キャリアグレードのゲートウェイで年間数百万ドルのコスト削減を実現

キャリアグレードLoRaWAN®ゲートウェイの主要パラメータ 

多くの通信技術者は、1990年代後半に導入されたキャリアグレード要件について訓練を受けているか、あるいはその存在を認識しています。これは、人々の生活、企業、そして政府の生計と業務が通信機器に依存しているため、通信機器がミッションクリティカルな基準で開発およびテストされることを保証するためのものです。当初のキャリアグレード要件は、公共の有線通信インフラ、そして後に無線通信インフラに焦点を当てていました。その後、同じキャリアグレード要件が、VoIPやインターネット全般といった重要なインフラにも採用されました。

従来の通信キャリアグレード仕様はネットワークに焦点を当てています 利用状況 （いわゆる5ナインまたは6ナイン） パフォーマンス （当該製品タイプにおける最適な主要業績評価指標） セキュリティ （製品およびネットワーク） メンテナンス （運用と進化）。キャリアグレードの要件を満たす製品には、ネットワークと展開に応じて満たさなければならない多くの関連規格と製品仕様があります。しかし、キャリアグレード製品が対処しなければならない12の重要な領域があります。開発者と運用者は、 キャリアグレードLoRaWANゲートウェイ 設計の実装、仕様、およびその重要性。図1は、前述のCarrier Grateの性能要件を満たす4つのLoRaWANゲートウェイ設計を示しています。

                   図1：メガ、マクロ、モバイル、およびケーブルストランドキャリアグレードLoRaWANゲートウェイ

以下は、開発者が設計およびテストを行う際に考慮すべき重要な領域です。 LoRaWAN® ゲートウェイすべての事業者は、LoRaWAN®ゲートウェイを導入する前に、5～10年間、重大なダウンタイム、多数の問題、現場訪問、またはパフォーマンスの低下なしに運用できるかどうかを確認する必要があります。これらはすべて、事業者のコストの大幅な増加や、機器の交換時期よりもかなり早い段階での交換につながるからです。

1. ゲートウェイは、最低でも99.9999%の可用性（年間最大ダウンタイム5分）をサポートしていますか？

2. ゲートウェイは、設計および故障時間分析（FIT）に基づいて、15年以上の平均故障間隔（MTBF）を満たしていますか？

3. ゲートウェイは、ゲートウェイサイトを訪問することなく、すべてのソフトウェアおよびファームウェアのアップデートとアップグレード、構成、プロビジョニングをリモートで自律的にサポートしますか（場所、アクセス、天候条件によっては、1回の訪問はゲートウェイ自体よりも高価になり、数日かかる場合があります）？

4. ゲートウェイは、デジタル、無線、3G-4Gモデム、バックホール、電源サブシステムを監視して、それらが正常に機能していることを確認しますか？また、正常に機能していない場合は、アラームを発報し、どのサブシステムがアラームを発報したか、または障害が発生したかを示し、修復のための次のステップは何ですか？

5. ゲートウェイは、特にライセンス帯域において、他の種類の無線システムに干渉を引き起こしますか？ゲートウェイのアンテナには適切なRFバンドパスフィルタがないため、システム全体が影響を受けるリスクがあります。 LoRaWAN®ネットワーク 干渉が解消されるまで、FCCやその他の規制機関によって閉鎖されるのか？

6. 他の無線システム（3G、4G、5G、FMラジオ、デジタル公共ラジオ、テレビ放送、GPS再送信など）は、ゲートウェイのアンテナに適切なRFバンドパスフィルタがないため、ゲートウェイに干渉を引き起こし、LoRaWAN®ネットワークのカバレッジ、受信の信頼性、ネットワーク全体の信頼性を効果的に低下させ、多くの場合、ゲートウェイのLNA回路を損傷しますか？

7. ゲートウェイと LoRaWAN®ネットワーク ネットワークのパフォーマンスとセキュリティがどのレベルでも損なわれないように、また収集されたデータが安全に保護されるように、セキュリティ対策を組み込むべきでしょうか？

8. ゲートウェイ 設計、機能、パフォーマンスは、顧客固有の導入と運用に合わせて最適化されているか（あるいは「万能型」であるか）、ゲートウェイのコストは5～7年で償却した場合、総運用コストのわずか5～15%であるため、導入コストと年間運用コストを大幅に削減できるのでしょうか？

9. ゲートウェイの設計、バックホール、3G、4G、および5Gモデムは、今後5～10年間の標準規格および製品の進化に対応していますか？特に、3G、4G、および5Gモデムは世界の携帯電話事業者によって認証されており、今後5～10年間、事業者のLTEリリースに対応しますか？ゲートウェイベンダーが4G CAT-6モデムを使用して、MIMOによる最適な送受信性能と事業者の長期サポートを確保すべき理由はここにあります。

