モノのインターネット（IoT）とは、 センサー、制御、インテリジェント システムを、プールされたリソースとソフトウェアおよびハードウェア ツールのオープン マーケットが豊富な共通プラットフォームに移行します。IoTコンセプトから生まれたアプリケーションやサービスの多くはアプリ、クラウド、ソフトウェアベースですが、現実にはIoTアプリケーションは多くのレベルで物理的な接続とワイヤレス通信に依存しています。これらのデータおよび電源接続の多くは、さまざまなワイヤレス テクノロジとともに RFコネクタ とケーブルを使用しており、高速データ、エンタープライズ ネットワーキング、産業用IoTアプリケーションがさまざまな形式のRF接続の柔軟性と堅牢性を活用する限り、この傾向は今後も続くと思われます。
モノのインターネット (IoT) に関する話題の多くは新しい商用デバイスやアプリケーションに関するものですが、この新しい技術の波の本質は、これまで接続されていなかったセンサー、アクチュエータ、および制御システムをインターネットを介して接続することです。この傾向は、インターネット テクノロジに典型的なアクセシビリティやオープン コミュニティ開発のない専用システムを通じて制御/インターフェイスおよび通信が可能な場合は実行されていた消費者、商用、企業、および産業用システムに当てはまります。この機能を実現する重要な技術は、RF伝送ラインまたは無線通信を介したRF接続です。RF接続は、デバイス ハードウェア、通信システム、クラウド/エンタープライズ システム、エンド ユーザーのWeb/モバイル アプリケーションに至るまで、IoTスタック内のほぼすべてのハードウェア要素で使用されます。
この記事の目的は、IoTアプリケーションにおけるRF接続テクノロジの普及と詳細について説明することです。このディスカッションでは、RF接続テクノロジの概要と、これらのテクノロジがIoTスタック全体でどこに配置されるかについて説明します。
IoTスタック内では、センサー、アクチュエーター、デバイス ハードウェア、通信ネットワーク、Web/モバイル アプリケーション、エンタープライズ システムはすべて、伝送線路または無線通信を介してRF接続に依存する可能性があります。
1. 周辺機器: センサー、 アクチュエータ、 制御
2.デバイスハードウェア: 通信モジュール
3.デバイスファームウェア
4.通信システム: 長距離ネットワークインフラストラクチャ、 ビル内ネットワークインフラストラクチャ、無線通信
5.ソフトウェアプラットフォーム
6.ウェブ/モバイルアプリケーション
7.エンタープライズシステム
8.産業システム
RF接続の概要
IoTアプリケーションでスペクトルのRF部分の電磁エネルギーを使用する主な方法は2つあります。IoTアプリケーションでは通常、6 GHz未満の周波数のRFエネルギーが使用されるため、RF接続の方法には伝送線路と一方向、双方向、およびワイヤレス ネットワークが含まれます。IoTでよく見られるRF伝送線路の種類には、RF同軸ケーブルとコネクタ (ケーブル アセンブリ)、およびストリップライン (マイクロストリップ) 伝送線路があります。一般的に、ストリップライン伝送ラインは、ハードウェア モジュール間および特殊なコネクタ インターフェイス内でRFエネルギーをより効率的に伝導するために、デバイス エンクロージャ内およびPCB上で使用されます。RF同軸ケーブル アセンブリは、幅広いアプリケーションやIoTスタックのあらゆるレベルで使用されます。
RF同軸ケーブルアセンブリの使用事例一覧
- デバイスまたはエンクロージャ内のモジュールの接続
- 産業/企業システムやテストおよび測定で使用される複雑なマルチピンコネクタアセンブリの一部として
- センサー/アクチュエータ/制御システムと通信デバイス間の低損失で干渉に強い接続として
- 無線モジュールをアンテナに接続する
- 高速デジタルアプリケーションにおける高忠実度相互接続
- 長距離ネットワークアプリケーション
- ビル内ネットワークアプリケーション
- 携帯電話ネットワーク、無線ネットワーク、無線ブロードキャストシステムで広く使用されています
- ワイヤレスネットワークおよび通信モジュールを備えたモバイルデバイスおよびコンピュータシステム内
ワイヤレスRF接続は、IoTにおけるRFテクノロジのもう1つの主な用途であり、伝送線やその他の有線相互接続を使用した場合には実現不可能であった膨大な数のIoTアプリケーションを可能にしました。ワイヤレスRF接続により、IoTデバイスとシステムをモバイル アプリケーション、モジュラー システム、および有線接続ではコスト、複雑さ、または操作上の課題が生じるスペースに配置およびインストールできるようになります。無線通信システムは、さまざまな非独自および独自の無線通信規格に依存しています。
IoTスタックを介したRF接続
RF接続技術により、RF伝送ラインまたは無線通信システムが使用されるかどうかに応じて、干渉に強い高品質の信号伝送、または非常に柔軟で低電力のモバイル操作が可能になります。したがって、RF接続は、主に接続デバイスと周辺ハードウェア、ワイヤレス ネットワークと通信、およびエンタープライズ システムと産業システムにおいて、IoTスタック全体で非常に役立ちます。
デバイスおよび周辺ハードウェア
IoT周辺機器、具体的にはセンサー、アクチュエーター、コントローラーは、多くの場合、情報を取得したり機能を実行したりする重要な領域の上またはその近くに設置されます。IoT周辺機器の使用例は増えており、温度や湿度などの環境情報の検知、ドアロックやセキュリティアクセスの有効化、 モーター またはアクセサリに電力を供給したり、将来的には数え切れないほどの用途に使用できます。これらすべてのケース、そしておそらく将来のIoTユースケースでも、センサー情報と制御信号の忠実度は極めて重要になる可能性があります。電子システムの電化と急増により電気干渉の脅威が増大しているため、繊細なIoT周辺機器を保護し、重要なデータと制御信号の通信を確保することが最優先事項となっています。
