LoRaWAN: 長距離、低電力トラッキングのための優れた接続オプション

1. はじめに

モノのインターネット (IoT) の出現により、資産追跡に革命が起こり、リソースを効果的に監視および管理するための革新的なソリューションが提供されています。利用可能なさまざまな接続テクノロジの中でも、LoRaWAN (長距離広域ネットワーク) は、工場、港、キャンパス、駐車場、病院、さらには全国規模の追跡プロジェクトに最適な選択肢として際立っています。このホワイトペーパーでは、駐車場、工場、倉庫、家畜の追跡という観点から特に LoRaWAN の利点を探り、このような取り組みに最適な接続テクノロジである理由を説明します。

2. LoRaWANの利点

2.1 長距離カバレッジ

LoRaWAN テクノロジーは、数キロメートルに及ぶ広範囲のカバレッジ能力で知られています。これは、建物、オープンスペース、遠隔地など、広いエリアに車が分散している駐車場に特に役立ちます。長距離をカバーできるため、追跡デバイスは、場所に関係なくゲートウェイと効果的に通信できます。

Lansitec バッジトラッカー通信距離:
· ゲートウェイとトラッカーの間には、いくつかの建物と森がある SF9 まで 5 km。
· 19km @SF9。ゲートウェイは海岸沿いの30mの高さの建物にあり、トラッカーは船上にある。

ソーラー Bluetooth ゲートウェイ:
· ゲートウェイとトラッカーの間にはいくつかの建物と森があり、SF9 まで 3 km あります。

SF を 10、11、または 12 に増やすと、距離をさらに伸ばすことができます。
LoRaWANのカバレッジの詳細については、「IoTにおけるLoRaWANの範囲に影響を与える要因は何ですか？?”

長距離カバレッジ機能により、LoRaWAN は次の追跡プロジェクトに最適です。
· ディーラー駐車場での車両とキーの追跡
· 沖合漁師と作業員の追跡

2.2 低消費電力

LoRaWAN の大きな利点の 1 つは、消費電力が低いことです。LoRaWAN を使用するデバイスは、1 回の充電または 1 つの小さな非充電式バッテリーで長時間動作できます。これは、頻繁なバッテリー交換が不可能な追跡アプリケーションにとって非常に重要です。この機能により、メンテナンスコストが削減され、人員、車両、資産を中断することなく継続的に監視できます。

セルラーネットワークと比較して TX および RX 電流が低いため、バッテリー出力の要件も低減され、バッテリーオプションが増えます。

マイクロコントローラ: nRF52832
LoRa RF: SX1262
SF9
データサイズ: 9 バイト
確認メッセージ
システム平均TX電流: 110.78mA
システム平均 RX 電流: 4.97mA
総消費電力: 16.01 mC、0.00445 mAh

2.3 費用対効果

LoRaWAN は、資産追跡のための手頃なソリューションです。このテクノロジーは高価なインフラストラクチャを必要としないため、予算が限られているすべてのプロジェクトで利用できます。世界中で無料で使用できる ISM バンドを使用しているため、誰でも独自の LPWAN を構築できます。

LoRaWAN は、バッテリー交換が最小限で済む、さまざまな LoRaWAN ゲートウェイとネットワークサーバー (NS) のコストが異なる、データ転送料金が低いなど、運用コストが低いため、コスト効率がさらに向上します。一部の LoRaWAN ゲートウェイにはネットワークサーバーが組み込まれており、小規模なプロジェクトに最適です。

また、LoRa Alliance では、デバイスメーカー、NS、APP プロバイダーなど、さまざまなサプライヤーの追加オプションを見つけて、ソリューションを最適化することもできます。

2.4 ネットワークの多様性

LoRaWAN の大きな利点の 1 つは、誰でもさまざまなプロジェクト向けにオンプレミスまたはクラウドベースの LoRaWAN ネットワークを構築できることです。プライベートネットワークに加えて、ユーザーはフランス、ベルギー、オランダなどの国の既存の全国ネットワークを利用できます。これらの確立されたネットワークは、LoRaWAN 対応デバイスに包括的なカバレッジとインフラストラクチャを提供します。

より分散化されたアプローチを求める人々にとって、Helium は魅力的な代替案を提供します。Helium のネットワークは、個々のユーザーが管理するホットスポットの分散ネットワークに依存し、世界規模で動作します。この分散モデルにより、より広い範囲と高い柔軟性が実現され、世界中の IoT (モノのインターネット) アプリケーションにとって魅力的な選択肢となります。

