適切な低電力広域ネットワーク（LPWAN）技術を選ぶ方法

VolansysのPriyanka Purbe氏

Internet of Thingsはあらゆる業界を再構築し、新たな市場を創出し、変革的な変化を可能にしています。エコシステムが進化する中、適切な低電力広域ネットワーク（LPWAN）を選択することは重要な決断となります。

この記事では、Volansysのシニアエンジニア、Priyanka Purbe氏が、実際の導入に重要な主要基準で主要なLPWANオプション（LoRa、Sigfox、LTE-M）を評価します。

LPWANを評価する際、以下の7つの基準を考慮してください：

• 業界アプリケーション要件
• 互換性のあるハードウェアとエコシステムサポートの可用性
• 動作RFバンド
• 必要なデータレート
• セキュリティとコンプライアンス要件
• ベンダーとコミュニティサポート
• 消費電力とバッテリー寿命

LoRa

LoRa（Long-Range Radioの略）は、Semtechが長距離、低データレートIoTアプリケーション向けに開発した独自の低電力プロトコルです。同じ周波数スペクトラム上で多数のデバイスを共存させることで、公共、プライベート、ハイブリッドの共有マルチテナントネットワークを可能にします。

LoRa Allianceは、Cisco、Actility、Microchip、IBM、STMicro、Semtech、Orange Mobileなど業界リーダーを含む非営利コンソーシアムで、国家ネットワーク全体でオープン標準と相互運用性を推進しています。

LoRaの主な強み：

• 広範な通信距離：地方でしばしば10km、都市部で2〜5km。
• 超低消費電力、バッテリー駆動センサーに最適。
• 組み込み暗号化とセキュアな鍵管理。
• 数十台から数百万ノードまで拡張可能な柔軟なネットワークトポロジー。

典型的ユースケースにはスマートメータリング、在庫追跡、自動販売機テレメトリ、自動車テレマティクス、公共ユーティリティ監視が含まれます。Arduinoなどの人気マイコン向けLoRaモジュールが利用可能なため、迅速なプロトタイピングと大規模展開の両方が容易です。

Sigfox

フランス拠点のグローバルネットワークオペレーターSigfoxは19カ国で運用し、120万km²をカバーします。868MHz（EU）または915MHz（US）のISMバンドを使用し、バイナリ位相シフトキーイング（BPSK）で300bpsの控えめなデータ伝送を行います。

Sigfoxは、デバイスが短く頻度の低いメッセージ（アラームトリガー、位置ピング、簡易メータリング）を送信する「微小データ」シナリオ向けに設計されています。ネットワークは既存の携帯塔インフラに設置された固定アンテナ上に構築され、サービスはSigfoxによって完全に管理されます。

強みと制限：

• 最小ハードウェアコストで長距離カバレッジ。
• 片方向、ベストエフォート配信：到達確認の保証なし。
• 限定帯域幅が高頻度またはバーストトラフィックを制限。
• 高頻度ユースケースではバッテリー寿命が短くなる可能性。

LTE-M

3GPP Release 13で定義されるLTE-M（Cat M1）は、既存のセルラーインフラを活用する狭帯域IoT技術です。半二重モードでアップリンクとダウンリンク最大375kbpsの速度で、帯域幅とエネルギー効率のバランスを取ります。

主な属性：

• 1.4MHz帯域幅：標準LTEの20MHzより大幅に狭く、より長い通信距離を実現。
• 組み込みモビリティとセル間のシームレスなハンドオーバー。
• ミリ秒レベルのレイテンシー、リアルタイムアプリケーションをサポート。
• 単一充電で最大10年のバッテリー寿命。

スマートビル自動化、スマートシティインフラ、コネクテッドカー、ヘルスケアモニタリング、高度なメータリングに最適です。

適切なLPWAN技術を選択するには、アプリケーションの固有制約と各プロトコルの強みのバランスを取る必要があります。上記のフレームワークが最も適したソリューションへの道しるべとなるでしょう。

著者はPriyanka Purbe氏、Volansysシニアエンジニア。

著者について

Priyanka Purbe氏は5年以上のファームウェア開発経験を持ち、Volansysで組み込みファームウェアとIoTソリューションを専門とするシニアエンジニアです。