長距離伝送と低消費電力を実現できるLoRaとSigfoxは、都市におけるモノのインターネットアプリケーションの急速な増加に伴い、人気のアプリケーション技術となり、資産追跡、サプライチェーン、農業、スマートシティ、インテリジェントビル、スマートホーム、スマートメータリングなどのアプリケーションの一括展開を実現できるようになりました。この記事では、LoRaおよびSigfoxテクノロジの開発と、MuRataが導入したソリューションについて紹介します。
要件の特性に応じて最も適切な技術を選択する
幅広いIoTアプリケーションにおいて、バッテリーで動作するデバイスの能力に匹敵するためには、長い伝送距離と低い動作消費電力が求められます。そこで、LPWAN（低電力広域ネットワーク）が誕生しました。現在、LPWANに関する最も注目されている技術はLoRaとSigfoxであり、それぞれに利点があります。所有者は、さまざまな分野や使用要件に応じて、最も適切な通信技術を選択できます。
タイプ別に見ると、LoRaは小さなプライベート ネットワーク ドメインのようなもので、伝送距離は最大20キロメートルです。技術を習得すれば、より自由に独自の基地局を設置できます。Sigfoxの伝送距離は50キロメートルに達し、大規模なIoTアプリケーションのニーズを満たすことができます。このデバイスは、バッテリー寿命が長く、デバイスコストが低く、接続コストが低く、ネットワーク容量が大きく、範囲が長いという特徴があります。
しかし、低消費電力の目標を達成するために、LoRaとSigfoxは1日の送信時間が制限されており、1日の送信時間は非常に短いため、温度や湿度、PM2.5などの特定の環境データを測定し、長距離と少ない送信モードを通じて大面積のIoTアプリケーションを形成できる、毎日固定された返信データを持つセンサーなど、リアルタイム通信要件のない分野に適しています。
LoRaとSigfoxは、LPWANの技術的特徴と同様に長距離と低消費電力という特徴を備えており、バッテリー寿命を延ばし、広範囲の情報伝送を形成できます。どちらもライセンス不要のSub-1GHz ISM周波数帯域を使用しており、追加のライセンス料を支払う必要はありません。さらに、電子チップ製造技術の進歩により、これら2つの技術のハードウェア製造コストは継続的に低下しています。
LoRaWANはバッテリー寿命と低コストに最適化されています
LoRaは「Long Range」の略称で、超長距離通信を実現できる物理層（PHY）であり、最適化されたエネルギー効率と信頼性の高い信号を備えています。LoRa技術で構成された広域ネットワークはLoRaWANと呼ばれ、LPWANの主要技術の一つであり、LoRaWANはLoRa Allianceの基盤となっています。LoRaとLoRaWANはヨーロッパのいくつかの国でますます人気が高まっており、世界の他の地域 (米国やアジア太平洋地域など) でもLoRaの人気が高まっています。
LoRa PHYおよびLoRaWANプロトコルは、端末デバイスのバッテリー寿命と低コストのために最適化されています。これらは、GPSフリーおよび低電力の追跡アプリケーションをサポートし、インフラストラクチャ投資、運用費用、および端末ノードセンサーに依存することでコストを削減し、標準化を通じてグローバルな相互運用性を向上させ、LoRaWANベースのネットワークとIoTアプリケーションの採用と開始を加速し、低消費電力向けに特別に設計されています。バッテリー寿命は20年まで延長できます。単一の基地局で、人口密集都市部/屋内エリアに深く浸透し、最大30マイルの農村エリアに接続できます。エンドツーエンドのAES128暗号化を組み込むことで、通信のセキュリティを向上させ、基地局ごとに数百万のメッセージをサポートできます。多くの顧客にサービスを提供するパブリック ネットワーク オペレータに最適です。また、LoRaWANは、さまざまな業界団体が共同で推進するネットワーク規格であり、オープンな技術を提供しているため、キーコンテンツさえ取得できれば個別のアプリケーションを開発することができます。
SigfoxはグローバルなIoTネットワークの展開を実現
LoRaのオープン性とは違い、Sigfoxは同名のフランス企業が開発した技術で、コアネットワークの運用と展開を熟知しており、独立した事業者として世界中にネットワーク基盤を展開していく考えだ。その間、 Sigfoxは、45か国でリンク可能なドメインとデバイスを同時に使用できるようになりました。Sigfoxは、センサーとデバイスを接続するための安価で信頼性が高く、低電力のソリューションを提供します。Sigfoxプロトコルは、ネットワーク上のデバイスで使用されるハードウェアに重点を置いており、Sigfoxはすべてのステップを最適化して、可能な限りコスト効率を高めます。
