【平成２９年度ＪＫＡ機械振興補助事業】「IoT 社会進展に向けた新たな省電力無線メッシュネット
ワークの適用可能性調査研究」研究委員会（通称：ＪＫＡ省電力無線メッシュネット研究委員会）
報告書

平成３０年３月

一般財団法人 ニューメディア開発協会

競輪の補助事業

本研究は競輪の補助を受けて実施しました。
http://hojo.keirin-autorace.or.jp

目

1. はじめに次・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

2. ＪＫＡ省電力無線メッシュネット研究委員会

１・・・・・・・

２

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２

2.2. 研究委員会の進め方 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３

3. IoT 応用アプリケーションの適用想定シナリオにおけるニーズ ・・・

３

2.1.

3.1.

研究会構成委員

想定適用シナリオ 1「屋内における人や物の位置の推定」 ・・・

３（1）ニーズ概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３（2）ニーズ詳細・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

３

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

４

（3）課題
3.2.

想定適用シナリオ 2「太陽光発電モジュール管理」

・・・

４（1）ニーズ概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

４（2）ニーズ詳細・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

４

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

４

（3）課題
3.3.

想定適用シナリオ 3「屋外，外構などの照明システムの遠隔操作」

５（1）ニーズ概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

５（2）ニーズ詳細・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

５

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

５

（3）課題
3.4.

想定適用シナリオ 4「空間のアドホック・テンポラリなセンシング」

５（1）ニーズ概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

５（2）ニーズ詳細・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

５

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

５

想定適用シナリオ 3「公共インフラの維持管理」 ・・・・・・・

６

（3）課題
3.5.

（1）ニーズ概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

６（2）ニーズ詳細・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

６

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

７

（3）課題

3.6. 想定適用シナリオ 6「土木工事及び建設工事現場での重機等による接触事故防止と危険告知」

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

７（1）ニーズ概要

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

７（2）ニーズ詳細・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

７

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

７

（3）課題

i

4. 省電力無線ネットワーク技術

・・・・・・・・・・・・・・・

4.1. 省電力無線ネットワークのデータ転送技術

７

・・・・・・・

８（1）Bluetooth Low Energy (BLE)・・・・・・・・・・・

８（2）IEEE802.15.4（ZigBee, SUN）

・・・・・・・・・・・

１４

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

１９

無線デバイスの位置推定技術 ・・・・・・・・・・・・・・・

２２（3）LPWA
4.2.

（1）Range-based 方式

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２３（2）Range-free 方式

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２４（3）その他の電波を用いた位置推定方式

・・・・・・・・・・・

２５

5. 省電力無線メッシュネットワークの適用可能性と課題 ・・・・・・・

２６

5.1. データ転送に関する要件と課題

・・・・・・・・・・・

２６（1）想定適用シナリオ 1「屋内における人や物の位置の推定」 ・・・

２６（2）想定適用シナリオ 2「太陽光発電モジュール管理」

・・・

２７

（3）想定適用シナリオ 3「屋外，外構などの照明システムの遠隔操作」

２８（4）想定適用シナリオ 4「空間のアドホック・テンポラリなセンシング」 ２８（5）想定適用シナリオ 5「公共インフラの維持管理」 ・・・・・・・

２８（6）想定適用シナリオ 6「土木工事および建設現場での重機等による接触事故防止」
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
5.2. 無線デバイスの位置推定に関する要件と課題

２８・・・・・・・

２９（1）想定適用シナリオ 1「屋内における人や物の位置の推定」 ・・・

２９（2）想定適用シナリオ 2「太陽光発電モジュール管理」

・・・

２９

（3）想定適用シナリオ 3「屋外，外構などの照明システムの遠隔操作」

２９（4）想定適用シナリオ 4「空間のアドホック・テンポラリなセンシング」 ２９（5）想定適用シナリオ 5「公共インフラの維持管理」 ・・・・・・・

２９（6）想定適用シナリオ 6「土木工事および建設現場での重機等による接触事故防止」
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２９

6. 課題とまとめ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

２９ii

ＪＫＡ平成２９年度機械振興補助事業「IoT 社会進展に向けた新たな省電力無線メッシュネットワークの適用可能性調査研究」
研究委員会（通称：ＪＫＡ省電力無線メッシュネット研究委員会）
報告書

JKA 省電力無線メッシュネットワーク研究委員会 委員長
滝沢 泰久

1． はじめに
近年，Internet-of-Things(IoT)，BigData，AI（人工知能）による新たな情報通
信処理フレームワークの進化と社会への浸透は顕著であり，この進化と浸透は仕事のあり方や生活のあり方を変えつつあり，産業構造や社会構造を変革する可能性を有している．このような新たな情報通信処理フレームワークにおいて，IoT は，膨
大な数の小型センサデバイスやスマートデバイスを，商業活動，生産活動，医療活動などの社会の多様な活動環境や人に配置または装備して，これらデバイスから得られた情報をインターネットへ集約し，これを知識ベースとして BigData を作り出す神経系として機能する．すなわち，IoT は新たな情報通信処理フレームワークの根底を支える技術である．
IoT の基本部分を構成するのは，膨大な数の小型センサデバイスやスマートデバ
イスである．この小型センサデバイスやスマートデバイスの要件として，数を必要とするため低コストであること，バッテリ駆動であるためそのライフタイムを伸ばすため省電力であることが求められる．従って，これら小型デバイスは通信デバイ
スとして WiFi や LTE のような広帯域・高出力可能なデバイスは利用できないため，
ZigBee（IEEE802.15.4）や BLE（Bluetooth Low Energy）などの省電力デバイスを用いることとなり，インターネットのエッジまでのネットワークは省電力無線デバ
イスを用いた多数の小型センサデバイスまたはスマートデバイスによる無線メッシ
ュネットワークが想定されている．無線メッシュネットワークはその柔軟性から応用利用が期待されて久しいが，その利用が普及していると言い難い．すなわち，現状の無線メッシュネットワークは応用利用においてユーザのネットワークに対する要件を満たせていないと考えられる．一方で，LPWA(Low Power Wide Area)無線デバ
イスが IoT デバイスとして注目されている．LPWA は省電力無線デバイスでありながら，広域通信を可能とし，インターネットとの接続においてメッシュネットワーク

1

の構成を必要としない．以上の背景から，IoT 環境において無線メッシュネットワ
ークの必要性やその適用可能性について再考する必要があると考える．
本報告書は，前述の省電力無線ネットワークの取り巻く環境において，ＪＫＡ省
電力無線メッシュネット研究委員会が，「IoT 社会の進展における省電力無線メッシ
ュネットワーク技術の必要性と適用可能性を検討し，その要件と課題を明確にする」
ことを目的とした議論結果を報告するものである．
以降，2 章にて研究会委員構成と研究会概要を示し，研究会で概論された IoT 応
用アプリケーションの適用想定シナリオとその技術ニーズを 3 章に示し，この技術ニーズに関わる省電力無線ネットワークの技術動向を 4 章に示す．さたに，5 章にて 3 章と 4 章に基づいた IoT 社会の進展における省電力無線メッシュネットワーク
技術の必要性と適用可能性を示す．

2． ＪＫＡ省電力無線メッシュネット研究委員会
2.1. 研究会構成委員
本研究委員会は，「IoT 社会の進展における省電力無線メッシュネットワーク技術の必要性と適用可能性を検討し，その要件と課題を明確にする」ことを目的とす
る．本研究委員会の構成は，本目的を達成させるために，省電力無線メッシュネッ
トワークの専門技術者と IoT 応用利用を検討する技術者から構成した．以下に本研究会委員構成を示す．
委員長
関西大学

環境都市工学部

滝沢泰久

委員
ジーワン株式会社 取締役

小森 義浩

ジーワン株式会社 開発事業部 加藤 周平
株式会社

竹中工務店 技術研究所 高井 勇志

株式会社

竹中工務店 情報エンジニアリング本部

アイセイ株式会社 代表取締役 岩佐 宏一
合同会社パワープラント

代表 飯塚 徹

技術アドバイザー 袴田一樹

ホシデン株式会社 大阪営業統括部 辻本 治
有限会社デジタルウィンド

代表 斎藤

オブザーバー
技術アドバイザー 久島

信幸

2

隆司

粕谷 貴司

ジーワン株式会社 リップルライト事業部 永井 亮平
ホシデン株式会社 大阪営業統括部 平田 吉良
2.2. 研究委員会の進め方
現状の省電力無線メッシュネットワーク技術（シーズ提供側からの説明）の把握を行い，研究委員会全体において議論するプラットフォームの構築を図った．その後，想定ターゲットでの IoT 応用アプリケーションとそれを支える無線ネットワー
クの要件（ニーズ提供側からの説明）から，省電力無線メッシュネトワークの適用可能性を議論した．その結果として、適用への課題を明確した．以下に研究会開催
日時とその概要を示す．
第 1 回研究委員会
日時2017 年 7 月 14 日 13:00〜16:30

場所

一般財団法人 ニューメディア開発協会

概要

シーズ面の現状及び課題の報告

第 2 回研究委員会
日時2017 年 9 月 21 日 13:00〜16:30

場所

一般財団法人 ニューメディア開発協会

概要

ニーズ側における動向について説明

第 3 回研究委員会
日時2018 年 12 月 14 日 13:30〜15:30

場所

一般財団法人 ニューメディア開発協会

概要

省電力無線メッシュネットワークの適用可能性と課題の抽出

第 4 回研究委員会
日時2018 年 3 月 13 日 15:00〜17:00

場所

一般財団法人 ニューメディア開発協会

概要

省電力無線メッシュネットワークの課題の提言

3． IoT 応用アプリケーションの適用想定シナリオにおけるニーズ
本章では，研究会委員から説明されて IoT 応用アプリケーションの適用想定シナ
リオにおける技術ニーズを示す．
3.1. 想定適用シナリオ 1「屋内における人や物の位置の推定」（1）ニーズ概要
オフィスなど屋内で人や物がどの辺りにあるのかを推定する技術．
（2）ニーズ詳細

