先進テクノロジで未来を切り開く

特100km圏一網打尽！ 1
No.

集広域無線センシング入門「いろいろなモノがインターネットに接続されるようになり，世の中はもっと便利になる」という予言どおり，世の中は実際にそうなってきています．土台となる技術は「IoT」です．その中で重要なのが LPWA（Low Power, WideArea）と呼ばれる，弱い電波を使い広い範囲でデータ通信ができる技術です．
この LPWA は，どれも独自の通信方式を使っており，技術面やコスト面で，それぞれに特徴があります．
特集は，IoT 開発に欠かせない LPWA データ通信を徹底研究します．

https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/MTR/MTRZ201912.html

見本CONTENTS
100km 圏一網打尽！

特集 広域無線センシング入門
低消費電力 / 低コストのサブ GHz データ通信

いま，LPWA が熱い！ 新しい IoT 向け通信 ····· 川田 章弘 ········ 4
やってみよう LPWA 実験！

自由につなげられる The Things Network

2 万円台で始める LoRaWAN ゲートウェイ ···· 尾鷲 彰一 ······ 11
LPWA の活躍現場を拝見！

サブ GHz データ通信 導入事例レポート
サブ GHz データ通信 導入事例

その1ELTRES

サブ GHz データ通信 導入事例

その2Sigfox

サブ GHz データ通信 導入事例

その3Sigfox

サブ GHz データ通信 導入事例

その4Sigfox

サブ GHz データ通信 導入事例

その5Sigfox

編集部

富士山頂から 3 分毎に 24 時間データ送信 ······························ 18
自転車盗難防止対策サイクルガード・サービス ················ 20
家庭の灯油貯蔵用ホームタンクに
スマート・オイル・センサ ··· ····························································· 22
LP ガスの検針業務，容器配送業務の効率化 ·························· 24
防犯ブザー / 鳥獣捕獲用罠 / 傾斜計 / トラッカー · ············· 26
サブ GHz データ通信 導入事例 その6 Wi-SUN JUTA
カギしめ確認 / 開け閉め確認 / おかえり確認

くらし見守りサービス ············· ····························································· 28
2見本※記事中の価格は執筆時のものです．

サブ GHz データ通信 導入事例

その7LoRaWAN

サブ GHz データ通信 導入事例
釧路市 IoT 推進ラボ

その8ELTRES

災害公営住宅の電力スマートメータリング・システム ········ 30
ランドセルに装着した防犯ブザー型トレーサで児童見守りサービス ··················· ············································· ················ 32

IoT プログラム入門

セルラ回線を使った IoT 機器

SORACOM LTE-M Button × AWS で IoT の基礎プログラミングを学ぶ ··· ·········································· 国野 亘 ······ 34
だれでも参加できる LPWA の基地局運営とその活用

LoRaWAN のコミュニティ・ネットワーク
The Things Network の始めかた ······················· 高堂 博司 ······ 46
オープンソースのアプリケーション・フレームワーク KashiwaGeeks 使用

LoRaWAN デバイス制御プログラミング ········ 山口 知昭 ······ 84
Arduino 互換のシングルボード・コンピュータ SPRESENSE で開発できる！

SPRESENSE 用 Sigfox 拡張ボード Sigfox Breakout Board
EM-WF931-02F ＋ SPRESENSE ······························· 永野 裕史 ···· 107
ESP センサ・ネットワーク・システムの製作実験
スマホで設定できて！ ESP32 を簡単に使いこなせる！

オリジナル ESP32 マイコン用ファームウェア
IoT Sensor Core ······················· ········································· · 国野 亘 ···· 120
No.1見本3やってみようLPWA 実験！

The Things Networkの特徴

自由につなげられる The Things Network

2万円台で始める
LoRaWANゲートウェイ
ラズベリー・パイ 3B+ とラズベリー・パイ用の LoRaWAN HAT（Lora /GPS HAT）
を使って，サブ GHz 通信の 1つ LoRaWAN の受信局を構築し，オープンな LoRaWAN コミュニティ The Things
Network に接続，参加する方法を解説します．

サブ GHzデータ通信LPWA の1つ LoRaWAN ゲ ートウェイ（受信局）をインターネットでつないだネットワークを構築している．世界中のボランティアがゲートウェイを提供しており，登録すると無料で利用できる．

