Mbed のウェビナーの LoRa, LoRaWAN や LPWA 記事が良かったので抜粋翻訳（その１）

（本稿は急遽 [Mbed Advent Calendar 2017](https://qiita.com/advent-calendar/2017/mbed) で未完のまま公開し、後悔してた。2018-02に全面書直し）
　→ [続編（その２）](https://qiita.com/nikosun/items/9d3053f3fcabb987b77f)を先に見てから、こちら（その１）を見ても良いかも

![Screen-Shot-2018-02-23-at-1.43.38-compressor.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/48672/f1c29aa2-9125-98bb-5e22-14a26fd0b2f4.png)
補足：連名で Jan Jongboom／Arm と Johan Stokking／The Things Industries 署名になっている

## プロローグ
Arm Mbed エバンジェリスト、[Jan Jongboom](https://os.mbed.com/users/janjongboom/) 氏の解説や記事が素晴らしかったので、抜粋＆翻訳。
2017年末、アドベントのため急いで書いたが、やはりご本人のOKを貰ってからと考え直し、中途半端のまま。その後メールをやり取りし快諾頂いたので、ほぼ全面書き直し公開。
日頃から IoT 向けの技術について、日本語は元より英語の記事や資料などチェックしています。
Arm Mbed の、というより LoRa, LoraWAN, LPWA のプレゼン資料や解説がとても良いと感じた。

＊ なお日本語の逐語全翻訳をする主旨ではありません。詳しくはオリジナルも併せご参照ください。
＊ LoRaとLoRaWANは同じ技術に基づくが、2つは異なる。LoRaは“WANを外した略称”ではない。

### この抜粋翻訳しようと思った動機
ところで、Jan 氏はとても明快なキャラクターの人物という印象です。（個人的な好感度）
大手企業の発表などで、よく玉虫色の当たり障りのない表現で、何が言いたいのかモヤモヤするパターン、あったりしますね。（どことは申し上げませんが ← 玉虫色な表現）

彼は解説も回答も具体的かつ的確。説明に必要なら特定のメーカーのモジュールの品番まで挙げ、具体的な商社の販売価格まで言及して比較するとか、なんかスーッとした。
ありがちな「その件の仕様や価格などにつきましては各メーカー及び商社等にお問い合わせ…」にしない。

この清々しさというか、ストレートさに好感を持った。普段ならあまり翻訳作業に興味は無いのですが、そんな訳でこれを情報共有しようと思いました。
なお、独自に知見の範囲で日本向け補足とか、内容は緩急つけています（Jan氏にもそう伝えてあります）

## えぇぇ Mbed ですが、何か？

Arm のメール登録者には Webinar（Web+Seminar）があるよ！必見だよ！と、何度も告知が来ていた、このウェビナー。その、見逃すな！的緊迫感？から、これは生放送を逃したら、その後は非公開でもう見られないのでは？と、時間通り少し緊張して集合。
→ 後日、[録画も公開された（要登録）](https://pages.arm.com/Webinar-OnDemand-Getting-started-with-LoRa.html) ので、この記事が書けるのだが。
ちなみにLiveと録画を比べるなら、放送中にチャットで直接質問/会話できるか、の違いと言っていいと思う。したがって当日２回あった放送は、解説や質疑応答など若干異なる（２回とも視聴した）

なお、保存録画の視聴は登録が必要で、かつ英語放送なので、本稿では日本語での参考用になればと。
録画も資料もMbedブログで公開され、紹介してOKと、Jan氏に快諾いただいた。

以下のブログのQ＆Aは、その後時おりアップデートもされているようだ（確認時2017-01-17更新）

### Mbed ブログについて

ちなみに同じ名称で「Mbed blog」というものは現在2つある（…なぜ？）
ググるとすぐ両方出てくるが、違うほうでLoRaを検索してしまうと見つからず（少しハマった注意）
 ・その１： https://os.mbed.com/blog/ 　← ★記事はこちらを検索
 ・その２： https://blog.mbed.com/