3これからの働き方改革の一環として，ABW(Activity Based Working)という考え方が進められており，従来の固定席に縛られず，職務の内容や活動に応じて自由に移動して働くことが広まってくると考えられる．そこで，オフィス内で誰がどのあたりにいるのか，という情報を得る方法が求められる．加えて．移動可能な什器や機器にもセンサーを取り付け，人だけでなくオフィス内の様々なものの動きが取れると，管理上も役立つのに加えて，空間の使われ方の研究にも使うことができる．
（3）課題
省電力で，小型，人が携帯容易および物へ装備容易であるデバイスが必須である．既存の PC やプリンタなどの機器に接続可能であることも必要である．位置推定精度は数 m 程度で十分である．位置更新頻度は人の場合分単位，物の場合
時間単位と考える．無線 LAN、ビーコンなど既存無線技術による無線デバイスの多数の位置推定システムがあるが，これらのメリットやデメリットを明確にする必要がある．可能であれば，位置推定のための無線デバイスの設置や変更にコストがかからない技術が望まれる．この点が可能であれば，ビルなどの施工現場における作業員や建材の位置把握に利用可能である．
3.2. 想定適用シナリオ 2「太陽光発電モジュール管理」（1）ニーズ概要
太陽光パネルのストリング（系統）ごとの細かいモニタリングをすることで，性能劣化などをいち早く検知することができる．
（2）ニーズ詳細
太陽光パネルの故障検知などは，ドローンによる温度調査などが検討されている．しかし，ストリング（系統）ごとに細かく電流、電圧を計測することで性能劣化を素早く見つけることが求められている．例えば、系統内の 1 つのパネルが故障して電圧降下を起こしていた場合，系統全体がそれに引きずられて発電効率が落ちる事象がある．現状，監視装置を，LTE などを介して運用しているが，それほどリアルタイム性は求められないので，メッシュネットワークが適用できる可能性があると考えられる．
（3）課題
センサー情報を無線メッシュネットワークにより転送すること（無線センサネ
ットワークの適用）が考えられる．しかし，無線メッシュネットワークはデー
タ欠損などの信頼性に課題があると考える．本シナリオにおいて，データの発生頻度は高くなく，データ量も多くない．このような条件でおいて無線メッシ

4ュネットワークの信頼性を高める必要がある．
3.3. 想定適用シナリオ 3「屋外，外構などの照明システムの遠隔操作」（1）ニーズ概要
屋外、外構などの照明機器に対しての調光制御のための通信インフラ．
（2）ニーズ詳細
建物設備（100m × 100m 程度の大きさ，例えば大ホールや駐車場）設計において，屋外や外構などにおいて電源配線は必須である．一方で LAN 配線が難しい
場合が多い．理由としては，一般的にノイズ等の理由で電源と LAN ケーブルを平行に施工することは一般的に実施しない．また，意匠や管理の理由から外構や建物屋根などに配管を通すのは，1 本程度に収めたい要求がある．さらに，LANケーブルの敷設は 100ｍ制限があるため，それらを伸ばす場合はスイッチなどが必要となり，その機器のメンテナンスや設置場所が課題になる．従って，LAN ケーブル配線を排除するため，無線メッシュネットワークを構成して，このネッ
トワークにより照明機器を制御する．
(2) 課題
照明機器をアクチェータとして無線メッシュネットワークを構成して、リアル
タイムの調光制御などを手元の携帯端末などで制御することが考えられる．しかし、リアルタイムな制御を想定した無線メッシュネットワークに対応したプ
ロダクトが多くないのが課題と考える．
3.4. 想定適用シナリオ 4「空間のアドホック・テンポラリなセンシング」（1）ニーズ概要
オフィスや工場など，将来的にレイアウトの変更が予想される空間には，固定的なセンサーが設置しにくい．機動的なセンサネットワークの構成とセンサー位置の推定する技術がニーズとしてある．
（2）ニーズ詳細
オフィス内の温湿度計測などをテンポラリに行いたいというニーズがあり，その情報を使ってより快適な空調制御などを検討する要求がある．一般的なソリューションであると，無線センサノードに対してゲートウェイ機器で情報を収集するが，その設置自体がハードルになる場合がある（電源などが必要なため）．
恒常的な設備を用いずに，各ノードが電池などで駆動し、自律的なネットワー
クを構成し，かつセンサノード位置を推定する技術が必要である．
(3) 課題沖電気社などがマルチホップのセンシングソリューションを発売しているが，

5

センサーなどが高額である．一方で EnOcean、Bluetooth などのスマートデバイ
スは低価格化が進んできている．低価格な Blutooth デバイスによる無線メッシ
ュネットワークの構成とこれらデバイスの位置推定の技術が必要である．
3.5. 想定適用シナリオ 3「公共インフラの維持管理」（1）ニーズ概要
公共インフラは放置すると劣化し，第三者への影響に加え社会経済への損失につながるため，国は維持管理のための法制度を整え施行した（５年に１回の点検を義務化）．しかし，予算がなく技術者もいない多くの自治体は｢見なければならない構造物への対応義務｣，｢直さなければならない構造物への対応義務｣への大きな課題が顕在化した．点検の自動化と点検結果による保守の最適化は必須である．また，防災や災害時の対策において確実な情報提供が必要であるが，未だ構築されていない状況である．
（2）ニーズ詳細
維持管理：
橋梁，トンネル等の定期点検を実施する 5 年の間を補えるモニタリング技術において，センシングは，たわみ、傾斜、ひずみ等物理センサーや環境要因を観測するケミカルセンサーにより実施する．一方，取得センシングデータの転送は，現状各々のセンサーが有線で接続されたネットワークにより実施している．
このシステムはセンサー間が遠ければ遠いほど有線ケーブルの引きまわしが煩雑になるため，（必要なデータを確実に捉えられなくても）小さな範囲に収める
か，または費用をかけて大きな範囲で計測する必要がある．これらの課題を省電力メッシュネットワークにより，広範囲でかつ安価で構成することが可能とすることが期待される．
防災：
防災の観点から予兆や余寿命が評価できる技術において，センサーによるモニタリングにより危険を予測することが期待される．また，災害時にダウンしな
いネットワークの構築（緊急輸送道路、避難経路の情報発信）が求められる．
維持管理は構造物を単体としたミクロ的な観点であり、災害時は地域（エリア）の安全性能が求められる．この場合ひとつのセンサーが途絶えたとしても他のセンサーをたどって通信網を構築できる耐故障性の高いネットワークが必要である．さらに，橋梁の段差により，車両の通行が困難となる場合や河川増水による決壊の恐れ，また自然斜面における表層崩壊等の把握は広域な面的情報が必要となるため，インフラネットワークに依存しないメッシュネットワークを6

構築することで災害情報の途絶えない提供が可能とすることが求められる．
(3) 課題
技術的および制度的な課題を以下に示す．
インフラメンテナンスにおける点検の法制化（義務化）

元々あまり費用計上がないメンテナンス費が今後増大する



管理者の職員減少における、メンテナンスに対応できる技術者数

メンテナンスにおける、劣化機構を熟知した技術者が少ない

3.6. 想定適用シナリオ 6「土木工事及び建設工事現場での重機等による接触事故防止と危険告知」（1）ニーズ概要
土木工事及び建設工事現場，特に建設における基礎工事，根伐工事等まだ躯体が立ち上がる前の現場状況において，工事区画内の敷地に高低差や窪み，掘削穴が多く，さらに，ユンボ等の重機やダンプトラック等，大きく重量のある物
体の場内通行量が激しい．このような工期内建設現場において，現場作業員への危険告知を，即時性を保って伝達することにより，重大災害事故上位を占める車両・重機等による接触事故を撲滅するシステムの構築を，メッシュネット
ワークを活用することで達成することが期待される．
（2）ニーズ詳細
建設現場での事故発生によるコストロスは億円単位であり，事故防止が旧来からの最大のテーマである．各作業員，車両・重機及び開口部などの危険ゾーン(転落事故につながる)にクライアントを配置し，相互の距離が危険に近づくことを，色や音を変え，バイブレーション機能などを併せて段階的に危険度を知らせる事が可能なシステムの構築が求められる．
現場作業詰所で従事している作業員及び場内・場外にある車両・重機をリアルタ
イムに位置情報を把握出来うる事と共に接触の可能性が場内に高まっている場
合の警報システムも併せて構築することが必要である．
車両・重機と作業員が危険距離に近づいたログ情報を収集し，これを分析することにより，場内動線及び誘導路の改善計画の高度化を図る．
(3) 課題
場内入場予定で場外待機中の車両等が近隣の迷惑になるケースも後を絶たず，
交通障害になりうる事を回避するために，場外のクライアントを管理するための課題を抽出し，活用方法も併せて探りたい．場外は法的に管理責任などが場内とは異なり，車両等の個別運用責任，車両の運用事業所の管理責任に帰属す

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ると思われるので，これらが有効か否かも検討課題である．
トンネルや地下構造物の中，又は大きなコンクリート構造物の近くに於いても，精密な位置情報を導くための課題も探りたい．
場内等に階層化されている箇所がある場合，平面位置情報ではクライアントの位置情報が重なると思われるので，タテ軸方向での重複する位置情報を選別して把握する事が可能か検討したい．

