低電力ワイドエリアとWPANの違いを理解する

記事上で, 最も一般的に使用される低電力広域オプションのいくつかを確認します。, セルラー技術に焦点を当てる (狭帯域IoTとLT-M), ライセンスのない帯域幅を使用するWPANも同様です, LoRa/LoRaWAN, そしてシグフォックス. We’ll also figure out the differentiation between the technologies of LPWAN and WPAN. より高い周波数を使用する放送技術は、低周波数のラジオよりも多くのデータとより速いビットレートを送信できます. 移動範囲が低周波数ほど遠くない間、より高い周波数はより多くの電力を必要とします. 建物の中, 市街地, または他の干渉源がある領域, 範囲はさらに狭くなります. フラットの任意の周波数, オープンエリアは干渉が少ないため、市街地よりも広い範囲をカバーできます。. これらの基礎を学んだ後, we’ll also direct you on choosing the right technology for your application, 利用可能な電力を考慮して, 転送する必要があるデータ量, そしてあなたが達成したい範囲.

RFベースのモノのインターネットネットワーク

ネットワークには RF ベースの IoT デバイス通信ソリューションが多数あります. 議論のために, それらを2つのカテゴリーに分けます:

短距離技術, またはBluetoothなどのWPANテクノロジー, Wi-Fi, Z-ウェーブ, とジグビー, 距離が短い, ビットレートが高いか低いため、消費電力が高くなるか低くなる可能性があります。.
長距離, または低電力広域技術, 電力使用量が少ない, 長距離, と低ビットレート.

ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク (WPAN)

WPANテクノロジーの範囲は限られています, ただし、メッシュトポロジを使用して拡張できます. メッシュトポロジは、各デバイスが近くの他のデバイスに信号を繰り返し送信するネットワーク実装です。. 以下の内容として, you’ll find that the main use cases for WPAN are those who don’t care much on range.

Wi-Fi

Wi-Fiは2.4GHzまたは5GHzで動作可能. これらの周波数が高いため, WIFIデータレートも高くなっています. 各デバイスには 1:1 ネットワークルーターとの関係. 前に見たように, RF波の周波数が高いため、通信範囲は非常に短くなります。. 従来のWi-Fiデバイスにはより高い電力要件があります, つまり、利用可能なほとんどのデバイスは主電源から電力を供給される必要があります. Wi-Fi 6 パラメータは、IoTデバイスがWi-Fiを使用できるように、Wi-FiIoTデバイスの消費電力を削減することを目的としています. でも, there’s still a long way for devices using these new specifications to become easily accessible. WI-FIは、大量のデータを即座に転送する必要がある状況に最適です. 例えば: 4Kビデオクリップをアップロードする必要があるカメラ機器.

WI-FIソリューションは次のアプリケーションに適合します:

高いデータレート
高品質のサービス (メッセージパッシングの可能性)
低遅延

Wi-Fiソリューションは、次のアプリケーションにはあまり適していません:

デバイスとルーター間の非常に広い範囲
バッテリー駆動のデバイス

ブルートゥース

複数のBluetoothモードをサポート. モノのインターネットに最も関連するモードは、BluetoothLowPowerです。 (なりました). BLEは2.4GHzで動作します, しかし、少量のデータしか送信しません. 加えて, また、干渉に対抗するためにFHSS変調技術を使用しています. BLE Bluetooth 4 1Mbpsでのデータ転送を実装. ブルートゥース 5 最大2Mbpsになります. BLE範囲は、ノード間でメッセージを渡す方法でBluetoothMeshによって拡大できます, ただし、広範囲のエリアで接続を維持するには、大量のノードが必要です。.

BLE ソリューションは、要求の厳しいアプリケーションに最適です。:

低消費電力
高品質のサービス
低遅延
中距離にはBluetoothグリッドを使用

BLEソリューションは:

長期使用

Zigbee と Z-Wave

Zigbee それぞれ1000MHzと2.4GHzで動作します. z-waveは約900MHzで動作します. 信号は干渉の影響を受けにくく、低周波数の障害物を通過するためによりアクセスしやすくなります. 周波数が低いと、データレートが低くなります. Z-WaveとZigbeeは範囲が短いですが, ネットワークの全体的な範囲は、グリッド内の複数のデバイスで拡張できます. ZigbeeとZ-Waveは、高品質のサービスと少量のデータを必要とする低エネルギー消費のデバイスに最適です。, 例えば, 家庭の照明スイッチと温度センサー.

