とことこロゴス
LPWA
IoT向けの無線通信技術の総称である。通信速度は低いが、低消費電力で、数kmから数十kmの広い範囲をカバーできる。
イマシルちゃんの解説
ガスや水道のメーター、畑のセンサーでは、少量の測定データを送りながら電池を長持ちさせたいことがあるんだ。
LPWAは、こうした機器を遠くから無線でつなぐことを重視した、IoT向けの通信技術の総称だよ。
携帯電話の網を使うセルラー系と、免許不要の周波数帯を使う非セルラー系があるよ。
通信する回数やデータ量を抑え、通信しない間は無線部を休ませるスリープなどで電力を節約するんだ。
高速で大量のデータを送るより、離れた場所の測定値を少しずつ集める使い方に向いているよ。
電池交換に行きにくい場所でも、長く観測を続けたいときに役立つんだね。
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より深い解説
定義
LPWA（Low Power Wide Area）は、低消費電力と広い範囲での接続を重視したIoT向け無線通信方式の総称である。少量の測定値を低い頻度で送る機器などに使う。数年単位の電池動作や数km以上の通信距離を目指す方式があるが、実際の寿命と距離は通信頻度、電池容量、設置環境によって変わる。通信速度も方式により数百bit/s程度からLTE-MのようにMbit/s級まで幅がある。
分類
| 分類 | 周波数 | 主な方式 | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 非セルラー系 | 免許不要で利用できる帯域。日本では920MHz帯など | LoRaWAN、Sigfox | 方式により自営網や事業者の網を使う。他の機器との干渉や送信条件を考慮する |
| セルラー系 | 携帯電話事業者の免許帯域 | LTE-M（LTE Cat.M1）、NB-IoT（LTE Cat.NB1） | 3GPPが標準化。携帯電話事業者の設備と契約に基づいて利用する |
電力を抑えるための工夫
| 工夫 | 内容 |
|---|---|
| 送るデータを小さく、回数を少なく | 送信の時間を短くして、電力を節約する |
| スリープ | 通信しない時間は、無線部を止めて休む（PSM、eDRX などの省電力機能） |
| 狭い帯域や頑健な変調方式 | 小さな信号でも受信しやすくして、長距離の通信を支える。ただし送信時間が長くなる場合もある |
主な方式の比較
| 方式 | 系統 | 特徴 |
|---|---|---|
| LoRaWAN | 非セルラー | LoRa Allianceが仕様を定める。ゲートウェイとネットワークサーバを設けた自営網でも使える |
| Sigfox | 非セルラー | 事業者の基地局を経由してクラウドへ小さなメッセージを送る。利用エリアと送信条件を確認する |
| LTE-M | セルラー | Cat.M1では最大1Mbit/s程度。移動中の通信や音声への対応は機器とサービスの条件による |
| NB-IoT | セルラー | さらに狭い帯域を使う。固定したメーターやセンサーの少量通信に向く |
利用場所と送信頻度から方式を選ぶ
広い地域へ展開する場合は、機器を置く地点がサービスエリア内か、自営のゲートウェイを設置するかを決める。全国規模の携帯電話網を利用できても、地下や建物内を含む全地点での接続を保証するものではない。
電池寿命には、送信回数だけでなく受信待受けや再送も影響する。長く休止すれば省電力になる一方、サーバからの指示を受け取れる時刻が遅くなる場合がある。必要な測定頻度、通知の遅延、電池交換の間隔を合わせて考える。日本の920MHz帯と国際的なISM用途の指定の違いは、ISMバンドの記事で説明している。