4． 省電力無線ネットワーク技術
本章では，3 章における IoT 応用アプリケーションにおいて必要とされる技術ニーズの現状を説明する．3 章における IoT 応用アプリケーションにおいて必要とされる技術ニーズは，省電力無線ネットワークにおけるデータ転送と無線デバイスの位置推定に大別できる．
4.1. 省電力無線ネットワークのデータ転送技術（1）Bluetooth Low Energy (BLE)1999 年に Bluetooth 1.0 がリリースされ，2002 年に Bluetooth 1.1 が IEEE802
委員会に提案され，IEEE802.15.1 として承認された．Bluetooth1.x の送信速度は1Mbps であった．Bluetooth 1.x の仕様は現在し，Bluetooth BR(Basic Rate)と呼ばれている．Bluetooth は低消費電力，低コストの無線技術として登場し，高い期待があったが，無線センサネットワークに適用するには，省電力機能としては不十分であり，普及が進まなかった．そこで，省電力無線技術としてノキア社のWibree 技術を取り入れて，2010 年に Bluetooth Low Energy (BLE)とする Bluetooth
4.0 がリリースされた．2013 年には Bluetooth 4.1，2014 年には Bluetooth 4.2，
2016 年には Bluetooth 5.0 がそれぞれ発表されている．
Bluetooth 4.0 以降は，Bluetooth 1.x, 2.x，3.x（クラシック Bluetooth）との後方互換がなく，新たな仕様規格であり，Bluetooth Smart と呼ばれる．クラシ
ック Bluetooth は 2.4Ghz の ISM バンド（Industry Science Medical Band）を周波数帯として利用する．この周波数帯は，IEEE802.11，ZigBee など産業・科学・医療などの多様な機器により共同利用されているため，電波干渉が非常に高い．
このため，Bluetooth では，周波数ホッピング拡散技術（FHSS: Frequency Hopping
Spread Spectrum）を採用している．FHSS は，一定のルールに基づき，短い周期で次々と利用する周波数チャネルを変更する通信方式である．無線通信において，通信は常に発生するわけでなく，間欠的に発生し，通信が行われていない時間（隙間）が常にある．FHSS は，通信が行われない通信隙間を利用して，少量のデータ8を送受信する．これにより，ISM バンドでの電波干渉を避けてデータ通信を行う．
クラシック Bluetooth における FHSS は次の 2 点において省電力化が困難であった．
・ ネットワーク発見と参加
クラシック Bluetooth の FHSS は，79 チャネル中の 32 チャネルをネットワーク
への参加に用いる．マスタノードはこの 32 チャネルを 68 マイクロ秒で切り替
えて，Inquiry パケット（ネットワークの情報）をブロードキャストする．従って，スレーブノードとしてネットワークに参加するためには，68 マイクロ秒の周期で切り替えられる 32 チャネルをスキャンして Inquiry パッケトを受信する必要があり，Inquiry パッケトを受信するためには，32 チャネルの探索のために数秒間連続してスキャンを行うことになる．そのために，ネットワークの発見に大きな電力消費が発生する．
・ ネットワーク維持のための時刻同期
スレーブノードとしてネットワークに参加すると，FHSS のチャネルホッピングの時刻同期が確立する．しかし，時間経過とともに，各ノードのクロック誤差が累積されるため，これを修正する必要がある．クラシック Bluetooth はタイ
ム・スロットが 625 マイクロ秒であることから，10 マイクロ秒程度が誤差の許
容範囲である．従って，時刻同期の修正のために常に時刻同期のための制御通信が必要となり，省電力には不利となる．
Bluetooth 4.0 以降（BLE）は，クラシック Bluetooth より省電力化するため，
送信距離を犠牲にして送信電力を抑制する．クラシック Bluetooth では 100 ミリ W
であった送信出力を 10 ミリ W の 1/10 とした．一方，通信速度はクラシック
Bluetooth の 1Mbps と同様であり，ZigBee の 4 倍である．通信速度が 4 倍であることで，送信時間が短くなるため省電力に有利となる．BLE は，クラシック Bluetoothと同様に，2.4GHz の ISM バンドを利用周波数としている．従って，利用周波数は
電波干渉が非常に高いため，FHSS を用いている．
クラシック Bluetooth の FHSS は，
電波干渉への耐性を強化できたが，前述のように，そのために省電力化において不利となった．BLE では，FHSS における電波干渉の耐性を維持しつつ，省電力化を次の点において図っている．
・ パケットの軽量化
BLE ではパケットヘダーの簡略化し，また最大パケットサイズも 47 バイトに抑制した．このため，送受信時間が大幅に抑止され，省電力化が可能となる．パケットの 47 バイトへの軽量化と 1Mbps の送信レートにより，1 つのパケット送受信に要する時間は 328 マイクロ秒であり，非常に短い時間である．

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・ ネットワーク参加のためのチャネル数
クラシック Bluetooth でのチャネル数は 72 チャネルであり，その 32 チャネル
をネットワーク接続用に用いている．一方，BLE でのチャネル数は 40 チャネル
でそのうちの 3 チャネルをアドバイタイズチャネルとして，ネットワーク参加用の専用チャネルとしている．すなわち，大幅にネットワーク参加用のチャネ
ル数を減少させることにより，短時間にネットワークの発見を可能とした．クラシック Bluetooth ではネットワークの発見に要する時間が秒オーダーであるが，BLE はこれを数 10 ミリ秒に短縮し，省電力を可能とした．
・ パッシブスキャン
クラシック Bluetooth では，マスタノードがビーコンパケットをネットワーク
参加用の 32 チャネルへ周期的にブロードキャストする．スレーブノードがネットワークに参加しマスタノードとの接続を確立するためには，このビーコン
パケットを受信する必要がある．そのため，スレーブノードは秒オーダーのス
キャンを必要とし，省電力に不利となる．BLE では，ネットワークの発見をマ
スタノード主導（アクティブスキャン）から，スレーブノード主導（パッシブスキャン）に変更している．パッシプスキャンはスレーブノードがアドバタイ
ズチャネルに自身のプレゼンスを周知するアドバイタズメントパケットを周期的に配信し，これを受信したマスタノードと接続を確立する．スレーブノー
ドは，アドバタイズメントパケットの送信インターバル間はスループ状態へ遷
移して省電力でき，クラシック Bluetooth では常時スキャンする場合と比較して，大幅に省電力化が可能となった．
・ 緩やかな時刻同期
BLE の FHSS におけるチャネルホッピング周期は，クラシック Bluetooth の FHSSの 625 マイクロ秒周期チャネルホッピングとは大きく異なり，数ミリ秒としている．クラシック Bluetooth の FHSS は短い周期でチャネルホッピングを行う
ため，マスタノードとスレーブノード通信が 1 タイム・スロット内で収まらず，複数のチャネルに跨った通信が必要となる．そのために，制御パケットを用いた厳密な時刻同期を常時実施する必要があり，省電力を困難としている．一方，BLE のチャネルホッピング周期は数ミリ秒であるため，マスタノードとスレー
ブノードの間の通信は，1 タイム・スロットに収まり，チャネルを跨るための制御は不要である．また，チャネルホッピング周期は数ミリ秒であるため，時刻同期に関する精度が大きく緩和されて，時刻同期の制御を大幅に削減できた．
また，スレーブノードはマスタサーバからの周期的なポーリングにおいて，省10電力のために意図的に無視する周期として，スレーブ・レイテンシーが設けられており，アプリケーションのニーズに適応して省電力することが可能である．
・ 非ペアリング通信
BLE では，マスタノードとスレーブノード間において未接続状態でのデータ通信を可能としている．スレーブノードはアドバタイズメントパケットにデータを付加することにより，マスタノードへデータ送信が可能である．アドバイタ
ズメントパケットはアドバタイズチャネルを用いてブロードキャスト通信により行われるため，時刻同期が不要であり，省電力な通信を可能とする．
・ プッシュ型通信クラシック Bluetooth はマスタノードとスレーブノードとの通信はプル型通信である．プル型通信ではマスタノードからスレーブノードへデータ通信の要求の問い合わせを行い，これにスレーブノードが応答後に，データ通信の手順へ遷移する．BLE は，これをプッシュ型通信としている．プッシュ型通信は，通信前の手続きを省略し，直ちにデータ通信処理に入る．これにより，クラスッ
ク Bluetooth では，マスタノードとスレーブノード間とデータ交換に 4 往復の通信が必要であったが，BLE では 2 往復となり 1/2 の通資量に削減した．
・ 専用 ACK パケットの排除
クラシック Bluetooth では，データ受信の応答確認のために，データパケットと独立に，専用 ACK パケットを送信する．BLE では，専用 ACK パケットを用いずに，データパケット内のヘダーにデータ受信の確認応答に関する情報を埋め込んでいる．これにより，制御パケットを抑制し，送信回数を抑え，省電力化を図っている．
BLE のアーキテクチャは，コア規格とアプリケーション個別のプロファイルに分けられる（図 1）．さらに，コア規格は，下位層のコントローラと上位層のホストに分けられ，コントローラとホストとのインターフェイスは HCI(HostController Interface)インターフェイスとして規定されている．
HCI は UART，
USB，
SDIO の標準インターフェイスを用いている．

