IoTセンサーNWにおけるLPWA参考_20170529

LPWA勉強会 #1 ＠日本ノーベル(東京都北区王子)　YRP研究開発推進協会 柘植氏 発表資料 No1

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1. 1 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee LPWA (Low Power Wide Area) に関する動向について 2017年5月29日 YRP研究開発推進協会 WSN協議会 Akira Tsuge
2. 2 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee LPWA（Low Power Wide Area）の接続数予測（Global） ※ 平成28年度 総務省 情報通信白書より http://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/h28/pdf/ 2020年には28％のデバイスがLPWA経由による接続へ 8億9040万
3. 3 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee ※ 出展：日経コミュニケーション 2016年4月号特集「IoT通信をめぐり新旧対決」 資料をもとに一部情報追加 LPWAと既存の通信技術の違い LPWA (Low Power Wide Area)方式について
4. 4 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee ワイヤレスセンサーネットワークの基本要件 Star Tree Mesh ・複数のセンサーノードからデータを 集める最もシンプルな構成 ・複数のセンサーノードを更に階層 構造で集める構成 ・複数経路を持つアドホックなNWを 構成し、ある経路が遮断されても別 の経路で補完が可能 ・面としてエリアをカバーしたユース ケースなどに対応 Sensor Gateway node Sensor node Sensor Gateway node Sensor Gateway node Sensor Sensor node Sensor node Sensor Gateway node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor 通信距離 (m, km) 通信速度 (bps) 電池寿命 (month, year) ワイヤレスセンサーネットワークの基本要件（通信距離、転送速度、電池寿命） アプリケーションユースケースに適したネットワークトポロジー Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node
5. 5 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee LPWA方式の比較検討 LPWA ワイヤレスセンサーネットワークの基本要件比較 LoRa SIGFOX Wi-SUN NB-IoT 通信距離 都市1～5km 郊外5～15km 都市3～10km 郊外30～50km 都市500m 郊外1km 約20km 伝送速度 上り0.3bps～50kbs? 下り 100bps 下り600bps 日本は上りのみ 上り100kbps 下り100kbps 約100kbps 周波数帯 サブギガ帯（欧州868MHz、北米915MHz、日本920MHzなど） LTE帯 電池寿命 電池で数年（通信量依存） ネットワーク トポロジー スター型 スター型 スター、ツリー、 メッシュ スター、ツリー、 メッシュ? IP対応 IP非対応 IP非対応 IP対応 ・多数のエンドデバイス管理が可能 ・TCP/IPにより送達確認、再送処理可能 標準 非標準 仕様はクローズ 非標準 仕様はオープン IEEE 802.15.4g/e ITU-R (4G) 適する ユースケース 距離に重点がある ユースケース 距離を出すときは実 質速度が10kbps程度 距離に重点がある ユースケース データ量の少ないセ ンサー通信 通信速度に重点が あるユースケース メッシュネットワークの エリアカバーによる ユースケース キャリアネットワークの 堅牢性 ※ ITPro IoT向け通信に価格破壊をもたらすLPWAを参考に作成 http://itpro.nikkeibp.co.jp/atcl/column/16/071500148/072000003/?rt=nocnt
6. 6 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee SEP 802.3 CSMA/CD Ethernet 802.11 CSMA/CA Wireless LAN 802.16 BWA (Broadband Wireless Access) Physical MAC LLC Network Transport Data Link Session Presentation Application 802.2 LLC OSI Reference model Name Objects Layer1/2 Specification Organization Ethernet LAN IEEE 802.3 WiFi Wireless LAN IEEE 802.11a/b/g/j/n/ac/ad Wi-Fi Alliance Bluetooth Near Field Wireless Network IEEE 802.15.1 Bluetooth SIG ZigBee Near Field Wireless Sensor NW IEEE 802.15.4 ZigBee Alliance WiSUN Smart Utility NW IEEE 802.15.4e/g Wi-SUN Alliance WiMAX Wireless MAN IEEE 802.16 WiMAX Forum Echonet Lite Remote control of HEMS Not Specified Echonet Consortium 802.15.1 802.15.4 802.15.4e/g 802.15 Wireless PAN Thread Group IoT(Internet of Things) に関するグローバル動向 従来の業界標準、業界団体ロゴとの位置付け 802.11ah IoT Platform