## Mbed のウェビナー…なぜか LoRa の多めなコミット

この数年すっかり IoT がバズワード。
「ネット接続したモノ」のインターネット迄、いわゆる “ラスト1マイル” の接続について注目して来た。
みんなで IoT! IoT! と言ってるほどには、2017年末現在、さほどネットに繋がったモノにも世間で一般的にもなってない。きっと多くの方もそう感じているのでは？
誰でも使えそうな一般向けサービスを作る上では、それこそが一番のキモ。
ニュースや展示会など、なるべくチェックしているが（個人的見解だが）どうもLoRa来そうだな…と。

そう感じていたら、先日 Arm の中のヒト、[Jan Jongboom](https://os.mbed.com/users/janjongboom/) 氏がウェビナーで、時間を使って LoRa や LoRaWAN の話をしていたので、おぉっ！と反応したわけです。
まぁ確かにMbedに関するウェビナーではあるけど、LoRa/LoRaWAN と、そのインフラ構築をオープンに進めている「[The Things Network（= TTN）](https://www.thethingsnetwork.org)」についての解説がメインだった印象。途中で、あ、これ Mbed の話だったな？と改めて思い出したくらい。

個人的に LoRa に具体的にふれたのは、2年前の品川での Arm Symposia 2016 でのこと。STマイクロエレクトロニクスさんのブースで、フランス訛りの英語を話すエンジニアから LoRaWAN のデモと解説をしてもらった。

その時のSTMicorさんのデモに近い動画は以下；
→ Youtube - [IoT Asia LoRaWAN demo | Real-time data stream](https://youtu.be/a0ChL2QM7jA)
→ Youtube - [Real-time GPS tracking with LoRaWAN in Budapest](https://youtu.be/UshxpEP0OtA)
会場の「東京コンファレンスセンター品川」をGoogleサテライトで現在地GPSココね、というデモもあった。

この時点よりしばらく前から、Mbed のサイトにLoRaの開発ボードはあったので、存在は知っていた。Arm のイベントで実物を見せてもらい、きっと今後はこれが広まって来そうと実感した次第。

さて、前置きはこのくらいで、それではいよいよ本題に。

## Mbed と The Things Network による LoRa 開発 ── 併せて Q&A

元記事のブログ → [Getting started with LoRa using Mbed and The Things Network - Q&A](https://os.mbed.com/blog/entry/Getting-started-LoRa-Mbed-Things-Network/)
Mbedを使ったLoRaの開発と、The Things Network（TTN）のQ&A

2017-11-29に同日2回、合計700名が視聴したウェビナー。見逃した人は録画とスライドをどうぞ。
→ [録画](https://pages.arm.com/Webinar-OnDemand-Getting-started-with-LoRa.html)（OnDemand-Getting started with LoRa 〜登録が必要で放送は英語のみ）
→ [スライド](https://www.slideshare.net/janjongboom/getting-started-with-lora-using-arm-mbed-and-the-things-network)（これだけでも結構な量になるのと注釈も付けたいので別記事の予定）

（ハードウェアエンジニア向けオンリーでなく、周辺技術に詳しくない方のため専門語などに適宜加筆）
ではまず、ブログにHTMLで文字表現された部分の主なものを注釈・補足付きで。

## Hardware／ハードウェア
#### ▶︎ 開発ボードは？
 ・ [L-TEK（会社）](https://l-tek.si/web-shop/)
 ・ [Multi-Tech mDot EVK](https://os.mbed.com/platforms/MTS-mDot-F411/)
 ・ [Multi-Tech xDot](https://os.mbed.com/platforms/MTS-xDot-L151CC/)
あるいは
 ・ [Mbed OS 5 互換の開発ボード](https://os.mbed.com/platforms/) ＋ [SX1276](https://developer.mbed.org/components/SX1276MB1xAS/) の組合せ