この記事で使った機材
LoRa/GPS HAT

ラズベリー・パイ 3B+
LoRaMini

尾鷲 彰一（オープンウェーブ）

ラズベリー・パイ 3B+ および LoRa/GPS
HAT を使いゲートウェイ（受信局）を構築①ラズベリー・パイ 3B+ のセットアップ
ラズベリー・パイのインストールを行い，インターネット，PC から SSH で接続できるように設定してください．本稿では，ラズベリー・パイのOS は，Raspbian Buster with desktop をインストールしています．
※ラズベリー・パイのセットアップ時には，セキュリティ対策を十分に行いましょう．

写真 1

ラズベリー・パイ 3B ＋に装着した LoRa/GPS HAT・ラズベリー・パイを最新版にする！
・root のパスワードを設定する！
・新規ユーザを追加する！
・［pi］ユーザを削除する！
・SSH のポート番号を変更する！
②ラズベリー・パイに，LoRa/GPS HAT を装着
する
LoRa/GPS HAT は，ラズベリー・パイの端子に挿入するようになっています．端子の端を合わせて差し込みます（写真 1）．

図1

ラズベリー・パイの［5 Interfacing Options］を変更する［5 Interfacing Options］③ラズベリー・パイの SPI を有効にする$ sudo raspi-configを実行します．

No.1を選択します（図 1）．
［P4 SPI］を選択し，有効にします
（図 2）
．

見本
11

図 2 ［5 Interfacing Options］で［P4 SPI］に変更する

図3

図4

Google で［Git Openwave］を検索する

オープンウェーブの GitHub が表示される④パケットフォワーダのセットアップ
https://github.com/openwave-co-jp/dual_chan_pkt_fwd/releases

図 5 LoRa/GPS HAT ＋ラズベリー・パイ用 LoRaWAN ゲート
ウェイ・パケット・フォワーダ［dual_chan_pkt_fwd］をクリックする⑥ラズベリー・パイに SSH で接続するから，［Source code（zip）］をダウンロードします．

root@raspberrypi:~# wget https://

以下の方法でも参照可能です．

github.com/openwave-co-jp/dual_① Google で，［Git Openwave］を検索
（図 3）
する

chan_pkt_fwd/archive/v1.0.zip②［Repositories］をクリック
（図 4）
する

・以下のコマンドを実行③
［Repositories］ か ら，［dual_chan_pkt_fwd］ を探してクリックする（図 5）④［LoRa / GPS HAT + ラズベリー・パイ用 LoRa
WANゲートウェイパケットフォワーダ］のページが開くので，［release］をクリック（図 6）
する⑤ v1.0 の［Source code（zip）］が表示されたらリンクをコピー（図 7）する

12

https://github.com/openwave-co-jp/dual_chan_pkt_fwd/archive/v1.0.zip
は，コピーしたリンク（図 8）⑦ダウンロードしたファイル（v1.0.zip）を展開（図9）
する
root@raspberrypi:~# unzip v1.0.zip見本⑧ dual_chan_pkt_fwd-1.0/global_conf.jsonを編集し

サブ GHz データ通信 導入事例

その1

富士山頂から 3 分毎に24 時間データ送信
観測データを ELTRES で伝送する

ELTRES

富士山測候所を活用する会
理事の鴨川仁先生に説明していただいた．専門は地震予知研究と大気電気（宇宙下部での雷起起源放電現象）の研究

久凍土，生態学，教育の研究が行われています．
これらの研究は，富士山山頂に設置したセンサ

NPO 法人 富士山測候所を活用する会は，気象でデータを収集することが多く，冬の登山ができ庁の旧富士山測候所を気象庁から借り上げて，大ない時期は，観測データをメモリ・カードに記録学や研究所の研究拠点として提供しています．こしておき，次の登山時にメモリ・カードを回収すれまで，大気化学，大気電気，雷，高所医学，永る方法が主流でした．セルラ系通信機での伝送も観測所の窓に合計4台のELTRESを設置

写真 1 旧富士山測候所で一酸化炭素，オゾン，二酸化硫黄の測定を行っている
加藤俊吾先生18

写真 2 旧富士山測候所の二重窓の間に設置した
ELTRES の送信機．茅野の受信局まで約 87km，東京の受信局まで約 105km ある（連絡先）富士山測候所を活用する会：TEL 03-3265-8287 http://npo.fuji3776.net/index.html
ELTRES：https://iot.sonynetwork.co.jp/service/eltres/

