スマートデバイスは相互運用性のないさまざまなテクノロジーを採用していたため、小さなものをIoTに接続することは困難であることが判明しました。現在、セルラーIoT LPWANは、WLANとクラウド間の長距離ワイヤレス接続のニーズを満たすため、急成長しています。ITU-Rは、NB-IoTとLTE-Mを5G標準の重要な部分にして、継続的な開発を保証しています。DECT NR+ は、大規模IoTのすべての技術要件を満たしており、5Gテクノロジーとして定義されています。これにより、エンジニアはSIMを必要とせずに独自の高密度プライベート メッシュ ネットワークを構築できるようになります。セルラーIoTとDECT NR+ は、高密度IoTアプリケーションに最適です。Nordic Semiconductorは、将来の何十億ものスマート デバイスを接続するために使用されるこの技術の重要な部分を設計しています。
携帯電話通信の急速な進化が人間の生活を変える
ベル研究所の先進的携帯電話システム (AMPS) セルラー ネットワークから今日の5Gインフラストラクチャに至るまでの開発の道のりは、大きな技術的飛躍を特徴としています。それぞれは「世代」で表されます。1970年代後半から1980年代前半の「1G」は、通話にはアナログ システムを使用し、バックホールにはデジタル システムを使用するセルラー モバイル通信に基づいていました。完全デジタルの2Gは1990年代初頭に登場しました。世紀の変わり目の直前に、3Gはスマートフォンの出現をサポートするためにより高いスループットをもたらしました。4Gでは、2009年からLong Term Evolution (LTE) 規格が導入されました。4Gの最大スループットは100 Mbpsで、高解像度のビデオをサポートできます。5G規格は2016年に導入されました。この技術はインターネット ブロードバンドの光ファイバー ネットワークと直接競合し、以前の世代に比べて遅延が少なく、スペクトル効率が向上しています。5Gは、大規模なIoTにつながる大規模なマシン タイプ通信 (mMTC) の要件を念頭に置いて定義された最初のモバイル標準でもあります。
大規模IoTとは、数十億、最終的には数兆もの小型デバイスがインターネットに直接接続される将来のネットワークを表すために造られた用語です。これらの「モノ」は、消費者がインターネットと関連付けるPC、サーバー、スマートTV、スマートフォンではありません。むしろ、それらは、人間と機械のインターフェースを欠いた、コンパクトでリソースが限られたセンサーやアクチュエーターである可能性が高いです。Ericssonは、大規模IoTアプリケーションを「遅延の影響を受けにくく、スループット要件が比較的低いが、優れたカバレッジを持つネットワーク上で大量の低コスト、低エネルギー消費デバイスを必要とするアプリケーション」と定義しています。同社は、広範囲にわたる接続に依存し、膨大な数の接続を処理できるIoTユースケースの人気が高まっていることが、大規模IoTの需要を促進していると説明しています。
ほんの数年前までは、小さなものをIoTに接続することは難しく、高価で複雑なゲートウェイに依存していました。しかし今日では、セルラーIoT、具体的にはLPWANオプションのLTE-MとNB-IoTという優れたソリューションが存在します。セルラーIoT LPWANは、WLANとクラウド間のエネルギー効率が高く、コスト効率に優れた長距離ワイヤレス接続のニーズを満たすため、急成長しています。
セルラーIoT仕様の新バージョンはIoTの開発を促進する
高スループットのセルラー技術は非常に複雑かつ高価であり、ハードウェアは大きくて電力を大量に消費します。IoTエンジニアにとって、高スループットのセルラー テクノロジーはコストが高く、複雑で、消費電力も大きいため、IoTを構成するコンパクトなバッテリー駆動センサーのネットワークを構築するのは困難です。
しかし、セルラー モデム (基本的にはモバイル ハンドセット モデムの機能を簡素化したもの) は、高価なリモート資産をクラウドに接続するためのニッチ市場を見出しました。たとえば、スマート電力配電網を制御するために使用される農村部のインテリジェント電子デバイス (IED) は、セルラー モデムを介して情報を制御センターに定期的に送信します。また、自動販売機などの商用機器の運営者は、サービス担当者を派遣して手動で在庫を確認するのではなく、携帯電話モデムを使用して情報を本社に送り返すことができます。