ZigbeeとZ-Waveが最適です:

低消費電力
高品質のサービス
低遅延
複数のデバイスの柔軟な範囲

ZigbeeとZ-Waveは:

膨大な量のデータ
長距離の

低電力ワイドエリアネットワーク (LPWAN)

LPWAN テクノロジーは、長距離および低電力ネットワークの要件を満たすことができます. ネットワークが長距離をカバーする必要がある場合, または、建物などの障害物を横断する必要があります, 次に、低電力ワイドエリアソリューションはあなたにとって素晴らしいオプションです. 低電力広域ソリューションは、認可された帯域と認可されていない帯域にわたる周波数範囲にまたがります. 次のセクションで, より人気のあるLPWANテクノロジーのいくつかについて説明します.

Cellular – the difference between LPWAN and WPAN

セルラーネットワークはライセンスされた帯域を使用します, 通常500MHzから4GHzの範囲, 5Gテクノロジーは100GHzに近い周波数を使用できますが. 最初は, セルラーネットワークは、高データレート通信のために生まれました, 例えば, 大量のデータを伝送するために、より高い周波数で実行されている音声通話. 頻度が高いほど, 距離が短いほど, そのため、現在、より長い距離を実現するための低周波IoT通信専用のセルラーネットワーク標準があります。. IoTアプリケーションで考慮すべき2つの主要なセルラー仕様があります.

どちらのテクノロジーも5Gに分類されます: 狭帯域IoT

NB-IoT, CAT-M2またはCAT-NBと呼ばれることもあります, 周波数チャネル幅が狭いセルラー通信カテゴリです. NB-IoTはどちらも、距離が長いLTE-Mよりも消費電力が少なくなります.
LTE-Mは、nB-iotよりもデータレートが高く、遅延が少ない. LTE-Mには、NB-IoTよりもデバイスのモビリティを実現できるという利点もあります。, したがって、データ送信中にデバイスが移動した場合, 別の基地局に切り替えることができます. セルラーネットワークのデータレートは、低電力ワイドエリアソリューションの中で最も高くなっています, それで, 送信できるパケットのサイズが増加しました.

セルラーソリューションの周波数は許容されます, 干渉を減らすことができます, とメッセージを送信することができます. 結果として, セルラーテクノロジーは、高品質のサービスと低遅延を提供します. ユースケースで早急な対応が必要な場合, such as shutting off a gas valve at a long distance once there’s a leak, 次に、Cellularを考慮に入れることができます.

セルラーネットワークは通常、モバイルネットワークプロバイダーに属しています. IoTソリューションにセルラーネットワークを選択する, ターゲットエリアのカバレッジに基づいて、すでに配置されているインフラストラクチャを利用できます. それにもかかわらず, セルラーIoTの仕様は比較的新しい,that’s why network providers are still setting up their systems as a support. また、ネットワークプロバイダーの対象範囲が限られていることに気付く場合があり、いずれかの仕様を選択できます。 (狭帯域IoTまたはLTE-M) 顧客にサービスを提供する. (LoRaベースのエンドデバイスには、LoRaゲートウェイとのワイヤレス信号通信用に、無線モジュールとプリントアンテナを備えたLoRaノード回路基板が装備されています。: 特定のネットワークプロバイダーによって両方が実装される可能性はほとんどありません。)

セルラーIoTの実装に適したユースケースの1つは、電気計測です:

高いデータレートとペイロード長
高品質のサービス
低遅延

SigfoxとLoRa

SigfoxとLoRaは、433MHz〜928MHzのライセンスのない帯域を使用して、低周波信号を長距離で送信します。. 私たちが見るように, これらのテクノロジーはいくつかの共通の特徴を共有しています. セルラーネットワークとは異なり, LoRaネットワークとSigfoxはスターネットワークトポロジを使用します,つまり、ブロードキャストメッセージは、特定のスコープ内の任意の基地局によって受信され、クラウドに配信されます。. これにより、デバイスが複数の基地局の外側の範囲にあるときに信号がキャプチャされる可能性が高くなります。. SigfoxとLoRaはどちらも、Cellularよりも長距離をカバーでき、使用するエネルギーも少なくて済みます。. その代わり, どちらもデータ転送速度が遅く、データと頻度に対する制限があります. メッセージごとに大量のデータを送信できます, LoRaでより頻繁に放送する, Sigfoxで最大の潜在的な範囲を取得します.

SigfoxとLoRaの共通点:

長距離の
低消費電力

シグフォックス

Sigfoxはで設立されました 2010, 最初の近代的な低電力ワイドエリアになります. Sigfoxは、862MHz〜928MHzの周波数でライセンスのない帯域を使用します, 超狭帯域変調を使用して100Hz幅のメッセージを送信します. これは、Sigfoxデバイスが特定の動作範囲でランダムチャネルで送信することを意味します, バックグラウンドノイズ干渉の可能性を減らすのに役立ちます. Sigfoxは、分析しているすべてのテクノロジーの最大範囲を達成できます, ただし、狭帯域が使用されているため、データレートが低くなります。. したがって, 少量のデータを各メッセージで送信する必要があります。 12 バイト.

