IoT 時代における省電力長距離無線通信(LPWA)の選び方とLoRaWAN や Sigfox の活用方法

IoT 時代における省電力長距離無線通信
(LPWA)の選び方と
LoRaWAN や Sigfox の活用方法
佐世保情報産業プラザ
Nov. 27, 2019 / 佐世保情報産業プラザ
株式会社ソラコム

• 名前：松井基勝 (moto)
• 所属：株式会社ソラコム
プリンシパルエンジニア兼
デベロッパーアドボケイト
• 経歴：ゲーム開発→インフラエンジニア
→クラウドエンジニア→IoTエンジニア
•
著書(共著)：

今日お話する事
1. IoT はすでに商用で多く利用されています
2. そもそも「IoT」とは何を実現するのか？
3. LPWA の種類や目的
4. IoT 向け無線通信の選び方
5. SORACOM の LPWA ソリューション
6. IoT 開発、はじめの一歩の踏み出し方

株式会社ソラコム概要
商号株式会社ソラコム / SORACOM, INC.
代表取締役社長玉川憲
本社東京都世田谷区玉川四丁目5番6号尾嶋ビル3階
社員数約65名
事業概要 IoT/M2M向けの通信プラットフォームの提供

2015年9月30日発表
IoT 向けプラットフォーム
SORACOM

2017年2月
LoRaWAN 商用サービス開始

2017年7月
Sigfox 商用サービス開始
ソラコムが KCCS のパートナーに
IoT 通信プラットフォーム「SORACOM」が
省電力広域通信技術 Sigfox に対応

2017年8月
株式会社ソラコムが KDDI グループの一員に

2018年7月
※ サービス開始は同年9月
2018年7月
LTE-M 商用サービス発表

あらゆる現場をつなげる SORACOM のデータ通信
IoT 向けデータ通信
SORACOM Air
セルラー LPWA
2G / 3G / LTE LTE-M LoRaWANSigfox
どこでもつながる
• 場所や配線の制約からの解放
• 事前設定の不要化
適用可能なシーンの拡大
IoT 向けの料金体系
• 1回線からご利用可能
• オンラインで開始・終了
スモールスタートを支援

15000以上のお客様、100万を超える IoT 回線

クラウドネットワーク
センサー/デバイス
“モノ”
「IoT」とは？
モノやコトをデジタル化

お客様事例：トーア紡コーポレーション様
工場のPLCから電力使用量を
取得しクラウドへ送信
工場内ダッシュボードとスマホ
で見える化
現場主導の省エネ対策を実現
工場の電力使用量を
オンデマンドで見える化
協力パートナー: 株式会社KYOSO / IoTサービス「IoT.Kyoto」

お客様事例：室町ケミカル様
エンドユーザ管理であった水質
管理を自社サービスとして提供
し、ユーザの顧客満足度を向上。
今後もその他自社製品への展開
によりブランド力向上を目指す。
カートリッジ式純水機に
IoTシステムを加える
ことでビジネスを変革
協力パートナー：システムフォレスト様

お客様事例：ふくや様
SORACOM Harvest や
SORACOM Lagoon で
サーバの準備なくデータの
可視化・通知を実現
専用機器で毎日明太子の
消費量を送信、
なくなる前に自動でお届け
※福岡限定でサービス開始
協力パートナー：メカトラックス

視えていなかった “コト” を
視えるように
視えた “コト” を
集めて活かす
• 電力の使用量
• カートリッジの状況
• 明太子の残量
• 確認業務の削減
 労働力の代替
• 交換管理のサービス化
 既存ビジネスの強化
• 注文の自動化、最適化
 新たな顧客価値
IoT は「ビジネス変革」を実現

視えていなかった “コト” を
視えるように
視えた “コト” を
集めて活かす
• 電力の使用量
• カートリッジの状況
• 明太子の残量
• 確認業務の削減
 労働力の代替
• 交換管理のサービス化
 既存ビジネスの強化
• 注文の自動化、最適化
 新たな顧客価値
SORACOM は IoT の「つなぐ」を簡単に
IoT 向け通信クラウド連携
セキュリティ
閉域網

LPWA
Low Power Wide Area Network

IoT を取り巻く通信の進化
Wi-Fi
PAN
BLE, ZigBee, Wi-SUN
LPWA
LoRaWAN, SigFox
Cat. M1, NB-IoT
通信距離10m 30m 1km 10km
消費電流
100mA
20mA
通信速度
100bps
1kbps
1Mbps
10Mbps
450Mbps
NFC
RFID
5G
セルラー
3G, LTE(4G)

