スマート スペースの人気が高まるにつれて、これらの設備に必要なインフラストラクチャがすべて揃っていることを確認することが重要になり、単一のネットワーク ソリューションを採用しようとすると失敗する可能性が高くなります。スマートスペースはどのような課題に直面していますか?将来のネットワークをサポートするために、LANとWLANはどのように連携するのでしょうか?LANオプションにはどのようなソリューションがありますか?
スマートスペースが直面する問題
IoTデバイスが増加していることは間違いありません。そして、 全世界で200億のIoTデバイスしかし、個々のセンサーには利点がありますが、多くのセンサーが連携して動作することで大きな変化がもたらされるでしょう。たとえば、個々のIoTサーモスタットは1つの部屋の温度を制御できますが、建物全体の環境センサーのコレクションを使用すると、部屋間の空気の流れ、空気の質、空間を最も効果的に暖める方法を把握できます。
しかし、そのようなシステムを構築するには、電力と接続性の両方を提供できる強力な基盤インフラストラクチャが必要です。エンジニアにはさまざまなオプションが用意されていますが、これらのオプションは常に、 有線と無線の2つのカテゴリのいずれかに分類されます。これらのテクノロジーにはそれぞれ長所と短所がありますが、エンジニアは1つのテクノロジーだけを選択しなければならないという固定観念があるようです。間違った選択をすると、将来のアップグレードに多額の費用がかかったり、実装がまったく不可能になったりする可能性があるため、このような決定は軽々しく行わないでください。
ケーブルの課題
ケーブルは、構造と操作が比較的簡単であるため、1世紀以上にわたって主要な通信手段となっています。ケーブルは製造が容易なので、短距離通信にケーブルを使用するとコスト効率が高くなります。長距離にわたるケーブルの敷設には多大な人件費がかかりますが、数千キロメートルにわたってメッセージを送信するために必要なインフラストラクチャは、ワイヤレスの代替手段よりも実装が簡単で安価です。
しかし、 ケーブルにはさまざまな物理現象の影響を受け、高速データ転送が困難になります。たとえば、高速データ信号は、コモンモードノイズを除去するためにほとんどの場合ツイスト差動ペアに依存しますが、これらのペアが慎重に一致していないと、信号の整合性が損なわれる可能性があります。さらに悪いことに、古いケーブル設備では最新のデータ速度に対応できないことが多く、システムをアップグレードする際にすべてのデータ ケーブルを交換する必要がある場合があります。たとえば、古いイーサネット ケーブルは最大100 Mbpsの速度をサポートしている可能性がありますが、これらのケーブルはいずれも最新の1 Gbps接続では使用できません。
ケーブルが直面するもう一つの課題は、設置に物理的な労力がかかることです。ケーブルを地中に埋める必要がある場合は掘削機器が必要になり、ケーブルを空中に吊るす場合はポールを立てる必要がしばしばあります。データ センターでも、設置と修理が非常に難しい大規模なケーブル アセンブリとルーティング システムが必要です。
技術によっては、電気信号を利用するケーブルはケーブル1本あたり1つのデバイスしかサポートできないため、複数のデバイスに接続しようとすると追加のケーブルが必要になる場合があります。もちろん、複数のデバイスを1本のワイヤに接続できるバス プロトコルもありますが、このような構成ではケーブルの帯域幅が大幅に減少します。
最後に、 多くの古いLANネットワークは攻撃に対して非常に脆弱です。使用されるインフラストラクチャに応じて、多くのLANネットワーク テクノロジでは、デフォルトで資格情報が実装されません。つまり、ネットワークに接続できるすべてのデバイスに資格情報を使用する権限が与えられます。これは、ハッカーが実際に使用されていない公開されたLANポートを探す主な理由の1つです。
ワイヤレス技術がもたらす影響
ケーブルと比較すると、ワイヤレス ソリューションは、チャネル分離に異なる周波数を使用する機能 (これにより干渉するデバイスの数が減少) や、同じ周波数の他のビームと干渉しないビームを作成するために使用できる指向性アンテナ (これにより帯域幅が増加) など、多くの課題を軽減できます。
したがって、ケーブルにこれほど多くの課題がある場合、エンジニアにとってワイヤレス化を選択するのは当然のことではないでしょうか?ケーブルが問題になる可能性があるのと同じように、ワイヤレス ネットワークも問題になる可能性があります。これは特に、 5Gの導入で顕著になっており、干渉に関する多数の報告や、住民が自宅の外に携帯電話の基地局が建てられているのを発見したときに受けた否定的な報道などが挙げられます。
まず、無線システムで使用される無線周波数によって有効範囲が決まり、周波数は範囲に反比例します。したがって、低周波無線システムは数十キロメートルにわたって通信できますが、高周波無線システムはより短い距離で通信できます。しかし同時に、電波の帯域幅（つまり1秒あたりに提供できるデータ量）は、その周波数に正比例します。つまり、長距離通信では帯域幅がほとんど提供されないことが多く、短距離通信では優れた帯域幅が提供されます。
これがいかに問題なのかを理解するには、5Gがよい例です。より高い周波数を使用すると、4Gに比べて帯域幅が大幅に広がります が、周波数が高くなると5Gのカバレッジが非常に悪くなります。そのため、ユーザーの近く (つまり、住宅地の外) にさらに多くの基地局を設置する必要が生じます。
ワイヤレス ネットワークが直面する可能性があるもう1つの課題は、リモート攻撃に対して脆弱であることです。イーサネット ケーブルでは物理的なアクセスが必要ですが、ワイヤレス ネットワークは遠くから簡単に攻撃される可能性があります。さらに悪いことに、無線パケット スニファーを使用すると、攻撃者がワイヤレス ネットワーク内のトラフィックを監視できるようになり、これが破られると、攻撃者はデバイスと送信されているデータを特定できるようになります。
同時に、同時に接続するデバイスが多すぎると、ワイヤレス ネットワークが混雑する可能性があります。携帯電話ネットワークは、何千もの同時接続を処理できるように設計されているため、Wi-Fiに比べて混雑の影響を受けにくいですが、公開されている周波数を使用するホーム ネットワークでは混雑が発生することがよくあります。さらに、単一のアクセス ポイントに何千ものデバイスが接続されると、すぐに遅延が増加する可能性があります。これは、リアルタイムのパフォーマンスを必要とするシステムでは悪影響を及ぼす可能性があります。
スマートスペースの未来にケーブルが不可欠なのはなぜでしょうか?