衛星ベースの LoRaWAN 通信は、家畜、車両、コンテナを追跡する別の方法を提供します。これにはいくつかの独自の機能が含まれます。

グローバルカバレッジ: 衛星接続により、地上ネットワークインフラストラクチャが限られている遠隔地や田舎の地域でも、LoRaWAN デバイスは地球上のほぼどこからでも通信できるようになります。
スケーラビリティ: LoRaWAN 衛星ネットワークは多数のデバイスに対応できるため、大規模な IoT 展開に適しています。
コスト効率が高い: LoRaWAN 衛星ソリューションは、多くの場合、従来の衛星通信技術よりもコスト効率の高い代替手段を提供します。
信頼性： 衛星通信は、厳しい環境でも高いレベルの信頼性と回復力を提供します。

漁師の警報や追跡システムなど、少数のデバイスと簡素化されたネットワークのみが必要な場合、ユーザーは (LoRaWAN に加えて) ピアツーピア通信を使用することもできます。
LoRaWANネットワークは柔軟性があり、船員や漁師を追跡する船のように小さなものから、全国規模で追跡するものまで多岐にわたります。コンテナ, パレット、賃貸資産など。

2.5 ネットワーク容量

ほとんどの監視システムでは、レポートの頻度が数分から数時間と低いか、イベントによってトリガーされるため、ネットワーク容量は問題になりません。ただし、追跡プロジェクトでは、ユーザーは資産や人員を数秒から数分ごとに追跡する必要があります。

例1:

GNSSトラッカー: 750個
レポート間隔: 5分
データサイズ: 9 バイト
SF7、LoRaWANゲートウェイ容量率は3.6%
SF8、LoRaWANゲートウェイ容量率は7%
SF9、LoRaWANゲートウェイ容量率は14%

ネットワーク容量を最大化し、パッケージ損失を最小限に抑えるには、容量レートを 15% 未満に保つことをお勧めします。

例2:

GNSSトラッカー: 50個
レポート間隔: 15秒
データサイズ: 9 バイト
SF7、LoRaWANゲートウェイ容量率は5%
SF8、LoRaWANゲートウェイ容量率は10%
SF9、LoRaWANゲートウェイ容量率は20%

詳細なネットワーク容量評価については、弊社の「8 チャネル LoRaWAN ネットワーク容量評価」(PN: 511-00054) を参照してください。

例 1 と 2 からわかるように、LoRaWAN ネットワークの容量はゲートウェイ密度の関数です。拡散係数 (SF)、データサイズ、帯域幅によって、1 つのゲートウェイネットワークの容量が決まります。通信チャネルを追加することで、ネットワーク容量を拡張することもできます。EU868 ではアップリンクチャネルを 8 から 16 に、US915、AU915、CN470 ではアップリンクチャネルを 8 から 16 以上 (最大 64) に増やすことができます。LoRaWAN ゲートウェイを追加することでも、容量を増やすことができます。

のために Bluetoothゲートウェイ静的なセンサーやデータ通信では、適応型データレート (ADR) メカニズムの使用が不可欠です。ADR の主な目的は、LoRaWAN エンドノードのバッテリー電力を節約することです。ゲートウェイに最も近いエンドノードが最低の拡散係数を使用して送信することで、オンエア時間が最小限に抑えられ、バッテリー寿命が長くなります。より遠いセンサーは、より高い拡散係数で送信します。拡散係数が高いほど、ゲートウェイが遠くにあるデバイスに接続できるようになるため、バッテリー電力と距離の間でトレードオフが行われます。

ただし、モバイルトラッカーの場合は、LoRaWAN ゲートウェイまでのさまざまな距離を移動する際に電力を節約するために、固定データレートを使用することをお勧めします。固定データレートは、モバイルデバイス (トラッカー) の安定した通信も維持します。

2.6 ローミングとモビリティ

LoRaWAN では、エンドノードは特定のゲートウェイに接続されません。代わりに、ノードによって送信されたデータは通常、複数のゲートウェイによって受信され、中央ネットワークサーバーに転送されます。ここでメッセージは検証され、安全に APP に転送されます。インテリジェンスと複雑性は、ネットワークを管理するネットワークサーバーに転送され、受信した冗長パケットのフィルタリング、セキュリティチェックの実行、最適なゲートウェイを介した確認応答のスケジュール設定、適応型データレートの実行などを行います。ノードがモバイルまたは移動している場合、ゲートウェイからゲートウェイに制御を渡す必要はありません。これは、資産追跡アプリケーションを可能にする重要な機能です。

2.7 高いセキュリティ

セキュリティは、あらゆる追跡プロジェクトにおいて最も重要な懸念事項であり、特に機密データを扱う場合には重要です。LoRaWAN は、デバイスとゲートウェイ間で送信されるデータが安全であり、不正アクセスから保護されるように、AES-128 などの強力な暗号化標準を採用しています。この高度なセキュリティは、追跡情報の整合性と機密性を維持するために不可欠です。

