【LPWA】IoT技術の要|LPWAとは何か?LPWAについて優しく事例も交えて完全解説【IoT】

LPWAはIoTにとってかなり重要なものであり、IoTを知っていく上で必ず知っておかなければならないものです。 

LPWAと言ってもLPWAの中にさらにまた別のものがあったりと、LPWAと一括りにして覚えてはいけません。

 
LPWA…?
なんかの略称かなぁ?

今ここの記事をご覧なっているあなたはきっとLPWAのことについて知らず、LPWAが何かを知るためにここにきているはずです。

 
この記事では、誰でもLPWAについて理解を深めることができる内容が書かれています

この記事では、LPWAについてLPWAの解説や事例、通信方法などを交えて解説していきます。

それでは、LPWAについて解説していきます。

LPWAとはLow Power Wide Areaの略

 

インターネット、通信
LPWAはLow Power Wide Area の略称です。
 
Low Power Wide Areaっていうのは一体何ですか?

それぞれの単語の意味は、

  • Low—低い
  • Power—力
  • Wide—広い
  • Area—範囲

つまり、省電力で広範囲をカバーするという意味になります。

したがってLPWAというのは、

省電力で広範囲をカバーする通信技術

ということになります。

カバーできる範囲が、

  • 短くて約1km
  • 長くて約数十km

を目標とされています。

LPWAの周波数帯

 

大きい、爆発

ここで言うLPWAの周波数帯とは、通信の周波数帯のことです。

一度、周波数の違いによる特徴の変化や特性を解説し、LPWAに向いている通信方法を解説します。

電波の周波数の違いによる特徴

周波数は、その電波の特徴を決める大事な要素です。

きちんと理解を深めておきましょう。

周波数の高い電波は、

  • 通信が早い
  • 大容量
  • 減衰率が高いので短い距離にしか行けない
  • 障害物に弱い

と言う特徴があります。

反対に周波数の低い電波は、

  • 通信が遅め
  • 減衰率が低く、遠くまで行くことができる
  • 障害物に強い

と言う特徴があります。

ここで皆さんに考えていただきたいのです。

僕は初めに、

省電力で広範囲をカバーする通信方法

と言いました。

そこから考えるとLPWAの電波は、周波数が低いか、高いからどちらでしょう?

正解は、周波数が低い電波です。

(これからは低周波帯と呼びます。)

理由は、

  • 減衰率が低く、遠くまで行くことができる
  • 障害物に強い

と言う点です。

しかしここで疑問が浮かんできませんか?

 
コメなぜLPWAが低周波帯でわざわざ省電力で遠くまで行ける必要があるんだう?
通信が速い方がいいんじゃないか?

そう思った方は、ここをクリックすると先に理由が確認できます。

LPWAの周波数帯別の規格

900MHz帯

  • SIGFOX
  • LoRa(LoRaWAN)
  • IM920
  • Wi-Fi HaLow
  • Wi-Sun

900MHz帯/2.1GHz帯

  • NB-IoT
  • Cat.M1
  • Cat.1

2.4GHz帯

  • RPMA

280MHz帯

  • Flexnet

LPWAが低周波帯でないといけない理由

IoT技術におけるLPWAの役割は、

  • 遠くから物を監視する
  • 遠くから物を操作する
  • 遠くのものの情報を送受信する

ことです。

事例を挙げて説明します。

LPWAの利用事例

事例、飛ぶ

駐車場の空き場所確認

大きなスーパーモール等にある駐車場があるとします。

駐車している場所に一つ一つセンサーを設置し、車の出入りを確認できるシステムがあります。

このシステムを使い、客目線で見れば、一目でどこが空いているか、どのあたりが混んでいるかがわかります。

反対に、スーパーモール等を運営している側からすれば、

  • 顧客の駐車場の使用箇所の分布
  • それによる、マネタイズや顧客へのさらなるサービスの提供

など顧客側も運営側もメリット沢山のシステムなのです。

ここにおけるLPWAの役割は、遠くからものを監視することですね。

稲作の田んぼ管理

農作業をする人の中でも稲作をする人にとって、田んぼの水の管理というのは大変重要なことです。

水が熱すぎたり冷すぎたり水位が高すぎたり低すぎたりすれば、稲の実りに影響が出てしまうかもしれません。

では、LPWAを利用したセンサーを取り付けたらどうなるでしょう?