11

図 1．Bluetooth Low Energy のアーキテクチャ

・ コントローラ
コントローラは物理層と MAC（データリンク）層を担当する．物理層ではデー
タ送信レート 1Mbps の GFSK 周波数変調方式が実装されている．チャネル数は2MHz 幅で 40 チャネル，うち 3 チャネルがアドバタイズメントチャネルで，残り 37 チャネルがデータチャネルである．MAC 層において，BLE では時刻同期の制約のために CCA（Clear Channel Assessment）などのキャリアセンスを用いていない．CCA などのキャリアセンスは通信する前にチャネルの使用状況をス
キャンし，その状況に依存して，送信を遅延する．BLE ではチャネルホッピン
グのための時刻同期が必要であるため，キャリアセンスによるチャネル状況に基づく電波の衝突回避のための遅延操作は，時刻同期において不利な制御となる．従って，BLE ではキャリアセンスを用いない．しかし，キャリアセンスを用いない場合，電波の衝突が発生する可能性が高まる．そのため，BLE ではア
ドバタイズチャネルを IEEE802.11 との電波干渉が最も少ない 2.4Ghz の両端と12

IEEE802.11 のチャネル 1 と 6 の間に配置している．チャネルホッピングはスレーブノードにおけるアドバイタズングインーターバル，スレーブ・レイテンシ
ー，およびマスタノードのコネクションインターバルにより制御が可能である．
アドバタイジングインーターバルはスレーブノードにおけるアドバタイズメ
ントパケットの送信周期である．コネクションインターバルはマスタノードがスレートノードとの接続確立後のデータ交換周期であり，スレーブ・レイテン
シーはスレーブノードがマスタノードからのデータ交換周期を無視して意図的にデータ送信周期を延長するパラメータである．これらパラメータはホストから設定可能であり，アプリケーションのニーズに応じて省電力を可能としている．また，チャネルホッピングにおける利用チャネルリストは電波干渉の高いチャネルを排除する適応型チャネルホッピングとなっている．
・ ホスト
ホストは次の階層から構成される．
L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol)
データ分割・再構成，着信確認・再送などの無線通信の論理リンクの管理プ
トトコルである．
ATT（Attribute Protocol）
アトリビュート(Attribute)とは，アプリケーションのサーバとクライアント
間のサービを構造化する定義であり，ハンドル，タイプ，値から構成される．
ATT はアプリケーションのサーバとクライアント間でアトリビュートを送受信するためのプルトコルである．
SMP（Security Manager Protocol）
認証・暗号化などの関するセクリティ管理プロトコルである．
GATT（Generic Attribute Profile）
アドリビュートを利用するためのアプリケーションインターフェイスである．
アプリケーションはこのインターフェイスを用いて開発する．GATT の下位層として SMP，ATT が機能し，さらに SMP，ATT の下位層として L2CAP が機能す
る．
GAP（Generic Access Profile）
ネットワークの接続状態を管理するインターフェイスである．GATT と同様に
アプリケーションにネットワークを管理するプログラムインターフェイスを提供する．GAP の下位層は HCI インターフェイスを介してコントローラが担
当する．

13

・ HCI インターフェイス
HCI インターフェイスは，ホストからコントローラの動作を制御するコマンド，
コントローラからホストへコントローラの状態を通知するイベント，ホストとコントローラ間での双方向のデータ交換するデータから構成され，次の 3 つのインターフェイスをサポートする．
UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）
RS232，RS485 のシリアルインターフェイスを用いる方式である．シリアル通信の設定は，データビット 8 ビット，パリティビットなし，ストップビット
1 ビット，CTS/RTS によるフロー制御，送信速度は実装依存となっている．UART
は省電力効果が高い．
USB（Universal Serial Bus）
PC の周辺機器に用いられているインターフェイスである．ホスト部が PC，タプレット PC である場合に多く用いられるインターフェイスである．
SDIO（Secure Digital Input/Output）
SanDisk などで持ちられている小型メモリーカードのインターフェイスである．
・ プロファイル
BLE のアプリケーション層の規格である．プロファイルは標準プロファイルとユーザ独自のプロファイルに分けられる．標準プロファイルに準拠することにより，多様なアプリケーションとの相互接続性が保証される．
Bluetooth 5.0 においては，データレートは従来の 2 倍の 2Mpbs，送信距離は従来の 4 倍までサポートされる．また，メッシュネットワークがサポートされる．データレートは 2Mbps まで拡張されているが，2Mbps とした場合，送信距離は，従来の 1/2 に短くなり，通信距離を 4 倍とした場合，データレートは従来の 1/4 の250Kbps となる．すなわち，データレートを上げる場合は送信距離を犠牲にする必要があり，通信距離を伸ばすためにはデータレートを犠牲にする必要がある．メッシュネットワークにおけるデータ転送は，アドバタイジングチャネルを用いたフラッティングベースのデータ転送方式であり，転送効率が高くないと考えられる．メッシュネットワークを大規模化するには，転送効率を高める制御方式は必須であると考えられる．
（2）IEEE802.15.4（ZigBee, SUN）
IEEE802.15 ワーキンググループは，クラシック Bluetooth を無線センサネット
ワークに適用するには省電力が不十分であることから標準化活動が開始され，その14

中で最も有用な規格が IEEE802.15.4 である．IEEE802.15.4 は低通信速度，低消費
電力，低コストの 3 つの特徴を有する．IEEE802.15.4 は物理層と MAC 層の 2 つの規格から構成される．さらに，工場など利用を想定した MAC 層の規格としてIEEE802.15.4e，920MHz の周波数を利用とする物理層の規格として IEEE802.15.4gがある．IEEE802.15.4 の上位層規格としては，ZigBee，SUN などの独自仕様，インターネットとの接続を前提とする 6LowPAN があげられる．
IEEE802.15.4 物理層は，868MHz，915MHz，2.4GHz の周波数帯を用いるが，日本
で利用可能な周波数帯は 2.4GHz のみである．IEEE802.15.4 2.4GHz 帯のチャネル
は 2MHz 幅で 16 チャネルとなる．変調方式は O-QPSK を採用し，データ送信レート
は 250Kbps である．拡散方式として，直接拡散（DSSS：Direct Sequence Spread
Spectrum）を用いて，電波干渉への耐性を高めている．
IEEE802.15.4MAC 層は，CSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision
Avoidance）を採用している．CSMA/CA は，通信を開始する前にチャネルの使用状
況を，キャリア（搬送波）をセンシングすることにより確認し，ランダムな時間を待機後に送信を開始する．このランダムな待機時間により複数のノード間での送信
データの衝突を回避する．しかし，隠れ端末問題やノード数の増加により送信デー
タの衝突を回避できない場合が発生する．この問題を解決するため，IEEE802.15.4
MAC 層では,スーパ・フレームを採用している．スーパ・フレームは，仮想的な送信時間の割り当てである．スーパ・フレームは，競合アクセス期間（CAP：Contention
Access Period）と無競争アクセス期間（CFP：Contention Free Period）から構成される．CAP においては，CSMA/CA によりノード間で競合しつつ，CAP のタイム・スロットを共有利用する．そのため，遅延時間や衝突が発生する期間である．一方，
CFP は 期間スロットを GTS（Guaranteed Time Slot）と呼ばれる保証タイム・スロ
ットを予めノードに割り当てることにより，遅延時間の保証と衝突の回避を実現す
る．スーパ・フレームは 16 個のタイム・スロットに分割され，最初のタイム・ス
ロットはビーコン用に用いられる．残り 15 個のタイム・スロットは，CAP と CFPにそれぞれ割り当てられる．配置は最初に CAP その後に CFP である．CFP はオプシ
ョンであり，最大で 7 タイム・スロットである．スーパ・フレームを用いるためには，ネットワーク上のノード間での同期が必要となる．この同期を取るためにビーコンが用いられている．IEEE802.15.4 MAC 層では，コーディネータまたはルータ
がビーコンをスーパ・フレームの最初のタイム・スロットを用いて周囲へブロードキャストする．これを受信したノードとでスーパ・フレームの同期が取られることになる．IEEEE802.15.4 では，最短のタイム・スロットは 60 シンボルであり，2.4GHz

15

帯においてはシンボルレートが 62.5K シンボル/秒となることから，タイム・スロ
ットは 960 マイクロ秒となる．従って，16 スロットから構成される基本スーパ・フレームの期間は 15.36 ミリ秒となる．IEEE802.15.4 MAC 層では，この基本スー
パ・フレーム期間を基準にスーバ・フレーム・オーダー（SO：Super frame Order）
により「基本スーパ・フレーム期間×2SO(０≦SO≦14)」としてスーパ・フレーム期間を規定する．さらに，ビーコンの送信周期として，基本スーパ・フレーム期間を基準にビーコン・オーダー（SO：Beacon Order）により「基本スーパ・フレーム期
間×2BO(０≦BO≦14)」とする．BO > SO においてはビーコン周期にスーパ・フレー
ム期間が内包される．従って，BO により指定されたビーコン周期において，SO で指定されたスーパ・フレームの期間がノードのアクティブな期間であり，残りのビーコン周期の期間においては，ノードはスリープ状態へ遷移して省電力を図ることが可能である．

図 2．IEEE802.15.4 スーパ・フレームとビーコン

IEEE802.15.4 MAC 層のデータ送信手順はビーコンモードとノンビーコンモードに分けられる．ビーコンモードはスター型トポロジで利用可能である．子ノードから親ノードへのデータ通信手順はプッシュ型通信となる．すなわち，親ノードからのビーコンを受信後，スーパ・フレームの同期を確立し，GTS スロットが割り当てられている場合は CFP で，割り当てられていない場合は CAP でデータを親ノードへ送信する．CAP は CSMA/CA を行い，タイム・スロットに同期して送信を行う．親ノードから子ノードへのデータ通信はプル型通信となる．親ノードからのビーコン受
信によりスーパ・フレームの同期を確立し，ビーコンに親ノードから自身への送信
データがあることを示している場合は，親ノードへデータ送信要求を送り，親ノー
ドはその要求の ACK を返し，その後にデータを子ノードへ送信する．ノンビーコン
モードでは，すべてのノードは常にアクティブ状態であり，常時データ通信が行え

