増へ
  42. 42. エッジ・コンピューティングによる LPWA 活用 マイコン AI 動画など カメラ 動画など クラウド データ量が 見合わない エッジで判定 結果のみを 送信 取り付けセンサーやエッジコンピューティング自体の 消費電力が高ければ省電力通信のメリットが薄まる → デバイス全体で省電力化を目論む
  43. 43. IoT 向け無線通信のコンポーネントと運営主体 エンド デバイス アクセスポイント コアネットワーク ユーザ アプリケーション LTE 基地局 (eNodeB) LoRaWAN ゲートウェイ Sigfox 基地局 PAN ルータ, ホップ先ノード S-GW / P-GW LoRaWAN ネットワークサーバ Sigfox クラウド セルラー 事業者 事業者 事業者 Sigfox 事業者 ※1 事業者 事業者 LoRaWAN 事業者, 自営 事業者, 自営 事業者, 自営 近距離無線 自営 自営 不要 バックホール ※1 Sigfox 基地局レンタルして自営も可能 通信範囲の 確保 アプリケーション 連携開発 調達・敷設 有線 (ISP) LTE 等の他の無線 衛星回線 “事業者 / 自営” とは 誰が運用責任を持つのか? + 可用性(安定運用)の確保
  44. 44. 構築/運用コストと収益のバランス エンド デバイス ユーザ アプリケーション S-GW / P-GW LoRaWAN ネットワークサーバ Sigfox クラウド セルラー 事業者 事業者 事業者 Sigfox 事業者 ※1 事業者 事業者 LoRaWAN 事業者, 自営 事業者, 自営 事業者, 自営 近距離無線 ※2 自営 自営 不要 バックホール 敷設(初期)/維持(ランニング) 費用 収入< コアネットワーク 有線 (ISP) LTE 等の他の無線 衛星回線 アクセスポイント LTE 基地局 (eNodeB) LoRaWAN ゲートウェイ Sigfox 基地局 PAN ルータ, ホップ先ノード ※1 Sigfox 基地局レンタルして自営も可能
  45. 45. SORACOM の LPWA ソリューション
  46. 46. 1デバイス、1回線から 始められる あらゆる無線とクラウドを 「かんたんに」つなげる LPWA システム構築における SORACOM 利用のメリット
  47. 47. SORACOM で今すぐ利用可能な LPWA デバイス Sigfox Shield for Arduino 接点入力 I/F 搭載 オプテックス社 ドライコンタクトコンバーター 7種センサー搭載 Sigfoxデバイス Sens’it LoRa Arduino 開発シールド AL-050 Arm Coretex-M0+ 搭載 LoRa 開発ボード ST マイクロエレクトロニクス社 B-L072Z-LRWAN1 LoRa/GPS トラッカー GISupply 社 LT-100
  48. 48. SORACOM で今すぐ利用可能な LPWA デバイス マイコン搭載プロトタイピングボード Wio LTE M1/NB1(BG96) BG96 開発ボードキット BG96-TE-A 製品組み込み向け BG96 BG96 Mini PCIe 製品組み込み向け BG96 BG96 (LGA Pkg) LTE-M LTE-M LTE-M LTE-M
  49. 49. SORACOM で今すぐ利用可能な LPWA デバイス 3つのボタンアクションとクラウドをつなぐ SORACOM LTE-M Button for Enterprise LTE-M ボタンアクションと接点 I/F をクラウド連携 SORACOM LTE-M Button Plus AWS IoT 1-Click 公式ボタン型デバイス SORACOM LTE-M Button powered by AWS LTE-M LTE-M
  50. 50. Sigfox の標準的システム構成 Sigfox が提供 Sigfox の可視化 アプリケーション Sigfox クラウド API WebHook ユーザ自身の アプリケーション Sigfox 基地局Sigfoxデバイス 利用者が準備利用者が準備 API API コール プログラム
  51. 51. LoRaWAN の標準的システム構成 LoRaWAN デバイス LoRaWAN ゲートウェイ LoRaWAN ネットワークサーバ ユーザ自身の アプリケーション 利用者が準備
