LoRaWANとは何か、そしてどのような用途に使われるのか？

高額なデータプランなしで、建物、キャンパス、都市をまたいでバッテリー駆動デバイスを接続できるワイヤレスネットワークをお探しですか？このガイドでは、 ロラワン 仕組み、典型的なデバイスの種類、地域別の仕様、そして最適な用途について説明します。

LoRaWANとは何ですか？

「LoRaWAN」という用語 LoRaWANは、低電力広域ネットワーク（LPWAN）プロトコルとネットワークのシステムアーキテクチャを指します。LoRaWANの物理層はLoRa変調に基づいており、スマートデバイス、ゲートウェイ、エンドユーザー間の長距離通信を提供します。LoRaWANの通信範囲は最大15kmで、Wi-Fiと比較してはるかに広くなっています。さらに、 ロラワン LoRaWANは、セルラーIoT技術と比較して（遠隔地において）導入コストが経済的です。LoRaWANプロトコルは、双方向通信、エンドツーエンドのセキュリティ、モビリティといったIoT（モノのインターネット）の要件を満たしており、位置情報サービスも提供します。

LoRaWAN はどのように機能しますか?

LoRaWANはLoRa変調方式を用いて、低消費電力で小さなデータパケットを長距離にわたって送信します。 これは、星型トポロジーを採用しています。 デバイス（エンドノード） 近くのゲートウェイに送信すると、複数のゲートウェイが同じメッセージを受信する可能性があります。 ゲートウェイはIP経由でパケットをネットワークサーバーに転送し、ネットワークサーバーは重複排除、セキュリティ検証を行い、検証済みのデータを適切なアプリケーションサーバーまたはアプリケーションにルーティングします。

LoRaWANゲートウェイとは何ですか？

その LoRaWANゲートウェイ LoRaWANカバレッジを提供するために使用されるデバイスで、携帯電話ネットワークに似ており、 LoRaWAN デバイス サーバーや所有者のアプリケーションと通信するため。簡単に言えば、物理世界と仮想世界の間の橋渡し役を担います。ゲートウェイはLoRaWANデバイスからデータを受信し、それを転送します。 から アプリケーション・サーバークラウドはデータを保存し、必要に応じてアプリケーションに配信します。クラウドベースのアプリケーションから物理デバイスへの双方向通信もサポートされています。

TEKTELICは、 LoRaWAN ゲートウェイこれらは、センサーとエンドユーザーアプリケーション間の信頼性が高く、安全で、コスト効率の良い通信を提供するように設計されています。当社は、エネルギー消費を最小限に抑え、広い周波数範囲をカバーする屋内用および屋外用ゲートウェイを提供しています。たとえば、当社の KONAマイクロIoTゲートウェイ 常時接続機能と最大4時間のバッテリーバックアップを備え、建物内での通信を可能にするため、停電が頻繁に発生するものの、データの送受信を継続する必要がある地域に最適な選択肢となります。

屋外の出入り口に関しては、最も一般的な選択肢の1つは KONAマクロIoTゲートウェイ過酷な気象条件にも耐え、屋外エリアへの設置を想定して設計されています。IP-67規格に準拠し、-40℃～+60℃の温度範囲で動作するため、最も厳しい設置環境の要件も満たすことができます。KONA Macroは多数のIoTデバイスをネットワークに接続できるため、屋上やタワー上部など、通信範囲とカバレッジを最大化し、全体的な導入コストを削減できるような、要求の厳しい用途への設置が可能です。

LoRaWANセンサーとは何ですか？

LoRaWAN センサー LoRaWANプロトコルを使用してゲートウェイおよびネットワークサーバーとデータを交換するデバイスです。資産追跡、環境条件の監視、遠隔地からの各種データの収集など、LoRaWANの実装において利用されます。これらのセンサーは低消費電力で長距離通信が可能です。適応型データレート制御をサポートしているため、長距離と短距離の両方で効率的な伝送をサポートするように、動作を柔軟に構成できます。

