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２０２０年４月８日
２０２０年４月８日
LoRaWANネットワークサーバーの説明
IoT（モノのインターネット）に関する記事を読んでいると、LoRaWANネットワークサーバーについて全くきちんと説明されていないことに気づきました。そこで、LoRaWANネットワークサーバーとは一体何なのか、そしてどのように動作するのか、という疑問が生じるのは当然でしょう。この記事では、LoRaWANについて詳しく解説し、LoRaWANネットワークサーバーとは何か、どのように動作するのか、そして最適なサーバーを選ぶ方法について説明します。LoRaWANネットワークサーバーについて詳しく知りたい方は、ぜひ読み進めてください。
LoRaWANネットワークサーバーとは何ですか？
LoRaWANネットワークサーバーは、 LoRaWANプロトコルを使用する低電力広域ネットワーク（LPWAN）デバイスのネットワークを管理するために使用されるソフトウェアです。
これは、以下のための包括的なプラットフォームとして機能します。
- デバイスとアプリケーション間のデータ転送
- デバイス管理
- ゲートウェイ管理
- デバイス構成
- ユーザーの役割とアクセス管理。
また、LoRaWANパケットのデコード、冗長接続されたデータのフィルタリング、セキュリティチェックの実行、最適なゲートウェイを介した確認の自動スケジュール設定、およびデバイスまたはネットワーク構成に基づくデータレートの適応的な最適化も行います。
市販の（外部委託の）LoRaWANネットワークサーバーを使用する場合、接続品質やネットワークパフォーマンスの指標を提供できるはずです。これにより、システムに関する情報に基づいた意思決定が可能になります。さらに、LoRaWANネットワークサーバーは、ゲートウェイ、統合、およびデバイスの正常な動作を自動的に監視し、ステータスアラートを送信できます。すべてのネットワークサーバーにこの機能があるわけではありませんが、TEKTELICはこの機能を備えており、ユーザーにとって非常に便利で有益です。
LoRaWANインフラストラクチャとは何ですか？
LoRaWANインフラストラクチャは、様々なデバイス間の通信を可能にする基盤となるものです。ゲートウェイ、エンドノード、ネットワークサーバーの3つのレイヤーで構成されており、各レイヤーはセンサーとアプリケーション間の通信においてそれぞれ異なる機能を提供します。
ゲートウェイ
ゲートウェイは、エンドノードとネットワークサーバーの間に設置される物理デバイスであり、低消費電力・低帯域幅のLoRaWANネットワークを長距離にわたって展開することを可能にします。通常、非常にコンパクトなゲートウェイは、屋上、給水塔、または広い範囲を見渡せる構造物などに設置できます。
TEKTELICは、屋内用と屋外用を含む、さまざまなLoRaWANゲートウェイを市場に提供しています。例えば、当社のKONA Enterprise Gatewayは、信頼性、セキュリティ、耐候性に優れたゲートウェイをお探しの企業に最適な選択肢です。屋内と屋外の両方で設置できるように設計されており、高速で堅牢かつ信頼性の高い接続を実現します。また、KONA Enterpriseは、企業がネットワークを容易に拡張できる柔軟性を提供し、新しいデバイスやアプリケーションに迅速に対応できるようにします。
エンドノードデバイス
エンドノードは、ゲートウェイにデータを送信する小型のLoRaWANデバイスです。バッテリー駆動または非バッテリー駆動が可能で、無線通信も行います。これらのデバイスは、スマートビルディング（環境条件、在室状況、動きの監視）、ネットワーク接続された病室を備えた病院、農地（土壌状態の報告、作物の灌漑効率の向上）、製造施設（機器の故障発生時の施設管理者への警告、単独作業者の追跡など）といった、さまざまな用途に活用できます。