田んぼの管理者は、その場に行くことなく田んぼの状況を知ることができます。

これによってできることは、

  • 田んぼの水の状況を得る
  • 得た情報をもとに田んぼの水を遠隔から調整する

つまり、田んぼの水の情報を知るだけでなく遠隔操作で田んぼの水を操作できるのです。

これにおけるLPWAの役割は、

  • 遠くからものを操作する
  • 遠くのものの情報を送受信する

の二つです。

LPWAは情報収集だけでなく遠隔操作にも利用できるんです。

事例からわかるLPWAが低周波帯である理由

海の近くの夜明けの灯台

IoT技術におけるLPWAの役割は、

  • 遠くからものを監視する
  • 遠くからものを操作する
  • 遠くのものの情報を送受信する

ことです。

一方、低周波帯の特徴は、

  • 通信が遅め
  • 減衰率が低く、遠くまで行くことができる
  • 障害物に強い

ことです。

LPWAの役割において、最も役に立つ低周波帯の特徴は、

  • 減衰率が低く、遠くまで行くことができる
  • 障害物に強い

この二つです。

減衰率が低く、遠くまで行くことができるのは一つの電波の発信源でより多くの地域をカバーするためですね。

 
では、障害物に強いことが役に立つ低周波帯の特徴なのは何故でしょう?

例えば、田んぼが自然に囲まれていたり電波上に森や建物があったとします。

すると、障害物に弱い電波なら田んぼまで電波が届かずに遠隔で何もできなくなってしまいます。

しかし、障害物に強い低周波帯ならそんな障害物に負けず電波を運んでくれます

したがって、低周波帯のこの2つの特徴が必要なのです。

仮に高周波帯を使用すれば、

  • 電波が届きにくく、遠くまでいけない
  • 電波が届きにくい

以上の点から、遠くから何かをすることが不可能に近くなります。

よって、LPAWは低周波帯でないといけないのです。

4G・5Gでも遠くに通信できるのは何故?

メール 直接 Wi-Fi

ここまで色々低周波帯の特徴を説明して長距離通信が可能なことを解説してきました。

ですが、私たちが普段スマホ等で使っている4G・5Gといった高周波帯の電波がなぜ遠くまで行けるのか疑問に思いませんか?

実はスマホなどの4G・5G回線というのは一度、中継機を通して遠くまで通信しているのです。

まとめると、

  • 4G・5Gは、中継機を通して中継機からさらに遠くへ電波を送る
  • LPWAは、低周波帯を利用し直接電波を送る

ということです。

LPWAの省電力性

LPWAはIoT技術の一つです。

IoTのように沢山のものをインターネットに繋ぐわけですから当然LPWAが使用されるIoTデバイスも多くなります。

また、IoTデバイスの数が多くなるとバッテリーの交換が大変な作業となり、バッテリー交換には沢山の労働力を強いられます。

したがって、LPWAにはとてつもない省電力性が求められるのです。

その一つの目安として、

単3乾電池程度で約10年間の運用

という目安があります。

LPWAにはそれほどの省電力性が求められるのです。

LPWAの欠点

LPWAの欠点は長距離通信と障害物対策を強気に出し、低周波帯を使用していることによって通信かなり速度が遅いことにあります。

参考までに、4G・5Gの通信速度を。

  • 4G—100Mbps(100,000,000,00bps)
  • 5G—10Gbps(100,000,000,000,0bps)

これに対し、LPWAの通信速度は100bps、早くて250Kbpsしかありません。

bps表記に直し先ほどの例と比べると、

  • 4G—100,000,000,00bps
  • 5G—100,000,000,0000bps
  • LPWA(速い)—250,000bps
  • LPWA(遅い)—100bps

わかりますでしょうか?

普段から、

ネット遅いなぁ〜もう!

なんて思っている人からすればLPWAの速度は遅いなんてレベルではありません。

しかし、IoTデバイス側からデータを収集することがメインの場合双方向通信が不要のため問題ないです。

ただし、クラウド側からIoTデバイスを遠隔操作したりデバイス設定変更は出来ないので注意が必要です。

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