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No.R03S0233

IoT時代の次世代無線通信規格LPWAの全貌

~NB‐IoT/Cat‐M1からLoRaWAN/SIGFOX/IEEE 802.11ahまで~

出版日 2017年3月
価格
印刷+CD(PDF)特価タイプ 102,600円(税込)
CD(PDF)タイプ 91,800円(税込)
ページ数 A4判 180ページ
発行<調査・編集> (株)インプレス

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レポート内容

■概要■
 いよいよ日本でも、IoT時代に必須のLPWA(Low Power wide Area、省電力型広域無線網)サービスがスタートします。
 第4次産業革命に向けて、エネルギー、ヘルスケア、製造業、小売業からスマートシティに至るまで、M2M/IoTの取り組みが活発化しており、2020年にはセンサーや通信モジュールをはじめとするIoTデバイスの接続数は、250億~500億個にも達すると見られています。このような背景もあり、産業界では、企業のミッションクリティカル(基幹業務)向けIoTや、センサー/スマートメーター向けのマッシブ(大量)IoTで利用するネットワークのニーズが急速に高まってきています。
 前者では、多少コストがかかっても、LTEなどを使用した高信頼性や低遅延性、高可用性を重視したセルラーIoTシステムが求められています。一方、後者では、低価格で低消費電力、かつ長距離通信が可能な大量IoTシステム(LPWAシステム)が求められています。世界的にはすでに多くの国々で、LoRaWANやSIGFOXなどのLPWAが稼働し、また実証実験も行われています。
 日本では、京セラコミュニケーションシステムが2017年2月からSIGFOX、ソフトバンクが3月からLoRaWANなど、非セルラー系LPWAサービスの提供を開始する予定です。さらに、NTTドコモ、KDDI、ソフトバンクなどのモバイル通信事業者では、セルラー系LPWAの実証実験を展開しており、2017年度中にはセルラー系のLPWAサービス(NB-IoT、eMTC)も提供される予定となっています。
 本書は、大量のIoTデバイスを接続する次世代無線通信規格「LPWA」ネットワークの最新動向について、その全体像をまとめた決定版です。

-CONTENTS-

<1>台頭するIoT時代のLPWA:「低価格」「省電力」「長距離通信」の3つを同時に実現
1.LPWA:「低価格」「省電力」「長距離通信」を同時に実現するLPWA
 ・ITU-TにおけるIoTの定義
 ・LPWA登場の背景
  -業界の境界領域を越えた新しいイノベーション
  -低価格・省電力・長距離通信
2.世界のIoTデバイス数の推移とその予測
 ・『平成28(2016)年版情報通信白書』における分析
 ・GSMAにおける分野別LPWAの市場分析
 ・エリクソンによるLPWAの市場分析
  -広域IoTデバイス接続のケース
  -短距離IoTデバイス接続のケース
3.代表的なLPWA:セルラー系LPWAと非セルラー系LPWA
 ・セルラー系LPWAの動向
  -3GPPで策定された3つの規格
  -3GPPで使用される「MTC」「Cat-」という用語の解説
  -ワイヤレスIoTアドホックグループで審議
  -弱い電波でも通信できる確率を上げる技術:繰り返し送信
 ・非セルラー系LPWAの動向
  -各アライアンスやIEEEで策定された3つの規格
  -920MHz帯電子タグシステム等作業班で審議
4.IoTが与える経済的効果の例:GE/IICの試算例
 ・1%の改善でも、ヘルスケア産業は630億ドル(約7兆円)の運用コストの削減
 ・第3の波(Industrial Internet):IICの設立
5.LPWA時代におけるIoTネットワーク・プロトコルの整理
  -IoTプラットフォーム(ミドルウェア)
  -各ネットワークと各種IoTデバイスの関係
6.3GPPにおけるLPWAを包含した5G(第5世代)のロードマップ
 ・5Gの標準化:フェーズ1とフェーズ2に分けて実現
 ・LPWAもとり込む5G(第5世代)のサービスと要求条件
 ・ITU-R M.2083-0勧告における
7.WiMAX、XGPにおけるLPWAへの対応
 ・WiMAXフォーラム:R2.1AEv05/R2.2AEv03の策定
 ・XGPフォーラム:Advanced Technology(eMTC)の策定
8.IETFにLPWAN ワーキンググループ「lpwan WG」が設けられる
9.IoTに関するセキュリティと関連するセキュリティガイドライン
 ・通信機能をもつ「モノ」の増大とネットワーク化への基盤整備
 ・IoTセキュリティガイドライン ver1.0