TEKTELICは、上記をはじめとする様々な用途や業界向けに、幅広いLoRaWANセンサーを提供しています。例えば、当社のSPARROWアセットトラッカーは、機器やその他の重要な資産をリアルタイムで追跡できる汎用デバイスです。LoRaWAN接続とBluetooth Low Energy（BLE）技術を採用し、リアルタイムの位置追跡とレポート機能を提供します。SPARROWは屋内での使用を想定して設計されており、イベントベースの起動機能を備えているため、様々な組織にとって省エネルギーかつコスト効率に優れています。このデバイスは、医療機関、オフィス、小売店、公共スペース（博物館、図書館、複数の建物からなるキャンパスなど）、その他様々な分野での資産追跡に適しています。
ネットワークサーバー
前述のとおり、ネットワークサーバーはエンドユーザーとセンサー間の仲介役として機能し、データ交換の管理を担当します。
ネットワークサーバーにはいくつかの重要な役割があります。
- 認証と承認
LoRaWANネットワークサーバーは、ユーザー、ゲートウェイ、デバイス、および統合の認証と認可を管理し、認可されたエンティティのみがネットワークにアクセスできるようにする役割を担います。これは、ネットワークのセキュリティを維持するために重要です。
- ネットワークセッションの管理
ネットワークサーバーは、デバイス同士およびエンドユーザーアプリケーションとの通信に必要なルーティング、パブリックネットワーク管理、およびセキュリティサービスを提供します。また、ネットワークトポロジーの管理と、ネットワークが最適に動作することの確保も担当します。ネットワークサーバーは、デバイスから送信されるデータの暗号化に使用されるセッションキーの割り当てと管理も行います。
- アップリンクメッセージの重複排除
LoRaWANネットワークアーキテクチャによれば、デバイスからの1つのメッセージは、複数のゲートウェイを経由してネットワークサーバーに配信される可能性があります。これによりアップリンクメッセージの重複が発生し、ネットワークサーバーは重複したメッセージを削除して単一のメッセージとして処理する役割を担います。
- LoRaWANネットワークの管理
ネットワークサーバーはLoRaWANネットワークのパフォーマンスを監視するため、ユーザーはデータレート、電力、チャネル選択などのネットワークパラメータを管理して、ネットワークリソースを効率的に使用することができます。
- デバイスへのダウンリンクを提供する最適なゲートウェイを選択する
これは、データ転送に最も効率的な接続を提供し、デバイスへのダウンリンクを最も確実に配信できるゲートウェイを選択することを意味します。これは、信号強度、利用可能な帯域幅、遅延などのネットワークパラメータを考慮することによって実現されます。
- さまざまな統合を通じて、デバイスとアプリケーション間のアップリンクとダウンリンクをルーティングする
これは、センサーなどのデバイスとアプリケーション間で、LoRaWANネットワークサーバーを介してデータを転送するプロセスを指します。このプロセスでは、RESTやMQTT APIなどの他のネットワークやプロトコルとの連携を通じてデータをルーティングし、デバイスからアプリケーションへデータを配信します。
TEKTELICはさまざまな サーバ や KONA CORE LoRaWAN® ネットワーク サーバー。
導入オプションは2種類あります。TEKTELICがホストするクラウドと、オンプレミスインストールです。オンプレミスインストールは、任意のプライベートクラウドまたはデータセンターにインストールできます。
LoRaWANネットワークサーバーを選ぶ際には、いくつか考慮すべき点があります。これらの点を検討することで、プロジェクトに最適なサーバーを選ぶことができるでしょう。
互換性とカスタマイズ
サーバーが、使用予定のLoRaWANデバイスおよびゲートウェイと互換性があることを確認してください。ネットワークの動作はLoRaWAN仕様で定義されています。一般的には仕様バージョン1.0.xが使用されます。
特定の要件を満たすために高度にカスタマイズ可能なサーバーが必要なのか、それとも既製のソリューションで十分なのかを検討してください。
デバイスの消費電力
デバイスの消費電力管理は、あらゆるIoTソリューションにおいて最も重要な検討事項の一つであり、特にエンドデバイスの大規模ネットワークを展開する場合はなおさらです。デバイスインフラのサポートやバッテリー交換にかかる費用を節約したいのであれば、電力効率が最適化されたLoRaWANネットワークサーバーを選択することが重要です。