2.8 ペイロードサイズ、データレート、レイテンシ

LoRaWAN は、最大アプリケーションペイロードが 11 ～ 242 バイト (周波数帯域と拡散係数によって異なります)、データレートが 255bps ～ 50kbps、遅延が通常 (RECEIVE_DELAY 設定に応じて数秒で測定される) という、汎用性の高いデータ伝送プロファイルを提供します。これらのパラメータは、すべての面で NB-IoT、CAT-M、または Cat-1 を上回るとは限りませんが、多くの追跡アプリケーションに適しています。

3. ケーススタディと実践的な実装

3.1 ディーラー駐車場の車と鍵

Lansitec B-Mobile® ソリューション Bluetooth ビーコンと Bluetooth ゲートウェイを LoRaWAN と組み合わせることで、シームレスな車とキーの追跡機能を提供します。仕組みは次のとおりです。

Bluetoothビーコンこれらの小型装置はキーに取り付けたり、バックミラーに掛けたりすることができ、その存在を継続的にアピールします。
Bluetooth ゲートウェイ: 戦略的に配置された Bluetooth ゲートウェイは、これらのビーコンが範囲内に入るとそれを検出します。その後、これらのゲートウェイは、ビーコンデータ (メジャー、マイナー、バッテリーステータス、および RSSI) を LoRaWAN ネットワーク経由で送信します。
ロラワン: 広範囲かつ低電力のトラッキングを提供します。都市部では最大 5 km、農村部では 20 km を超える範囲をカバーする LoRaWAN ゲートウェイは、広いエリアをカバーします。チャープスペクトラム拡散変調により、干渉に対する耐性が確保されます。

利点

顧客体験の向上: リアルタイムの追跡により、監査ややり取り中の顧客サービスが向上します。
Bluetoothビーコン長いバッテリー寿命: Bluetooth ビーコンは 5 年以上持続し、永続的な追跡を保証します。
ソーラー Bluetooth ゲートウェイ: Bluetooth ゲートウェイの Bluetooth 受信機能は、近くのビーコンを継続的に受信し、LoRaWAN に即座に報告することができます。消費電力が低いため、Bluetooth ゲートウェイのメンテナンスは不要です。

3.2 コンテナ追跡

ユーザーは、島、工場、倉庫間のポートに LoRaWAN ゲートウェイを導入して、シームレスな接続を提供できます。

コンテナ追跡: ランシテック LoRaWAN コンテナトラッカー島間の輸送中にリアルタイムの可視性を提供します。船上、トラック上、保管ヤード内のどこであっても、コンテナがどこにあるかを常に把握できます。
これらのトラッカーを工場や倉庫のパレット、機械、その他の資産に取り付けます。動きを監視し、ワークフローを最適化し、紛失や盗難を防止します。
マシン使用状況の監視: 機器の使用パターンを追跡します。アイドル状態の機械を特定したり、動作中の異常を検出したりします。
資産運用管理： ツール、スペアパーツ、貴重な在庫など、このトラッカーは Bluetooth を使用して資産管理を効率化し、LoRaWAN 経由で情報を転送します。

3.3 作業者の追跡

Lansitec バッジトラッカーとヘルメットセンサーは、建設現場、石油プラットフォーム、海上の風力発電所などの作業員を追跡するために使用できます。

バッジトラッカー

Lansitec バッジトラッカーは、GNSS、Bluetooth 5.0、LoRa テクノロジーに基づいて設計されています。屋内と屋外の追跡をサポートします。バッジは主に人員と資産の管理に使用されます。
内蔵の3軸アクセラレータを使用して端末の動作状態を判断できるため、バッテリーを節約し、ユーザーエクスペリエンスを向上させることができます。

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ヘルメットセンサー

Lansitec ヘルメットセンサーは、GNSS、Bluetooth5.0、LoRaWAN テクノロジーに基づいて設計されており、屋内と屋外の追跡をサポートします。
産業環境での管理を容易にするさまざまな機能をサポートしています。内蔵の 3 軸アクセラレータを使用して、端末の動作状態を判断できるため、バッテリーを節約し、ユーザーエクスペリエンスを向上させることができます。

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3.4 UWB高精度トラッキング

LoRaWAN は、UWB 高精度追跡システムでのデータ同期と送信に使用できます。LoRaWAN の低消費電力のメリットにより、20 ～ 30 m 離れた場所に配置されたアンカーは、5 年以上バッテリー駆動できます。LoRaWAN と UWB を備えたトラッカーは、距離情報を LoRaWAN ゲートウェイに転送し、サーバーで位置を計算します。
この LoRaWAN ベースの UWB 追跡ソリューションでは、アンカーとトラッカーの両方がバッテリー駆動であるため、展開時のメンテナンス作業が大幅に削減されます。

LoRaWAN ベースの UWB 追跡ソリューションに関する詳細情報が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。