IoTと 無線通信（株）藤井基礎設計事務所グループ
有限会社

シンク・フジイ開発部

小村芳生

IoT とはIoT とは Internet of Things の略で、「モノのインターネット」と訳される。言葉の定義は「インターネットに多様かつ多数の物が接続され、及びそれらの物から送信され、又はそれらの物に送信される大量の情報の円滑な流通が国民生活及び経済活動の基盤となる社会」（特定通信・放送開発事業実施円滑化法附則）となっている。何でもかんでもインターネットに接続というように思えるが、実際、その通りで、IoT とは、「身の回りのありとあらゆるモノがインターネットに接続する世界」のことを言う。派生語として IoE（Internet of Everything；全てがインターネットに接続）、同様に

IoA （A；Anything；なんでも）IoD (D；digital；デジタルの) IoH (H；Human；人間の) などがある。その他関連してよく使われる用語として M2M (machine to machine)

B2B2C（Business to Business toConsumer）などがある。
IoT の例としてマスコミなどで良く取り上げられるものに次のものがある。
・自動車産業 自動運転システム
・農業分野 ハウス栽培の水やりや施肥の自動化
・医療分野 ウェアラブルデバイスによる健康状態の記録・管理、医師との共有

IoT においては以下のサイクルが行われる。
① センシング（センサーによる情報取得）② クラウドにデータ蓄積③ データ分析（インターネット経由でサーバーにデータを蓄積）（人工頭脳などでデータを分析）④ フィードバック（分析結果に応じて人など対象物に働きかける）

藤井基礎・シンク・フジイの「のび太安全管理システム」も IoT に含まれる。伸縮計などの地盤計測を上記のサイクルに従って区別すると、次のようになる。
①

伸縮計や水位計で地盤データを計測【センシング】②

データロガー→（ZigBee 無線）→受信機（ネットワークコンピューター）→（携帯電話回線データ通信）→（インターネット）→藤井基礎サーバー→【クラウドにデータを蓄積】③

得られたデータを分析・図化

危険度を予測警報判定【データの分析】④‐1 藤井基礎サーバー→（インターネット WEB ページ・警報メール）→PC・携帯電話・スマートフォンなどで現在の状態・警報を確認できる。
【フィードバック】④‐2 受信機（ネットワークコンピューター）→（特定小電力無線）→

現場警報機の作動；

現場作

業員や住民の避難を促す【フィードバック】

IoT の構成の要素
IoT を構成する要素としてセンサマイコン(近距離)無線通信クラウド（電話回線からサーバーまで含めたインターネット全体）がある。ここではクラウドを除き、センサやマイコンの種類、主に現場で使用される無線通信を紹介する。

センサー
自然界の物理的現象や化学的性質、人の五感に相当する感覚などの情報を何らかの装置（デバイス）によって読み取り、人間や機械が認識できるように電気的信号に変換する装置のこと。IoT では信号はすべてデジタル信号に変換される。（温度・湿度・振動・速度・加速度・回転数・圧力・重力・ひずみ・形状；顔や指紋・物の有無・位置・電流・電圧・磁界・光・電磁波・ガス濃度・臭い・…など）地盤計
測では伸縮計や水位計、歪計などがセンサーにあたる。今後、IoT 化が進むと同時にセンサーの種類や需要は飛躍的に伸びることが予想されている。
（右図グラフ；IoT デバイス数とセンサ数の予測）
マイコン
マイコンはセンサーの電気信号を読み取り、データを記録、クラウドに送信する他、ある程度の分析や判定なども行う。IoT デバイス開発には、一枚のプリント基板（ボード）の上に、電子部品と最低限の入出力装置を付けただけの簡素なワンボードマイコンがデータロガー（計測と記録を行う装置）として良く使われる。代表格として「Raspberry Pi」と「Intel Edison」「Arduino」がある。ちなみに「マイコン」は和製英語で、英語では「マイクロコンピュータ」、または「マイクロコントローラー」と呼ばれる。

Raspberry Pi

Intel Edison

Arduino当社システムの場合、ZB のび太のセンサユニットは四国総合研究所開発品 ATOMS のオリジナル基板 NICE（ZigBee 通信ユニットを含む）、アメクルや新型勘太のインターフェイスは青電舎開発のオリジナル基板（ARM コア搭載）を使用している。