理想的には、LoRaWANエンドデバイスは、バッテリー寿命の維持とRF環境の改善に役立つアダプティブデータレート（ADR）設定をサポートするべきです。この機能により、ネットワークサーバーは各デバイスの受信SNR（信号対雑音比）に基づいてデータレートを制御できます。
費用
LoRaWANネットワークサーバーにどれくらいの費用をかけられるかを決め、さまざまなオプションの価格を比較してください。メンテナンス、サポート、アップグレードには追加費用が発生する可能性があることに留意してください。多数のデバイスやゲートウェイがあってもネットワークサーバーのコストが妥当かどうかを確認するために、大規模な損益計算書をモデル化してみるのも良いでしょう。
拡張性
ネットワークの拡張に伴い、大量のトラフィックとデータを処理できるサーバー設計になっていることを確認してください。ネットワークのニーズに合わせて容易にスケールアップできるサーバーを探しましょう。アーキテクチャは水平スケーリングをサポートしている必要があり、これにより負荷と処理リソースの間にほぼ線形な依存関係が実現できます。したがって、制約のない、理論的には無限の成長能力を実現できます。
統合
さらに、クラウドプラットフォームやデータベースなどの他のシステムと容易に統合できるサーバーであることを確認してください。そうすることで、ネットワークを拡張する際にサーバーを変更する必要がなくなります。WebHooks、HTTP API、およびMQTT APIをサポートすることで、アプリケーションやサードパーティ製ソリューションのほとんどの部分との統合が可能になります。
セキュリティ
安全な認証、暗号化方式、アクセス制御を提供するサーバーを探しましょう。標準的なオプションには以下が含まれます。
- デバイスペイロードの128ビットAES暗号化
- HTTPのTLS終端 (NAIST) と MQTT連携
さらに、サーバーには最新のセキュリティパッチを定期的に適用してください。これらの対策を講じることで、やり取りされるメッセージを潜在的な攻撃や不正アクセスから安全に保護することができます。
サポート
最後に、IoTプロバイダーがサーバーに対して十分なサポート（ドキュメント作成、トラブルシューティング、トレーニングなど）を提供していることを確認する必要があります。提供されるサポートの質を評価するには、ユーザーレビューや口コミを参考にすると良いでしょう。新しいテクノロジーを前にして、何の解説も受けずに途方に暮れるような事態は避けたいものです。
どちらを選ぶべきか：ホスティング型かオンプレミス型か？
ベンダーホスト型LoRaWANネットワークサーバーとオンプレミス型LoRaWANネットワークサーバーのどちらが最適かは、組織の具体的なニーズによって異なります。組織がサーバーの管理と保守に必要なリソースと専門知識を有している場合は、オンプレミス型サーバーの方が適しているかもしれません。しかし、組織がサーバーの管理と保守に必要なリソースや専門知識を有していない場合は、クラウド型サーバーの方が適しているでしょう。
比較表は次のとおりです。
| ベンダー主催 | オンプレミス | |
| セットアップとメンテナンス | ベンダーが完全に管理するため、サーバーのメンテナンス、アップグレード、セキュリティパッチの適用などもすべてベンダーが行います。 | ユーザーはそれを自分で管理する必要があるため、特に技術的な知識がほとんどない、あるいは全くないユーザーにとっては困難を伴う可能性がある。 |
| 拡張性 | 拡張性に優れ、組織のニーズに合わせて成長させることができます。ベンダーがインフラストラクチャを管理するため、お客様はビジネスの他の側面に集中できます。 | ネットワークサーバーのインフラストラクチャ処理能力の拡張は、 ホスティング会社. |
| 費用 | オンプレミスサーバーよりも初期投資が少なくて済み、コストは多くの場合、サブスクリプションベースのモデルで分散されます。
例えば、 TEKTELICのエンドツーエンドソリューションを選択した場合、LoRaWANネットワークサーバーを無料で利用でき、当社の技術チームによるサポートも受けられます。 |
初期投資額が高くなる可能性があるので、 購入 サーバーのハードウェア、ソフトウェア、および関連インフラストラクチャを維持管理する。 |