見本富士山頂から 3 分毎に 24 時間データ送信

窓に設置したELTRES

写真 3 越冬中の ELTRES．窓の外から見たようす

写真 4

旧富士山測候所のようす行いましたが，消費電力が大きいため通信設備が

写真 4）．リチウム電池 LS33600（3.6V 17Ah）を6本大きくなるのがネックでした．

並列接続したものを ELTRES の電源にしています．

昨年より，SONYのサブGHzデータ通信ELTRES

これで 3 分間隔で 24 時間データを送信しています．

で観測データを富士山山頂からクラウドに伝送す

実験中の旧富士山観測所内の温度は，最高 38.5 ℃，る実験を行っているので紹介します．

最低－30 ℃を記録しましたが通信に影響はありま

首都大東京都市環境学部加藤俊吾先生（写真 1）

せんでした．の研究は，一酸化炭素，オゾン，二酸化硫黄の量

山頂から東京の受信局までは約 105km，茅野のを長期間継続的に旧富士山測候所で測定していま受信局までは約 87km 離れています（図 1）．実験です．ELTRES は消費電力が小さいので，バッテリは，どちらかの受信局受と通信ができればクラウ駆動で長期間データ転送できるのが大きなメリッドに観測データがアップロードされるようになっトです．ています．2018 年の台風 24 号は，富士山周辺に発

旧富士山測候所の別方向の窓 4 つにそれぞれELTRES を 1 台ずつ設置しました（写真 2，写真 3，達した雨雲と激しい降雨がありましたが，これによる通信への影響も認められませんでした．

松本
つくば
茅野さいたま東京87km

銚子
千葉

105km
横浜

富士山
図1 富士山頂からELTRESの実験時の受信局までの直線距離．茅野まで約 87km，
東 京（ ス カ イ ツ リ ー）ま で
105km

No.1

静岡

伊豆

見本
19

サブ GHz データ通信 導入事例

その2

Sigfox

ネクストスケープ AlterLock
事業開発チームプロダクト
マ ネ ー ジ ャ の 照 山 聖 岳 氏．
本人も大の自転車好き

自転車盗難防止対策
サイクルガード・サービス
契約者が自転車から離れると自動的に見守りが自転車の位置情報をSigfox で伝送する

スタートします．自転車と契約ユーザのスマホがネクストスケープは，Sigfox を使った自転車盗（BLE）で振動検知アラームとスマートフォンが直難防止サービスを行っています．GPS と加速度セ接通信し，BLE が届かない場所では Sigfox を使っンサを搭載した振動検知アラーム AlterLock（写真て契約者のスマートフォンに自転車の位置や状態

1）
を契約者の自転車に特殊形状ねじで装着しますを通知します．駐輪中の自転車が動かされた場合，（写真 2）．

振動検知アラーム AlterLock に内蔵された加速度

近距離の位置にある場合は，BluetoothLowEnergy

SigfoxSigfox
基地局遠くへ移動した場合
クラウド盗難された場合など

近距離の場合はBluetoothLowEnergyでスマートフォンと直接通信する
BLE

図1 振動検知アラームAlterLock の概要

自転車と契約者が BLE の届く距
離では BLE で自転車の状態を通知する．BLE の範囲外になった
ときは，Sigfox 経由で契約者のスマホに通知が届くしくみ

20

直接BLEでスマートフォンに通知する

インターネット通知
ネクストスケープコ ン ビ ニ

（連絡先）ネクストスケープ AlterLock：info@alterlock.net https://alterlock.net/
KCCS：TEL 050-2018-1827 https://www.kccs-iot.jp/

スマートフォン見本自転車盗難防止対策サイクルガード・サービス

この部分にAlterLockを固定する

GPS と加速度センサを搭載した振動検知アラーム Alter

写真 2 振動検知アラーム AlterLock は，特殊形状ねじで固定されているので取り外しが難しい

センサで検知し，契約者のスマートフォンに自転

月々 390 円で加入できるこのサービスは，とく車が動かされたことを通知し，自転車のアラームに高級自転車ユーザには大人気で，自転車購入時が鳴る仕組みです（時間は設定可能）．スマートフに同時に加入する人も多いということです．また，ォンの操作によってアラームの ON/OFF も可能でオートバイや農作業用トラクタで利用しているユす．自転車が盗難にあった場合は，自転車の位置ーザもいます．

写真 1Lockをスマートフォンの地図で確認することができます（写真 3）．

自転車とユーザが BLE の電波が届かない距離になったときの通信手段として，セルラ系通信やほ振動検知アラーム AlterLock は USB 経由で充電

かの LPWA も検討しました．子機の消費電力と受でき，満充電した場合，最大 2 カ月間の動作が可

信側基地局の広域性を評価して Sigfox を採用しま

能です．

した．

移動していても時刻と位置がわ
かる．右端は振動検知アラーム
AlterLockの内蔵充電池の残量（a）見守りモード
写真 3（b）盗難検知通知（c）自転車の位置情報