センサーマイコン基地局
クラウド
アプリケーション
モノネットワーク
I2C
SPI
UART
1-wire
接点
近距離
(無線)通信
~ 1km
中・長距離無線通信バス
通信ゲートウェイ
アクセスポイント
4-20mA
センシング
対象

LPWA 分類
LPWA
ライセンス
系
(セルラー系)
LTE Cat.M1
(LTE-M)
LTE Cat.NB1
(NB-IoT)
アンライセンス
系
LoRaWAN Sigfox
その他
サブギガ帯
通信

https://www.ericsson.com/research-blog/cellular-iot-alphabet-soup/ を再構成
LTE Cat.1 LTE Cat.M1
(LTE-M)
LTE Cat.NB1
(NB-IoT)
策定時期 Release 8
(2009年3月)
Release 13
(2016年3月)
最大スループット(上り/下り) 5Mbps / 10Mbps 1Mbps / 1Mbps 26Kbps / 21Kbps
通信モード全二重全二重 / 半二重半二重
モビリティ性能移動体通信移動体通信定点通信
レイテンシ 5 ミリ秒以下 10 ~ 15 ミリ秒 1.4 ~ 10 秒
省電力技術 DRX PSM, eDRX PSM, eDRX
カバレッジ拡張（通信品質向上）従来の LTE 準拠 Repetition Repetition
セルラー系 LPWA

LTE-M (Cat. M1) とは
携帯キャリアの運営するセルラーネットワークを用い
たLPWA規格の1つ。
既存のLTE基地局をベースに全国エリアをカバーしてい
るため、広域で省電力なセルラー通信を実現可能。
Cat. M1
LTE-M

お客様事例: 鈴与商事様
ストレスフリーな見守り
サービス。鈴与グループ
関連施設・家族向けに
フィールドテストを開始
LEDとSIMを一体化し
た点灯がわかる電球
HelloLight
協力パートナー：ハローライト株式会社

アンライセンス系共通特徴 (1/2)
• 920MHz 帯による km レンジの長距離通信
• 安価な通信モジュール
• 低速度 / 低消費電力
消費電流を抑止しつつも長距離通信が可能
(LoRa)
LoRaトランシーバー
SX1276
(3G)
セルラーモデム
UC20
(Wi-Fi)
Wi-Fi モジュール
ESP-WROOM-02
《参考》
発光ダイオード (LED)
消費電流 20~30mA
※送信時
~500mA
※通信時
140mA
※通信時
20mA

アンライセンス系共通特徴 (2/2)
ペイロードサイズ
• 11 ~ 12 bytes/回
• 送信間隔制限や送信回数の制限あり
• LoRaWAN: 最大 4.4秒の送信間隔
• Sigfox: 140回/日の回数制限あり
下り通信 (Cloud to Device) 実装
• デバイス起点通信に対する応答で実現
• LoRaWAN, Sigfox 共に利用可能

お客様事例：大林組様/パナソニック様
SST敷地内(学生寮/アピタ)
の複数箇所にセンサユニッ
トを設置し計測
横浜市綱島SSTでの
環境センシング実証
実験にSORACOM Air
for LoRaWAN

お客様事例：日本瓦斯様
複数の通信規格や、複数の通信
キャリアの回線に対応した柔軟
性の高い情報通信技術の確立に
よる新たなビジネスの創出
NCUを自社開発し、
“世界初”
「LPG託送サービス」を開始

ニチガスが日本で85万台のガスメーターをSORACOMとUnaBizで接続
Sigfox CONNECT 2019 (Nov. 20, 2019 / Singapore)
https://twitter.com/KCCS_IoT/status/1197047398717018112?s=20

LoRaWAN と Sigfox は何が違うのか？
インフラ構築必要不要
運用形態パブリック・キャリアモデル
セルフ・プライベートモデル
パブリック・キャリアモデル
事業者間ローミングありあり
モジュール価格安価 (<10 USD) 非常に安価 (<5 USD)
ユースケース・プライベートユース
・屋内ソリューション
（オフィス、工場など）
・ネットワークからのページング
（設定変更など）
・Nation Wideの広域ユース
（動態管理など）
・グローバルサービス展開
（日本⇔海外）
技術的差分無し。ビジネス・インフラ展開の仕方に特徴