LoRa、LoRaWAN、およびLPWAN

LoRa、LoRaWAN、およびLPWANは、低消費電力広域ネットワーク技術である。 そのアール 有効にするために使用される モノのインターネット （IoT）LoRaWANとLPWANは、長距離通信、低消費電力、コスト効率など、IoTアプリケーションに様々な利点をもたらします。同時に、LoRaWANとLPWANは多くの共通点を持つものの、レイテンシ、スループット、通信距離など、それぞれの技術は異なる性能指標を提供します。 

LORA

LoRa（長距離無線） は、低消費電力で長距離通信が可能な物理層技術であり、無線データを長距離にわたって送信するために使用されます。.  これは、使用して チャープスペクトラム拡散変調方式として、 データを送信 電波 LoRaは、堅牢な長距離リンクと屋内や地下への深い浸透性をサポートしつつ、消費電力を削減し、伝送範囲を拡大します。低データレートと長距離カバレッジを必要とするアプリケーション、例えば遠隔資産追跡やM2M（マシンツーマシン）通信などに最適です。

ロラワン

LoRaWAN (長距離広域ネットワーク) IoTアプリケーション向けの安全で拡張性の高い無線ネットワークインフラストラクチャであり、 ロラワン ネットワーク 接続されたデバイス向けに、信頼性が高く低コストな通信を提供するように設計されています。 LoRa物理層技術に基づいています。 また、ゲートウェイがエンドデバイスを中央ネットワークサーバーに接続するスター・オブ・スター型のトポロジーを採用しており、さまざまなアプリケーションのニーズに合わせて異なるデバイスクラスをサポートしています。

LPWAN

LPWAN（低電力広域ネットワーク） LPWANは、エネルギー効率が高く、長距離データ通信を実現するように設計された無線ネットワーク技術の総称です。センサーネットワークなどの低データレートアプリケーションに特化しており、低消費電力と長距離通信が求められるアプリケーションに最適です。LPWANは必ずしもLoRaと組み合わせて使用​​されるわけではありません。 それは、以下の技術のいずれかに基づいている可能性があります。  LoRaWANはその一例であり、その他にはSigfox、NB-IoT、Weightlessなどがある。.

LoRaWAN クラス

LoRaWANには、機能と消費電力プロファイルが異なる3種類のデバイスがあります。 クラスA、クラスB、クラスC. 

CLASS-A 最も経済的なのは、このクラスのデバイスです。このクラスのデバイスはバッテリー駆動で数年間使用できます。これは、デバイスがプログラムされたスケジュールに従ってデータを送信する間と、送信直後にネットワークとの通信を可能にするための短い時間だけ動作するためです。それ以外の時間は、デバイスはスリープモード、つまり省電力モードになっています。 

それは、予定外の エンドデバイスのみによって開始される通信であり、アップリンク送信後に2つの短い受信ウィンドウ（Rx1とRx2）が含まれます。これらの受信ウィンドウの間、ネットワークはデバイスにダウンリンクを送信できます。これは、アップリンク送信終了後に迅速な通信が必要なアプリケーションにとって理想的な機能です。 

CLASS-B クラスBは、指定されたダウンリンクpingスロット中にデバイスがダウンリンク送信ウィンドウをスケジュールできるようにすることで、クラスAを拡張する通信モードです。これにより、アプリケーションはデバイスからの送信メッセージを待つことなく、これらの指定されたスロット中に制御メッセージを送信できます。クラスBデバイスは、ゲートウェイからこれらのダウンリンクメッセージを受信する前に、ネットワークとのタイミング同期を達成している必要があります。 

クラスBデバイスは、タイミングが正しく設定されると、ピングスロット中に受信モードに入り、ネットワークからのダウンリンク通信を確実に受信できるようにします。そのため、クラスBは前身のクラスAよりもはるかに低いレイテンシを実現しています。これは、クラスCのように受信機に常に電源を供給する場合と比べて、バッテリーの消費電力を削減できるモードです。 

