LoRaを活用した安全なリモートスマートメータリング

ユーティリティの長距離・低消費電力スマートメータリングに向けたLoRaの探求

コネクテッドデバイスの普及がスマートメータリングの状況を一変させています。都市と企業は、ユーティリティをより効率的に監視・制御するために、LoRaベースのソリューションに注目しています。

IHS Markitによると、2018年に世界で7億台以上のスマートメーターが設置され、2025年までに全メーターの3分の1がスマート技術に置き換わると予測されています。

従来のメーター検針は、技術者が近所を車で回り、短距離無線デバイスでデータを取得する方式でした。このアプローチは郊外や田舎では機能しましたが、密集都市部、屋内、地下では苦戦しました。

LoRaの厚い壁を貫通し、地下設備に到達する能力が、多くのユーティリティオペレーターにとって最適な選択肢となっています。以下のセクションでは、LoRaデバイスをスマートメータリングに展開する方法を詳述し、実世界のアプリケーションを紹介します。

典型的なLoRa展開

標準的なLoRa展開（図1参照）は、LoRaWANプロトコルによって管理される4つのコアコンポーネントで構成されます。これは、地域、国家、国際ネットワーク間の相互運用性を保証するグローバルなオープン標準です。

図1. LoRaネットワークの内訳

アーキテクチャは、LoRaWANを使用してデータを送信するエンドノードセンサから始まります。LPWANゲートウェイ（複数のスマートメータリングデバイスからの信号を集約するハブ）にデータが送られます。ゲートウェイはデータをネットワークサーバに転送し、アプリケーションサーバまたはクラウドIoTプラットフォームにルーティングして処理します。最後に、処理された情報がコンピュータやモバイルデバイスを通じてエンドユーザーに届きます。

ワイヤレスユーティリティ監視のセキュリティ

メータデータの無線送信には、堅牢なプライバシーとセキュリティ対策が求められます。LoRaWANのベースライン認証は、IEEE 802.15.4/2006 Annex Bで定義されるAES-128暗号化に依存します。別個の鍵がユーザーデータとネットワーク完全性を保護します。

IoTデバイスは2つの方法でLoRaWANネットワークに接続します。パーソナライゼーションによるアクティベーション（ABP）では、ネットワークセッションキー、アプリケーションセッションキー、固有の32ビットデバイスアドレス、24ビットネットワークIDがデバイスファームウェアに直接埋め込まれます。24ビットネットワークIDは、デバイスが意図する特定のLoRaWANネットワークを識別します。

図2. 参加リクエストと参加受諾メッセージフォーマット。

より一般的な方法であるオーバーザエアアクティベーション（OTAA）では、デバイスがネットワークサーバに参加リクエストを送信します。リクエストはジョインサーバに転送され、参加受諾で応答します。MACコマンドには、ターゲットアプリケーションサーバを識別する固有のAppEUIが含まれます。

スマート水管理

企業は持続可能な実践をますます採用しており、水資源保護は重要な要素です。ワシントン州拠点のApanaは「水消費のセキュリティシステム」を提供し、プロセスドリフト、機械故障、隠れた漏水を特定することで、組織のウォーターフットプリント削減を支援します。

図3. Apanaの成果のスナップショット。

Costco WholesaleはApanaのソリューションを導入し、水使用パターンと異常スパイクの原因（多くは非効率な運用や故障機器に関連）を迅速に特定しました。その結果、Costcoは水消費を20%削減し、水道代で約22%の節約を達成しました。

フランスの300万コネクテッドデバイスへの道

資源最適化のグローバルリーダーであるNova Veoliaの子会社Birdzは、2015年にフランスのリヨンでLoRaベースの水管理システムを導入しました。現在、同市では40万台以上のLoRaセンサが稼働しています。

導入以来、リヨンでは1,200件以上の漏水を修復し、水ネットワーク効率を8%向上させ、年間約100万立方メートルの水を節約しています。

図4. スマートユーティリティへのインフラアプローチ。

Birdzはフランス全土に展開を拡大し、さらに300万台のインテリジェントセンサを追加する計画です。長期目標は、今後10年以内に水道メーターの70%以上で遠隔検針を可能にすることです。

LoRaベースセンサが提供する拡張性

LoRaセンサの拡張性と相互運用性は、レガシー慣習から、コネクテッド時代のインテリジェントでデータ駆動型ユーティリティ管理への移行を推進する不可欠なドライバーです。

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