参考：LoRaWAN / Sigfox 以外の
アンライセンス系 (920MHz 帯) LPWA
ELTRES
ソニーセミコンダクタソリューションズ社(日本)開発
GNSS 時刻同期を用いた変復調技術で広域・高速移動カバレッジ
運営形態は Sigfox に類似 (法人向けに試験サービスイン中)
Wi-Fi HaLow
Wi-Fi アライアンス策定で規格としては「IEEE802.11ah」
現在の Wi-Fi とは異なる ISM バンドを利用、カバレッジは現 Wi-Fi の 10 倍、伝送速度は他の LPWAN の 10倍
運営形態は現在の Wi-Fi と類似 (アクセスポイントなどを自前で設置)
ZETA
ZiFiSense 社(英国)開発、日本国内ではテクサー社(京都)が主導
Mote と呼ばれる中継器でメッシュ的にカバレッジ拡張 (アクセスポイント: 230 千円中継器: 18 千円)
運営形態は LoRaWAN に類似 (バックホール回線は別途用意)
https://zeta-alliance.org/contents/wp-content/uploads/2018/12/1102_TC.pdf
https://www.sony-semicon.co.jp/products_ja/eltres/index.html
https://www.wi-fi.org/ja/discover-wi-fi/wi-fi-halow

参考: LoRa と LoRaWAN の違い
• LoRa は変調方式 (データ⇔電波への変換方式)
• LoRaWAN は MAC レイヤー (L2) まで含めた仕様
• 変調方式の “LoRa” のみを利用し、L2 よりも上位層を独自実装する手法もあり
→ “独自 LoRa” や “変調 LoRa” と呼ばれ、 LoRaWAN とは異なる
“LoRa” とのみ書かれた場合は、文脈から判断する必要がある
LoRaWANでは Ethernetでは Wi-Fi(無線LAN)では
レイヤー7
アプリケーション層
<ユーザ実装>
HTTP等
レイヤー3/4/5/6
ネットワーク・トランスポート層
TCP/IP, TLS
レイヤー2
データリンク層
LoRaWAN
[下位層のLoRaを含む]
Ethernet 802.11 (無線LAN)
レイヤー1
物理層
LoRa(変調方式)
[国や地域によって
利用可能な周波数が違う]
10Base-T ODFM

セルラーアンライセンス
数十Byte ～
MByte/GByte
11～242Byteデータ量
常時・高頻度通信数～数十回/日通信頻度
給電あり
電池交換前提
電池駆動
数カ月～数年駆動
消費電力

IoT 向け無線通信の
選択基準

選択基準は３つ
電力
通信速度
10100101001010
通信可能なエリア
(カバレッジ)
電力と通信速度の
バランス
💰
構築／運用コストと
収益のバランス

通信可能なエリア (カバレッジ)
• アクセスポイント1つ当たりの見込み収容数と、
アクセスポイントで処理可能な同時通信可能数
• 安定的な通信を維持するための
アクセスポイントの数、費用

通信距離が長いとアクセスポイントあたりの
収容数も増える
アクセスポイント１台当たりの
同時通信可能数 (チャネル数) に注意
通信可能な範囲内でも、同時通
信可能数を満たすためにアクセ
スポイント増設が必要となる
ケースがある
例) 920MHz帯 LPWA アクセスポイントの
同時通信可能数は 8 ~ 16 が大半

アクセスポイントも「壊れる」
アクセスポイントの故障は
通信障害に直結

アクセスポイントも「壊れる」
アクセスポイントの故障は
通信障害に直結
安定した通信の確保には複数の
アクセスポイントの敷設で解決
可能
→ アクセスポイントの費用増へ

エッジ・コンピューティングによる LPWA 活用
マイコン
AI
動画など
カメラ
動画など
クラウド
データ量が
見合わない
エッジで判定
結果のみを
送信
取り付けセンサーやエッジコンピューティング自体の
消費電力が高ければ省電力通信のメリットが薄まる
→ デバイス全体で省電力化を目論む

IoT 向け無線通信のコンポーネントと運営主体
エンド
デバイスアクセスポイントコアネットワーク
ユーザ
LTE 基地局 (eNodeB)
LoRaWAN ゲートウェイ
Sigfox 基地局
PAN ルータ, ホップ先ノード
S-GW / P-GW
LoRaWAN ネットワークサーバ
Sigfox クラウド
セルラー事業者事業者事業者
Sigfox 事業者 ※1 事業者事業者
LoRaWAN 事業者, 自営事業者, 自営事業者, 自営
近距離無線自営自営不要
バックホール
※1 Sigfox 基地局レンタルして自営も可能
通信範囲の
確保
連携開発
調達・敷設
有線 (ISP)
LTE 等の他の無線
衛星回線
“事業者 / 自営” とは
誰が運用責任を持つのか？
+ 可用性(安定運用)の確保

