低電力広域（LPWA）ネットワーク：包括的概観

低電力広域（LPWA）ネットワークは、IoTデバイス接続の主要ソリューションとして台頭しました。しかし、用語は混乱を招きやすいです。本記事では、主要LPWA技術とそれらを支える企業をレビューします。

LPWAは、IoTセンサーをインターネットへ接続しつつ、セルラーコスト、Wi‑Fi消費電力、Bluetoothの限定範囲を回避することを目指します。

LPWAデバイスは送信時にBluetoothより多くの電力を消費——しばしば10倍——が、「低電力」とはアーキテクチャが99%以上をスリープ状態で過ごせることを指します。アイドル電流がマイクロアンペアオーダーで、多くのシステムが単一バッテリーで数年動作可能です。

「広域」はより正確には高リンクバジェットを意味します。LPWAの優れた到達距離は、両端の受信感度向上によるもので、極めて低いデータレートと高度な処理ゲイン技術で実現されています。

多重アクセススキームにより多数デバイスが同一ゲートウェイを同時共有可能ですが、各LPWA技術は独自のアプローチを採用しています。

以下の観点で各技術を検証します：

• 高受信感度の達成方法。
• 多重アクセススキーム。
• 主な強み。
• 主な弱み。
• ビジネスモデル。

ビジネスモデル理解は重要——ネットワーク提供企業、技術販売企業、両方を行う企業があります。

Sigfox

約10年の歴史を持つSigfoxがLPWA市場を切り開きました。米国ではネットワークプロバイダーとして運営、他地域ではキャリアへ技術提供。

• ベースステーションがFPGAベースチャネライザーを用い、数百の潜在チャネルで低ビットレートDPSK送信を検出。
• エンドノードが同じ12バイトメッセージを3つの異なる周波数で3回繰り返し送信、受信成功確率を向上。
• ダウンリンクは理論上可能だが、ベースステーションが送信中はオフエアになるため制限的、トラフィック見逃しリスク増大。
• プロトコルのシンプルさで多様なRFトランシーバー利用可能、顧客に複数調達オプション提供。
• ユースケースは極めてシンプルなIoTペイロードに限定、送信あたり12バイトのみ。
• ファームウェア更新や制御アプリケーションはSigfox上で非現実的。
• 米国ではFCCオンタイム制限（400 ms）でSigfoxのリンクバジェットが欧州比約9 dB低下、900 MHz帯の高干渉が性能をさらに劣化。

WAVIOT

• ロシア企業WAVIOT、Sigfoxとほぼ同一技術を提供だがネットワークサービスは非提供。
• Sigfoxと異なり、任意の顧客がハードウェア購入でプライベートソリューション構築可能。
• ホップ信号採用で、FCC準拠米国アプリケーションではSigfoxより高いリンクバジェットを実現。
• ベースステーション機器は高価、全DPSKチャネル実装に大規模FPGA必要。

LoRaWAN

• LoRaWANはLoRa物理層上に構築、Link LabsのSymphony Linkのような競合は異なるプロトコルで高度機能実装。
• LoRaはエンドノード側で優れた受信感度、Sigfoxよりバランス良いリンクバジェット。
• Sigfox同様、非同期Aloha型アクセススキーム採用、類似のダウンリンク制約あり。
• 詳細は LoRaWAN考慮事項ガイド 参照。
• ビジネスモデル複雑：SemtechがLoRa PHY販売、LoRa Allianceがプロトコル開発、複数オペレーターがキャリアグレードネットワーク試験中。
• キャリアとプライベートLoRaWAN展開が相互干渉する可能性。

LTE‑M1

• LTE‑MはLoRaWANやSigfoxの電力効率を維持しつつ、LTEグレードのデータレートと機能セットを提供。 LTE‑M電力プロファイルガイド で電力改善詳細。
• LTE‑M利用にはセルラーオペレーターとの契約必須。
• キャリアネットワークでのデバイス認証が高コスト。
• LTE‑M1ネットワークは2017年米国展開予定。
• 価格はSigfoxと競合レベル見込み。

NB‑IoT

• NB‑IoT（別名LTE‑M2）は最近確定した3GPP技術、LTE‑M1とは別だがLTEスペクトラム内またはガードバンドで展開可能。
• レガシーGSM 200 kHzブロック内に収まるよう設計、多くの欧州・アジアオペレーターがIoT向け展開計画。
• Sigfoxの市場実証がキャリアにNB‑IoTのビジネスポテンシャルを認識させた。
• NB‑IoTはLTE‑M1から約1年遅れ、ネットワークは2017年末〜2018年登場予定。
• LTE‑M1同様、利用にはキャリアへの支払いとデバイス認証必要。

Ingenu

• Ingenu（旧Onramp Wireless）、独自2.4 GHz DSSSネットワークを運営。
• リンクバジェット強力だが、DSSSエンドポイントモデムがLoRaベースより消費電力大。
• Ingenuの焦点はLTE‑MやNB‑IoT同様、純粋技術ベンダーではなくIoTネットワークプロバイダー。
• 現時点では数都市でのみネットワーク展開。
• AT&TやVerizonのような大手キャリアによる大規模LTE‑M展開に対し、Ingenuがどう対抗するか注目。

要約すると、LPWAランドスケープは多様な選択肢を提供。オフザシェルフ技術を求めるなら、LTE‑Mを除く最も先進的なLPWAソリューションであるSymphony Linkを検討すべきです。

LPWA技術についてより深く知るためのホワイトペーパーをダウンロード：