| セキュリティ | 暗号化と認証プロトコルはベンダー側で管理されます。そのため、データの安全性を確保するには、信頼できるプロバイダーを見つける必要があります。 | ユーザーことができます 維持する データとセキュリティプロトコルを完全に制御できる。これは、機密データを扱う組織など、厳格なセキュリティ対策を必要とする組織にとって有益である。 VVVV |
| カスタマイズ性 | ホスティングサーバーでは、高度なカスタマイズが常に可能とは限りません。 | 組織の特定の要件に合わせて高度にカスタマイズ可能です。 |
最も人気のあるLoRaWANネットワークサーバー
- TEKTELICサーバー
KONA CORE LoRaWAN®ネットワークサーバーは、最新バージョンのLoRaWANを完全にサポートしており、ユーザーはネットワークを簡単に設定・管理できるだけでなく、リモートデバイス管理や監視といった高度な機能も利用できます。KONA COREはセキュリティも非常に高く、セキュリティが最優先される重要なアプリケーションに最適です。使いやすいインターフェースと強力な機能を備えたKONA COREは、LoRaWANネットワークのセットアップと管理を検討しているすべての方にとって最適な選択肢です。
TEKTELICはKONA ELEMENT OA&Mサーバーも提供しています。このサーバーはTEKTELICゲートウェイの設定と監視を行うために設計されています。高度な監視および管理ツールをサポートし、ゲートウェイの最高のパフォーマンスと既存のネットワークおよびシステムとの容易な統合を実現します。また、REST APIを介してサードパーティ製ソリューションと統合することも可能です。導入オプションには、クラウド環境またはオンプレミス環境へのインストールが含まれます。
最後に、ジオロケーションサーバーについて説明します。このサーバーの主な目的は、複数のゲートウェイから受信した信号到着時刻（TOA）に基づいてデバイスの位置を特定することです。豊富な機能と直感的なユーザーインターフェースを備えています。堅牢なセキュリティプロトコル、複数のユーザーアカウント、高度な分析機能を備えたジオロケーションサーバーは、位置追跡アプリケーションに最適な選択肢です。
TEKTELICのホスト型サーバーでは、以下の機能をご利用いただけます。
- セキュリティ
これには、サーバーソフトウェアの定期的なアップデート、定期的なバックアップ、およびあらゆる事故に対する自動対応が含まれます。
- 信頼性の向上
当社のサーバーは「障害分離フレームワーク」を採用しています。そのため、システムに何らかの障害が発生した場合でも、他のプロセスに影響を与えないよう、障害箇所が隔離されます。
- 拡張性
TEKTELICサーバーは水平方向に拡張可能です。
水平スケーリング これは、ネットワークサーバークラスタ内の計算ノード数を増やして、より高い負荷を処理するための容量を追加することを意味します。スケールアップにはほとんど制限がなく、システムは非常に多くのデバイスとゲートウェイを処理できます。これにより、LoRaWANネットワークサーバーはより多くの接続とより大きなデータ量を処理できるようになり、全体的なスループットが向上します。重要な点として、 TEKTELICネットワークサーバー 必要に応じて新しい計算ノードをプロビジョニングすることで、自動的にスケールアップできます。
- 統合のしやすさ
当社のクラウドサーバーは、他のネットワークと迅速かつ効率的に接続できます。例えば、KONA CORE LoRaWAN®ネットワークサーバーは、MQTTとHTTPの両方の統合機能を備えており、サードパーティ製のゲートウェイとも互換性があります。
要約
LoRaWANネットワークサーバーを使用することで、ユーザーはIoTデバイス向けに安全で信頼性の高いネットワークをより簡単に構築・管理できます。これにより、IoT環境におけるセンサーやその他のデバイス間で、長距離かつ低消費電力の通信が可能になります。
TEKTELICは、トラフィック管理、データ監視・制御、IoTシステムの迅速な立ち上げに必要なインフラストラクチャの提供など、さまざまな用途に対応する幅広いクラウドサーバーとLoRaWANネットワークサーバーを提供しています。LoRaWANテクノロジーの導入をご検討されている方は、ぜひ弊社の営業チームまでお問い合わせください。
