LTE-M、NB-IoT、5Gなどの新しい低電力、広域規格を備えた第4世代および第5世代のセルラー接続の登場により、21世紀の工場のほとんどの機械やその他の資産を簡単に接続できるようになります。さらに、プライベート ネットワークにより、携帯電話接続のセキュリティ、プライバシー、信頼性が実現します。
エリクソンが発行した調査レポート「よりスマートで、より迅速で、より安全な製造従業員の台頭」 によると、ほとんどの製造企業は10年以内に少なくとも80パーセントの自動化が実現すると予想しており、今後5年以内にICT対応ツールの使用が少なくとも2倍に増加することを期待している企業も多くあります。
有線接続、特に Time-Sensitive Networking (TSN)は、時間的に重要なデータに最適な高優先度パスを提供しますが、工場内の多くのデバイス、機械、およびその他の資産を接続する最も高速な方法としては無線通信が好まれます。
1991年に第2世代の携帯電話ネットワークであるGSMが登場して以来、産業界では機械、監視システム、アラーム、その他のシステムの接続にGSMが採用されてきました。GSMは、GPRS/EDGEおよびSMSでの基本的なデータ転送を特徴としています。
10年後、第3世代（3G）では、より高速なデータ伝送、より広いスペクトル、そして世界標準が実現しました。新しい業界標準化団体である第3世代パートナーシップ プロジェクト (3GPP) は、3GPPテクノロジを定義するレポートと仕様を作成するための安定した環境をメンバーに提供するために誕生しました。現在、3GPPは元の名前を維持しながら、あらゆる世代の携帯電話ネットワークの仕様を定義しています。
携帯電話サービスプロバイダー（CSP）は2Gおよび3G携帯電話ネットワークを廃止しています
過去30年間で、2Gネットワークを使用するマシンツーマシン (M2M) デバイスが数十万台導入されました。これらは、通信にSMSとGPRS/EDGEを使用するアクチュエータ、環境センサー、ユーティリティ メーター、警報システム、その他のセンサーです。
IoT向けの4Gおよび5G接続に投資する理由の1つは、通信事業者が世界中の従来の2Gおよび3Gネットワークをシャットダウンしていることです。既存のデバイスは当面はこれらのレガシー ネットワーク上で動作し続ける可能性がありますが、サポートは段階的に廃止され、通信事業者は新しい2Gデバイスのアクティベーションを停止します。既存の接続は現在、期限切れの状態です。
2Gと同様に、多くの通信事業者は、古い3Gネットワークを廃止し、そのスペクトルを4G LTEと5Gをサポートするために再利用したいと考えています。新しいデバイスにはより高速な速度が必要ですが、3Gは最高3 Mbps程度になります。4G LTEは高速であるだけでなく、効率性も高く、より多くのデバイスがチャネルを共有でき、LTE Cat-MやNB-IoTなどの大規模なIoTテクノロジーを備えています。
GSMA Intelligenceによると、2020年までにすでに閉鎖されている43のネットワークに加えて、通信事業者が運用とコストを最適化し、4Gと5G用の周波数帯域を取り戻そうとする中で、2021年から2025年の間に少なくともさらに64のネットワークが閉鎖される予定です。
LTE-MとNB-IoTによる4G LTEの利点
第4世代のセルラー ネットワーク (Long Term Evolution、または4G) の登場は、産業用アプリケーションにおけるセルラー ワイヤレスの動作方法に飛躍的な進歩をもたらしました。新しい無線は、大規模なモノのインターネット (IoT) 接続を処理するために初めて設計されただけでなく、新しいリリースが利用可能になると、新しい低電力規格によって新しいアプリケーションとより小型のデバイスが可能になりました。
4Gおよび5Gネットワークでは、 Long Term Evolution for Machines (LTE-M) と Narrow-Band IoT (NB-IoT) という2つのIoT標準が動作し、セルラー ネットワーク上で新しい低電力の広域接続を提供します。これにより、特に産業や農業での大規模なIoTアプリケーションの導入が可能になりました。長年にわたり、LTE-Mは米国で非常に人気を博し、NB-IoTはアジアとヨーロッパで推奨される標準となりました。
低消費電力とセルラー ネットワークのセキュリティおよび可用性を必要とする大規模なIoTアプリケーションのほとんどでは、NB-IoTとLTE-Mが推奨されるソリューションです。どちらも数千の接続での大規模なIoT展開をサポートしていますが、いくつかの違いがあります。NB-IoTは消費電力が少なく、モデムも小型なので、バッテリーで動作する小型デバイスに最適ですが、SMS (まだ) や音声はサポートしていません。LTE-Mはより多くの電力を必要としますが、SMSと限定的な音声通信をサポートします。
携帯電話サービスプロバイダーの観点と収益性から見ると、LTE-Mではソフトウェアのアップデートで既存の4Gネットワーク上でサービスをサポートできますが、NB-IoTでは追加のハードウェアが必要になります。
5Gネットワークの登場により、LTE-MとNB-IoTの両方が仕様の一部となり、直接サポートされるようになりました。さらに、より広い帯域幅を必要とするがネットワーク全体の機能を必要としないIoTアプリケーション向けに、サブGHzスペクトルでLTEと同様のパフォーマンスを提供する5G NR-REDCAPがあります。