10. ゲートウェイは、すべての外部インターフェースにおいてESDおよび雷保護機能を備えていますか？ゲートウェイは、国および地域の規制および安全要件を満たしていますか？（安全要件を満たしていない場合、ゲートウェイが損害を引き起こした際に刑事責任を問われたり、事業者の商業保険が無効になったりする可能性があります。）

11. ゲートウェイはIP67規格に準拠し、結露湿度5%～100%に対応し、-40℃～+60℃の温度範囲で劣化なく動作し、-40℃コールドスタート（-40℃で4時間以上経過後に電源投入）に対応していますか？また、ゲートウェイは入力電圧範囲全体および最小動作電圧と最大動作電圧、温度の組み合わせとして定義される「4つのコーナー」において、正常に動作し、仕様を満たしていますか？

12. ゲートウェイは、LoRaWAN®ネットワーク全体レベルで包括的なネットワークレベルの運用、管理、保守（OA&M）をサポートし、オペレーターの運用コストまたは総所有コストを最小限に抑えることを保証しますか？

IoTネットワーク用に選定されたゲートウェイが上記の要件を満たさない場合、それらのゲートウェイは年間ベースでオペレーターにとって大幅にコストが高くなり、さらに悪いことに、製品の経年劣化に伴い信頼性が低下し、機器のダウンタイムが増加するため、コストは年々増加することになります。

LoRaWAN®ネットワーク事業者のコスト要因 

従来の携帯電話事業者は、平均30年の展開・運用経験を有し、選定した基地局が高性能、ネットワーク可用性、低運用コストを保証するよう、自社のモデルを最適化してきました。ネットワーク性能、運用コスト、そしてネットワーク全体のコストが低下することを承知しているため、最も低価格の基地局は選定しません。低価格の基地局は競争力を低下させるだけでなく、顧客を競合他社に奪われ、ネットワークの成長と改善への再投資も不可能になるからです。そのため、すべての無線通信事業者は、真のネットワークコストとその最適化方法を厳重に管理しています。これは、収益性だけでなく、将来の成長、市場拡大、パートナーシップ、M&A活動にも影響を与える重要な指標の一つです。

現在、LoRaWAN®ゲートウェイを運用開始後わずか1～3年で修理または交換せざるを得なくなったLoRaWAN®事業者も存在します。LoRaWAN®ゲートウェイの交換費用は、ほとんどの場合、ゲートウェイ本体の価格よりも高額になることに注意が必要です。さらに、LoRaWAN®ゲートウェイの品質が最適ではないために発生する追加コストは、LoRaWAN®ネットワークの年間運用コストに最低でも25%、場合によっては100%以上も上乗せされます。

 図2：LoRaWAN® ブーマークレーンを使用した高さ110フィートの通信タワーへのゲートウェイ設置

それでは、ゲートウェイ無線性能と信頼性という2つのパラメータのみが、通信事業者の総ネットワークコストにどのように影響するかを見ていきましょう。カナダのカルガリーのような人口1.25万人の中規模都市における典型的なLoRaWAN®ネットワークコストを、以下の表に示します。

表に示されているデータは、ネットワーク全体のコスト最適化に重点を置くオペレーターによる、実際のネットワークパフォーマンスとコストの適切な近似値です。パラメータやデータを調整したい方は、 TEKTELICからXLSファイルをダウンロードしてください ウェブサイトは彼ら自身の利用のために。

表1：LoRaWANネットワークの典型的な簡略化されたコスト数値

年間の運営コストは LoRaWAN®ネットワーク カルガリーと同規模・同密度の都市の場合、総コストは表1に示すように1.38万ドルと見積もられています。ここでは、展開されたすべてのゲートウェイが通信要件を満たすと仮定しました。 キャリアグレード 本稿で既に述べた性能について、特に、LoRaWANゲートウェイ無線性能は、受信機または送信機の感度、線形性、その他の障害によって劣化しないと仮定しました。また、併設されている無線システムがLoRaWAN受信信号に干渉しないこと、LoRaWANゲートウェイは信頼性が高く、24ヶ月ごとの通常の保守訪問以外に追加の現地訪問を必要としないことも仮定しました。

注目すべきは、LoRaWANゲートウェイのコストは、サイトコストの年間割合として、7年間で償却した場合わずか3.3%に過ぎないということです。LoRaWANネットワークによっては、この割合はさらに低くなる場合もありますが、10%を超えることは稀です。つまり、LoRaWANネットワークの運用コストは、導入されるLoRaWANゲートウェイの品質と信頼性に大きく左右されますが、LoRaWANゲートウェイ自体の実際のコストは、LoRaWANネットワークコストのごく一部に過ぎないため、それほど大きな影響は受けません。