構築／運用コストと収益のバランス
エンド
デバイス
ユーザ
S-GW / P-GW
LoRaWAN ネットワークサーバ
Sigfox クラウド
セルラー事業者事業者事業者
Sigfox 事業者 ※1 事業者事業者
LoRaWAN 事業者, 自営事業者, 自営事業者, 自営
近距離無線 ※2 自営自営不要
バックホール
敷設(初期)/維持(ランニング)
費用
収入＜
コアネットワーク
有線 (ISP)
LTE 等の他の無線
衛星回線
アクセスポイント
LTE 基地局 (eNodeB)
LoRaWAN ゲートウェイ
Sigfox 基地局
PAN ルータ, ホップ先ノード
※1 Sigfox 基地局レンタルして自営も可能

SORACOM の
LPWA ソリューション

1デバイス、1回線から
始められる
あらゆる無線とクラウドを
「かんたんに」つなげる
LPWA システム構築における
SORACOM 利用のメリット

SORACOM で今すぐ利用可能な LPWA デバイス
Sigfox Shield for Arduino 接点入力 I/F 搭載
オプテックス社
ドライコンタクトコンバーター
7種センサー搭載 Sigfoxデバイス
Sens’it
LoRa Arduino 開発シールド
AL-050
Arm Coretex-M0+ 搭載
LoRa 開発ボード
ST マイクロエレクトロニクス社
B-L072Z-LRWAN1
LoRa/GPS トラッカー
GISupply 社
LT-100

マイコン搭載プロトタイピングボード
Wio LTE M1/NB1(BG96)
BG96 開発ボードキット
BG96-TE-A
製品組み込み向け BG96
BG96 Mini PCIe
製品組み込み向け BG96
BG96 (LGA Pkg)
LTE-M
LTE-M
LTE-M
LTE-M

3つのボタンアクションとクラウドをつなぐ
SORACOM LTE-M Button
for Enterprise
LTE-M
ボタンアクションと接点 I/F をクラウド連携
Plus
AWS IoT 1-Click 公式ボタン型デバイス
powered by AWS
LTE-M
LTE-M

Sigfox の標準的システム構成
Sigfox が提供
Sigfox の可視化
Sigfox クラウド
API
WebHook ユーザ自身の
Sigfox 基地局Sigfoxデバイス
利用者が準備利用者が準備
API
API コール
プログラム

LoRaWAN の標準的システム構成
LoRaWAN
デバイス
LoRaWAN
ゲートウェイ
LoRaWAN
ネットワークサーバ
ユーザ自身の
利用者が準備

SORACOMは
あらゆる無線とクラウドをセキュアにつなぐ
LoRaWAN
ゲートウェイ
LoRaWAN
デバイス
SORACOM 利用者利用者ネットワーク
オペレーター
クラウドアダプタ
SORACOM Funnel
データ転送支援
SORACOM Beam
クラウドファンクション
SORACOM Funk
セルラー基地局セルラー
デバイス
Sigfox
デバイス
Sigfox 基地局
データ収集・蓄積
SORACOM Harvest
ダッシュボード作成・共有
SORACOM Lagoon

LoRa デバイス管理
LoRa ゲートウェイ管理
Sigfox デバイス管理
複数の通信をユーザコンソールで一括で管理
SIM (LTE-M 含む) デバイス管理

API で大量デバイス管理も容易に

SORACOM Air バイナリパーサー機能
SORACOM Beam
クラウドリソースアダプタ
SORACOM Funnel
SORACOM Harvest Data
IoT 向けデータ通信サービス
SORACOM Air
バイナリパーサー機能
1. データをパース
2. データ処理
（デコード、四則演算）
カスタムフォーマットを
付与して送信
{
"battery": 54,
"latitude": 35.652748,
"longitude": 139.750827
}
バイナリデータを送信
0x1A2B...
クラウドで処理しやすい
フォーマット (JSON) へ
データサイズを削減
SORACOM Funk

IoT 開発のフェーズ毎における課題と
SORACOM プラットフォーム
デバイスからのデータを
より簡単に可視化する方法は？
技術・ビジネス検証をするために
素早く使える仕組みが欲しい
AI / ビッグデータ等の
高度なソリューションを活用したい
PoC / スモールスタート
サービスイン
SORACOM Harvest ファミリー
ダッシュボード作成・共有
SORACOM Lagoon
SORACOM Funnel
SORACOM Beam
SORACOM Funk

IoT 開発の
はじめの一歩

トライアスロン地点環境計測
KYOSO様 × STNet様

温湿度・UV LoRaWANデバイス価格(円)
Arduino UNO R3 3600
LoRaシールド 8000
Grove ベースシールド 1100
Grove UV センサー 1270
Grove デジタル温湿度センサー 720
Grove RGBバックライト液晶モジュール 1760
計 16450
水温 LoRaWANデバイス価格(円)
Arduino UNO R3 3600
LoRaシールド 8000
1-wire 水温センサー 1500
計 13100
LoRaWAN デバイス費用
※電源はモバイルバッテリーを流用 (3000円程度)

