「ペロポン」で読み解く、LPWAの現在と今後

2017年12月19日 火曜日

「「ペロポン」で読み解く、LPWAの現在と今後」のイメージ

IIJ 2017TECHアドベントカレンダー 12/19(火)の記事です】

IoT業界ではLPWAと呼ばれる無線通信技術が話題となっています。
LPWAとは Low Power Wide Area の略で、その名の通り省電力で広域の無線通信を実現するための技術です。
LPWAは、既存の通信技術を置き換えるものではなく、あくまで特定用途に特化した通信を行うための技術です。それは、省電力・広域通信というメリットを享受できる反面、通信速度・通信量に制限があるためです。

現在、LPWAの技術として、LoRa(LoRaWAN)とSigfoxの2つがせめぎ合いをしています。また、2018年度にはLTE回線を使用したNB-IoTやCat.M1という技術も入り込み、これらが三つ巴となる見込みです。
弊社ではLoRaWANを利用した農業IoTを構築しております。

LPWAの話になると、LoRaとSigfoxどちらが勝つのか、NB-IoTが出てくるとどうなるのか、という話題になりがちです。
今回は「ちょっとした実験」での現在の結果を踏まえつつ、LPWAの今後を読み解いてみたいと思います。

「ペロポン」

これが「ちょっとした実験」の素材です。聖新陶芸さんが販売している「ペロポン」という癒し系植木鉢セットを利用しています。

このペロポンに、このような感じでマイコンを設置しています。

大小3つあるペロポンは、それぞれ LoRaWAN, Sigfox, Bluetooth Low Energy(BLE) の各マイコンを利用し、室温・明るさ・土壌水分料のデータをIIJ IoTサービスにデータ送信しています。
なお、BLEは「LPWA」の範囲には入らない方式だと思いますが、一般的にかなり普及している通信方式であるため、今回の検証の対象に加えてあります。

異なる通信方式をまったく同じ条件で検証をすることで、各方式のメリット・デメリットが分かってきております。

通信方式とメリット・デメリット

Bluetooth Low Energy (BLE)

(担当:親猫ペロポン)

メリット
  • BLE機器は市場に多く流通しており、選択肢が多い。競争原理により、低価格で入手可能であり、かつ高性能(省電力,処理速度など)な物が多い。
  • 通信量に制限がない。大容量なデータ通信が可能。(ただし、長時間の通信は消費電力に跳ね返るため、実際には考慮が必要。)
  • スマホ・タブレットやウェアラブルデバイスとの親和性が大きい。
デメリット
  • 通信距離が短い。規格上では100mだが、実際には省電力性のため10mがいいところ。
  • スマホ・タブレット以外との通信は実装が意外と大変。
適している用途
  • デバイス対デバイスの短距離通信

Sigfox

(担当:かえるペロポン)

メリット
  • 遠くまで電波が届く。日本でSigfoxを展開しているKCCS社によると「電波は約30km飛ぶ」とのことだが、実際にそれくらい遠くまで電波が飛んでいる。
  • 基地局はKCCS社が整備しているため、自前で基地局を整備する必要がない。クライアント側の実装だけでOK。
  • SigfoxのIoTサービスが利用できるため手軽に実装ができる。
デメリット
  • 機器の選択肢が極端に少ない。世界的に見ても選択肢は少ない。
  • 通信量の制限が極端である。電波法に規定によりSigfoxで使用する帯域の通信量が制限されるほか、Sigfox社のサービスの制限により1回あたり12バイト・1日あたり最大140回までしかデータ送信できない。
  • 送信したデータは全てSigfox社のサーバに送られるため、送信データを使用する場合はSigfox社のサービス経由でデータを取得する必要がある。
  • Sigfoxのサービスを利用するための費用がかかる。
  • 無線送信したデータは暗号化されていないため、比較的容易に傍受が可能。実装者自身で暗号化を検討する必要がある。
  • 現時点では通信エリアに制限がある。主要都市は問題なく通信できるものの、地方や山間部などのエリア整備はまだこれからである。
適している用途
  • エリアを限定しない、低速・広域・省電力通信

LoRaWAN

(担当:子猫ペロポン)

メリット
  • サーバ(基地局)側の構築・実装も自身で行うため、融通がきく。通信エリアや通信会社にとらわれずに構築可能。
  • 遠くまで電波が届く。Sigfoxには及ばないものの、数kmは電波が届く。
  • 通信費用がかからない。
デメリット
  • サーバ(基地局)側、クライアント(子機)側、両方の実装・構築が必要なため、手間が多い。
  • 機器の選択肢が少ない。世界的に見ればそれなりに選択肢はあるものの、日本で使える機器は多くない。
  • 電波法に規定によりLoRaWANで使用する帯域の通信は1回あたりの通信は0.4秒以内に制限される。結果的に1回あたりの通信量は数十~数百バイトに制限される。
  • LoRaマイコンのライブラリがイケていない物が多い。きちんとLoRaや無線通信の仕様を理解して実装しないと容易に電波法違反の通信ができてしまう。
適している用途
  • 特定エリア内での、低速・広域・省電力通信

3G/LTE

日本では3GやLTEの携帯電話回線を使用したIoT通信もよく利用されています。ついでなので、そちらのメリットデメリットもまとめてみます。

メリット
  • ほぼ日本全国で通信可能である。
  • 通信時間・通信量の制限は無い。
  • 比較的高速な通信が可能である。
  • 機器の選択肢が豊富である。
  • 通信内容の傍受・改変はほぼ不可能であり、実装者側で暗号化を考慮しないでも良い。
  • TCP/IPネイティブの通信ができる。
デメリット
  • 通信費用がかかる。
  • 消費電力が大きい。
  • 通信機器は多種多様な選択肢はあるものの、それほど安くない。
適している用途
  • 電力が供給できる場所での通信。
  • 通信量(料)を気にしない通信。

LPWAの今後

どれも一長一短があるため、どれが良い・悪いと言った画一的な回答は出せませんし、また今後どの方式が主導権を握るかは何とも言えません。

これは個人的な意見になりますが、今後どの通信方式が主流になるかは、いかに「気楽」に使えるようになるかにかかってくると思います。
「気楽」というのは、費用的に安く、開発や設置は簡易に、消費電力量もあまり意識せず、運用も簡易に、そして長期間のサポートで安心して使える、という意味を込めています。

結論

と、曖昧な締めになってしまいましたが、この文章で何が言いたかったと言うと、

「ペロポンかわいいでしょ」

ということです(笑)

snara4

snara

2017年12月19日 火曜日

クラウドサービス2部ビッグデータ技術課に所属。IoTサービスの開発・運用に従事。 埼玉県出身・埼玉県在住、埼玉を愛す男。好物は十万石饅頭。週末は愛車を丸1日乗り回すくらいの車好き。

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