  52. 52. SORACOMは あらゆる無線とクラウドをセキュアにつなぐ LoRaWAN ゲートウェイ LoRaWAN デバイス SORACOM 利用者利用者 ネットワーク オペレーター クラウドアダプタ SORACOM Funnel データ転送支援 SORACOM Beam クラウドファンクション SORACOM Funk セルラー基地局セルラー デバイス Sigfox デバイス Sigfox 基地局 データ収集・蓄積 SORACOM Harvest ダッシュボード作成・共有 SORACOM Lagoon アプリケーション
  53. 53. LoRa デバイス管理 LoRa ゲートウェイ管理 Sigfox デバイス管理 複数の通信をユーザコンソールで一括で管理 SIM (LTE-M 含む) デバイス管理
  54. 54. API で大量デバイス管理も容易に
  55. 55. SORACOM Air バイナリパーサー機能 データ転送支援 SORACOM Beam クラウドリソースアダプタ SORACOM Funnel データ収集・蓄積 SORACOM Harvest Data IoT 向けデータ通信サービス SORACOM Air バイナリパーサー機能 1. データをパース 2. データ処理 (デコード、四則演算) カスタムフォーマットを 付与して送信 { "battery": 54, "latitude": 35.652748, "longitude": 139.750827 } バイナリデータを送信 0x1A2B... クラウドで処理しやすい フォーマット (JSON) へ データサイズを削減 クラウドファンクション SORACOM Funk
  56. 56. IoT 開発のフェーズ毎における課題と SORACOM プラットフォーム デバイスからのデータを より簡単に可視化する方法は? 技術・ビジネス検証をするために 素早く使える仕組みが欲しい AI / ビッグデータ等の 高度なソリューションを活用したい PoC / スモールスタート サービスイン データ収集・蓄積 SORACOM Harvest ファミリー ダッシュボード作成・共有 SORACOM Lagoon クラウドアダプタ SORACOM Funnel データ転送支援 SORACOM Beam クラウドファンクション SORACOM Funk
  57. 57. IoT 開発の はじめの一歩
  58. 58. トライアスロン地点環境計測 KYOSO様 × STNet様
  59. 59. 温湿度・UV LoRaWANデバイス 価格(円) Arduino UNO R3 3600 LoRaシールド 8000 Grove ベースシールド 1100 Grove UV センサー 1270 Grove デジタル温湿度センサー 720 Grove RGBバックライト液晶モジュール 1760 計 16450 水温 LoRaWANデバイス 価格(円) Arduino UNO R3 3600 LoRaシールド 8000 1-wire 水温センサー 1500 計 13100 LoRaWAN デバイス費用 ※電源はモバイルバッテリーを流用 (3000円程度)
  60. 60. 「プロトタイプ」 デモ目的や新技術の 検証、量産前での問題点の洗い出しのために 仮組みされたもの ― Apr. 6, 2018 / https://ja.wikipedia.org/wiki/プロトタイプ ※一部改変 目的 手段 作らない。利用する 早く実現したい 費用を抑えたい
  61. 61. 「接点」の活用 接点入力 I/F → Sigfox ネットワークへ オプテックス社 ドライコンタクトコンバーター
  62. 62. 「接点」の活用 ボタン、マグネットスイッチ • 呼び鈴、ドアの開閉 防犯センサー • 人感、通過検知、ガラス破壊 防災センサー • 熱、けむり、ガス漏れ、水位 PLC • マイコンによる 0/1 出力判定
  63. 63. LTE-M + 乾電池 + 3つのボタンアクション 「どこでもボタン」を実現 SORACOM LTE-M Button 3つのボタンアクション • シングル • ダブル • ロング + 簡易位置測位機能 ※ for Enterprise, Plus のみ
  64. 64. クラウドネットワーク センサー/デバイス “モノ” SORACOM LTE-M Button 中継器 アクセスポイント等 ネット回線 いきなりつながる ネットワーク: LTE-M セキュリティ: セルラー + eSIM (チップ型 SIM) クラウド連携: SORACOM サービス