ZB のび太センサユニット

ZigBee 通信モジュール

土石流警報システム送信機

IoT に使用される主な近距離無線
IoT やセンサーネットワークでは、おもに「特定小電力無線局」が利用される。特定小電力無線局は電波法による無線局の免許を受けることなく利用することができる。無線局とは、無線送信・受信を行う装置を全て無線局と呼ぶ。
（例えばトランシーバーや携帯電話も無線局である）
特定小電力無線局は小電力無線局の一種で「小電力の特定の用途に使用する無線局」（総務省が定める規格）であり、以下の条件を満たすことが必要である。
（1）空中線電力が 1W 以下であること。
（2）総務省令で定める電波の型式、周波数を使用すること。
（3）呼出符号または呼出信号を自動的に送信しまたは受信する機能や混信防止機能を持ち、他の無線局の運用に妨害を与えないものであること。
（4）技術基準適合証明を受けた無線設備だけを使用するものであること。

シンク・フジイ各システムに使用されている無線と適合規格（携帯電話回線によるデータ通信機を除く）

IEEE は The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.（米国電気電子学会）

近距離無線の種類
極近距離無線
NFC；Near Field Communication
NFC の通信距離は 10cm 程度に限定されている。13.56MHz の周波数帯を使用。
タイ」FeliCa；ソニーの独自規格

運転免許証や住基カード（TypeB）「Suica」や「おサイフケー

企業での入退室管理等（TypeA）

RFID；Radio Frequency Identification
無線 IC タグ（RF タグ）に記憶された個別情報をリーダ／ライタと近距離（数センチ～数メートル）の無線通信によって読み書きする自動認識システム。RFID には様々な種類・規格があり、13.56MHz の周波数帯を使用する。自動改札システム「Suica」、貨物運搬や家畜の管理
近距離無線
Wi‐Fi
Wi-Fi（Wireless Fidelity）は Wi-Fi アライアンスという業界団体が国際標準規格である無線 LAN 規格「IEEE 802.11」を使用していることを示すために発行している認証。無線 LAN とほぼ同義語と言っていいが、厳密には、標準規格である IEEE 802.11 シリーズに準拠し、Wi-Fi Alliance の審査を通過し、他のメーカーの無線 LAN 製品と互換性があることを保証したものでブランド名とも言える。
Wi-Fi は 2.4GHｚ帯を使用するが、2.4GHz 帯は、産業（Industry）、学術（Science）、医療（Medical）の頭文字をとって「ISM バンド」と呼ばれ、この周波数を利用する機器が多いため、他の機器の影響を受けて通信が不安定になりやすく、特に電子レンジや同じ無線 LAN 機器があると通信が不安定になるデメリットがある。

BluetoothBluetooth は「近距離無線通信」を想定して作られた規格。Wi-Fi と同じ 2.4GHｚ帯を使用し、Wi-fi が約 100m の通信距離を持つのに対して、数 m から数十m 程度と通信距離が短く、また通信速度もやや劣る。Bluetooth を採用している機器の接続は容易なことや省電力であることからやミュージックプレイヤー、マウス、キーボードなど小型機器との接続に向いている。Bluetoothには１台のマスター機器に対して最大７台のスレーブ機器を同時接続できるピコネット機能が備わっている。

ZigBee
ZigBee も Bluetooth も同じ 2.4GHz 帯の無線で、データ伝送時の消費電力に大きな違いはないが、ZigBee はスリープからの復帰時間に大きな違いがあり、通常はスリープ状態で必要なときに短時間に作動し、またスリープ状態に戻るという使い方が適しており、その分、Blueetooth よりも省電力となる。また、ZigBee ネットワークには、最大で 65,536 台の ZigBee 端末を接続することが可能なため、複数のセンサー情報を同時に収集するようなシステムで一定間隔を空けてデータ送信を行うような無線システムに向いている。

Wi‐SUN
Wi-SUN とは Wireless Smart Utility Network の略語で、最大 1km 弱程度の距離で相互通信を行う省電力無線通信規格。Wi-SUN Alliance (Wireless Smart UtilityNetwork) という団体によって推進されており、その規格制定は日本の情報通信研究機構(NICT)が主導している。東京電力の電力量計自動検針システムや無線経由でのガスの自動検針情報への適用が期待されている。Wi-SUN は 1Mbps 以下と遅い伝送速度ではあるが、乾電池で 10 年間の駆動が可能という超省電力性と雑音に強い通信品質を持ち、さらに 1km 弱程度の長距離通信が可能である。通信規格は IEEE

