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事例から見るLPWAと実装の現場〜SORACOMプラットフォームの活用方法〜
LPWA勉強会 #4
Nov. 16, 2017@パシフィコ横浜
株式会社ソラコム
テクノロジー・エバンジェリスト
松下 享平
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目次
SORACOMご紹介
• IoT無線通信を支える仕組み
LPWA概説
• 無線通信における位置づけ
• 適用範囲
LoRaWAN解説
• LoRaとLoRaWAN
• システム構成と通信の種類
LoRaWAN商用サービス~SORACOM Air for LoRaWAN~
• ソリューション
• 事例紹介
LoRa Alliance Open House #9
• LoRaWAN v1.1
IoTに最適な無線通信とは?
• セルラー / LPWA
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自己紹介
松下 享平 (まつした こうへい) “max”
• 静岡県民
• 前職: 東証二部ハードウェア・メーカーでIoT事業のコーディネート
• 2017年3月より「テクノロジー・エバンジェリスト」
• 好きなソラコムサービス
• SORACOM Air メタデータサービス
• SORACOM Funnel
• SORACOM Air for LoRaWAN
• Facebook, Twitter: ma2shita
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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45名
事業概要 IoT/M2M向けの通信プラットフォームの提供
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アプリケーションネットワークセンサー/デバイス
“モノ”
IoTの基本要素とネットワークの課題
有線LAN、無線LAN場所・配線の制約、事前設定、人が介在する前提3G/LTEの通信は便利人向けプラン、割高の通信費、長期固定契約
暗号化、認証デバイス単価の高騰通信の管理運用などのビジネスプランに影響
接続方法 セキュリティ通信の管理
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2015年9月30日発表1日10円〜、モノ向け通信サービス
SORACOM Air for セルラー
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SIMスロットにSORACOM Air SIM※スマートフォン、タブレットなど
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専用線
インターネット
SORACOM Air ― 無線通信サービス
キャリアの交換局
お客様
① SIMを購入してモノに挿す
Webコンソール②Webからコントロール
③APIでコントロール
API
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8000以上のお客様がSORACOMを利用
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インターネットモノ 基地局 データセンター
ISPパケット交換帯域制御顧客管理課金・・・
セルラー基地局 + AWSクラウド
仮想的な通信設備を実現
SORACOMが実現したこと
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IoT通信プラットフォーム SORACOM
SORACOMのグローバルなインフラ
120以上の国・地域で利用可能
IoT向けデータ通信
SORACOM AirCellular (2G, 3G, LTE) / LPWA (LoRaWAN, Sigfox)
データ通信
ネットワーク
アプリケーション
インターフェースライブラリ & SDKs
CLI, Ruby, Swift
Web インターフェース
User Console
データ転送支援SORACOM
Beam
クラウドアダプタSORACOM
Funnel
データ収集・蓄積
SORACOMHarvest
プライベート接続SORACOM
Canal
デバイスLANSORACOM
Gate
専用線接続SORACOM
Direct
仮想専用線SORACOM
Door
API
Web API, Sandbox
認証サービスSORACOM
Endorse
デバイス管理SORACOM Inventory
透過型トラフィック処理
SORACOMJunction
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SORACOMはあらゆる無線とクラウドをセキュアにつなぐ
セルラー
Sigfox インターネット
プライベートクラウドDC
AWS, Azure, GCPパートナークラウド
LoRaWAN
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IoTの基本要素
アプリケーションネットワークセンサー/デバイス
“モノ”
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通信技術マップ
センサー素子 マイコン ゲートウェイ
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
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LPWA
LPWA = Low Power Wide Area network• 低消費電力
• kmレンジの長距離通信
• 安価な通信モジュール
• 低速度
LoRaトランシーバーSX1276
セルラーモデムUC20
参考: 発光ダイオード(LED)
消費電流 20~30 mA※送信時
500 mA※通信時
20 mA
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LoRaWANとは?