実際、LoRaWANゲートウェイの償却コストは、償却期間を7年ではなく5年とした場合でも、LoRaWANネットワーク全体のコストに比べて非常に低い。ただし、LoRaWANネットワーク全体のコストは、LoRaWANゲートウェイの無線性能と信頼性に大きく左右される。

LoRaWANネットワークの総コストがゲートウェイ自体のパフォーマンスにどれほど依存しているかを示すために、無線パフォーマンスの低下によりLoRaWANゲートウェイの実効半径を縮小し、同時にLoRaWANゲートウェイの信頼性の低下（アラーム、障害、無償でのゲートウェイ交換、手動によるソフトウェアアップグレード、その他のコスト要因）と人件費の増加により、サイト訪問回数を増やしてみましょう。

下の表2は、LoRaWAN®ネットワークのコストがゲートウェイ無線の性能と信頼性にどれほど敏感であるかを明確に示しています。LoRaWANゲートウェイの半径が30%減少した場合（dB単位ではわずかな減少ですが）、LoRaWANネットワークの総コストは約2倍の年間280万ドルになります。また、各LoRaWAN®サイトが5ヶ月ごとに訪問を必要とする場合（年間2.5回の訪問）、LoRaWANネットワークの総コストはさらに年間43万ドル増加します。これらは、オペレーターや顧客にとって何の付加価値ももたらさない、年間コストの大幅な増加です。FedExのような宅配便サービスを考えてみてください。車両の半分しか稼働しておらず、残りの半分は常に修理中ですが、全車両に対して一貫して支払いが行われています。

表2：無線性能と信頼性の低下に伴うLoRaWAN®ネットワークコスト

表3は、最適なキャリアグレードLoRaWANゲートウェイのパフォーマンスと比較した場合の、無線性能と信頼性の低下に伴うLoRaWAN®ネットワークの追加コストを示しています。両方の表は、2つのパラメータを考慮したキャリアグレードゲートウェイの価値とそのパフォーマンスを明確に示していますが、オペレーターの総ネットワーク所有コストに影響を与えるパラメータは15以上あります。

表3：無線性能と信頼性の低下に伴うLoRaWAN®ネットワークコストの増加

通信事業者の年間ネットワークコストが25%、50%、または100%増加した場合、LoRaWAN®事業者の成功にとって重大な影響や悪影響が生じるでしょうか？答えは、LoRaWAN®ネットワークが実験的なもので概念実証（POC）、初期トライアル、または大規模な商用ネットワークとして使用されているかどうかによって異なります。たとえば、LoRaWAN®ネットワークが小規模で、実際の顧客がおらず、特定のサービスレベル契約（SLA）をサポートする必要がなく、LoRaWAN®ゲートウェイが数台しかないPOCに使用されている場合、実際の顧客への影響はなく、このような実験的なPOCネットワークを運用するための年間コストの増加は非常に低くなります。そうする正当な理由があるかもしれません。例えば、より低コストのLoRaWAN®ゲートウェイや完全なソリューションを調達してユースケースをテストしたり、顧客デモを実施したり、他のゲートウェイベンダーと交渉する際にネットワークを並行して運用したりすることができます。ほとんどの場合、トライアルまたはPOCネットワークはコストがかからず、通信事業者や企業の将来のビジネスに大きなリスクをもたらすことはありません。

しかし、事業者や企業が数百台、あるいは数千台ものLoRaWAN®ゲートウェイを備えた大規模な商用LoRaWAN®ネットワークを展開する場合、年間運用コスト（ネットワーク全体のコスト）を低く抑えることが最優先事項となります。そのためには、表1、2、3に示すような、最も信頼性が高く、性能に優れたキャリアグレードのLoRaWAN®ゲートウェイを導入する必要があります。

の展開 キャリアグレードLoRaWAN®ゲートウェイ これにより、通信事業者の総ネットワークコストが最小になるだけでなく、キャリアグレードのゲートウェイは、屋外および屋内での実用的に最適なカバレッジ、高いネットワークの信頼性と可用性、低干渉、デバイスの再送信の減少、およびデバイスのバッテリー寿命の延長も実現します。

一般的な無線通信事業者の成功は、最高の通信エリア、最も信頼性の高いサービスレベル、そしてネットワークの総所有コストの最小化にかかっています。これは、30年以上にわたり世界のほとんどの携帯電話事業者にとって成功の方程式であり、今日でも携帯電話事業者にとって有効です。多くの通信業界の専門家は、この方程式がLoRaWAN®事業者や企業にも当てはまると考えています。