「プロトタイプ」
デモ目的や新技術の
検証、量産前での問題点の洗い出しのために
仮組みされたもの
― Apr. 6, 2018 / https://ja.wikipedia.org/wiki/プロトタイプ ※一部改変
目的
手段
作らない。利用する
早く実現したい
費用を抑えたい

「接点」の活用
接点入力 I/F → Sigfox ネットワークへ
オプテックス社
ドライコンタクトコンバーター

「接点」の活用
ボタン、マグネットスイッチ
• 呼び鈴、ドアの開閉
防犯センサー
• 人感、通過検知、ガラス破壊
防災センサー
• 熱、けむり、ガス漏れ、水位
PLC
• マイコンによる 0/1 出力判定

LTE-M ＋乾電池＋３つのボタンアクション
「どこでもボタン」を実現
３つのボタンアクション
• シングル
• ダブル
• ロング
＋簡易位置測位機能
※ for Enterprise, Plus のみ

クラウドネットワーク
センサー/デバイス
“モノ”
中継器
アクセスポイント等
ネット回線
いきなりつながる
ネットワーク: LTE-M
セキュリティ: セルラー + eSIM (チップ型 SIM)
クラウド連携: SORACOM サービス

お客様事例：旭鉄工/ iSTC様
SORACOM LTE-M
Button利用で、設置すれ
ばすぐ利用開始可能
機械の停止理由の登録
と分析、現場作業員へ
の呼び出しを実現

お客様事例：オージス総研様
データセンター内のオ
ペレーター在籍管理に
SORACOM Button
協力パートナー：オプテックス株式会社
人感センサで在室状況を
可視化、加えてオペレー
ターが離席時/トラブル時
をボタンで通知

SORACOM LTE-M Button シリーズ
活用シーン
ボタンのアクションと
独自アプリケーション開発を
迅速に行いたい
既存設備やセンサーと
独自アプリケーションの連携を
容易に実現したい
SORACOM
LTE-M Button
for Enterprise Plus
ボタンアクション
《全モデル共通》
シングル、ダブル、ロングの３アクション
外部 I/F ―
接点 (無電圧)
シングル、ダブル、ロング
※ Open/Closeの間隔で制御
連携サービス
データ転送サービス
SORACOM Beam
SORACOM Funnel
SORACOM Funk
SORACOM Harvest Data

お客様事例：総合せき損センター様
外部スイッチの信号を連
携し、家族や介護者の電
話/LINEに連絡。通信内
蔵で設置後すぐ利用可。
在宅患者の連絡ツール
としてSORACOM
LTE-M Button
協力パートナー：株式会社 E&I
独立行政法人
労働者健康安全機構
トクソー技研ホッペタッチスイッチT E&I 引き抜きピンチセンサー

お客様事例：丸三商事・アロット様
灯油/軽油/重油配送効
率化にSORACOM
LTE-M Button
液面スイッチから接点経
由で信号を送信。顧客先
の石油タンクの残量を把
握し石油を配送。

IoT 取り組みの公式
利用頻度 × 対象数 = 効果
検証段階；
利用から得られるデータ活用や運用の知見
→ 重点は「利用頻度」
事業化段階；
“効果” の最大化を目的とした横への展開
→ 重点は「対象数」
対象数が１つでも
毎日使うものであれば
成果はすぐ出る

百聞は一見に如かず
やってみること

Developer コミュニティ
SORACOM User Group Japan
東京、関西、九州、宮城、山形、東海、信州、四国、広島、岡山、札幌
農業活用コミュニティ、E-SIM (Enterprise SORACOM Innovation Meister)
SORACOM UG Explorer 2018
Sep. 17, 2018 / Nagatacho GRID
※ 2019年10月現在

2/18 (火) 10:00 ~ 大崎ブライトコアホール
https://www.technology-camp.soracom.jp/
IoT テクノロジーを学ぶ 1Day カンファレンス
IoT システムアーキテクチャのライブレビュー、IoT デバイスの選び方、セキュリティ対策方法、双方向通信の方法
IoT システムの構築に必要となる実用的な内容を幅広く網羅

公式ガイドブック
SORACOM プラットフォーム
SORACOM 全 13 サービスの網羅
デバイス～クラウドまでの具体的な実装例
SORACOM の歴史や開発スタイルまでを完全収録
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共鳴する社会へ

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