しかし、これらのアプリケーションを動かすモデムは、IoTを構成する低電力でリソースが制限されたデバイスには適していません。代わりに、セルラーIoTの起源は、7つの通信規格開発組織のグループである3rd Generation Partnership Project (3GPP) のLTE仕様リリース13にあります。この仕様では、IoT向けLPWANのニーズをサポートする、複雑性の低い新しいRFモデムが定義されています。
2016年に採用されたリリース13では、LPWANサポートのための3つの新しいテクノロジー、Extended Coverage GSM Internet of Things (EC-GSM-IoT)、LTE-M、NB-IoTが指定されました。それ以来、最も大きな影響を与えたのは後者の2つです。LTE-Mは、1.4メガヘルツの帯域幅を備えた半二重または全二重システムとして動作します。生データのスループットは、ダウンリンクで300キロビット/秒、アップリンクで375キロビット/秒であり、インターネット プロトコル (IP) を実行するアプリケーションに対して双方向で約100キロビット/秒を提供します。モビリティは、従来のLTEと同じセル ハンドオーバーによって完全にサポートされます。対照的に、NB-IoTは主にエネルギー効率と建物や地下への浸透性の向上を目的として設計されました。トレードオフは、スループットが比較的控えめになることです。NB-IoTはLTE物理層 (PHY) に基づいていません。LTE-Mモデムよりもさらにモデムの複雑さが少ない新しいタイプのRFテクノロジーです。NB-IoTは200キロヘルツの狭い帯域幅を使用します。
2016年のリリース13以降、セルラーIoTの仕様は進化し続けています。たとえば、リリース14では、より高いスループットを特徴とするNB-IoTの2番目の形式であるCAT-NB2が導入され、NB-IoT向けの高度な位置決めテクノロジもいくつか導入されました。リリース17ではスループットがさらに向上しました。おそらく最も重要なのは、NB-IoTとLTE-Mは当初4G LTE標準の一部として開発されたものの、3GPPはNB-IoTとLTE-Mを5G標準の重要な部分にし、ネットワークの進化に合わせて継続的な開発を確実に行えるようにしたことです。
IoTの大規模な成長の次の段階では、これらの5Gネットワークが活用されます。エンジニアたちは、何が必要になるかを予測するために先を見据え、「大規模マシン型通信」（mMTC）を含む未来を定義してきました。これは、マシンツーマシン (M2M) アプリケーション向けの低電力ワイヤレスの非常に大規模な導入が見込まれる未来です。このような技術は、1キロメートルあたり最大100万台のデバイスを展開できるように設計される予定です。
高度に統合されたセルラーIoTソリューション
Nordic Semiconductorは、LTE-M/NB-IoTモデムとGNSSを統合した低消費電力SiPであるセルラーIoTソリューションnRF9160を2018年にリリースしました。これにより同社はセルラーIoTという新興技術の先駆者となり、今日ではその基盤の上に、完全に包括的で世界クラスの大規模IoTソリューションを提供する最初の企業となっています。Nordicの製品は、セルラーIoTの設計、製造、展開にシンプルさ、安定性、コスト効率をもたらします。
IoTが期待される可能性を実現するには、総合的に設計された基盤が必要になります。Nordicは、セルラーIoTのエンドツーエンドのサポートを導入することで、顧客が永続的なIoTインフラストラクチャを構築できるよう支援するリーダー企業の1つです。しかし、同社はまだ始まったばかりだ。同社の計画は、今後何十億もの未来のスマートデバイスを接続するために使用されるインフラストラクチャの重要な部品の主要な設計者およびサプライヤーになることだ。
