セルラーIoT：コスト、バッテリー寿命、データ使用量の比較検討

IoT（モノのインターネット）には多くの無線技術がありますが、フィールドデバイスの接続にはセルラーネットワークが依然として人気の選択肢です。本記事では、カバレッジ、バッテリー寿命、データ使用量、コストの観点から、セルラーIoTがあなたのプロジェクトに適しているかどうかを、LPWA（Low-Power Wide-Area）の代替案と比較評価します。

セルラーIoTの主要要素

インフラストラクチャ

セルラーIoTの最もよく挙げられる利点は、その普及度です。米国では主要キャリアが人口の約99%をカバーしており、センサーネットワークを「すぐに」展開できます。対照的に、LPWAネットワークにはゲートウェイの設置が必要で、通常は数平方マイルのエリアのみをカバーします。キャンパス全体や農場規模のシステムを構築する場合、少数のLPWAゲートウェイで十分なため、全国規模のカバレッジの必要性が減ります。

バッテリー寿命

初期の2Gセルラーモジュールは、ストア・アンド・フォワード型アーキテクチャを採用し、デバイスが起動して送信し、すぐにスリープに戻るため、バッテリー温存に優れていました。その後の3G/4Gでは常時接続型モデルを採用し、着信メッセージを待ち受けるために無線を常時稼働させるため、消費電力が大幅に増加しました。最新のLPWAプロトコル（LoRaWAN、Sigfox、NB-IoT）は、無線をほとんどの時間スリープさせるため、技術と使用パターンにもよりますが、バッテリーを5〜10年持たせることができます。

このギャップを認識し、キャリアは2017年にLTE-M（Cat-M1）を導入しました。LTE-Mはストア・アンド・フォワードの挙動を一部再導入し、従来の4G LTEと比較して消費電力を約70〜80%削減しました。しかし、それでもLTE-Mは送信時（約120mA vs 12mA）でLPWAソリューションの約10倍、スタンバイ時（約2mA vs 2µA）で最大1000倍の電力を消費します。

データ伝送

LTEと4Gネットワークは44の周波数帯と高帯域幅を提供し、動画ストリーミングやVoIPなどのブロードバンド用途向けに設計されています。しかし、ほとんどのM2Mデバイスは1日あたり数百バイトしか送信しません。これはキャリアが販売するギガバイト単位のデータプランとは桁違いに少ないです。このような軽量トラフィックにフルスペックのLTE接続を使うのは、砂利一杯を満載の8車線高速道路で運ぶような非効率なものです。

コストの考慮点

モジュールコスト

大量購入時、LTEモジュールは25〜30ドル程度ですが、LPWAモジュールは約10ドルです。LPWAの採用が進めば、今後3年以内にモジュール単価が5〜10ドルまで下がると予想され、数千〜数百万台規模では大幅な節約になります。

継続費用

欧州の典型的なLPWAネットワークは、デバイスあたり年間数ドルです。一方、セルラーデータプランは月額数ドルが平均で、大規模フリートでは総コストがはるかに高くなります。自社でLPWAゲートウェイを運用すれば、月額繰り返し費用を完全に排除できます。

その他の費用

セルラー導入では、SIMアクティベーション/ディアクティベーション費用、超過料金、データ使用量に関わらない固定月額費用が発生する場合があります。一部のLPWAネットワークも名目上の費用を課すことがありますが、特にトラフィックが少ないデバイスでは、全体的なコストは通常より低くなります。

適切なネットワークの選択

まず、送信するデータの種類と量を決めてください。高帯域幅のリアルタイム動画や音声が必要なら、セルラーが適しています。ほとんどのセンサーやテレメトリ用途（1日あたり数バイトのみ送信）では、LPWAの方が効率的でコスト効果に優れます。また、セルラーとLPWA以外にも、5G NR-M、Thread、ZigbeeなどのM2M規格がニッチなシナリオに適している場合があります。詳細な比較については、主要な7つのM2Mネットワークに関するホワイトペーパーを参照してください。