ネクストスケープが契約者に提供しているアプリで自転車の位置や状況がわかる（d）機能設定

移動していてもスマートフォンで時刻と位置がわかる．（c）の右端の電池マークは，振動検知アラーム AlterLock 内蔵充電池の残量

No.1

見本21だれでも参加できる LPWA の基地局運営とその活用

LoRaWANのコミュニティ・ネットワーク
TheThingsNetworkの始めかた
高堂 博司（ミライト）
920MHz 帯を使った LPWA 通信にはいくつかの種類があり，それぞれに特徴があります．
Sigfox や ELTRES は，利用者はキャリアやベンダと契約して基地局（受信局）を使います．LoRa
WAN もベンダが基地局を運営している地域もありますが，ボランティア団体が運営している基地局を無料で利用できるものがあります．
コミュニティ・ネットワーク The Things Network がそれで，利用者は登録すれば The
Things Network に 登 録し て あ る LoRaWAN の 基 地 局 を 利 用 で き ま す．こ の The Things
Network は，全世界で活動していて，日本にも基地局があります．
The Things Network の基地局（ゲートウェイ）
は，すべてボランティアが設置していて，基地局はインターネットを介して The Things Network に接続しています．ウイークポイントは，すべてのエリアをカバーできているわけではないという点です．
ここでは，LoRaWAN のゲートウェイを設置してコミュニティ・ネットワーク The Things
Network に登録する方法を解説します．
※ LoRaWAN では基地局（受信局）をゲートウェイと呼びます．
The Things Network の特徴

この記事で使った機材

LoRaWANのゲートウェイが無料で使える

Wirnet IoT Station 923（Kerlink）

カバーエリアは現時点では広くはない

Wirnet iFemtoCell 923（Kerlink）

手軽にLoRaWANのゲートウェイを設置してThe Things Networkに参加できるIoT デバイスと組み合わせて使う無線データ通

LoRaWAN のネットワークを構成するには，図信の規格として，携帯キャリアの通信網を使わず，1 に示すように基地局であるゲートウェイ（もしく無線局の免許も不要な LPWA ※ 1 が注目を集めてはコンセントレータと呼ぶ）の他にゲートウェイ

います
（表 1）
．

管理やデータを活用するためのアプリケーショ

これは，サブ GHz 帯と呼ばれる 920MHz 帯のン・サーバへデータ送信するネットワーク・サー

ISM バンド※ 2 を使用しています．LPWA にはいろバが必要ですが，図 1 の LoRaWAN の基本構成ゲいろな種類があります．その中の1つLoRaWAN ※3

ートウェイからネットワーク・サーバにデータをは，仕様がオープンでありサービス・キャリアに送信するところまでを，ボランティア団体が運営依存せずに利用できることが特徴です．

していて，無料で使うことができるサービスがあ※1※2

Low-Power Wide-Area ：省電力広域Industrial, Scientific and Medical Radio Bands：産業科学
医療用周波数帯※ 3 LoRa（Semtech の商標）を利用した WAN 規格名

46

ります．The Things Network（以下，TTN と表記）と言い，LoRaWAN のデバイス（送信機）からのデ見本

ータ共用のゲートウェイ（受信機）で受信し，そのオープンソースのアプリケーション・フレームワーク
KashiwaGeeks 使用

LoRaWAN
デバイス制御プログラミング

eclipse pahoプロジェクト コミッター
山口 知昭

KashiwaGeeks の特徴
LoRaWANデバイス制御用プログラムを簡単に作成できる①省電力（スリープ・モード）の実現②割り込み処理③プログラムの定期的な実行④シールドのクラス化

以上の機能を実装した Arduino 用のアプリケーション・フレームワークでLoRaWAN Arduinoシールド（KiWiテクノロジー）に対応している

この記事で使った機材
LoRaWAN 用 Arduino シールド（KiWi テクノロジー）
ArduinoGPS モジュール
I2C 接続センサ

オープンソースのアプリケーション・フレームワークを利用して，LoRaWAN デバイスの制御用プログラムを作成する方法とコツを解説します．このアプリケーション・フレームワークは，KiWi テクノロジー製の LoRaWAN デバイス用に書かれています．この記事では，
LoRaWAN デバイス制御プログラムを作り，LoRaWAN 通信事業者を利用してデータの送信テストを行います．記事では，子機を LoRaWAN デバイス，受信機を LoRaWAN ゲートウェイ（基地局）と表記しています．
ADB922S（KiWi テ ク ノ ロ ジ ー）の Arduino UNO