CLASS-C これは、ゲートウェイからデバイスとの通信をほぼいつでも可能にするエンドデバイスモードです。クラスAやクラスBの同等品よりも多くの電力を必要としますが、アプリケーションからエンドデバイスにデータを送信する際の遅延は最小限に抑えられます。 

要するに： クラスA → バッテリー寿命が最も長く、ダウンリンク遅延が最も高い。クラスB → ダウンリンクウィンドウがスケジュールされ、遅延が予測可能。クラスC → 遅延が最も低く、消費電力が最も高い（アクチュエータに最適）。デバイスをどれだけ迅速に制御する必要があるか、またバッテリー駆動時間がどれほど必要かに基づいて、クラスを選択してください。

LoRaWANのユースケース

LoRaWANは広く利用されています スマートビル, 農業, 医療分野、 石油・ガス産業, iまた、 スマートシティ、 ロジスティクス、 (NAIST) と 産業用IoTアプリケーションその他多数. 現在、最も一般的で規模の大きいLPWAN導入事例は以下のとおりです。

1. 水道、ガス、電気のメーター設置。

2. 資産および人員の追跡、利用状況、安全性。

3. 施設および不動産の管理。

4. 主に予防保全、コスト削減、効率向上を目的とした様々な産業用途。

5. さまざまなスマートシティには、街路照明、駐車場、ゴミ収集、重要インフラの監視、環境などが含まれます。

TEKTELICは各業界向けに多様な製品を取り揃えており、数々の成功事例があります。 プロジェクト(実績作品).

スマートビル

スマートビルディング向けに、 温度と湿度モニター COMFORTと呼ばれるこのセンサーは、室内環境を監視するためのオールインワンデバイスです。光、振動、温度、湿度を測定し、漏水、ドアや窓の開閉状態を検知します。

TEKTELICは、英国を代表する建設・再生グループの1つにCOMFORTを提​​供しました。 オフィス環境に注意を払う そして、健康的な職場環境を提供します。COMFORTセンサーのおかげで、建物管理者は抱えていた換気の問題を解決し、屋内の最適な気候条件を維持することができました。

屋内環境モニタリング用に提供しているもう1つのデバイスは 空気質センサー BREEZEこれは、二酸化炭素濃度、温度、湿度をリアルタイムで監視するように設計されています。住宅や商業ビルはもちろん、学校、大学、図書館などの公共施設にも役立ちます。LoRaWANインフラストラクチャと完全に統合されており、貴社が既に構築しているセンサーネットワークに追加できます。

スマート農業

スマート農業は、私たちが関心を持っているもう一つの分野であり、 クローバー (NAIST) と KIWI土壌水分センサー 市場に投入されました。両センサーは土壌水分、温度、周囲の温度と湿度を監視し、光を検出できます。バッテリー寿命は最大10年なので、頻繁なバッテリー交換や充電は不要です。センサーを設置するだけで、最大10年間、最新の測定値が得られます。CLOVERとKIWIの唯一の違いは、設置方法です。CLOVERは地表に直接取り付けられますが、KIWIは高所に設置でき、外部プローブを使用して木や木の棒に取り付けることができます。  

当社のKIWIセンサーは既にその有効性を証明しており、 ラ・サピエンツァ植物園 ローマで、そして ブルックハウスファーム ブロムヤードにて。 どちらのケースにおいても、当社のセンサーは灌漑スケジュールの問題を解決するのに役立ち、植物の健康維持に必要なデータを提供するとともに、広大な庭園や農場における環境モニタリングを支援しました。センサーの最大の利点は、他のほとんどの機器にはない無線接続機能と長いバッテリー寿命です。