16

る．従って，スーパ・フレームの同期は不要であるため，ビーコン送信は行わない．
すなわち，ノンビーコンモードの送信手順はビーコンモードのノード間のビーコン
送信とその応答を省略した手順となる．
IEEE802.15.4g は 920MHz 帯（サブ GHz 周波数帯）の周波数帯を利用する物理層の規格である．2.4GHz 周波数帯は多様な無線デバイスが共存しているため，電波干渉が非常に高い．これを回避するために，アンライセンスバンドとして 920MHz
周波数帯を整備して設定した．920MHz 帯は 2.4GHz 帯より帯域が狭いが，通信距離が大きく伸びる．そのため，2.4GHz と比較すると通信において競合するノード数が増加することになる．さらに，通信帯域が狭く通信速度が低いためデータ送信時におけるチャネル占有時間が増加する．以上のことから，920MHz 帯では送信時間(Duty Cycle)に制約を設定している．具体的には，20 ミリ W 送信電力型・920.6〜
923.4MHz では，キャリアセンス時間 5 ミリ秒以上，連続送信時間 4 秒以内，休止
時間 50 ミリ秒以上，20 ミリ W 送信電力型・922.4〜928.0MHz では，キャリアセン
ス時間 128 マイクロ秒以上，連続送信時間 1 チャネル使用 400 ミリ秒以下，2 チャネル使用 200 ミリ秒以下，3 チャネル使用 100 ミリ秒以下，
休止時間 2 ミリ秒以上，
1 ミリ W 送信電力型・916.0〜916.8MHz・922.4〜928.0MHz では，キャリアセンスなし，連続送信時間 100 ミリ秒以内，休止時間 100 ミリ秒以上，1 ミリ W 送信電力型・
928.1〜929.65MHz では，キャリアセンスなし，連続送信時間 50 ミリ秒以内，休止
時間 50 ミリ秒以上，となっている．920MHz 帯は極めて少量データを 1 日に数回，遠隔へデータ通信することを想定した規格となっている．また，各ノードにおいて，Duty Cycle 以外の期間はスループ状態へ遷移して省電力を図ることを可能としている．
IEEE802.15.4e は，IEEE802.15.4 MAC 層は工場用無線センサネットワークとしては機能が不足しているため，2012 年に工場用無線センサネットワークの MAC 層の規格として IEEE802.15.4e をリリースした．IEEE802.15.4e は次の 3 つのタイプの異なる MAC 層を規格している．
・ TSCH チャネルホッピング型ネットワーク
米国ダストネットワーク社は，無線センサネットワーク用の TDMA 技術を開発
し，WirelessHART（IEC6251）と ISA100 として採用された．本方式は，ダスト
ネットワーク社の TDMA 技術に TSCH（Time Slot Channel Hopping）を加えた方式である．TCSH アクセス方式は，通信チャネルを一定時間（タイム・スロット）に分割して，アクセス権を制御する．すなわち，データ通信において送信ノー
ドと受信ノードを同じタイム・スロットに割り当てることにより，データ通信

17における干渉を排除できる．また，タイム・スロットに基づく時刻同期が取られるため，送信タイミングおよび受信タイミングがスケジュールされて既知となるため，送受信以外の期間をスループ状態へ遷移して省電力化が図れる．
TSCH アクセス方式は，BLE のチャネルホッピングと同様に，電波干渉が高いチ
ャネルはホッピングチャネルリストから排除される．
TSCH ネットワークはメッシュネットワークを想定する．メッシュネットワー
クの構成は IEE802.15.4e の規格外であるが，WirelessHART や ISA100 では規定されている．TSCH ネットワークの構成やルーティングは，ネットワークのコー
ティネータが集中制御で決定する．コーディネータの強化ビーコンに基づき，すべてのノードは自身の隣接関係などの情報をコーディネータへ転送する．コーディネータはすべてのノードからの情報を用いて，すべてのノードの TSCHに関するスケジュールを算出してノードへ通知する．以降，この TSCH アクセ
ススケジュールに従いデータ通信を実施する．
・ 低遅延決定性ネットワーク（LLDN）
LLDN（Low Latency Deterministic Network）は低遅延を目標するネットワー
クである．トポロジはスター型である．LLDN ネットワークはビーコン型ネット
ワークであり，ビーコンとスーパ・フレームと用いた同期通信によりネットワークを構成する．LDDN のスーパ・フレームの形式は IEE802.15.4 のスーパ・フ
レームの形式とは異なるが，最初のスロットがビーコンであり，これによりスーパ・フレームの同期が取られる点は同じである．スーパ・フレームはビーコ
ンスロットの後に上り方向管理スロット，下り用管理スロットがあり，続いて事前に決められた上り用データスロット，双方向データタイムスロットにより構成される．上り方向管理スロットはビーコン受信によりスーパ・フレームの同期が取れたノードが「発見」の状態となり，ネットワークに参加するために
コーティネータへネットワーク参加への要求を送信するために用いられ，下方
向管理スロットはコーディネータからノードへネットワーク参加要求の応答を返すために用いられる．この応答を受けたノードは「発見」状態から「設定」
状態へ以降し，次の下方向管理スロットに含まれる設定情報により，利用すべきデータスロットを設定し「オンライン」状態へ移行する．以降，データスロ
ットを用いてはコーディネータとデータ通信を行う．
・ DSME スーパフレームネットワーク
DSME（Deterministic Synchronous Multichannel Extension）は，IEEE802.15.4のビーコンモードによる通信を改善した方式である．メッシュ型トポロジを想

18

定し，複数のコーディネータが共存できるようにビーコンの送信タイミングを
アービトレーションする．電波干渉を緩和するためにチャネルホッピングを取り入れ，さらに最大 CFP スロット数を増やした．スーパ・フレームはIEEE802.15.4 と同様に，16 個のタイム・スロットに分割され，最初のスロッ
トはビーコン用，8 スロットの CAP，7 スロットの CFP からなる．さらに，マルチスーパ・フレームを導入し，複数の連続したスーパ・フレームを構成する．
マルチスーパ・フレームの期間は「基本タイム・スロット期間×2MO（0≦MO≦14）」として設定される．すなわち，BO≧MO≧SO となる．2 つ目以降のスーパ・スレームのビーコンスロットは隣接のコーディネータからのビーコン受信に利用する．CAP は 1 チャネルに限定されるが，CFP はチャネルホッピングにより複数チャネルを用いて，電波干渉を抑制するとともに通信容量の拡大を図っている．
（3）LPWA
LPWA（Low Power Wide Area）は，低消費電力広域無線通信であり，IoT アプリ
ケーションによる利用を想定する．特徴として低消費電力，広域のデータ通信，イ
ンターネット接続があげられる．LPWA には，920MHz 帯のアンライセンスバンドを
利用周波数帯として用いる LoRaWAN，SIGFOX と LTE のライセンスバンドを利用する
Cat M1(eMTC),NB-IoT がある．
SIGFOX は，SigFox 社が提供する IoT 通信インフラ（基地局）と SIGFOX デバイスから構成されるネットワークである．SIGFOX の特徴は，少量データ（データサイズ 12 バイト）の低速通信（100bps），上り単方向通信，長距離通信（屋外で 10Km，
屋内で 3Km），低消費電力（数回送信/日で数年の電池寿命），インターネット接続である．SIGFOX の物理層は，アンライセンスバンドである 920MHz 帯のサブ GHz 帯を利用する．変調方式は実装が容易な DBPSK（Differential BPSK）を採用している．データ送信レートは 100bps であるが，サブ GHz 帯を使用するため，
IEEE802.15.4g と同様に，20 ミリ W 送信電力型・920.6〜923.4MHz における国内規
制 ARIB STD-T108「キャリアセンス時間 5 ミリ秒以上，連続送信時間 4 秒以内，休止時間 50 ミリ秒以上」の制限がある．欧州の ETSI 規制では Duty Cycle が 1 時間
単位で 1％以下という送信時間総和の制限があるため，1 時間で最大送信データ量450 バイト（3600bits）と極めて少量となる．最大送信電力は，上記の国内規制に従い，20 ミリ W である．チャネル数は 200KHz を 100Hz 幅に分割することで，数百本設定し，多数の SIGFOX デバイスの収容を図っている．SIGFOX の MAC 層は，アンライセンスバンドのサブ GHz 帯の電波干渉を回避するためチャネルホッピングを19

