スマート農業は、感知、処理、保管、ネットワーク化、物理的な移動などのタスクを実行するために極めて重要なテクノロジーに依存しています。しかし、これらを結び付けてスマート農業に見られる優れたIoTソリューションを可能にする技術が1つあります。それがワイヤレス通信です。スマート農業分野にはさまざまな通信方法がありますが、ここでは最も一般的で重要な通信方法のいくつかを紹介します。
スマート農業におけるWi-Fiの利用
世界中で広く普及しているワイヤレスソリューションであるWi-Fiは、現在、スマート農業でも広く使用されています。単一のルーターから屋外で最大300フィートの範囲をカバーするWi-Fiは、スタンドアロン ハブとして使用する場合、小規模から中規模のスマート農業アプリケーションに最適なソリューションです。Wi-Fiは、あまり普及していない無線テクノロジー ネットワークと比較すると、比較的進んでいます。これにより、テクノロジーがより成熟して採用され、さまざまなソリューションやプラットフォーム間でより統合しやすくなります。
Wi-Fiは900 MHz、2.4 GHz、3.6 GHz、4.9 GHz、5 GHz、5.9 GHz、および60 GHzの帯域を占有し、さまざまな環境や距離に柔軟に対応できるRF接続を実現します。これらの周波数はデータの高速転送を可能にしますが、吸収率が高いため、干渉によってRF信号が吸収される可能性がある見通し内の近接アプリケーションでの使用に最適です。一般的に広大な物理的領域で構成されるスマート農業では、その限られた範囲は望ましくないように思えるかもしれませんが、特定のニッチなスマート農業アプリケーションでは、長距離ワイヤレス ソリューションよりも有利です。たとえば、伝統的な農業をレストランや市場に直接提供する屋内の小規模スマート農業ソリューションである Farmshelfは、Wi-Fiを使用してユーザーに情報を中継します。
LPWAN: スマート農業の発展のためのソリューション
多くの従来の農業アプリケーションは、デバイス、ツール、資産、リソースを改造することで「スマート」化されています。ただし、この改造技術では通常、農場やその他の農業用地によく見られる広大な距離にわたって送信するために、かなり長距離のワイヤレス ソリューションが必要になります。さらに、これらの長距離伝送デバイスは遠隔地に設置されているため、バッテリーまたは太陽光発電で駆動されることが多く、デバイスの動作に必要な電力は低くなります。低電力広域ネットワーク (LPWAN) は、このようなスマート農業の運用に最適なテクノロジー ソリューションです。ライセンス付きRF帯域とライセンスなしRF帯域の両方に、さまざまなLPWANテクノロジーが存在します。
世界で最も広く使用されているLPWANテクノロジーは、LoRa、Sigfox、NB-IoTの3つであり、いずれもスマート農業業界の最前線にあります。
1) 長距離通信機能から直感的に名付けられたLoRaは、2009年に導入され、2012年に Semtech によって拡張されました。LoRaは、最大50 km (30マイル) の距離で動作可能な低電力、低コストの無線通信に世界中で使用されている一般的なLPWANになりました。
2) 現在、主に欧州市場で展開しているSigfoxは、世界規模で拡大中の企業であり、ネットワーク オペレーターでもあります。
3) NB-IoTは、さまざまなスマート農業や産業IoTアプリケーションに適用できるように、非常にシンプルかつ低消費電力になるように設計された狭帯域のLTEベースのLPWANテクノロジーです。
LPWANデバイス
LPWAN対応デバイスは、高帯域幅のワイヤレス通信よりも大幅に長距離通信が可能です。しかし、その範囲の強さには、データ転送能力の制限が伴います。たとえば、LoRaネットワークでは4Kビデオのストリーミングは実現できませんが、土壌pHおよび湿度センサーからデータ パケットを送信することはより現実的です。現在、LPWANの最も重大な制限はその可用性です。現在のインフラストラクチャにおける無線通信の最大の需要は、主に高帯域幅通信です。LPWANを使用する市場があることは間違いありませんが、その採用と使用は3Gセルラーやより高密度のデータ通信技術などの技術に比べて遅いことが判明しています。
農業におけるGPS/GNSSの利用
最も大規模かつ世界中で最も広く採用されている無線通信インフラストラクチャの1つが、全地球測位システム (GPS) です。この技術は、Wi-FiやLPWAN技術と同じ意味でのポイントツーポイント通信システムではありませんが、この無線技術はスマート農業を含む世界に劇的な影響を及ぼしてきました。
GPSは、20世紀半ばに最初に開発され、1978年に予備配備され、1993年に米国軍によって完全に実装されました。GPSは、正確な位置と時刻を含む無線信号を送信する24 〜 31個の衛星のネットワークを利用します。専用の受信機がこの情報を瞬時に収集して処理し、衛星に対する位置を把握し、その後、地球上の位置を30センチメートルという最新の精度で把握します。しかし、GPSは徐々にレガシー テクノロジーになりつつあり、将来的にはより高度な全地球航法衛星システム (GNSS) に置き換えられるでしょう。これらには、欧州のガリレオ、ロシアのグロナス、インドのナビIC、中国の北斗が含まれ、いずれも今世紀に入ってから何らかの形で運用されている。
精密農業におけるGPS
スマート農業では、動物の群れ、農機具、さらには農業用ドローンの追跡など、さまざまな用途にグローバル ポジショニングが活用されています。John Deere社は世界最大手の農業機器メーカーの一つであり、GPSや類似の技術の利用に大きく依存しています。同社のソリューションの一部、たとえば精密農業やガイダンスデバイスは、GPSを利用して自動農業機械を誘導し、生産性と重要なプロセスの範囲を追跡し、農業プロセスの効率化に役立つ大規模なデータを提供します。 最近まで、スマート農業におけるGPSの使用は、業界に補足情報しか提供していませんでした。しかし、エッジ処理とインテリジェント運転技術の最近の進歩により、GPSデータは機器制御のための追加入力になりました。
まとめ
現在、スマート農業では多種多様な無線通信技術が使用されています。Wi-Fiなどの高速データ転送テクノロジーは、ユーザーに大量のデータを迅速かつ近接して提供します。LPWANは、ユーザーに長距離と低コストの柔軟性を提供しますが、転送可能なデータの量は制限されます。GPSやその他のGNSSは、ほぼ無制限のアプリケーションで世界中で役立つ、限定的ではあるが貴重なデータ ポイントのセットを提供します。
農業に利用できる多種多様な無線技術を組み合わせることで、歴史のある広大な産業が、継続的に自らを最適化し、新しい技術を順調に取り入れる「スマート」なデータ中心の産業へと間違いなく変化しました。