Sigfoxは、コスト効率、エネルギー効率、遠隔地のカバレッジを実現することを目的としたグローバルなIoTネットワークです。世界中の何十億ものオブジェクトをインターネットに接続し、そのデータはクラウドに保存されます。Sigfoxはコストが低く、構成が簡単なため、他の種類のネットワーク (Wi-Fi、Bluetooth、GPRSなど) の補助ソリューションとして使用できます。Sigfoxはパブリック ネットワークであり、デバイスは通信にローカルのSigfoxオペレーターが展開したインフラストラクチャに依存します。
Sigfoxは接続サービスに加えて、GPSなしでSigfox認証モジュールを搭載したすべてのデバイスに位置情報サービスも提供し、特定のハードウェアをアップグレードしたり、アップグレードせずにソフトウェアを更新したりすることもできます。いわゆるSigfox Atlasサービスは、複雑なサプライ チェーンを通じて移動するアイテムを追跡するなど、測定精度を必要としないケースに適しています。
コスト効率に優れた小型LPWAN無線モジュール
市場の需要に応えるため、MuRataはLoRaアライアンスに加盟した。™ STMicroelectronicsおよびSemtechと協力し、さまざまなセンサーとリモートワイヤレス忠実度をサポートできる、小型で経済的かつ効率的なワイヤレスモジュールを設計しました。MuRataが発表したタイプABZ (部品番号はCMWX1ZZABZ) モジュールは、無線規制当局によって事前認定されており、世界のほとんどの地域で868 MHzおよび915 MHzの産業、科学、医療 (ISM) スペクトルで動作でき、LoRaプラットフォームの開発者向けに十分に検証されたハードウェアとソフトウェアを提供します。
CMWX1ZZABZ-078
タイプABZは、LoRaWANまたはSigfoxのリモート ワイヤレス忠実度をサポートする、新しいコンパクトで低コスト、低電力のLPWANワイヤレス モジュールです。新しい独立モジュールは、サイズがわずか12.5 x 11.6 x 1.76 mmで、金属シールドでパッケージ化されており、Semtech SX1276超長距離スペクトラム拡散無線トランシーバーとSTMicro STM32L0シリーズARM Cortex-M0+ 32ビット マイクロコントローラ (MCU) が含まれています。低ドリフト熱特性を備えた強力な統合TCXOを搭載しており、RFトランシーバーに正確なクロック ソースを提供できます。
タイプABZモジュールは、UART、SPI、またはI2C周辺機器インターフェイスを介して通信します。ADCと最大18個のGPIOにより、センサー、スイッチ、ステータスLEDを接続するのに十分な柔軟性が得られます。モジュールは2.2 ～ 3.6 VDC電源で駆動され、通常の出力電力は +14 dBmです。ただし、PAブースト機能を選択すると、RF出力を +20 dBmまで増加できるため、リモート アプリケーションや、エンド デバイスが屋内信号が弱い場所にある場合に使用できます。MCUには192 kBのフラッシュ メモリと20 kBのRAMが搭載されており、クライアント アプリケーションを組み込み、他の変調スタックをホストするのに十分なメモリを備えています。
B-L072Z-LRWAN1
さらに、Type ABZモジュールは、汎用MCUのセキュリティソフトウェアライブラリである「Trusted Objects TO-Protect」を（オプションとして）組み込むことができ、LoRaWANのセキュリティを強化できます。IoTアプリケーション開発者は、この小型モジュールを搭載した評価キットB-L072Z-LRWAN1を使用して、ソリューションを簡単に評価できます。このモジュールの代表的な用途としては、スマートメーター、ウェアラブルデバイス、追跡、M2M、IoTエッジノードなどがあります。モジュールは-40℃の温度範囲で動作できる。 ℃ +85まで℃、さまざまな温度に適応できます。
結論
モノのインターネットの応用はスマートホームからスマートシティへと移行し、あらゆるものが接続されたモノのインターネットの世界が真に実現されています。長距離、低消費電力、バッテリー駆動のデバイスの場合、LPWANが最適なソリューションとなり、アプリケーションの要件に応じてLoRaWANまたはSigfoxプロトコルを選択できます。MuRataが開発したタイプABZモジュールは、LPWANアプリケーションのさまざまな要件を満たすことができ、関連アプリケーション製品の開発者にとって最適な選択肢となります。
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