Sigfoxユーザーは、デバイスからクラウドに1時間あたり6つ以下のメッセージを送信できます (上流の) クラウドからデバイスへの1日あたりのメッセージ数は4つ以下です (下流). これらの制限は、Sigfoxが1日にいくつかの単純な値を通信するだけでよい低電力アプリケーションに理想的であることを意味します.

今すぐSigfoxパブリックネットワークを登録する必要がありました. But it’s ok as, Sigfoxでは、PANテクノロジーを提供することにより、ネットワークのプライベートインスタンスを実行できます。.

Sigfox’s advantage: すべての低電力ワイドエリアオプションの最長範囲.

送信されるデータの整合性およびその他の関連要素。また、IoTプロジェクトでLoRaテクノロジーによって誘発される通信プロセスを監視します。

LoRaは、地域に基づいて433MHz〜928MHzのライセンスのない周波数帯域を使用します, 独自のCSS変調方式を使用して、狭い帯域幅で広いチャネル帯域幅にデータを配信します (125, 250 と500kHz), この上, 低ノイズレベルと妨害防止機能を確保できます. 電力を犠牲にしてより長い距離を達成するために拡散係数を変更することにより、変調方式を変更できます。. LoRaWANは、ゲートウェイとデバイス間の通信を定義するオープンスタンダードプロトコルです。.

LoRa’s range is larger than Cellular, しかし、Sigfoxよりも小さい. それにもかかわらず, it’s flexible of packet size limits, 構成が正しければ、Sigfoxよりも多くのデータを転送できます. 現在の地域とサポートするデータレートによって、LoRaメッセージの最大パッケージサイズが決まります. データレートが高いほど、周波数が高いため、範囲が短くなります。.

多くのパブリックLoRaWANネットワークプロバイダーが市場に出回っています. ただし、独自のソフトウェアとゲートウェイを使用してプライベートネットワークを設定することもできます.

ローラーにはさまざまな操作があります:

クラスA: 必要な電力は最小限です. デバイスはほとんどの時間スリープし、センサー値が変更されるとウェイクアップしてアップリンクメッセージを送信します. サーバーからメッセージを受信するためのウィンドウ (下流) 非常に限られています.
クラスB: また、非常に少ないエネルギーを必要とします. デバイスはほとんどの時間スリープしています, しかし、時間通りに目を覚まし、センサーの読み取り値が変化したときに現在の読み取り値を報告することができます. サーバーからメッセージを受信するためのウィンドウ (下流) 制限されています.
クラスC: クラスAおよびBのデバイスよりも多くの電力が必要, ただし、アップリンクをブロードキャストしない限り、デバイスは常にダウンリンクをリッスンしています。. これらのマルチクラス操作の柔軟性は、LoRaWAN によってより幅広いユースケースに対応できることを意味します。.

LoRaWANの利点:

最大パケットサイズを制御します, これはSigfoxよりも高いです.
費用対効果の高いプライベートネットワークを簡単に構築できます.
フレキシブル, 電力と遅延の要件が異なるデバイスの組み合わせは連携して機能します.

Conclusion – the difference between LPWAN and WPAN

低周波数は、高周波数よりも少ないデータを伝送しながら、より長い範囲を持ちます. Wi-FiなどのWPANテクノロジー, ブルートゥース, ZigbeeとZ-Waveは周波数が高く、長距離が短い. これらのオプションは、距離が重要なシナリオには理想的ではありません. LPWANテクノロジーは、WPANテクノロジーよりも広い範囲を実現し、低い周波数で動作することができます. 正しい低電力広域技術は、ユースケースに依存すると判断しました. NB-IoTやLTE-Mなどのセルラーテクノロジーは、セルラーカバレッジとサービスが提供されるシナリオに最適なオプションです。, 範囲が狭くなる可能性があるため、低遅延と大量のデータは電力よりも重要です. Sigfoxは、データが少なく、低消費電力で長距離に送信したい状況に適しています。. LoRaは最大限の制御を可能にします, プライベートネットワークを設定するだけで大量のデータを送信する構成可能な機能, クラスCはより低いレイテンシーをサポートします.

Norah Huang

SEO writer, IoT & Technologist Enthusiast - with a passion for exploring leading-edge IoT solution development. LoRa および LoRaWAN ソリューションの考案と提供を専門としています.