用いている．チャネルホッピングでは，送信側と受信側で時刻同期が必要となるが，時刻同期の制御は省電力に不利に働く．従って，省電力を必要とする SIGFOX デバイス（送信側）は，任意のタイミングでチャネルを切り替えてデータを送信し，これを基地局側（受信側）で任意のチャネルのデータを受信できるよう動作し，時刻同期を行わずに，チャネルホッピングを実現している．上り方向のアクセス制御もALOHA 方式で非常に単純であり，SIGFOX デバイス（送信側）の負荷は非常に低い．
SIGFOX は，上記の国内規制に加えて，契約内容により最大送信回数（上り送信回数最大 140 回から最小 2 回まで）を設定している．SIGFOX のネットワークは多数の SIGFOX デバイスと基地局による Multipoint-to-Point のスター型トポロジである．SIGFOX デバイスは複数の基地局と通信が可能であり，この場合，基地局はデータの重複受信することによりデータの信頼性を高めている．
LoRaWAN は，Semtech 社が主導する LoRa アライアンスによる広域ネットワーク
WAN の規格である．LoRa は，Semtech 社が開発した低消費電力・長距離通信用の無線技術である（LoRa: Long Range）．LoRaWAN は，SIGFOX と異なり，ユーザが自営
LoRaWAN 基地局を用いて LoRaWAN ネットワークを構築することが可能である．
LoRaWAN は IoT 通信を目的として，長距離通信（屋外 10Km，屋内 3km），適応デー
タレート（近距離では高いデータレート，遠距離では低いデータレート），低消費
電力，インターネット接続，双方向通信などが特徴である．LoRaWAN システムは，
LoRaWAN デバイス，基地局，インターネットへの接続するネットワークサーバから構成される．LoRaWAN の物理層は，アンライセンスバンドのサブ GHz 帯を利用周波数として用いる．チャネルの帯域幅は 125KHz であり，IEEE802.15.4g，SIGFOX と同様に，サブ GHz 帯を利用することから，20 ミリ W 送信電力型・920.6〜923.4MHzにおける国内規制 ARIB STD-T108「キャリアセンス時間 5 ミリ秒以上，連続送信時
間 4 秒以内，休止時間 50 ミリ秒以上」の制限がある．最大送信電力は国内規制により 20 ミリ W である．変調方式は，上り・下り方向とも LoRa 変調と FSK の 2 種類の変調方式をサポートする．LoRa 変調方式は，Semtech 社が開発した変調方式でPSK に似た変調方式であるが，拡散指数により多値化を変更できる．LoRaWAN の MAC
層は，チャネルホッピング，デバイスクラス，アクセス制御，受信確認と再送，適応データレートなどがサポートされている．チャネルホッピングは，サブ GHz 帯の利用を想定して，電波干渉の回避を図る．チャネルホッピングは送信側と受信側で利用チャネルを切り替えて電波干渉を避けて通信する．そのためには，時刻同期が必要であるが，時刻同期は送信側と受信側が送受信のタイミングを合わせることか
ら，送受信以外の時間においてスリープ状態へ移行し省電力化が図れるが，時刻同20期の制御のために電力を消費する側面もある．LoRaWAN では，SIGOX と同様に，省電力を必要とする LoRaWAN デバイスは任意のタイミングでランダムに送信チャネ
ルを切り替え，基地局がすべてのチャネルからデータを受信することにより，時刻同期の制御を排除する．LoRaWAN は，3 つのデバイスクラスを設けている．クラス
A は任意のタイミングデータ送信ができ，受信は送信直後のみ可能で，受信が完了
後即時にスリープ状態となる省電力デバイス，クラス B はクラス A の機能に加え，任意のタイミング受信モードになり，基地局からのビーコンが受信できるデバイス
であり，クラス A のデバイスより消費電力が高くなる．クラス C は，常時受信可能なデバイスで消費電力は非常に高い．LoRaWAN のアクセス制御は ALOHA 方式に CCA（Clear Cannel Assessment）を加えた方式を用いている．このアクセス制御ではLoRaWAN デバイスが，データ送信の前に CCA（チャネルのキャリアセンス）を行い，チャネルの空きを確認して送信を行う．その後に受信モードに切り替えて基地局からの応答を受信する．LoRaWAN は基地局から受信確認に関して，データのタイプが「重要」とする場合に基地局からの受信確認が下り方向の専用チャネルにより送られる．デバイス側で受信確認の受信に失敗した場合（一定時間内に受信なし），チ
ャネルを切り替えて再送をする．受信確認が不要なデータは再送を行われない．適応データレート ADR（Adaptive Data Rate）は，デバイスと基地局間での電波状況に応じて，データレートを変更する．基地局はデバイスからのデータ受信時に RSSIを計測し，これに基づき DR0〜DR7（LoRa 変調の拡散指数，おとび FSK）のデータレートから最適なレートを決定し，デバイスへ通知する．
Cat M1(Category M1)と NB-IoT(Narrow Band-Internet of Things)は，携帯電話の国際標準化団体 3GPP が LTE 技術をベースに開発した低消費電力・広域通信の規格である．Cat1 M1 と NB-IoT は，SIGFOX や LoRaWAN と異なり，LTE で用いているライセンスバンドの周波数帯を利用する．Cat1 M1 と NB-IoT の特徴は，LTE 規格との互換性，広域サービス（LTE 基地局が使える），低消費電力である．LTE は MIMOと OFDM により高速で広域な無線通信を実現している．Cat M1 と NB-IoT は，LTE 技術の OFDM をサポートしている．Cat M1 は，Cat5〜1 の LTE 技術の 1 つであり，MIMOを排除した低速の携帯電話用の規格であった．これをさらに IoT デバイス向けに軽量化した Cat M1 リリース 13 が，上り方向・下り方向 1Mbps のデータレートとす
る「eMTC」として発表された．一方，NB-IoT は 3G（第 3 世代）携帯電話の無線通信技術である GSM 技術を進化させた方式で，上り方向 250Kbps または 20Kbps，下り方向 250Kbps のデータレートとなる．Cat M1/eMTC は LTE との完全な互換性があるが，NB-IoT は一部の互換性のみとなる．Cat M1 と NB-IoT のシステム構成は LTE

21

と同様に，端末である UE（User Equipment）と基地局である eNB(evolved Node B)
または BSS（Base Station System）から構成される．Cat M1 と NB-IoT の送信電力
は，いずれも 200 ミリ W（従来の LTE）と 100 ミリ W の 2 つのクラスがサポートされている．SIGFOX や LoRaWAN と比較すると高い値となっている．変調方式は，Cat
M1 は QPSK と 16QAM，NB-IoT は BPSK と QPSK をサポートしている．Cat M1 は多値化が高い変調方式により NB-IoT より高い送信レートとなる．Cat M1 と NB-IoT は，
いずれも SC-OFDM（Single Carrier OFDM）をサポートし，マルチパスフェージン
グの耐性と送信データ量の増大を図っている．一方，LTE では全 2 重通信と MIMOがサポートされているが，Cat M1 と NB-IoT においては，半 2 重通信であり，SISO（単一アンテナ）となる．Cat M1 のチャネル帯域幅は 1.4MHz，サブリャリア帯域
幅は LTE と同様で 15KHz，サブキャリア数 72，リソースブロック数 6 である．Cat M1
では．LTE と同じチャネルを共有する（インバンド）ため，IoT デバイスのトラフ
ィックが LTE の本来のデータ転送に影響を与える可能性がある．NB-IoT のチャネ
ル帯域幅は 200KHz，サブキャリア帯域幅は 15KHz に加えて 3.75KHz，帯域幅 15KHz
場合サブキャリア数は 12，3.75KHz の場合は 48，リソースブロック数は 1 である．
NB-IoT はチャネルを LTE と共有する（インバンド）こともできるが，帯域が狭い
ので，LTE のカードバンドを利用することができ，LTE の本来のデータ転送に影響を与えないことも可能である．LTE の MAC 層では，時間とチャネル（リソースブロック）を割り当ててスケジュールすることによりアクセス制御を行う．Cat M1 とNB-IoT は，それぞれリソースブロック数が 6 と 1 であり，これを LTE のスケジュールにおいて割り当てられる．Cat M1 と NB-IoT の省電力動作は，接続モード（Connected Mode），待機モード（Idle Mode），PSM モード（Power Save Mode）の動作モードから構成される．接続モードは正常動作モードでデータの送受信ができる．待機モードは，受信のみが可能な状態で，基地局が端末を制御できる．PSM モ
ードはディープスリープ状態となり送受信ができない状態である． ディープスリ
ープ状態はほぼ電源が切られた状態であり，マイクル A レベルの消費電力で維持できる．これら各モードを時間に基づき遷移させて省電力を図る．さらに，待機モードでの省電力を図るため，LTE の DRX（Discontinuous Reception）機能を拡張した
eDRX（extended Discontinuous Reception）機能をサポートする．eDRX は，待機
モードにおける基地局からの制御データ（ページング）の監視周期を 1.28 秒から，
Cat M1 で最大 44 分，NB-IoT で最大 175 分に拡大した．
4.2. 無線デバイスの位置推定技術
IoT デバイスは無線デバイスを装備したデバイスであることを前提として，無線22を用いたデバイスの位置推定技術について説明する．無線デバイスの位置推定方式
は，Range-based 方式と Range-free 方式に大別できる．
（1）Range-based 方式
Range-based 方式は，無線デバイス間の距離を測定することにより無線デバイスの位置を推定する方式である．無線デバイス間の距離を計測する方式は，ToA（Timeof Arrival），TDoA（Time Difference of Arrival），RTOF（Round Trip of Flight）の 3 方式がある．
ToA:
ToA は 2 つの無線デバイス間において，電波が送信デバイスから受信デバイスまでに到着するのに要した時間から，距離を算出する方式である．デバイス間で厳密な時刻同期が必要である．
代表的な応用システムとして GPS（Global Positioning
System）がある．
TDoA:
TDoA は，2 つの無線デバイスにおいて，電波と音波など異なる速度で伝搬するメディアを用いて送信デバイスから受信デバイスまでに到着するのに要した時間の差から，距離を算出する方式である．デバイス間で同期時刻は不要であるが，伝搬速度の異なるメディアを 2 種類用意する必要がある．応用システム例としては Cricket がある．Cricket は電波と音波の 2 つの速度の異なる搬送波を用いて，無線デバイス間の距離を測定する．
RToF:
RToF は，2 つの無線デバイスにおいて，送信デバイスと受信デバイス間で電波が往復するのに要した時間から，距離を算出する方式である．ToA における厳密な
時刻同期は不要であり，また TDoA における速度の異なる 2 種類の搬送波も不要である．ただし，測距精度は受信デバイスにおける電波の折り返し遅延の見積もりに強く依存する．システム例としては，Impulse UWB（Ultra Wide Band，
IEEE802.15.4a）を用いた製品がある．
Range-base 方式は上記 3 方式のいずれかにより計測されたデバイス間距離を用いて，多くは 3 編測量から位置推定を行う．従って，位置が未知である無線デバ
イスの位置を推定するためには，位置が既知である無線デバイス（以降，定点デバイス）との距離を測定する必要があり，2 次元座標では少なくとも 3 定点デバイ
スからの距離，3 次元座標では少なくとも 4 定点デバイスからの距離が必要となる．
屋内環境において，移動する無線デバイスの位置を推定するためには，3 定点デバ
イスと無線通信可能であることが必須であるため，屋内環境において相当数の定23