（補足１：日本では技適の件がまとわり付くので、上記よりも限定される。なお、2018春現在日本でMbedで開発出来るボードは [STMicro製 B-L072Z-LRWAN1](http://www.st.com/ja/evaluation-tools/b-l072z-lrwan1.html)（無線部分は[村田製作所の技適モジュール](https://www.murata.com/ja-jp/products/lpwa/lora#lora3)を搭載）]のみ。Mbed以外の他製品もあるが、専用開発ソフトやツールをインストールしてああしてこうして…と面倒になるはず。もっともSTMicro製ボードも、開発進めると、専用 ST-Link で〜という流れになりそうな感がするが）
（補足２：本文中のSX1272を外したのは日本のISMバンド（工業・産業用の周波数帯）に合わず使えないため）

オリジナル記事のL-TEKのボードは、現在Arm Mbedのサイトに登録あり
→ [L-Tek FF1705](https://os.mbed.com/platforms/L-TEK-FF1705/)（技適なし／執筆時）
　なお L-TEK FF1705 は**オープンソース・ハードウェアデザイン**だ（素晴らしい！）
詳しくは [GitHub-Mbed HDK](https://github.com/ARMmbed/mbed-HDK/tree/master/Production%20Design%20Projects/ARM-mbed/mbedXdotShield) を参照

#### ▶︎ 開発用のモジュールとゲートウェイの大体の価格は？
 ・ モジュール（MCU + LoRa radio）： 11 USD / 数100個購入時
 ・ モジュール（LoRa radio チップのみ） ：  3.90 USD / 3,000個購入時

 ・ ゲートウェイ：100 USD - 2,500 USD と幅広い
　＞ [IMST iC880A concentrator board](https://wireless-solutions.de/products/radiomodules/ic880a.html)：140 USD / Raspberry Pi と組合せで

（補足１：親子に例えるなら、モジュール＋センサでデータを収集するエンドノード子機、それら複数の子機のデータを集約してネットに送信するのがゲートウェイ親機、という風に考えると分かりやすい）
（補足２：ゲートウェイはボードの他に防水ケース・GPS・電話回線など追加すれば価格は上がる）

#### ▶︎ Mbed ライブラリは OTA（Over The Air） アクティベーション対応か？
開発ベンダーに係わらず、OTA対応。セキュリティのためにもOTAの方をお勧め。

（補足１：ABPとOTAのアクティベーションの違いは[この記事がわかりやすい](https://blog.soracom.jp/blog/2017/03/13/bootcamp-lorawan/)と思う）
（補足２：OTAで電波によるファームアップデート可能！バラ撒いたセンサーモジュールを、1つずつセキュリティ・アップデートするとか現実的で無い。このArmのデモ → 次の記事で紹介）

#### ▶︎ Semtech以外の開発ベンダーからも製品出てくる？
特許ライセンスが [STMicro](http://www.st.com/content/st_com/en/products/wireless-connectivity/lorawan-technology.html) と [Microchip](https://www.microchip.com/design-centers/wireless-connectivity/low-power-wide-area-networks/lora-sup-reg-sup-technology) になっている。SoC（System on Chip）モジュールのリリース待ち。

#### ▶︎ EU（CE認定）、USA（FCC認定) について
（省略）

#### ▶︎ ゲートウェイからインターネットへの接続は？
Ethernet、Wi-Fi、4G で。3G は非推奨。
（補足：現在日本での3G利用につき、要チェック再検討したほうが良いかも。今回この件には突っ込まない）

#### ▶︎ 耐候性・使用時の雰囲気温度について？
-55C to +115C、と仕様書にあるが、周辺機器にも注意が必要。

#### ▶︎ 耐候性・防水/耐水性IP67とか？
3年前 1,500 USD → 1年前 500 USD → 現在 [100 USD 以下（ただし防水無し）](https://tektelic.com/)
すぐに 50 USD 以下になると期待（で、防水・耐水性もそれにつれて…）

#### ▶︎ SX1308 Picocell ゲートウェイチップについて？
[Semtech SX1308](https://www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-gateways/SX1308) を参照