Nordicは、セルラーIoTの5年間にわたる世界規模の全面展開期間中に、その時間を賢く活用しました。同社が行ったのは、競合他社をはるかに上回るプラットフォーム ソリューションをゼロから開発すること、つまりnRF9160 LTE-M/NB-IoT SiPから始まるnRF91シリーズの開発でした。
コイン型電池のような小さなものでセルラーIoT製品を動かすことは期待できませんが、少し大きめの通常の電池で長時間動かすことは期待できます。バッテリー技術の最新開発により、セルラーIoTアプリケーションはBluetoothワイヤレス技術と同程度の期間動作できるようになる可能性があります。つまり、使用例によっては数年間の動作が可能になります。また、エネルギー収集における最近の進歩により、近い将来、バッテリーの動作寿命が数十年とは言わないまでも、何年も延びる可能性が期待されています。
NordicのnRF9160 SiPに、セルラーIoT SiP製品群に新たに2つの強力な製品、nRF9161とnRF9131 LTE-M/NB-IoTおよびDECT NR+ (「NR+」) ソリューションが加わりました。これらは、セルラーIoTの破壊的な商業的および技術的可能性をさらに再定義するだけでなく、セルラーIoTにネイティブNR+ サポートと機能を初めて導入します。
従来の携帯電話とは異なり、NR+ の動作には携帯電話基地局は必要ありません。これは、周波数計画やスペクトルリース費用を必要とせず、ライセンスが不要な世界規模の1.9 GHz帯域を使用するプライベート ネットワークとして動作します。しかし、NR+ は最先端の5Gテクノロジーであり、携帯電話のメリットをすべて大幅に低いコストで実現することを約束しています。これには、セルラーの定評あるセキュリティと信頼性を備え、数百万ではなく数十億のIoTノードにグローバルにシームレスに拡張できる機能が含まれます。
NR+ は、障害が許されないまったく新しいM2Mアプリケーションで、極めて信頼性の高いワイヤレス接続を実現することを約束する、純粋なIoTワイヤレス テクノロジーです。たとえば、工場や倉庫の作業員と一緒に作業する自律走行車や高速ロボットなどを想像してみてください。あるいは、建物、都市、公共施設ネットワークの重要なインフラストラクチャ。
さまざまなニーズを満たすためにさまざまなIoTテクノロジーをサポート
サプライ チェーン全体を所有し、顧客の需要を満たすために、Nordicの製品ラインナップは現在、あらゆる主要なワイヤレスIoT接続プロトコルとテクノロジーにまで拡大しています。これには、セルラーIoT (NB-IoTおよびLTE-M) だけでなく、最新の大規模IoTテクノロジーであるDECT NR+、低電力Wi-Fi、Matter、Thread、Zigbee、クラウドおよび位置情報サービス、PMIC、範囲拡張器も含まれます。
Nordicは、nRF51シリーズの発売により、Bluetoothワイヤレス接続市場を再定義しました。そして現在、最先端のnRF91シリーズにより、セルラーIoTで何ができるかを再定義しています。Nordicは、競合他社が追いつこうと必死になるような、クラスを再定義するワイヤレスIoT接続製品を市場に最初に投入してきた実績があり、一方でNordicは次のブレークスルーの開発に注力しています。同社はまた、サポートするさまざまな標準ベースのIoTテクノロジーに重要なアップグレードを加えた製品を初めて発売します。
Nordicの顧客にとって最も重要なことは、自社製品の1つにNordicソリューションを指定すれば、そのデバイスが将来のいくつかの世代のアップグレードに十分対応できるということです。このような将来への対応により、大幅なコスト削減が実現できるだけでなく、市場投入までの時間短縮による競争上の優位性も得られます。
結論
IoTは、気候変動、持続可能な消費、貴重な天然資源の保護、健康状態の改善、そして世界をすべての人にとってより幸せで、より安全で、より健康的な場所にすることなど、地球上のいくつかの最大の問題を解決する上で重要な役割を果たすでしょう。長い間待たされましたが、2024年はセルラーIoTテクノロジーがより主流になり始める年になるかもしれません。これは、幅広い製品にインストールされ、無数のIoTアプリケーションにグローバルな接続を提供する重要なバックボーンを形成することを意味します。