センサー素子 マイコン ゲートウェイ
クラウドアプリケーションモノ
I2C
SPI
UART
1-wire
接点
近距離無線通信~1km
中・長距離無線通信
ネットワーク
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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
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
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LoRaWANの通信
https://blog.surf.nl/en/lora-the-internet-of-things/
通信距離
通信時間/消費電力通信速度
長/多
短/少
290bps530970
SF121110987
10864 km
日本国内(ARIB規定内)SF = 7 ~ 10 で運用速
遅
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データ送信は3種類
Class Usage 特徴
A全デバイスサポートの基本Class• 1 Uplinkに対して、特定時間軸でDownlinkを受信• バッテリ駆動を想定
Latencyは大きいが、消費電力低
Bビーコン送信Class• Class Aに加えて、Network主導のDownlink送信が可能
唯一のDownlinkトリガオプション
C• デバイスは受信スロットを常に解放• 常時給電デバイス駆動を想定
Latencyは小さいが、消費電力大
ClassA・ClassB・ClassCの順番にLoRaデバイスが開放する受信用の無線Slot間隔は広がっていく(開放時間が短いほど省電力)
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LoRaWAN Class A (主に利用するClass)
デバイスから上りのデータを受信した後のみNetworkは下りのデータを送信デバイスはデータ送信後、一定時間だけ受信装置(Rx1 or RX2)をOpenすることで消費電流を抑制
Rx1 Rx2
RxDelay1RxDelay2
GW以降
Device
Tx
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SORACOM Air for LoRaWAN
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2017年2月 / LoRaWAN商用サービス開始
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全国十数か所にて実証実験を実施
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LoRaWANにおける標準的なシステム構成
LoRaWANデバイス
LoRaWANゲートウェイ
LoRaWANネットワークサーバ
ユーザ自身のアプリケーション
ユーザが全て準備・構築する必要がある
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SORACOM Air for LoRaWAN利用時のシステム構成
SORACOMが提供
SORACOM Harvest(データ蓄積・可視化サービス)
ユーザ自身のアプリケーション
LoRaWANゲートウェイLoRaWAN
デバイス
ユーザが準備ユーザが準備
AWS, Azure, GCPなどのメガ・クラウドサービス
SORACOM Beam(データ転送・プロトコル変換サービス)
HTTP REST等
SORACOM Funnel(クラウドアダプタサービス)
接続先クラウドに合わせたAPIへの変換
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SORACOMコンソールで注文可能
MultiTechMultiConnect® mDot™
株式会社BraveridgeBVMLRS923N52S
株式会社GISupplyLT-100
LoRaWANデバイス
SORACOMコンソールで注文可能
Arduino UNO R3向けLoRaWANシールド AL-050
SORACOMコンソールで注文可能
STマイクロエレクトロニクスSTM32L0 Discovery kit LoRa (B-L072Z-LRWAN1)
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LoRaWANゲートウェイ
LoRaインドアゲートウェイAL-020
• AS923対応• 8ch対応• 3G USBドングル(AK-050)• 技術適合取得済
• AS923対応• 16CH対応• 3G<E Module搭載• Geolocation対応• PoE給電対応• IP66対応• 技術適合取得済
LoRaアウトドアゲートウェイ仏Kerlink社Wirnet iBTS Compact 923
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SORACOMのLoRaWANソリューション
LoRaWANデバイス
LoRaWANゲートウェイ LoRaWAN
ネットワークサーバ
アプリケーションデータ転送支援SORACOM Beam
クラウドアダプタSORACOM Funnel
データ蓄積・可視化SORACOM Harvest
バイナリパーサー機能
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SORACOM Beam ― データ転送支援SORACOM Funnel ― クラウドアダプタ
本来デバイスに実装するべき接続先設定や暗号化等をSORACOMへオフロード(負荷を移動)
オンプレシステムA
クラウドシステムB
インターネット
LoRaWAN & セルラーによるセキュア通信区間
LPWAデバイスから「送信」
SORACOM BeamやFunnel上に• 接続設定 (認証情報や接続先)• 暗号化 / プロトコル変換を保管
SORACOM Beam
SORACOM Funnel
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SORACOM Harvest ― データ収集・蓄積
サーバをセットアップすることなくデータ収集・蓄積・可視化を行えるサービス
SORACOM HarvestSORACOM Harvest上にデータが蓄積
LPWAデバイスから「送信」
• SORACOM Web コンソールで可視化• APIで蓄積済みデータの取得
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LPWAペイロードサイズ
LoRaWAN Sigfox
ペイロードサイズ(1送信)
11 ~ 242 byte 12 byte
どのように利用するのか?