7. 7 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee ネットワークトポロジ—を含めた各方式比較 SIGFOX LoRa Wi-SUN センサーノードから ゲートウェイまでの 距離は3～50km 伝送速度 約100bps センサーノードから ゲートウェイまでの 距離は数1～15km 伝送速度 約10kbps 距離はSIGFOX、LoRa に比べて短い（1km） が、データ量の多いセ ンサー接続が可能 ツリーネットワークで 100kbpsを想定 →数1,000個のセン サーデータを伝送可 能 メッシュネットワークで 100kbpsを想定 →数1,000個のセン サーデータを伝送可 能でエリアをカバー 単純なStar型構成でもセンサーノード間の距離 が必要なユースケース Star型、Tree型に加えて、Mesh型ネットワーク構成が可能。スマートシティ 系などエリアをカバーするセンサーNWのユースケース 今後必要な各方式に適した構成の考察例 さまざまな分野におけるIoT アプリサービス要件から、それぞれの特徴を活かした システム構築、検証が出来る環境を検討 Sensor Gateway node Sensor node Sensor node Sensor Gateway node Sensor node Sensor node Sensor Gateway node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor node Sensor Gateway node Sensor node Sensor node Sensor Gateway node Sensor node Sensor node
8. 8 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee 電波伝搬の視点から 通信距離、通信スピード、その他の性能などテストした環境と 実際にシステムを設置する環境の違いから必ずしも理論値通りにならない。 送信アンテナ 受信アンテナ 距離 d (m) フレネルゾーン 半径 r (m) 受信 アンテナ高 h2 (m) 送信 アンテナ高 h1 (m) フレネルゾーン フレネルゾーン： 電波のエネルギー伝達に寄与するアンテナ間の最短距離を結んだ最短距離を結ぶ線を中心とした回転楕円体 サブギガ帯（920MHzなど）の場合 距離とフレネル半径の関係 距離 d (m) 100m 300m 500m 700m 1,000m フレネル半径 2.85m 4.94m 6.37m 7.54m 9.01m 環境条件など アンテナ設置環境： 地上高、筐体内／外、アンテナ間距離 市街地： 雑踏、交通量 郊外： 見通しの良い平地、森林、河川、海上 天候： 晴天、曇天、降雨／豪雨 屋内： ビル内、仕切られた部屋 →代表的なモデル環境をテストベッドとして用意するなど。
9. 9 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee Monitoring for safety and security Disaster prevention /crime prevention 電子観光ガイドブックへの位 置・時刻・状況に合わせた情報 提供により、観光客・地元客を 観光地や店舗に効率的に誘導 Tourism guidance Health management by wearable devices Kitchen cars / mobile vending service Tourist spot information business etc. New effective utilization of parking space, expansion of service, expansion of earnings デジタル遊具とIoT、 M2Mで連動する持ち込 み玩具など、遊具会社 と玩具会社の連携 ・シェア電動アシスト自転車 ・シェアEV ・EVステーション ・公園の駐車場マネジメント Playground management medical care /nursing care メッシュネットワークを活かしたユースケース事例
10. 10 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee メッシュネットワークによる Global スマートシティソリューション例 Wi-SUN Alliance ホームページ https://www.wi-sun.org/index.php/en/
11. 11 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee セキュリティ視点のベンチマーク (1/2) GSMAからWhitepaper公開 http://www.gsma.com/iot/news/new-report-outlines-security-considerations-lpwa-technology/
12. 12 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee セキュリティ視点のベンチマーク (2/2) GSMAからWhitepaper公開 http://www.gsma.com/iot/news/new-report-outlines-security-considerations-lpwa-technology/
13. 13 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee 今後の要検討課題 干渉対策
14. 14 All Rights Reserved, Copyright© 2017 YRP R&D Promotion Committee 実測例