点デバイスの配置が必要となる．さらに，3 方式の測距において，無線デバイス間の電波伝搬は見通し内を前提としているため，測距精度を維持するためには障害物による電波的な見通し外となる配置を排除することを考慮する必要がある．
Range-based 方式は，一般的に，位置推定精度は高いが，無線デバイス側に無線による測距の追加機構が必要となるため，無線デバイスの価格は比較的に高くなり，また省電力においても不利となる．また，相当数の定点デバイスを無線において見通し内とするように配置／設置する必要があるため，測位設備の導入コストは高くなり，屋内環境のレイアウト変更に従い，定点デバイスの配置の見直しが必要となるため，測位設備の維持管理コストも高くなる．
（2）Range-free 方式
Range-free 方式は，無線デバイス間の距離の測定を不要とする無線デバイスの位置を推定する方式である．Range-free 方式は無線デバイス間の距離の代わりに，
無線デバイス間の接続関係やトポロジを用いる方式と無線の proximity や強度を用いる方式に分けられる．
接続関係やトポロジを用いる位置推定方式：
接続関係やトポロジを用いる位置推定方式は，無線メッシュネットワークを想定して，メッシュネットワークにおける無線デバイスの接続関係やトポロジを用いて位置を推定する．無線デバイス間の距離はユーグリッド距離を用いるのでな
く，無線デバイス間のホップ数を相対的距離として用いる．システム例としては，
DVHop，APIT があげられる．
DVHop は無線メッシュネットワークにおいて 3 定点デバイスを配置する．3 定点
デバイス間のホップ数と 3 定点デバイス間のユーグリッド距離から 1 ホップの平均ユーグリッド距離を算出する．この 1 ホップの平均ユーグリッド距離に基づき，位置が未知である無線デバイスと 3 定点デバイスとの各ホップ数から，無線デバ
イスと 3 定点デバイス間のユーブリッド距離を算出する．この算出距離および 3
定点デバイスの位置を入力として 3 辺測量から位置を推定する．DVHop はホップ数から求めた距離を用いるため，その距離の解像度が荒く，高い精度が得られない．
また，その精度は電波伝搬におけるマルチパスフェージング（送信無線デバイスと受信無線デバイス間において直接波と間接波が重なり，電波強度が瞬時変動する現象）の影響を受けやすく，実用的な精度が得られない．
APIT は，無線メッシュネットワークにおいて，多数の定点デバイスを配置し，これら定点デバイスにより構成される複数の三角形トポロジにおいて，位置が未知の無線デバイスが三角形トポロジの内部に含まれるかまたは外部にあるかによ

24

り所在位置の領域を絞り込んで，その位置を推定する．APIT は DVHop と比較すると，マルチパスメージングの影響を受けにくい．しかし，そのためには相当数の定点デバイスを配置する必要がある．
電波強度や Proximity を用いる位置推定方式：
電波強度や Proximity を用いる方式は，位置が未知の無線デバイスと複数の定点無線デバイスと電波カバレッジおよび電波強度から位置を推定する．無線メッシュネットワークの構成は想定せず，位置が未知な無線デバイスと定点デバイスとのスター型トポロジを用いる．ネットワーク構成はメッシュトポロジと比較す
ると，容易である．しかし，トポロジによる制約条件が少ないため，精度は接続関係やトポロジを用いる位置推定方式より低く，精度向上には接続関係やトポロジを用いる位置推定方式より多くの定点デバイスを必要とする．システム例として iBeacon，IMES などがあげられる．
Range-free 方式は無線デバイスに測距するための追加機構を必要としないため，
無線デバイスを低価格化・小型化することが可能であり，また，省電力においても有利である．しかし，Range-based 方式と比較すると，その精度は著しく低くなる．精度を向上させるためには，定点デバイスを相当数必要とするため，測位設備のコストが非常に大きくなる．また，マルチパスフェージングの影響を受けやすく，高い位置推定精度は期待できない．
（3）その他の電波を用いた位置推定方式
その他の電波を用いた位置推定方式として AoA（Angle of Arrival）に基づく方式と電波によるフィンガープリンティング方式がある．AoA 基づく方式は位置が未知である無線デバイスが発する電波の到来方向を定点デバイスでスキャンして位置推定を行う．Bluetooth 5.0 においてオプション機能として標準化か進められている．電波の到来方向を検知するためには，アンテナアレイ技術が必須であり，これを装備する無線デバイスは価格が高くなる．また，電波伝搬では見通し内であることが必須であり，障害物の多い環境では精度が大きく劣化する．電波によるフィンガープリティング方式は，事前に環境の電波強度マップを作成し，無線デバイスがスキャンした電波強度を作成マップとマッチングして，その位置を推定する．フィンガープリンティングは定点無線デバイスの数を抑制できるが，事前のマップ作成とその維持にコストがかかり，また精度もマップの精度に大きく
依存する．

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5． 省電力無線メッシュネットワークの適用可能性と課題
本章では，3 章の IoT 応用アプリケーションの適用シナリオにおけるニーズに基づき，省電力無線メッシュネットワークの適用可能性と課題を示す．3 章に基づいた場合，IoT 応用アプリケーションの要件は無線デバイスによるデータ転送と無線デバイスの位置推定にそれぞれ大別できる．従って，各シナリオにおけるニーズをデータ転送と位置推定に分けて議論をすすめる．
5.1. データ転送に関する要件と課題（1）想定適用シナリオ 1「屋内における人や物の位置の推定」
屋内における人や物の位置推定において必要となるデータは，無線デバイス間の隣接関係などのトポロジ情報，または隣接デバイスとの距離を示す情報と想定される．従って，データ量としては大きくないと想定される．一方で，ニーズに示されているように，無線デバイスの位置更新は分単位である．さらに，省電力，小型であることが求められている．
このようなニーズにおいて，LPWA の LoRaWAN をデータ転送方式の適用候補として考える．具体的には LoRa SF7（送信レート 5.47Kbps，5 ミリ秒のキャリアセン
ス，送信後の休止時間 50 ミリ秒）を用いて 500 バイトのデータ送信を行うことを想定する．この場合，1 つの無線デバイスの送信時間は，おおよそ 731 ミリ秒であり，5 ミリ秒のキャリアセンス時間，送信後の休止時間 50 ミリ秒を加えて，500 バ
イトを 786 ミリ秒でデータ送信が可能である．一方，LoRaWAN の基地局を屋内に設置した場合，基地局のカバレッジは 3km と言われている．3km 範囲のカバレッジを想定した場合，カバレッジ内に収容される LoRaWAN 無線デバイスは相当数になることが予想される．すなわち，相当数の LoRaWAN 無線デバイスで上記の LoRa SF7 のリソースを共有することを考えると，1 つの LoRa 無線デバイスが 500 バイトを送信するために無線チャネルを占有する時間は，キャリアセンス時間 5 ミリ秒，デー
タ送信時間 731 ミリ秒，送信後の休止時間 50 ミリ秒の合計時間であり，おおよそ
800 ミリ秒である．位置更新周期は分単位であるので，1 つの無線デバイスが 500
バイト／分で送信できることが条件となる．500 バイト／分で無線デバイス数は，
LoRaWAN SF7 では，60 秒／800 ミリ秒＝最大で 75 デバイスである．想定する屋内空間をオフィスと考えた場合，日本の一人当たりのオフィス面積は平均 13〜14 平
方メートル（廊下，会議室，ロッカー，キャビネットなどの空間も含む）と言われていることから，LoRaWAN で 500 バイト／分でデータ送信可能な無線デバイスを収容できるオフィス面積は概ね最大で 1000 平方メートル程度となる．この面積は 1
フローアのオフィス面積として小さめであり，複数フローでは収容が困難となる．