健康

医療分野では、LoRaWANは患者、医療機器、その他の健康関連データのモニタリングと追跡に利用されています。LoRaWANを導入することで、医療従事者は患者データをリアルタイムで追跡し、患者の状態変化に迅速に対応し、情報に基づいた意思決定を行うことができます。また、手作業によるデータ収集に伴うコスト削減、患者モニタリングの向上、そして治療成績の改善にも貢献します。

TEKTELICは既にヘルスケア分野の急速な発展に気づいており、ウェアラブル健康モニタリングデバイスを市場に提供してきました。まず、当社の eDOCTORデバイス心拍数、体温、呼吸数、胸郭拡張度、体位などのバイタルサインを測定するように設計されており、咳やくしゃみの検出機能なども備えています。このデバイスは使いやすく、セットアップも簡単で、スマートフォンやコンピューターでリアルタイムにデータを監視・分析できます。

TEKTELICが提供するその他の健康モニタリングデバイスは、 eBEATアームバンドeBEATを使用すれば、医療従事者は患者の心拍数、体温、血中酸素濃度を追跡できます。長持ちするバッテリーと洗練されたデザインを備えたeBEATは、遠隔医療や日中の患者の遠隔モニタリングに最適なデバイスです。

産業用

石油・ガス業界では、LoRaWANはパイプライン、掘削装置、その他の遠隔設備を監視・管理するために活用できます。LoRaWANを導入することで、企業は石油・ガスの生産量を監視し、潜在的な漏洩や汚染を検知し、安全性と業界規制への準拠を確保できます。また、この技術は、予期せぬ事態や問題が発生した場合にも、企業が迅速かつ正確に検知し対応するのに役立ちます。

TEKTELICは ORCA産業用GPS資産追跡装置これは、輸送中や倉庫内の資産を追跡するために使用できます。LoRaWAN、GPS、BLE技術を搭載しているため、屋内と屋外の両方で資産の位置データを送信できるという点で、他に類を見ないデバイスです。動作温度範囲は-40℃から+70℃までと幅広く、最も過酷な環境にも適しています。

最も一般的なLoRaWANセンサー

最も一般的なLoRaWANセンサーは以下のとおりです。

• 環境センサー
• モーションセンサー
• 位置情報トラッカー

これらのセンサーは、環境条件の監視、占有状況の確認、資産の追跡など、さまざまな用途に使用できます。

環境センサー 〜に慣れる モニター 環境の 温度 と湿度これらはオフィス、住宅、その他の屋内空間で一般的に使用されています。TEKTELIC社を挙げることができます。 VIVID (NAIST) と COMFORT これらのタイプのセンサーとしてs両センサーは、屋内の湿度、温度、動きを監視し、建物内の環境を最適化するように設計されています。無線で設定変更が可能で、カスタムアプリケーション、動作、しきい値、レポートなどを設定できるため、さまざまなスマートホームおよびオフィス向けIoTアプリケーションに対応できます。 

モーションセンサーこれにより、建物内の特定エリアの占有状況を追跡し、資産管理にも役立ちます。モーションセンサーを使用すれば、組織内の人や物の動きを追跡し、人の流れをより効果的に管理できます。さらに、モーションセンサーを会議室予約システムに接続することで、会議の計画と管理を効率化できます。 VIVID PIRレンズと様々なマスキングオプションのおかげで、効果的なモーションセンサーの1つでもあります。さらに、接続することもできます。 TEMPOディスプレイタブレット 会議室の利用状況や会議のステータスをリアルタイムで確認できます。TEMPOはMicrosoft OutlookやGoogleカレンダーと同期できるため、追加のソフトウェアは必要ありません。

位置情報トラッカー 移動中の資産を追跡するために必要です。また、危険区域内の職場全体で従業員の位置を特定するためにも使用できます。位置特定装置は通常小型で、追加の取り付け機器を必要とせずに資産に簡単に取り付けられます。たとえば、TEKTELIC SEAL は、屋内および屋外での人員追跡用に設計された、コンパクトで洗練されたデザインのウェアラブルLoRaWAN/GPSトラッカーです。最大12ヶ月という長いバッテリー寿命を備えているため、あらゆる企業にとって費用対効果の高い投資となります。