#### ▶︎ ゲートウェイのアンテナ設計など
（省略）

#### ▶︎ WiFi ルーターを LoRa ゲートウェイとして使うとか、デュアルバンド製品とか？
（省略・[本文リンク](http://www.lightreading.com/iot/iot-strategies/comcast-aims-to-layer-lora-into-xb6-gateway/d/d-id/736347) を参照）

#### ▶︎ MultiTech の MultiConnect® Conduit の 3G/4G 仕様は？
（省略・[本文リンク](https://www.multitech.com/brands/multiconnect-conduit) を参照・世界から見て小マーケットな日本の技適を取得する雰囲気ない…）

#### ▶︎ L-TEK FF1705 の開発ボードは US 向け周波数対応する？
周波数帯 USの915 / EUの868 どちらも対応する。
（で、日本は…これも技適……… 略）


## LoRa PHY／物理層について

＜補足と解説＞ 物理的なシリコンチップに繋げたアンテナから送受信する、それが無線通信。それを、様々な仕組みや設定を積み上げ、ソフトウェアで制御する。その仕組みの物理に一番近い部分の設計の話。
ハードウェア〜ソフトウェアまで積み上げた全体の仕組みをOSI参照モデルと定義し、それに沿って設計やプログラミングを行う。さらに詳しくはネット上の他の解説を検索で。
電気（電流）は目に見えない。さらに電波など高周波は、基板から空中に自由放散したり伝播するので、設計には理論だけでなく、より多くの経験と実製品の繰り返しテストなどが必須になる。
この項目は、LoRaの規格・仕様、他の周波数帯や干渉・混信など、物理層に近い電波を扱う内容について述べているが、私を含め製造ベンダーではない者にとってどうこう出来る話ではない。
（自分の過去のアマチュア無線の幾つかの経験くらいでも、その理解の助けになっていると思う）

以上のような理由で、この項目は全て省略する。

## LoRaWAN について

大切と思われる部分のみ、多少補足しつつ。

#### ▶︎ LoRaWAN 1.0.x までと 新バージョン LoRaWAN 1.1 の違い
主にセキュリティ強化。
詳しくは、[Johan 氏のビデオ解説（Youtube）](https://www.youtube.com/watch?v=ewsXKc3bk1U) を参照
（この記事のウェビナーの共同解説者、The Things Network のリーダー）

#### ▶︎ 多くのデバイスが同じエリアで使える？受信信号強度で負けて届かない子機が出たりとか？
同じタイミング・同じチャンネルで送受信でなく、タイミングをランダムにしたりと工夫がされているので、使用周波数帯の中でも多くのチャンネルに分割したり、送受信の時の仕組みなど工夫されている。

#### ▶︎ 子機が親機（ゲートウェイ）に自動接続？親機から子機接続の設定が必要？
全てのゲートウェイは透過的に設計されていて、受信したらネットワークに流す仕様。ペアリング不要で、新しく近くにゲートウェイが出来たなら、転送速度を自動的に上げて通信したり。

#### ▶︎ LoRa と LoRaWAN の違いは？
短い文章だけの解説だと、解り難いと思うし、本記事の目的ではない。図解ありの以下記事を参照。
　・ [「LoRa」と「LoRaWAN」の違いとは？ - business network.jp](http://businessnetwork.jp/Detail/tabid/65/artid/5638/Default.aspx)
　・ [「LoRa」と「LoRaWAN」- MONOist](http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1709/19/news004_2.html)
補足：LoRaは変調方式のこと。LoRaWANはその変調方式を使い広範囲をカバー出来るIoTにも適した仕様、という位の理解で良いと思う。大切なポイントは両者の関係は“略称”ではない、ということ。


#### ▶︎ Wake Up Radio (WuR) のような仕様は LoRaWAN にもある？
（省略）

#### ▶︎ アドレス割当のメカニズムについて？
（省略）

#### ▶︎ LoRaWAN は 小型（センサー）デバイスのファームウェア・アップデートに適してる？
大切な事なので、ここはそのまま訳す。
Yes, Arm and The Things Network have been working on a multicast firmware update solution over LoRaWAN. This requires standardization of a few new specifications in the LoRa alliance, which we expect to happen in Q1 2018.