の到着とともに 組み込みSIM （eSIM）などの一部の企業では、 インフィニオン、 STマイクロエレクトロニクス、そして ソニーセミコンダクターズは、携帯電話接続用の小型チップセットを提供しています。
新しい無線、5Gアドバンスト、5Gレッドキャップ
5Gの完全な仕様がどこでも利用できるようになるまでには、まだ時間がかかります。世界中のほとんどの5Gネットワークは 3GPPリリース15、非スタンドアロン。つまり、これらのネットワークには既存の4G LTEインフラストラクチャのサポートが必要になります。
スタンドアロン5G（ 3GPPリリース16以上) は、必要なデータ交換を実行するために必要な電力のみを使用して、大規模なIoT接続を可能にします。IoTデバイスは即座に接続し、それに応じて電力出力を調整できます。
さらに、ロボット工学や遠隔操作などの重要なIoTアプリケーションでは、5Gネットワークは必要な信頼性、超低遅延、低消費電力を実現します。
より多くの周波数で4Gの速度をより低い消費電力で提供する NR-REDCAP などの5G New Radio機能の導入により、より高いセキュリティと妥協のない接続性を求める多くのユーザーにとって5Gは適切な選択肢になります。また、新しく、小型で、安価なチップセットとiSIMにより、BOMコストと電力使用量を削減できます。
エリクソンによると、「機能制限されたNRデバイスのサポートに関する3GPPリリース17の作業は、5G NRの対象市場を拡大するための重要な一歩です。これにより、機能が低下したデバイスでもNR周波数帯域のいずれかで動作できるようになります。」
5Gはまだ開発中だが、6Gはもうすぐ登場する
以下のセルラー無線接続規格の研究開発が進行中です。
さまざまな企業や研究機関が3GPPと協力して、今後のネットワーク進化である6Gの実現可能性を定義し、テストしています。彼らは、6Gがエンドユーザーに1 ～ 100 Gbpsの速度と、同時従属変調ビームのマルチMIMO機能を提供し、実質的に毎秒数十テラバイトの速度を提供すると期待しています。
6Gイメージング技術は、GPSを補完し、数分の1インチ単位の精密な位置特定を提供することに加えて、あらゆる人物や移動物体を識別します。このインテリジェントで没入型のインフラストラクチャは、低遅延の仮想現実 (VR)、拡張現実 (AR)、シームレスなテレプレゼンスをサポートできます。
プライベートワイヤレスネットワークの台頭
有線および無線のプライベート ネットワークは長年にわたって存在しています。多くの業界では、有線イーサネットとWi-Fiを組み合わせて、機械、センサー、ゲートウェイ、その他の資産を接続しています。
セルラー ネットワークはセキュリティと可用性の新たな層を提供しますが、業界によってはオンプレミスの接続と、データと操作をローカルで保護する可能性が必要です。LTEと5Gは、特定の場所やアプリケーション向けにプライベート セルラー ネットワークを展開するオプションを提供します。
一部のプライベート ネットワークは、既存のパブリック インフラストラクチャ上で動作する単なる仮想スライスです。これらは携帯電話サービスプロバイダーによって運営されており、携帯電話サービスプロバイダーは産業顧客向けにスペクトルの一部または一部のセルを割り当てています。
現在、一部の携帯電話インフラストラクチャ プロバイダーは、CSPドメイン外でプライベート ネットワークも提供しています。Cisco、Samsung、Huawei、Nokia、Ericssonなどの企業は現在、大規模な産業顧客に直接ソリューションを提供しています。
「規制当局から取得できれば、業界は独自のエンタープライズ スペクトルを使用してプライベート ネットワークを展開することもできます」と、Ooklaのエンタープライズ担当主席業界アナリストであるSylwia Kechiche氏は言います。「または、通信事業者からリースすることもできます。」 したがって、企業がどのようなレベルの制御を望むか、仮想プライベート ネットワークが必要かどうかに応じて、複数の異なる方法があります。」
ジュニパー・リサーチは、ノキアとエリクソンを個人向け携帯電話事業のリーダーと位置付けています。同社によると、「当社の調査により、従来の携帯電話ネットワーク事業者はプライベートネットワーク機能の展開で遅れをとることが多く、他のプロバイダーがその役割を担うようになっていることが判明しました。ここで最も成功しているプレーヤーは、市場参入に使用できる機器チャネルを持つネットワークベンダーです。5Gの柔軟性により、特に規制により5G周波数帯の無認可使用が認められている地域では、多くの非伝統的な通信事業者がプライベート携帯電話サービスを提供できるようになりました。」
技術的に優れたCSPでも、産業顧客のニーズに対応するために営業スタッフをトレーニングする必要があります。彼らの営業担当者の多くは定年退職間近で、音声やデータなどのよりレガシーなサービスの宣伝に使われています。
EYのグローバル テレコミュニケーション リーダーであるTom Loozen氏は、 IoT Times に対し、携帯電話事業者はプライベート ネットワーク ソリューションの提供に向けた取り組みを強化する必要があると述べました。そうでなければ、他のより積極的なシステムインテグレーターが彼らのシェアを奪い続けるだろうと彼は主張した。