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同じ LPWA である SIGFOX は，LoRaWAN と比較して送信時間制限が厳しいため，LoRaWAN
以上に通信容量の制限から適用は困難である．また，eMTC，NB-IoT のデータレー
トは，それぞれ 1Mbps，250Kbps であるが，通信カバレッジが数 Km となるため，やはり，LoRaWAN と同様に適用は困難である．
次に BLE をデータ転送の候補として考える．BLE はデータレート 1Mbps，実効送信速度 270Kbps である．従って，500 バイトを送信するのに要する時間は 1.5 ミリ秒であり，分単位の位置更新周期のデータ転送には十分な容量がある．しかし，BLEの送信カバレッジは 10〜20m 程度であるため，基地局相当するゲートウェアイデバ
イスを相当数の配置が必要となる．一方，Bluetooth 5.0 においては，メッシュネットワークはサポートされる．このメッシュネットワーク構成により，ゲートウェ
イデバイスを大幅に削減可能であり，500 バイト／分程度のデータ転送であれば，マルチホップ通信においても十分実現は可能である．しかし，マルチホップ通信は
無線デバイスにおいて送信回数の増加となり，また，想定する無線デバイスは移動することから，データ通信のマルチホップ経路の更新制御が必要となる．これらの制御は省電力において不利になるため，省電力とするマルチホップ通信とそのルー
ティングが課題となる．
最後に，IEEE802.15.4 をデータ転送として考える．2.4GHz における IEEE802.15.4のデータレートは 250Kbps であり，通信カバレッジは 30m 程度である．BLE と比較
するとデータレートで 1/4，送信カバレッジ 2 倍である．BLE と同様に広域をカバーするにはマルチホップ通信によるデータ転送が必要である．しかし，カバレッジ
が 2 倍になるため収容デバイス数は 4 倍，一方で，データレートは 1/4 であるため，
BLE と比較して 16 倍の遅延時間が発生すると予想される．マルチホップ経路のホ
ップ数はカバレッジが 2 倍であるので半分程度になるが，遅延が 16 倍であるため，結果として 8 倍の遅延が予想される．この点において BLE が有利と考える．920MHzの IEEE802.15.4g は,最大データレート 400Kbps，通信カバレッジが数 Km である．
SIGFOX や LoRaWAN と同様にアンライセンスバンドを使用するため，送信時間総和の制限 1%zDuty または 10%Duty がある．従って，IEEE802.15.4g は LPWA と同様の問題により適用困難である．
(2) 想定適用シナリオ 2「太陽光発電モジュール管理」
本シナリオにおいて，データの発生頻度は高くなく，データ量も多くない．従って，LPWA の適用が十分に考えられる．現状において，LTE を利用している点を考慮
すると，NB-IoT の適用が妥当と考えられる．NB-IoT を適用する点で考慮すべき点
は通信の遅延が許容範囲であるかの点になる．一方で，太陽光発電のための電源ケ27

ーブルはすでに敷設されている．すなわち，電源ネットワークが構成されていることであるので，無線通信を用いなくとも，PLC(Power Line Communication)によりデータ転送が可能と考える．
(3) 想定適用シナリオ 3「屋外，外構などの照明システムの遠隔操作」「太陽光発電モジュール管理」と同様に，データの発生頻度は高くなく，データ量も多くない．従って，データ転送としては LPWA が適用可能と考えられる．一方
で，対象が照明システムであるため，電源ケーブルが敷設されていることができる
ため，PLC を用いことも可能と考える．
(4) 想定適用シナリオ 4「空間のアドホック・テンポラリなセンシング」
本適用シナリオはデータ量が少量であり，実時間性の必要性は低い．だだし，省電力は必要である．従って，データ転送としては，LPWA または IEEE802.15.4e/gの適用が適当と考えられる．
(5) 想定適用シナリオ 5「公共インフラの維持管理」
本適用シナリオでは，データ量は少量，データ転送頻度は少なく，省電力が必要とされている．これも，LPWA または IEEE802.15.4e/g の適用が妥当と考える．トンネルなどの外部からの電波が届きにくい環境においては，
LPWA の SIGFOX，
Cat1 M1，
MB-IoT は適用困難と考えられるので，維持管理現場にて自営ネットワークが構築できる LoRaWAN や IEEE802.15.4e/g が適当と考えられる．
本適用シナリオにおいて常時計測の必要性がない場合，数ヶ月や数年の周期による断続的な計測の場合，恒常的なセンサーの配置は過剰である．従って，ロボット
やドローンなどによる機動的なセンシングが求められるが，この場合のデータ転送
ではデータ量は多くないがデータ転送頻度は高くなるため，LPWA では容量が不足する．また，IEEE802.15.4e/g では，移動への適用が困難である．従って，ロボッ
トやドローンなどによる機動的なセンシングとする場合は，想定適用シナリオ 1 と同様に Bluetooth 5.0 による無線メッシュネットワークによるデータ転送が必要と思われる．
(6) 想定適用シナリオ 6「土木工事および建設現場での重機等による接触事故防止」
本適用シナリオにおいてデータ量は少量であるが，データの発生頻度は高く，実時間性と省電力が求められる．データの発生頻度が高く，実時間性が必要であるた
め，LPWA や IEEE802.15.4e/g の適用は困難である．従って，2.4GHz 帯を用いる
IEEE802.15．4 または Bluetooth 5.0 の適用が考えられる．実時間性を満たすには送信レートが高い Bluetooth 5.0 が有利と考える．しかし，いずれにおいても，低速ではあるが移動が頻繁に発生するため，メッシュネットワークのルーティングの28

制御が頻繁に必要となり，実時間性と省電力を満せない可能性がある．
5.2. 無線デバイスの位置推定に関する要件と課題（1）想定適用シナリオ 1「屋内における人や物の位置の推定」
本適用シナリオはオフィスなどを想定しており，要求精度は数メートルであることから，測位設備に十分なコストをかけることができる場合，iBeacon などのBluetooth による電波の proximity による位置推定方式が適用可能である．測位設
備の導入コストや維持コストを抑制することが求められる場合は，測位設備に依存
しない自律的な測位技術が必要である．
(2) 想定適用シナリオ 2「太陽光発電モジュール管理」
本適用シナリオではデバイスの位置情報は不要であり，要件に含まれない．
(3) 想定適用シナリオ 3「屋外，外構などの照明システムの遠隔操作」
本適用シナリオではデバイスの位置情報は不要であり，要件に含まれない．
(4) 想定適用シナリオ 4「空間のアドホック・テンポラリなセンシング」
データ転送用の無線として LPWA の利用が想定されるが，LPWA である LoRaWAN は
デバイスの位置推定をサポートしている．しかし，位置推定の精度は 100 メートルと非常に粗く，要件を持たさない．さらに，一時的な計測であるためデバイスの位置推定のための常設の測位設備は期待できない．以上のことから，Bluetooth や
2.4GHz 帯の IEEE802.15.4 などの近距離無線を用いた無線デバイスの自律的位置推定方式が必要と考える．
(5) 想定適用シナリオ 5「公共インフラの維持管理」
屋外でのデバイスの位置推定は GPS が適当と考える．準天頂衛星により高い精度が得られるようになり，要件を充分に満たすと考える．ただし，GPS 衛星の電波が届かないトンネルなどでは，Bluetooth や 2.4GHz 帯の IEEE802.15.4 などの近距離無線を用いた無線デバイスの自律的位置推定方式が必要と考える．
(6) 想定適用シナリオ 6「土木工事および建設現場での重機等による接触事故防止」
本想定シナリオでは，屋内作業であることから GPS の適用は困難である．また，建設現場であることから，恒常的な測位設備を用意することは困難である．従って，Bluetooth や 2.4GHz 帯の IEEE802.15.4 などの近距離無線を用いた無線デバイスの自律的位置推定方式が必要と考える．

6． 課題とまとめ
現在の多くの適用シナリオは IoT デバイスを用いた「見える化」のアプリケーションである．すなわち，データ量が少量で，データの発生頻度は低く，実時間性を必29

要としない要件が大部分である．このような要件におけるデータ転送は LPWA の技術を用いるが適当と考える．しかし，今後の IoT デバイスを用いたアプリケーション
は「制御」を目的とするケースが増えてくると想定される．さらに，「制御」において実時間性を必要とするシナリオが，例えば，想定適用シナリオ 6「土木工事および建設現場での重機等による接触事故防止」などのようなケースが増えてくると考えられる．実時間性を必要とするシナリオでは，LPWA は適用困難である．従って，
2Mpbs の送信レートをもち，メッシュネットワークによりカバレッジの拡大が可能な Bluetooth 5.0 の適用が考えられる．Bluetooth 5.0 のメッシュネットワークにおけるデータ転送は，アドバタイズング用の 3 チャネルをチャネルホピングして利用することから，電波干渉に耐性を有するが，データの転送はフラッティングベー
スであるため，データ転送効率が高くない．この点から，Bluetooth 5.0 メッシュ
ネットワークにおいて，データ効率の高いデータ転送方式が必要である．データ効率を上げるために，複雑なルーティング制御を加えると，省電力において不利となる．また，デバイスの頻繁な移動が想定されるため，常に経路更新が必要となり，さらに省電力が困難となる．従って，省電力のためにルーティング制御を排除し，経路を構成せず，かつデータ転送の効率を上げる方式を検討する必要がある．すな
わち，将来の IoT「制御」アプリケーションを想定した場合，省電力と低遅延を両立させるデータ転送方式が必須である．
位置推定方式は，想定適用シナリオ 6「土木工事および建設現場での重機等による接触事故防止」や屋内での移動センシングを想定した場合，測位設備に依存しな
い自律的測位方式が必須である．また，「制御」を想定した場合，実時間での位置推定が求められる．さらに，前述のデータ転送の無線通信メディアと位置推定で用いる無線通信メディアは，デバイスのコストおよび省電力の観点から，これら 2 つの無線メディアを共有することが必須と考えられる．従って，Bluetooth 5.0 を用いた無線メッシュネットワークのデータ転送ネットワークをベースとして，これらのBLE デバイスの位置をデバイス間の協調から位置推定を行う方式が必要と考える．

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―禁無断転載―
ＪＫＡ平成２９年度機械振興補助事業「IoT 社会進展に向けた新たな省電力無線メッシュネットワークの適用可能性調査研究」研究委員会（通称：ＪＫＡ省電力無線メッシュネット研究委員会）
報告書

平成３０年３月

作

成 一般財団法人 ニューメディア開発協会〒103-0024

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リブラビル

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