LoRaWANの代替案

LoRaWAN®は最も広く採用されているLPWAN規格の一つですが、低消費電力IoTデバイスを接続するための唯一の選択肢ではありません。用途によっては、Sigfox、NB-IoT、Mioty、Wi-Fi、あるいは従来のセルラーネットワークといった他の無線技術も検討対象となります。それぞれに長所と短所があります。

スマートホームやビルディングオートメーションで広く使われている人気のメッシュネットワークプロトコルであるZigbeeについても言及する価値がある。Zigbeeはエネルギー効率が高く低コストだが、 短距離通信（数十メートル）LoRaWANとは異なり、Zigbeeは高密度のメッシュネットワーク構築が必要で、広大な屋外エリアや都市全体をカバーすることはできません。スマート照明、空調設備、家電製品などの屋内用途ではZigbeeは十分に機能しますが、キャンパスや都市全体にまたがる長距離のバッテリー駆動センサーには、通常LoRaWANの方が適しています。

LoRaWANの利点は何ですか？

LoRaWANの実装は、 ノードのバッテリー寿命、ネットワーク容量、サービス品質、セキュリティ、 そして、ネットワークに役立つさまざまなプログラム。

スマートなエネルギー消費

LoRaWANノードは、送信準備が整ったデータがあるときに情報を交換します。このタイプのプロトコルは一般的にアロハ方式と呼ばれています。一方、セルラーネットワークや同期ネットワークでは、ノードはネットワークと同期してメッセージを確認するために「起動」する必要がある場合が多くあります。この同期にはかなりの電力が消費され、バッテリー寿命を縮める最大の要因となっています。

ネットワーク容量

既存の多くのネットワークは「メッシュ」ネットワークアーキテクチャを採用しています。メッシュLPWANネットワークでは、個々のエンドノードが他のノードからの情報を転送することで、ネットワークの通信範囲とセルサイズを拡大します。しかし、これにより通信範囲は拡大するものの、ノードが他のノードから無関係な情報を転送・受信するため、複雑さが増し、容量が減少し、バッテリー寿命も短くなります。 そのため、長距離の星の構造は ロラワン 長距離接続が可能な場合にデバイスのバッテリー寿命を維持するため、またゲートウェイやネットワークが数百万ものメッセージを高い拡張性でサポートできるようにするために、最も理にかなっています。

サービスの質とセキュリティ

LoRaWANでは、ノードは特定のゲートウェイに接続されません。代わりに、ノードから送信されたデータは通常、複数のゲートウェイで受信され、中央ネットワークサーバーに転送されます。そこでメッセージが検証され、安全にアプリケーションに転送されます。 

ネットワークを管理するネットワークサーバーには、高度なインテリジェンスと複雑な処理能力が引き継がれ、受信した冗長なパケットのフィルタリング、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応答のスケジュール設定、適応型データレートの適用などを行います。ノードがモバイルまたは移動中の場合、ゲートウェイ間で制御を渡す必要がないため、資産追跡アプリケーションにとって重要な機能となります。

LoRaWANの仕様

その ロラワン 仕様は、システムが展開される国固有の規制に基づいて地域ごとに異なります。最初に規定されたのは in 2015年1月 LoRa Allianceによる。 TEKTELICは、 LoRaWAN製品 そして、ヨーロッパと北米に特化したソリューション、 として スポンサーメンバーLoRa Allianceのer.  また、一部の製品は既にアジアおよび中東の一部の国でサポートされています。 

ヨーロッパ向けLoRaWAN

LoRaWANは、863～870MHz帯の周波数帯域に基づいたEU向けの地域チャネルプランを定めています。この周波数帯域では、送信デューティサイクルが1%未満という制限を遵守する限り、14dBmの送信電力で免許不要の運用が可能です。