  65. 65. お客様事例:旭鉄工/ iSTC様 SORACOM LTE-M Button利用で、設置すれ ばすぐ利用開始可能 機械の停止理由の登録 と分析、現場作業員へ の呼び出しを実現
  66. 66. お客様事例:オージス総研 様 データセンター内のオ ペレーター在籍管理に SORACOM Button 協力パートナー:オプテックス株式会社 人感センサで在室状況を 可視化、加えてオペレー ターが離席時/トラブル時 をボタンで通知
  67. 67. SORACOM LTE-M Button シリーズ 活用シーン ボタンのアクションと 独自アプリケーション開発を 迅速に行いたい 既存設備やセンサーと 独自アプリケーションの連携を 容易に実現したい SORACOM LTE-M Button for Enterprise Plus ボタンアクション 《全モデル共通》 シングル、ダブル、ロング の3アクション 外部 I/F ― 接点 (無電圧) シングル、ダブル、ロング ※ Open/Closeの間隔で制御 連携サービス データ転送サービス SORACOM Beam クラウドアダプタ SORACOM Funnel クラウドファンクション SORACOM Funk データ収集・蓄積 SORACOM Harvest Data
  68. 68. お客様事例: 総合せき損センター様 外部スイッチの信号を連 携し、家族や介護者の電 話/LINEに連絡。通信内 蔵で設置後すぐ利用可。 在宅患者の連絡ツール としてSORACOM LTE-M Button 協力パートナー:株式会社 E&I 独立行政法人 労働者健康安全機構 トクソー技研 ホッペタッチスイッチT E&I 引き抜きピンチセンサー SORACOM LTE-M Button
  69. 69. お客様事例:丸三商事・アロット 様 灯油/軽油/重油配送効 率化にSORACOM LTE-M Button 液面スイッチから接点経 由で信号を送信。顧客先 の石油タンクの残量を把 握し石油を配送。
  70. 70. IoT 取り組みの公式 利用頻度 × 対象数 = 効果 検証段階; 利用から得られるデータ活用や運用の知見 → 重点は「利用頻度」 事業化段階; “効果” の最大化を目的とした横への展開 → 重点は「対象数」 対象数が1つでも 毎日使うものであれば 成果はすぐ出る
  71. 71. まとめ
  72. 72. 百聞は一見に如かず やってみること
  73. 73. Developer コミュニティ SORACOM User Group Japan 東京、関西、九州、宮城、山形、東海、信州、四国、広島、岡山、札幌 農業活用コミュニティ、E-SIM (Enterprise SORACOM Innovation Meister) SORACOM UG Explorer 2018 Sep. 17, 2018 / Nagatacho GRID ※ 2019年10月現在
  74. 74. 2/18 (火) 10:00 ~ 大崎ブライトコアホール https://www.technology-camp.soracom.jp/ IoT テクノロジーを学ぶ 1Day カンファレンス IoT システムアーキテクチャのライブレビュー、IoT デバイスの選び方、セキュリティ対策方法、双方向通信の方法 IoT システムの構築に必要となる実用的な内容を幅広く網羅
  75. 75. 公式ガイドブック SORACOM プラットフォーム SORACOM 全 13 サービスの網羅 デバイス ~ クラウドまでの具体的な実装例 SORACOM の歴史や開発スタイルまでを完全収録 https://www.amazon.co.jp/dp/4296102001 本 3740円 / Kindle版 3488円 好評発売中!
  76. 76. IoT の全体像と5年先でも使える知識を https://www.amazon.co.jp/dp/4297106906 ムック本 / Kindle版 2068円 / 1929円 改訂版!
  77. 77. IoT システム実装者のバイブル https://www.amazon.co.jp/dp/4774196118 ムック本 / Kindle版 2068円 / 1929円
  78. 78. 世界中のヒトとモノをつなげ 共鳴する社会へ

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