スマートスペースと接続性というテーマを調査すると、5GやWi-Fiなどのワイヤレス技術が主流になるとほとんどの人が示唆しており、そう考えるのは当然です。ワイヤレスであるため、ケーブルの設置を最小限に抑えられるだけでなく、デバイスの設置の自由度も高まります。完全にワイヤレスなソリューションでは、イーサネット ケーブルの長さに制限されることなく、デバイスを必要な場所に正確に設置できます。しかし、将来のスマート スペースでは、「万能」なアプローチではなく、ケーブルとワイヤレス ソリューションの利点を組み合わせる可能性が高くなります。
まず、将来のスマート スペースは数千台のデバイスで構成されることになりますが、これは1つのワイヤレス ネットワークには多すぎる数になります。もちろん、セルラー テクノロジーは大きな負荷に対応するように設計されていますが、レイテンシと帯域幅が重要になるにつれて、すべてのデバイスをワイヤレス信号で動作させようとすると、コストがかかり、実装が困難になります。
デバイスの数が膨大であることに加え、これらのデバイスの多くは、エネルギーハーベスターにとって大きすぎる電力要件を備えています。たとえば、セキュリティ システムでは100% の稼働率が求められますが、これはエネルギー ハーベスターでの使用には適していません。これらのスペースには何千ものデバイスが設置されることを考えると、バッテリー電源も問題外となり、そのようなデバイスのメンテナンスは極めて困難になります。デバイスの寿命全体にわたって動作するバッテリーを使用することは可能ですが、これはすぐに大量の電子廃棄物、つまり世界に不要なものを生み出すことになります。
そのため、恒久的な電源が必要となり、LAN経由の専用接続があれば十分な帯域幅が確保できるだけでなく、1本のケーブルで電力供給も可能となる。 パワーオーバーイーサネット (PoE)。実際、PoEケーブルを使用すると、デバイスに必要なケーブルの数を1本に減らして設置を簡素化できます。これにより、特定のエリアにより多くのケーブルを束ねることができるため、より多くのデバイスにサービスを提供できるようになります。
エネルギーハーベスターを使用するデバイスは、送信のエネルギーコストを削減するために、アクセス ポイントの近くに配置する必要がある可能性があります。この場合、アクセス ポイントは電力と接続の両方にPoEに依存する可能性が高く、スマート スペースでのケーブルの必要性がさらに示されます。
スマート スペースのセキュリティ面でも、特にカメラ、マイク、アラームなどのセキュリティ関連デバイスでは、ワイヤレス ネットワークよりもケーブルが好まれるようになります。ケーブルを使用するとリモート攻撃を防ぐことができ、接続されたデバイスの資格情報と証明書を使用すると、ハッカーによってネットワークに追加された未確認のデバイスへのアクセスを拒否できます。実際、PoEの将来のバージョンでは、デバイスが切断されたことを検出できるようになり、各PoEデバイスの電源監視を使用して疑わしいアクティビティを検出できるようになります。これは、ワイヤレス デバイスでは難しいことです。
最後に、有線デバイスは干渉の影響を受けないため、何千ものデバイスを互いに近接して配置することができます。ケーブルを使用すると無線妨害にも耐えられるため、スマート スペースを攻撃に対して極めて強固にすることができます。
LAN環境にはどのようなソリューションがありますか?
エンジニアにとって幸いなことに、セキュリティの脅威に耐えながら高帯域幅を提供するスマートな空間を作成するために今日実装できるLANおよびWLANソリューションが数多く存在します。IoTデバイス向けのネットワーク ソリューションで注目されている企業のひとつがLantronixです。同社は、システム オン モジュール (SoM)、ネットワーク スイッチ、ゲートウェイなど、数多くのソリューションを提供しています。
たとえば、 XPCW1002100B は、SPIまたはシリアル インターフェイスを備えたほぼすべてのソリューションでIEEE 802.11ワイヤレスLAN接続を可能にする、非常にコンパクトで低消費電力のネットワーク ソリューションであるシリアル - Wi-Fiモジュールです。XPCW1002100Bは、ワイヤレス設計の複雑さを軽減することで、エンジニアがIoTデバイスを迅速にテストおよび製造し、物理的に接続されたシリアル ポートであるかのようにネットワーク経由で通信できるようにします。イーサネット ソリューションをお探しの方には、 XPC100100B-01 がおすすめです。シリアルからネットワークへの接続を提供するという点でXPCW1002100Bと非常によく似ていますが、WLANではなくLAN経由で接続します。
ネットワーク接続に関しては、Lantronixはゲートウェイとスイッチのさまざまなソリューションも提供しており、その一例が SGX5150020USです。このデバイスは、LAN経由のインターネット接続を備えた5GHz Wi-Fiネットワークを提供します。このようなアクセス ポイントは、ネットワークを分離しながら同時にワイヤレス機能を提供するのに役立ちます。
全体的に、将来のIoTスマート スペースでは、両方のテクノロジーの利点を活用するために、有線ソリューションと無線ソリューションの融合が活用されるようになると考えられます。
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