LoRaWAN 用デバイスの準備

R3 用 LoRaWAN シールドを使いました．通販などでも購入することができます．安価ですが技適証

い く つ か の 方 式 が あ る LPWA の う ち，LoRa
WAN は，手軽に試すことができる方式の 1 つです．

明を受けているので，国内でも使用している人が多いようです．

LoRaWAN ゲートウェイ（基地局）を自前で設置することも，接続業者やボランティア団体の LoRa
WAN ゲートウェイを使うこともできます．

アプリケーション・フレームワーク
KashiwaGeeks が提供している機能

LoRaWAN 用のゲートウェイは，通信販売で購入またはレンタルできます．

LoRaWAN シールド ADB922S は，Arduino から

ここでは，オープン・ソースの LoRaWAN デバ

は，シリアル・コマンドを使用して制御します．

イス制御用アプリケーション・フレームワーク

実際にこのシールドを触った感じでは，実用的KashiwaGeeks を利用した，LoRaWAN デバイスなデバイス・アプリケーションを作成するために用のプログラムを作り，LoRaWAN ネットワーク

は，解決しなければならないプログラム上の課題に接続してデータの転送実験を行います．

があり，制御用プログラムの作成は簡単ではないようです．

● LoRaWAN デ バ イ ス

Arduino 評 価 ボ ー ドADB922S
ハ ー ド ウ ェ ア と し て，LoRaWAN デ バ イ ス

84

注釈
柏の葉 KOIL で毎月第 2 土曜日にもくもく会という IoT の勉強会を開催しているグループの名前．

見本Arduino 互換のシングルボード・コンピュータ
SPRESENSE で開発できる！

サンプル・プログラム
ですぐに試せる！
Sigfox データ通信
簡単プログラミング

SPRESENSE用Sigfox拡張ボード
SigfoxBreakoutBoardEM-WF931-02F＋SPRESENSE

SMK 株式会社 開発センター ネットワーク部 開発1課 永野 裕史

SONY の SPRESENSE は，小型で低電力，GPS モジュールを実装した Arduino 互換のシング
ルボード・コンピュータです．
SPRESENSE と Sigfox モジュールを組み合わせて Sigfox の通信実験を行います．Sigfox モジ
ュールには，SMK の評価キットを使用しました．
Sigfox Breakout Board EM-WF931-02Fの特徴

Sigfox 通信の評価が容易にできる

Sigfox Buy サービスの特徴

開発用のSigfoxデバイスを1回線から購入できる

SPRESENSE用Sigfox拡張ボードSigfox Breakout

この記事で使った機材

SPRESENSE（SONY）
SPRESENSE 用 Sigfox 拡張ボード
Sigfox Breakout Board EM-WF931-02F（SMK）
WF923評価キットEVAK-WF923付属のセンサ・ボード（SMK）
Sigfox Buy サービス（KCCS）

ンサとは I2C 接続しています．

Board EM-WF931-02F は，SPRESENSE のソケッ
トにそのまま挿せるようになっています．これにセンサをつないでデータ通信を行うプログラムを作りました．

● Sigfox モジュール WF923 と WF931
WF931 の仕様と外観を表 1，写真 1 に，WF923の仕様と外観を表 2，写真 2 に示します．表 3 に，WF931 と WF923 のおもな違いを示します．

Sigfox モジュールを搭載した
評価キット● WF931 と WF923 の評価ボード
WF931 の評価キット（EVAK-WF931）は，PC 等

SMK の Sigfox 用 RF モジュールとして，WF931と WF923 があります．の USB 経由で UART 通信（AT コマンド）をして，12 バイトまでのデータを Sigfox 基地局に送信する

WF931 は，Sigfox の基地局とアップリンク / ダことができます．具体的には，UART より下記のウンリンク通信ができるモジュールです．WF923

コマンドで制御します．図 1 に通信のイメージをは，Sigfox の基地局とアップリンク通信だけがで示します．

きるモジュールです．用途によって使い分けが想UART 通信 AT コマンド：定されています．今回は，WF931 モジュールを搭

AT$SF=XXXXXX----X （UPLINK のみ）

載した評価キットで Sigfox 通信します．

AT$SF=XXXXXX----X,1 （DOWNLINK 要センサとして WF923 モジュールが含まれる評価
キットに付属のセンサ・ボードを使いました．セNo.1求時）

見本

XXX：最大 12bytes HEXに該当する文字列（2107