北米向け LoRaWAN

北米のISMバンドは902～928MHzです。LoRaWANは、902.3MHz～914.9MHzの範囲で64個の125kHz帯域幅のチャネルと、903MHz～914.2MHzの範囲で8個の500kHz帯域幅のチャネルをアップリンクチャネルとして設定します。ダウンリンクチャネルも500kHz帯域幅で、923MHz～928MHzの範囲です。北米では、50を超えるチャネルで周波数ホッピングデバイスとして動作する場合、最大送信電力は30dBm未満に制限されますが、他の規制では、より少ないチャネル数でホッピングする場合、20dBmの低電力レベルでの動作が許可されています。FCCによると、デューティサイクルの制限はありませんが、メッセージあたりの最大送信時間は400ミリ秒です。

安全ですか？

はい、 LoRaWANは設計段階からセキュリティが確保されています。アプリケーションペイロードにはAES-128キーとエンドツーエンド暗号化が使用されます。接続時には、デバイスはネットワークの整合性を確保するためのNwkSKeyと、アプリケーションレベルの機密性を確保するためのAppSKeyという2つの128ビットセッションキーを取得します。

LoRaWANの制限事項

LoRaWANには多くの利点があるものの、導入前に考慮すべきいくつかの制約事項も存在する。

まず、 LoRaWANは、あらゆる場所をカバーするわけではありません。 セルラーネットワークとは異なり、展開したいのは一般的です ロラワン ネットワークカバレッジのないエリアでは、幸いなことに、 ロラワン ネットワーク事業者があなたの関心のあるエリアにカバレッジを拡大したり、展開したり、 操作する 独自のエンタープライズ ネットワーク。一部の地域では、 シングスネットワーク 公共の場として利用できる ロラワン プライベートエンタープライズ環境を構築する代わりに、別の選択肢として検討する。

第二に、 モバイルデバイスを必要とするアプリケーションは、デバイスが移動するエリア全体をカバーするネットワーク接続が必要です。そのため、近隣のネットワーク事業者とのローミング契約を締結する必要が生じる場合があります。デバイスは、運用を希望するネットワークの範囲よりも広いエリアを移動する可能性があるため、このような場合には近隣のネットワーク事業者との連携が非常に有効です。  

第三に、LoRaWANはデータレートに制限がある。これは50kbps未満です。そのため、ストリーミングビデオやオーディオなど、より高いデータレートを必要とするアプリケーションには適していません。 

速いですか？

LoRaWANは特に高速ではありませんが、低消費電力で長距離通信が可能で、データレートも低めに抑えられるように設計されています。データレートは0.3kbpsから50kbpsまで、通信距離は最大15km（10マイル）です。そのため、測定値やレポートの送信には適していますが、動画や画像の送信には向いていません。

同時に、LoRaWANプロトコルを選択する際に、すべての制約事項を念頭に置き、そして最も重要なこととして、導入目的を明確にすれば、上記に挙げたLoRaWANテクノロジーのすべての利点を享受できるでしょう。

要約

その LoRaWANネットワーク 距離、高エネルギー消費、高トラフィック、またはカバレッジ不足などの理由で他のネットワークが使用できない場所で機能します。エンジニアリングサービスがケーブルを敷設できない場合、LoRaWANアンテナも登場します。この規格は、最小限のエネルギー消費で少量の情報を長距離にわたって送信するデバイスを接続するように設計されています（これはセンサーの価格にプラスの影響を与えます）。 標準規格のオープン性、ネットワーク機器の長寿命、高いエネルギー効率、規制上の障壁の不在、ソリューションの柔軟性により、 ロラワン 長距離・低消費電力のIoT展開において最も広く採用されている技術の一つ.

そのため、スマート環境を構築するためのIoTインフラストラクチャやデバイス向けの信頼性の高いネットワークをお探しの場合は、LoRaWAN接続を検討してください。LoRaWANテクノロジーの詳細については、お気軽にお問い合わせください。 当社の営業チームにご連絡ください.