※802.15.4 の拡張規格 802.15.4g として定められている。920MHz 帯を使用する。

920MHz 帯特定小電力について

2012 年に地上アナログ放送の停波で空いた 920MHz 帯が、無線局免許のいらない特定小電力無線通信用に使えるようになったため、さまざまな近距離無線通信への利用が進んでいる。この周波数帯は無線 LAN で主流の2.4GHz 帯に比べ、電波が障害物を回り込みやすいという特長があるうえ、よく無線 LAN に干渉する電子レンジなどの家電製品等があっても影響を受けにくく、家庭やオフィスなどで利用するのに都合がよい。無線機器（主に Wi-Fi 機器）では飽和状態にある 2.4GHz 帯を避けて 920MHz 帯を利用する製品が最近、急増しているため、920MHz 帯も近いうちに飽和することが予想される。

EnOcean
EnOcean 無線通信は、315MHz～928MHz 帯（日本では 928MHz 帯）を使用し、バッテリ（電池）を使わずに、エネルギーハーベスティングを利用して自己発電し、その電力を使ってセンサーのデータを送信することができる。発電技術であるエネルギーハーベスティングにはいくつか種類（電磁誘導発電

温度差発電

太陽光発電）があり、アプリケーションによって適するものを利用することができる。EnOcean 無線通信は、低消費電力と言われている ZigBee
や Bluetooth より 10～1000 分の 1 のエネルギーで動作するだけではなく、バッテリが不要でメンテナンスフリーであることが大きな特徴。

ANT/ANT＋
ANT を普及するアライアンス「ANT+ Alliance」による規格。ANT+規格（ANT+は ANTを採用したデバイスが相互通信するための共通仕様）は、特に海外製品で、スポーツやフィットネス（自転車に搭載し、走行距離や速度などを記録）家庭医療（心拍系付腕時計）といった分野で多く使われている。スマートフォンでは、ソニー・エリクソン製の Xperia
arc で採用。超低消費電力を志向した、PAN 向け無線通信プロトコルで、2.4GHz 帯を使用し、ANT 機器はボタン電池 1 つで 1 年～数年以上利用できる。

Z-WaveZ-Wave は Z-Wave Alliance による規格で Sub1GHz 帯を使用しているため、すでに飽和状態にある Wi-Fi と干渉せず、ノード間でも 30m、4 回ホップを実現し、150m 四方をカバーする。端末数も最大 232 個まで増やすことができる。低消費電力のため、海外を中心にバッテリー駆動のセンサーに多く採用されている。日本では、2012
年 7 月から 920MHz 帯の利用がスタートしている。通信速度は Wi-Fi や Bluetooth のように高速ではないものの、ワイヤレス通信に要する消費電力が驚くほど低く、セキュリティ面で非常に安全で信頼性が高いという特徴を有している。海外では家電の遠隔操作などで使用されているが、日本では法規制（電気用品安全法）が厳しくこの用途では普及が進んでいない。

IoT 用遠距離無線（低出力；特定小電力）
SigFox
フランスの通信事業者「SIGFOX」が提供する IoT 向けに特化した LPWA
通信規格。
非常に安価で、低速、小容量データを、遠距離まで送ることができる。
免許不要な周波数帯（日本では 920MHz 近辺の周波数帯）を利用し、端末～基地局への上り通信は 100bps、下り通信は 600bps 程度と低速な代わりに端末から基地局までは、最大数十 km といった長距離の通信が可能。
デバイスも非常に省電力で、電池 1 本あれば年単位で利用できるような装置もある。
海外では水道や電気のメーター測定、火災報知器などのホームセキュリティ、気象観測やスマートパーキング、放牧した家畜のモニタリングなどに使用されている。

LoRa
LoRa(長距離を意味する英語“Long Range)とは LPWA（低電力広エリアを意味する英語“Low Power, Wide Area”の略）の一種で LoRa
Alliance の技術。通信可能な速度は最大でも 37.5Kbps 程度。伝送距離は最大 10 km 程度。日本では免許の不要な特定小電力無線局が利用できる周波数帯が 920MHz 帯、429MHz、180MHz など複数ある。サブギガ帯の周波数と独自のスペクトラム拡散方式での変調方式を採用。現在 3G、4G の基礎となっている CDMA でも使われている技術で、情報を電波に載せて送る際、送信側が信号にある特定のデータを掛け合わせて、出力1mW 以下で非常に広い帯域の範囲に電波を撒いて通信する。

NB-（LTE）-IoT
NB-LTE-IoT（NB；狭い周波数帯”を意味する英語“Narrow Band）
は、スマートフォンなどで利用されるモバイル通信技術「LTE 方式」の中の IoT 機器向けの規格。LTE の標準を定めている 3GPP が 2016
年に公開した「Release 13」仕様で新たに定義された。
スマートフォンなどで使われる LTE が 5MHz～20MHz 幅という広い周波数帯を一度に使用するのに対して、NB-IoT は 180kHz 幅と非常に狭い帯域を使用する。通信速度は上り 62kbps、下り 26kbps と低速である。日本では、ソフトバンクが、2016 年 11 月に NB-IoT の実験試験局免許を取得し、屋外のスマートパーキングに取り付けた NB-IoT モジュールを使って実証実験を行っている。