<2>3GPPにおけるMTC、NB-IoT(セルラー系LPWA)の標準化と最新動向:IoTデバイスの接続/出荷数とLPWAの具体的事例
1.【その1】急成長するIoTデバイスの接続数と明確となってきた2 つの市場セグメント
 ・LPWAがシェア伸ばし、LTEの接続数を超える
 ・セルラー系/非セルラー系IoTデバイスの出荷数予測
  -非セルラー系IoTデバイス出荷数予測
  -セルラー系IoTデバイス出荷数予測
 ・IoT時代に明確となった2つの市場セグメント
  -ライセンス帯とアンライセンス帯
2.【その2】非セルラー系LPWA’SIGFOX/LoRa/Ingenu/IEEE 802.11ah’の事例とセルラー系LPWA’NB-IoT’の具体的なアプリケーション例
 ・各アライアンス等による非セルラー系LPWAの動向
  -SIGFOXのサービスと動向
  -LoRaWANのサービスと動向
  -米国Ingenu(アンジェヌ)のサービスと動向
  -IEEE 802.11ah:HaLow(ヘイロー)のサービスと動向
3.【その3】セルラー系LPWA:3GPPにおける「Cat-M1(eMTC)とNB-IoT」標準規格と今後の展開
 ・3GPPにおけるセルラー系IoT(セルラー系LPWA)標準化の動向
  -LTEをベースにしたCat-1、Cat-0(20MHz幅を使用)
  -LTEをベースのCat-M1、NB-IoT
  -Cat-M1は移動向け用途、NB-IoTは固定向け用途
 ・セルラー系LPWA「NB-IoT」の具体的なアプリケーションのイメージ:スマートシティで展開される大量IoTデバイスの接続例
  -スマートシティに設置される大量IoTデバイスの例
  -大量IoTサービスに対応する単一NB-IoTキャリアの例
  -1つのNB-IoTキャリアで大量IoTデバイスに対応可能
  -セルラー系LPWA:Cat-M1とNB-IoTのまとめ
  -LTEベースのLPWAモジュールのコスト
 ・セルラー系LPWAにおける4つ要求条件とその実現技術
  -低コスト化のための要件
  -低消費電力化
 ・NB-IoTを運用する場合の3 つのシナリオ
  -GSMの跡地を利用する形態
  -LTE帯域内で供用する形態
  -LTEのガードバンドを利用する形態
 ・セルラー系IoTの事例と国際的な動向
  -「NB-IoT」に準拠した世界初のデモ
  -セルラー系IoTに関する世界動向(GSA、2016年6月)
  -IoT市場の動向レポート:セルラー系LPWAか非セルラー系LPWAか
 ・3GPPにおけるセルラー系IoT仕様の今後の拡張
 ・誰がLPWAビジネスを制するのか

<3>世界のLPWAサービスの市場動向とNTTドコモ・KDDI・ソフトバンクのLPWA戦略
1.世界のLPWAサービスの市場動向:セルラー系LPWAのNB-IoTがトップ、非セルラー系IoTのSIGFOXとLoRaが競り合い
 ・世界各地のLPWAサービスの展開状況
 ・GSMAにおけるLTE-M(eMTC)とNB-IoTのタスクグループ
 ・MWC 2017で世界の通信事業者がCat-M1の展開に合意
2.NTTドコモのLPWA戦略
 ・LPWA対応IoTゲートウェイ機器の実証実験
 ・LPWAによる具体的なサービスのイメージ
 ・NTTドコモの実証実験の構成
  -自営網側
  -重要な「IoTゲートウェイ」(相互接続装置)の役割
  -4つの低カテゴリーLTE通信の実証実験の内容
  -IoTクラウドにはToami(トアミ)を使用
 ・2017年春からLoRaを、夏以降からセルラー系LPWAサービスを開始
3.KDDIのLPWA戦略
 ・全方位的にLPWAを推進
 ・KDDIが提供するクラウドやプラットフォーム(回線サービス)
  -KDDI IoTクラウド Creator
  -KDDI IoTコネクト Air(プラットフォーム)
  -LoRa PoCキットの提供
 ・実証事例①:LPWAによる「浸水監視サービス」の実証実験
 ・実証事例②:「LoRaWAN」を活用した除雪車の位置情報管理による実証実験
  -除雪車の利用効率と除雪効果の向上を目指す
  -実証実験の概要
  -主な検証内容
4.ソフトバンクのLPWA戦略
 ・2016年度中に「LoRaWAN」の提供を開始へ
  -LPWAネットワークを活用したサービス
  -国際的なエコシステムの構築
 ・千葉県・幕張エリアで「NB-IoT」を実証実験
 ・静岡県・藤枝市とソフトバンクがLPWAネットワークを活用したエコシステム型IoTプラットフォームを構築
  -実証実験の内容
  -実証実験の目的
  -システム構築/ビジネスモデルの検証
  -エコシステム型IoTプラットフォームの概要