同軸ケーブルは低電力負荷と中電力負荷を処理でき、高帯域幅信号の通信を可能にするため、リモートIoT周辺機器にDC電源と通信を提供するソリューションとしてRF同軸ケーブル アセンブリが選択されることがよくあります。RF同軸アセンブリのシールド特性は、干渉信号の侵入を防ぐのに役立ち、また、イーサネットなどの他の高速信号技術に共通するセキュリティを脅かす信号漏洩も防止します。RF同軸ケーブル アセンブリは軍事や航空宇宙などの過酷な用途で使用されるため、事実上すべての用途で認定された堅牢な相互接続の実現可能なオプションがあります。RF同軸アセンブリも比較的低コストで購入および設置でき、さまざまなサイズとタイプが用意されています。
たとえば、数キロワットの信号エネルギーを処理できる大型で頑丈なRF同軸アセンブリもあれば、デバイス エンクロージャ内でモジュールを接続するためによく使用される非常に小型で軽量の同軸アセンブリもあります。したがって、多くのIoTワイヤレス モジュールは、ストリップラインまたは同軸伝送線路を使用して内部ハードウェアに接続されます。プッシュ型接続で動作し、良好な電気接続を実現するためにトルクをかける必要のない、薄型表面実装技術 (SMT) 同軸コネクタ が多数あります。
IoT向け無線通信
場合によっては、IoT周辺機器やデバイスが環境全体に分散しており、物理的な接続が望ましくないこともあります。このような場合、ワイヤレスRF接続がよく使用されます。インターネットの多様性と同様に、IoTアプリケーションでは、ポイントツーポイント、ポイントツーマルチポイント、またはワイヤレス ネットワークのいずれかで一般的に使用されるさまざまなワイヤレス規格が存在します。これらの標準には、独自の低電力広域 (LPWA) ネットワーク標準、IoTアプリケーションに役立つ中/短距離無線標準、特定のIoTアプリケーションで実行可能なセルラー ネットワーク標準などがあります。
IoTに共通する無線規格:
1. 低電力広域（LPWA）ネットワーク： 長距離（LoRa）、 SigFox、 Ingenu、 無重力
2.NB-IoT: 中/短距離IoTワイヤレス ネットワーク テクノロジー: Zigbee/IEEE 802.15.4、 Thread、 Bluetooth、 Z-Wave、 Wi-Fi、 WirelessHART、 RFID/NFC
3.セルラー4G/5G: 4G LTE、 5Gサブ6 GHz、 5Gミリ波
ワイヤレスIoT標準の概要
一般的に、IoTに有用な無線規格は数百メガヘルツから6 GHz未満ですが、超短距離通信と識別に数十メガヘルツの周波数を使用するNFC/RFIDは例外です。2.4 GHz ISM帯域は、IEEE 802.11 (WiFi)、IEEE 802.15、Bluetooth、Zigbeeなど、いくつかのワイヤレス規格で一般的に使用されています。将来の無線規格には、IEEE 802.11afなど、約400 MHzから700 MHzを超える範囲のTVホワイト スペース (TVWS) 周波数が含まれる可能性があります。これは、TVWSの比較的低い周波数により、比較的低い電力レベルで長距離通信が可能になるためです。
ワイヤレス規格を選択する際の主な考慮事項は、コスト、範囲、電力、インフラストラクチャ、モジュール サイズ、ネットワーク タイプ、干渉、ライセンス、および認証です。無線RF接続は、その放射特性により、主要国で厳しく規制されており、米国ではFCCが無線放射とRFスペクトルの使用を規制しています。したがって、IoTアプリケーション向けに事前認定された無線通信およびネットワーク モジュールがますます利用可能になってきていますが、無線通信技術が適切に動作するように配慮し、専門家のリソースを活用する必要があります。
エンタープライズおよび産業用IoT (IIoT)
エンタープライズIoTシステムとIIoTアプリケーションは、RF接続テクノロジにとってユニークな機会を提供します。産業用アプリケーションの厳しい環境および耐久性の要件、およびエンタープライズ ネットワークと通信システムのノイズおよび干渉耐性の要件は、利用可能なRF同軸ケーブル アセンブリ テクノロジによって容易に満たされます。マシンツーマシン (M2M) およびインダストリー4.0テクノロジが採用されるにつれて、低遅延のリアルタイム制御、監視、および通信のために、高速デジタルおよびRF接続オプションを選択する産業システムが増えるでしょう。これらの産業用アプリケーションの一部では、石油・ガス、鉱業、農業などのアプリケーションなど、広範囲および遠隔通信にワイヤレスRF接続が選択されますが、工場内および施設ベースのテクノロジでは、重要なユースケースをサポートする、より信頼性が高く干渉に強い通信のために、固定RF同軸アセンブリをインストールすることでメリットが得られる可能性があります。
結論
IoTの時代は、消費者、企業、産業アプリケーションにおいて始まったばかりです。認識、効率、コミュニケーションの向上の可能性は、IoTの初期の先駆者たちによってようやく実現され始めたばかりです。これらのイノベーターは、通信の品質は伝送線路または無線システムを介したRF接続に依存するという、通信に関する古くからの教訓も学んでいます。IoTの採用とアプリケーションが増加するにつれて、RF同軸ケーブル アセンブリとワイヤレス ネットワークおよび通信テクノロジの使用も増加します。