各種特定小電力無線方式の周波数と到達距離の関係

遠距離無線（高出力）
デジタル簡易無線（登録局・免許局）
デジタル簡易無線は、平成 20 年 8 月 26 日に 400MHz 帯及び 350MHz 帯で、平成 24 年 12 月 5 日に 150MHz帯で制度化され、従来の「免許制度」の他に、350MHz 帯で「登録制度」が導入されたことにより、不特定多数の者と通信が可能となったり、351.16875MHz から 351.19375MHz(5ch)においてスカイスポーツ等での高所・上空での使用が可能となり、利用しやすくなった。
デジタル簡易無線は登録手続きが必要となるが、出力は 5W で特定小電力無線（1mW）の 500 倍あり、到達距離が 30 ㎞（障害物により短くなる）と長距離のデータ転送が可能である。

おわりに当社の主要業務である災害現場での計測・監視をはじめとして土木の分野でも急速に IoT 化が進んでいる。これまで大容量データの高速通信を目標にして進歩していた無線通信の分野では、新たに速度や容量を落とす代わりに遠距離通信を達成する通信方式が進歩している。当社「のび太システム」で採用している ZigBee 通信も、ほんの 5
年前は最新のアドホック省電力無線として注目されていたが、最近は衰退の兆候を示し、新たに 920MHz 帯通信やLoRa 無線を採用する計測システムが台頭し始めた。確かに計測の分野では動画再生のような高速大容量の通信は必要なく、免許なしで遠距離通信できるほうが使い勝手が良い。この状況に鑑み、当社でも次世代の「のび太安全管理システム」や「土石流警報システム」、「アメクル」などの防災システムにおいて新たな遠距離通信方式によるシステムを開発中である。すでに土石流警報システムにおいてはデジタル簡易無線による遠距離通信オプションを開発し、NETIS 登録も行った。のび太システムによる地盤計測の分野でもシステムを公的機関や他企業と LoRa 方式によるデータ転送の共同研究・開発を進め、フィールド試験による実証試験の段階に達している。本年度後半には対外的にも紹介できるものと思われる。完成すれば、現在のシステムよりも省電力（電池寿命の長い）で遠距離の通信が可能になり、これまでシステムが導入できなかったインターネット圏外からのデータ転送や、中継機を省略できることによる計測の大幅なコストダウンが見込まれる。また全体的なシステムのコストダウンは、例えば農業分野のように、これまで採算が合わなかった新たな計測・観測・監視・管理などのシステムを可能にするかもしれない。シンクフジイでは、今後、新たな無線方式を積極的に取り入れ、新たなシステム市場の開拓を進めていくつもりである。
参考資料
http://www.tele.soumu.go.jp/

総務省

電波利用ホームページ

http://smarthop.oki.com/contents2016/160920.html
http://www.softech.co.jp/mc_what.htm

IoT に使われるセンサーの種類 Oki Electric Industry Co., Ltd

技術分野別 開発内容紹介

1997-2017 SOFTECH CO.,LTD

http://ednjapan.com/edn/articles/1303/11/news001.html マイコン入門!! 必携用語集
http://blogs.itmedia.co.jp/zenkishimoto/2015/04/iotioeiot.html

2005 - 2017 ITmedia Inc

オルタナティブ・ブログ

http://toyokeizai.net/articles/-/113807 モノのインターネットで何がどう変わるのかITmedia

Toyo Keizai Inc.

http://micro.rohm.com/jp/techweb_iot/tech-info/engineer/1702 無線通信の種類と分類を考えてみる ROHM Co.,Ltd.
http://iot-jp.com/iotsummary/iottech/wirelessstandard/.html

今さら聞けない無線通信規格

https://soracom.jp/lpwa/?gclid=CM6qjbChoNQCFcubvQodmm4LKA
http://businessnetwork.jp/Detail/tabid/65/artid/5106/Default.aspx
http://www.trackers.jp/products_lora.html
http://www.keyman.or.jp/at/30007477/

www.qibitech.com

LPWA とは？2015-2017 SORACOM, INC.
代表的 LPWA の違いを理解する RIC TELECOM Co.,Ltd.

LPWA(Low Power Wide Area)とは GISupply,Inc.

「Wi-SUN」とは？ 2000-2017 ITmedia Inc.