<4>日本初の「SIGFOX」によるLPWAサービスがスタート!:KCCSがIoTに特化し年間数百円からの通信料金で実現へ
1.日本では2020年に35億個のデバイスがIoT接続へ
2.LPWAサービスを提供するKCCSとSIGFOXのプロフィール
 ・KCCSのプロフィール
 ・SIGFOXのプロフィール
3.4つの壁を突き破るSIGFOX
 ・コスト(通信料金など)の課題
 ・消費電力(省電力化)の課題
 ・導入時の課題
 ・グローバル展開の課題
4.KCCSのビジネスモデル
5.SIGFOXの実証試験:通信距離20km以上を確認
6.SIGFOXネットワークサービスとKCCSの提供範囲
 ・KCCS/SIGFOXチャネルパートナープログラム
 ・40社のパートナーが参加
7.SIGFOXネットワークの技術的な特徴
 ・LTEの10万分の1=100Hzで通信
 ・SIGFOXネットワークの特徴と工夫
  -複数回フレーム伝送/周波数ダイバーシチ
  -スペースダイバーシチ
  -狭帯域信号特性
 ・SIGFOXネットワークにおける上り/下りの通信特性
  -上り(デバイス⇒基地局)の通信
  -下り(基地局⇒デバイス)の通信
8.SIGFOXネットワークの主な適合分野と今後の展開
9.KCCSがサービス提供を開始した「SIGFOX」の概要
 ・SIGFOXのエリアカバー計画
 ・SIGFOXサービスの料金体系の例(目安)
 ・SIGFOXの導入事例
 ・検討が進められているSIGFOXの活用例

<5>日本でもサービスが開始されるLoRaWANネットワークの構成と導入事例:公開された2つの仕様「最新バージョン1.0.2」なども解説
1.非セルラーLPWAにおけるLoRaWANの位置づけ
 ・LPWAネットワークの伝送速度と通信距離の関係
 ・通信料金とサービス品質からみた「セルラーM2M」「NB-IoT」「LoRaWAN」の比較
 ・LPWAにおけるLoRaLANの位置づけ
2.国際的に普及しているLoRa/LoRaWAN 誕生の背景
 ・LoRaとLoRaWANの違い
  -LoRaは「変調方式」のこと
  -LoRaWANは「通信システム規格」のこと
 ・LoRaアライアンスのプロフィールと最新動向
 ・M2BがLoRaWANの日本規格作成へ
3.LoRaWAN(通信システム規格)仕様の最新バージョンとその特徴
 ・LoRaWANのプロトコル構成
 ・LoRaWANの物理層①:変調方式
 ・LoRaWANの物理層②:伝送速度
  -欧州(863~870MHz帯)や中国(779~787MHz)の場合
  -米国(902~928MHz)の場合
  -日本などを含むアジア-パシフィック(923MHzISMバンド)の場合
 ・LoRaWANのMAC層におけるプロトコル構成:LoRa MAC
  -3つのMAC層プロトコルの役割
  -クラスA(必須)の送受信のメカニズム
4.LoRaWANのネットワーク構成と通信の仕組み
5.LoRaWANにおける暗号化とセキュリティ
 ・ネットワークセッションキー(NwkSKey)
 ・アプリケーションセッションキー(AppSKey)
6.LoRaWANの導入事例:街灯の遠隔管理システム「inteliLIGHT」
7.LoRaWANシステムを実現する各種機器と実証例
 ・LoRaWANに対応する半導体チップ/モジュール
 ・LoRaWANシステムを実現する各種の機器

<6>920MHz帯を使用するWi-FiファミリーのLPWA規格:「IEEE 802.11ah」(Wi-Fi HaLow)標準と最新動向
1.IEEE 802.11ah:ブランド名はWi-Fi HaLow
 ・日本では920MHz帯(サブギガ帯)を使用
 ・IEEE 802.11ahのユースケース(用途)
2.IEEE 802.11ah規格のプロフィール
 ・IEEE 802.11ah規格の主な仕様
 ・IEEE 802.11ahとWi-SUNの違いと共存
 ・IEEE 802.11acの信号生成回路を有効活用
3.IEEE 802.11ah規格で使用される周波数帯
 ・802.11ahで使用する900MHz帯の状況
 ・802.11ahのチャネルバンド幅の構成
  -プライマリーチャネル
  -セカンダリーチャネル
 ・米国は最大16MHz幅、日本は最大1MHz幅のみ
  -IEEE 802.11ahのMCS(変調・符号化方式)と伝送速度
  -タイプ1チャネルとタイプ2チャネル
 ・IEEE 802.11ahの伝送速度の例
4.省電力化を重視したIEEE 802.11ah規格の特徴
  -互換性の必要がないこと
  -NDP Ackの追加
  -S1Gビーコンの追加
  -TWT機能の追加
  -新プロトコルバージョン
  -リレー(中継)機能
5.IEEE 802.11ah準拠の半導体チップや評価ボードも登場
  -Newracom:IEEE 802.11ah準拠のトランシーバ等
  -IMEC:IEEE 802.11ah評価ボード等
6.2017~2018年にIEEE 802.11ah準拠の製品

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