→ はい、ArmとThe Tnings Network（TTN)は、LoRaWAN での同時複数ファームウェア・アップデートに向け開発中。新しい幾つかの仕様について、LoRa アライアンスにて標準化勧告が必要で、2018年の第１四半期に実現できそうだと期待している。

An article (and a video) describing the approach is [here](https://www.thethingsnetwork.org/article/firmware-updates-over-low-power-wide-area-networks/), and reference firmware is [here](https://github.com/ARMmbed/lorawan-fota-demo) (based on Mbed OS 5 running on an Arm Cortex-M3 with 32K RAM).

→ 開発取り組みに関する[記事（とビデオ）はこちら](https://www.thethingsnetwork.org/article/firmware-updates-over-low-power-wide-area-networks/)（補足：このビデオでのファイル更新の様子はオススメ）
→ ファームウェアの[Githubリポジトリはこちら](https://github.com/ARMmbed/lorawan-fota-demo)（Arm Cortex-M3 / 32K RAM / Mbed OS 5 で開発）

#### ▶︎ CAD モードが必要か？
（省略）

#### ▶︎ Multi-Tech のネットワークサーバーは不要？
（省略）

#### ▶︎ 700km 遠距離送信に成功した内容について？
→ [こちらの TTN の記事を参照](https://www.thethingsnetwork.org/article/ground-breaking-world-record-lorawan-packet-received-at-702-km-436-miles-distance)

#### ▶︎ LoRa デバイスはゲートウェイ無しで peer-to-peer（１対１）通信は可能か？
（省略）

#### ▶︎ LoRa の FOTA（Firmware-over-the-Air 電波送信でファームアップ）はゲートウェイから？
ゲートウェイは透過的な仕組みなので、アップデートはその上位のサーバーから行われる

#### ▶︎ 乗り物のリアルタイムトラッキングなら、どんな方式か？
LoRaWAN を使うなら Class A で行うのが良いだろうが、それにしてもリアルタイムの用途なら（さらに高頻度に送れる）セルラー回線を使ったほうが良いと思われる。
（補足：LoRaWANには、送受信方式の違いでクラスA,B,Cがある。その他詳細は検索でどうぞ）

#### ▶︎ LoRaWAN クラス C 他の規格に比べてなかなかイケてると思うけど？
（省略）

## Security／セキュリティ

#### ▶︎ LoRaWAN の暗号化
（省略、詳しくは本文で）

#### ▶︎ デモで行なった、平文のテキストで鍵入力だとセキュリティリスクは？
もちろんリスクはある。（以下詳細は本文で）

#### ▶︎ 鍵の扱いは、どんなタイプのがおすすめ？
（省略）

#### ▶︎ 統合されたセキュリティなど、もう少し詳しく？
（省略）

#### ▶︎ AppEUI とは何の目的で LoRaWAN 1.1 の仕様で変わったのは？
（省略）
（補足：セキュリティは特に注力して開発し、その技術を進歩させているのだな、という事で）


## LoRa方式 vs 他の技術

#### ▶︎ LTE NB-IoT や LTE-M1 が登場した将来、どの方式が残るか？
（省略）

#### ▶︎ LoRa の製品と、ZigBee の、例えば TI CC2530 と値段的に比べてどう？
CC2530 ZigBee は約1 ドルほど安い。2.93 USD／2,500個購入時。
対して SX1272 LoRa チップは、3.90 USD／同程度の個数購入時。