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ペイロード設計の手法と課題
項目 取りうる値
センサーID 0 ~ 3
物体までの距離 (cm) 0 ~ 30
[2,19]
6 byte
JSON(テキスト)
0x920213MessagePack
3 byte
独自フォーマット
1 byte
• クラウド側で扱いやすい• デバイスでの生成コストが高い
• クラウド・デバイス双方でそこそこ扱いやすい
• 徹底した削減までとはいかない
• デバイスでの生成コストが低い• クラウドでの扱いが極めて困難
7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bit
0 ~ 30(幅的には31まで)
0~3(幅的には7まで)
0
1
2
3
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:%E7%A7%8B%E8%91%89%E5%8E%9F%E3%83%80%E3%82%A4%E3%83%93%E3%83%AB%E9%A7%90%E8%BB%8A%E5%A0%B4.jpg
複数の超音波測距センサーで自動車の有り無しを検出
要件
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バイナリパーサー機能
バイナリデータ送信
1. データをパース2. データ処理(デコード、四則演算)
SORACOM Platform
SORACOM Beam/Funnel/Harvest
カスタムフォーマットを追加して送信
LPWAデバイス
オリジナルデータ(JSON)
カスタムデータ(JSON)
010010100…
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バイナリパーサー機能
クラウド側
データ展開の手間軽減
{"distance": 19,"sensor_id": 2
}
7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0bit
0byte0 ~ 31
(e.g. 物体までの距離)0~7
(e.g. センサーID)
BIN 1 0 0 1 1 0 1 0
DEC 19 2
HEX 9 A
distance:0:uint:5:7 sensor_id:0:uint:3:2
デバイス側
ペイロード節約、CPU負荷低減
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SORACOMのLoRaWANソリューション
LoRaWANデバイス
LoRaWANゲートウェイ LoRaWAN
ネットワークサーバ
アプリケーションデータ転送支援SORACOM Beam
クラウドアダプタSORACOM Funnel
データ蓄積・可視化SORACOM Harvest
★
SORACOM Air for LoRaWAN
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実証実験: ファームノート様
牧場(約2km)をカバー!
牛の動線管理にLoRaWAN
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搾乳舎
放牧地
LoRaWANゲートウェイ
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搾乳舎
放牧地
LoRaWANゲートウェイ個体毎の移動距離
日陰を好む個体↕
牧草地の中心にいる個体
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実証実験: 九州通信ネットワーク様 (QTNet)
橋梁監視センサーにLoRaWAN
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分散型多目的市民ダム
あまみずタンクに取り付けたeTape
3つのeTapeからの水位を10分ごとにLoRa Shiled経由で送信
Harvesting から取り出したデータ
福岡工業大学 森山聡之熊本高専 森下功啓崇城大学 和泉信生
あまみず社会研究会;上水道下水道対応のスマートウオータだけでなく都市の水循環や洪水抑止を目指す
あめにわ憩いセンター@樋井川.福岡市
共有GW利用例:福岡工業大学様
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トライアスロン地点環境計測KYOSO様 × STNet様
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お客様事例: インベスターズクラウド様
騒音・温湿度・照度などの物件周辺環境データをLoRaWANを利用して取得データ活用による家賃相場や土地価格との関連性を検証・分析
SORACOM Air for LoRaWAN とSORACOM Beamを利用してAWS上の分析基盤へデータを転送
(協力パートナー:ウフル様)
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LoRa Alliance Open House #9in 中国/蘇州
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#LoRa Alliance
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#9 Summary
•LoRa Alliance加入が500社超に
•100ヵ国超で実証実験が進行中、52の事業者がPublicに運用開始
•中国ではCLAA(China LoRa Application Alliance)が設立され、800社超が参加する巨大なLoRa市場が拡大中
•LoRaWAN Spec v1.1、 バックエンド仕様リリースされ、Class B及びNS間Roamingが本格運用可能に
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Technical Committee
LoRaWAN v1.1
Regional Parameters v1.1revA
Backend interface v1.0• セキュリティ強化
• root keyの新規規定、セッション鍵やIntegrity鍵の多様化
• JOIN関連仕様の大幅見直し• JOINEUIの新規規定、
JOIN Server(JS)の正式規定
• 7つのMAC commandを追加• Class B仕様がFIX• 異NS間のローミング仕様
https://www.lora-alliance.org/lorawan-for-developers
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中国市場向けLoRaWANデバイス
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通信技術マップ
センサー素子 マイコン ゲートウェイ
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
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IoTに最適な無線通信とは?
通信距離通信方向
(1 or 2way)通信頻度 モビリティ
データ量クラウド
連携消費電力 IPの有無
どの要素を重要視するか実際の(想定)ユースケースから
最もマッチする方式を選択するべき
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LPWA & 遠距離無線通信
http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1709/19/news004.html
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登録先のアカウントで利用開始&管理が可能に!
SORACOMコンソール“発注”
Amazon.co.jp等
2. 登録
SORACOMコンソールアカウントhttps://console.soracom.io
アカウント作成 (最初の1回のみ)
SORACOMを始めるまで
1. 入手
モダンブラウザ メールアドレス クレジットカード
※請求書払いもOK
※PC推奨ですがタブレット等もOK※古いブラウザは未サポート
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SORACOMの願い
クラウド ⇒ 多くのビジネス、Webサービス
SORACOM ⇒ 多くのIoTビジネス、システム
たくさんのIoTプレイヤーが生まれますように
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世界中のヒトとモノをつなげ共鳴する社会へ