エンジニアによるM2Mネットワークアーキテクチャの概要

マシンツーマシン（M2M）通信により、マシンとデバイスは少量の情報を他のマシンに渡すことができます。これには、煙探知器、ドアロック、アラーム、水量計、農業用センサー、スマートビルディング、スマート照明、環境センサーなどとの通信が含まれます。

すべてのIoTアプリケーションには、達成する必要のあるワイヤレス範囲とエネルギー消費に関して異なる一連の制約があります。したがって、M2Mネットワークアーキテクチャは、無線リソースを適切に利用することを目的としています。以下にリストされている各ネットワークは、これらのリソースを処理するために異なる方法を利用しています。たとえば、セルラーは、独自のライセンス周波数空間を使用する唯一のタイプのユビキタスM2Mネットワークです。残りは通常、ライセンスのない無料の周波数を使用して共存します。規制上の制約により、企業は他のネットワークに対して不当な優位性を持つようにネットワークを設計することは許可されていません。したがって、ネットワークアーキテクチャを作成する際のこれらの企業の問題は、ライセンスのないスペクトルを効率的に利用する方法です。

以下では、上位7つのM2Mネットワークアーキテクチャの利点と考慮事項について説明します。

1。セルラー

Cellularは長い間M2Mスペースを支配してきました。セルラーの主な利点はユビキタスカバレッジですが、セルラーの主な欠点は、バッテリー寿命が短く、エンドポイントが高コストで、定期的な料金が高いことです。バッテリ駆動のアプリケーションは、セルモデムを使用するのに苦労します。セルラーネットワークも絶えず変化しています。たとえば、M2Mが開始されたとき、携帯電話の世界のほとんどはGSMベースのテクノロジーを使用していました（現在は段階的に廃止されています）。 GSMは主に3GとLTEに置き換えられており、M2Mアプリケーション向けのこれらのテクノロジーは最終的に段階的に廃止されてLTE-Mに置き換えられるとの話があります。したがって、セルラーモデムを導入した企業は、ハードウェアが今後数年間サポートされなくなる可能性があることに注意する必要があります。

2。 WiFi

WiFiは、過去5年間でより一般的なM2Mオプションになりました。これは、GainSpanなどのWiFiチップメーカーが、非常にシンプルなインターフェイスを備えた低コスト、低電力のチップセットを製造することでスペースをターゲットにしていることが一因です。これらの新しいチップを使用すると、コンピューターやWiFiドライバーは必要ありません。代わりに、ユニバーサル非同期トランシーバー（UART）を使用できます。しかし、セルラーカバレッジはユビキタスですが、WiFiカバレッジはそうではありません。これは、M2M市場におけるWiFiの主な欠点の1つです。たとえば、ニューヨークの高層ビルにあるすべてのアパートにキーカードドアロックを構築し、WiFiを使用している場合、プロビジョニングは悪夢になります。

3。 Bluetooth Low Energy（LE）

過去4年間に利用可能になったもう1つのオプションは、Bluetooth Low Energy（LE）です。これは、Bluetooth4.0またはBluetoothSmartとも呼ばれます。 Bluetooth LEは、従来のBluetoothよりもかなり少ない電力を使用しますが、その前身と同様に、ユーザーは範囲とパケットサイズによってかなり制限されます。 Bluetooth LEは、電話またはコンピューターを介してオンラインでごくわずかな情報のみを送信することを目的としています。そのため、Bluetooth LEは心拍数モニターやフィットネストラッカーなどのアプリケーションには理想的ですが、より強力な消費電力やより広い範囲を必要とするものには理想的ではありません。

4。 ZigBee

ZigBeeは、範囲の問題を解決しようとしているメッシュネットワークプロトコルです。 Bluetooth LEのようなものよりもかなり優れた範囲を提供しますが、メッシュネットワークには範囲の制約と欠点があります。たとえば、メッシュネットワーク内の一部のノードは、情報を中継するためだけに存在します。これにより、一定の（そして多少不必要な）電力消費が発生します。このため、ZigBeeはバッテリー駆動のデバイスには適していませんが、無制限の電源を備えた電力網の監視などには適しています。つまり、ZigBeeは引き続き一部のニッチ市場で採用されていますが、M2M分野のすべての人のニーズを満たすことはできません。

関連項目： ZigBee Vs. M2M通信のためのWiFiバトル

5。 SIGFOX

低電力、広域ネットワーク（LPWAN）スペースは最近飽和状態になり、現在、グループのリーダーはSIGFOXです。このM2Mネットワークは、小さくて遅いデータバーストを送信するため、警報システムや単純なメーターなどに最適です。リンクバジェットが非対称であるため、ネットワークでは双方向性が制限されているため、ゲートウェイからネットワークの周辺にあるノードにデータを送り返すことはできません。 （これは、他のLPWANプレーヤーが解決しようとしている問題です。）

6。 LoRaWAN

LoRaWANは、すべてLoRa物理層を使用してM2Mアプリケーションのエコシステムを作成するためにLoRaAllianceによって作成されたM2Mプロトコルです。 SIGFOXと同様に、LoRaWANはアップリンクに焦点を合わせたネットワークであるため、センサーベースのデバイスに適しています。これは、すべてのデバイス（ゲートウェイを含む）を1％のデューティサイクルに保つヨーロッパの規制に部分的に起因しています。ここ米国では規制の違いがあるため、より「コマンドアンドコントロール」ベースのアプリケーションを可能にするプロトコルを設計することで、市場の大部分に対応できます。そして、それがLinkLabsが私たちの焦点を当てようとしたところです。

7。シンフォニーリンク

Symphony Linkは、他のM2Mアーキテクチャによって提示されるいくつかの課題を解決するためにLinkLabsが開発したIoTネットワークです。たとえば、単一のSymphonyゲートウェイを使用して10,000ノードと通信できるため、建物全体をカバーできます。 Symphonyはバッテリー寿命も対象としています。 10分ごとにメッセージを送信するネットワーク上のノードは、アプリケーションによっては8年から10年続く可能性があります。

結論

ご覧のとおり、利用可能なIoTネットワークは多数あります。それぞれが、標準的なエンジニアリングの問題を解決するための独自のアプローチを試みています。コスト、パフォーマンス、および複雑さをトレードオフする方法です。すべてのエンジニアは、これらすべてを最大限に活用できるわけではないことを知っていますが、特定のアプリケーションに対応するネットワークを作成することはできます。今後数年間で、これらのネットワークアーキテクチャがどのように改善、進化、成長するかを楽しみにしています。