#### ▶︎ Bluetooth LE 5.0 と比較してどうか？
（省略、詳しくは本文で）

#### ▶︎ LoRaWAN は Sigfox より良いのか？
（省略、詳しくは本文で）


#### ▶︎ ウェビナーで、6LoWPAN に触れてたが、電波技術と違うカテゴリでは？802.15.4 の事？
（省略）

#### ▶︎ 将来的に LoRa を他の技術と併用するのはどう？
（省略、特徴を組み合わせ利用するのが吉）

## The Things Network （TTN）

#### ▶︎ TTN のコンファレンスなどあるのか？
アムステルダムで、2018-Feb-1 から。TTN ウェブサイト参照。

#### ▶︎ コンファレンスのオンラインコースとか？
（省略）

#### ▶︎ クッキーはあるの？（Web技術のそれではないw）
コンフェランスで僕かJohanを見つけてくれれば、オランダの伝統菓子「ストロープワッフル」あげるよ。
たぶん（オランダでは有名な）木のサンダルとか、水の都の水路より前に発明された、ベストなやつさ（なんで訳してるし）

#### ▶︎ 先の見えないこの先10年経っても、安定したネットワークを提供できるの？
この TTN はコミュニティでの運営で、保証や企業の結ぶようなSLA（サービス品質保証制度）は無い。その運営の源は我々自身にかかっている。サポートが必要なら（TTNの運営をしている）“The Things Industries”がプライベートネットワークを提供する。2018年春から、プライベートでもパブリックでも相互接続できるようになる予定。（意訳）

#### ▶︎ TTN は、MQTT 通信のブリッジを提供する？
実際、MQTT は開発者の間では主に使われている。Web 開発で使いやすい HTTP との併用もあるし、RESTful なストレージとか、様々なサードパーティの IoT プラットフォームと統合している。

#### ▶︎ もし TTN に登録したら、全世界に同じアカウントでネットワークを提供することになる？
はい、The Things Network（TTN）はどんな周波数プラン（←各国によりISM周波数帯が異なるという意味）であっても、地球上のどの場所であっても相互接続する。つまり一つの大きな LoRaWAN グローバルネットワークである。

#### ▶︎ 利用にあたり TTN は無料なの？ならば、何か制限は？
全て無料で、利用にあたり何ら制限は無い。フェア・アクセス・ポリシーに沿って、LoRaWAN をスケーラブルにしている。コミュニティ運営ネットワークなので、SLA（Service Level Agreement サービス品質保証）は無い。The Things Industries は同じネットワーク・サービスを提供しつつ SLA を提供している。

#### ▶︎ 1,000 デバイスあたりの料金は？
The Things Network（TTN）は無料で利用可能。
The Things Industries がプライベートネットワークを提供する形なら、150 euro／1,000 個・1ヶ月。
そして Arm Mbed OS は 1,000,000 デバイスだろうが Apache 2.0 ライセンスのもと無料だ。
（ようやく Mbed 出てきてホッとした。強力な TTN/LoRa 推し！）

#### ▶︎ 最新の LoRaWAN 1.1 スペックのサポートはある？
出てきたばかりなので、2018年の第１四半期には利用できるようにしたい。
The Things Network スタックの V.3 は LoRaWAN 1.1 を完全なオープンソースでサポート予定。

---

【Note】 Jan Jongboom is Developer Evangelist IoT at Arm, Johan Stokking is co-founder of The Things Network. They're both active in the LoRa alliance and both owe their editor a stroopwafel.
→ Jan Jongboom 氏は、Arm における IoT エバンジェリストであり、Johan Stokking 氏は The Things Network の共同設立者である。両者は LoRa アライアンスの活動と、素敵なオランダの伝統菓子・ストロープワッフルの編纂に余念が無い（笑）

---
【あとがき】英語 → 日本語への過程で、ミスの無いよう努めました。しかし抄訳・意訳でもあり、決定的に間違っている場合にはぜひ優しく教えてくださいね。大切なのは「技術の輪郭をしっかり掴む事」と思います。
質問項目は、省略し飛ばすと訳してる場所がワケ分からなくなり、結局全部インデックス代わりに省略せず。
この記事では未だ SlideShare スライド自体にはあまり触れていない。
引き続き、スライド中の[注目ポイントや総まとめを「その２」](https://qiita.com/nikosun/items/9d3053f3fcabb987b77f)として~~書く予定~~。
… 作業してみたら、かなりの分量だった。いやはや。