第 204 号・2024 年 1 月

住友電工テクニカルレビュー

情報通信

スマートシティを目指した Wi-SUN FANの開発と活用
Development and Utilization of Wi-SUN FAN for Smart City Applications

濱田雄一

Yuichi Hamada

Wi-SUN FAN（Wireless Smart Utility Network for Field Area Network profile）は次世代スマートメーター向け国際無線通信規格として2012年に仕様策定が開始され、通信速度と距離の改善や低消費電力対応などが加わった新たな仕様「Wi-SUN FAN1.1」の認証制度が2024年5月頃に始まる予定である。本稿では、Wi-SUN FAN とスマートシティとの親和性の観点で Wi-SUN
FAN の特徴を説明するとともに、㈱日新システムズの取組みについて紹介する。

The Wi-SUN FAN (Wireless Smart Utility Network for Field Area Network) was initiated in 2012 as an international wirelesscommunication standard for next-generation smart meters. The certification process for the new specification, Wi-SUN
FAN 1.1, which includes improvements in communication speed, distance, and low power consumption, is expected tocommence around May 2024. This paper highlights the features of Wi-SUN FAN in relation to its compatibility with smart
cities and provides an overview of our efforts in this field.
キーワード：Wi-SUN FAN、LPWA、スマートシティ、スマートメーター

1.

緒言

スマートシティとは、「IoT（Internet of Things：モノのインターネット）の先端技術を用いて、基礎インフラと生活インフラ・サービスを効率的に管理・運営し、環境に配慮しながら、人々の生活の質を高め、継続的な経済発展を目的とした新しい都市」のことである。スマートシティ
においては、IoT によるセンシングやビッグデータの AI 分
析などを活用し、都市機能を最適な状態に保つことで、現在の都市や地域が抱える諸課題が解決に向かうと考えられている。
㈱日新システムズ（以下、日新システムズ）で開発を行っている Wi-SUN FAN も、広範囲で大量の機器の情報収集を低価格で行える点から、スマートシティの IoT で使用さ図1

無線通信技術の比較れる通信技術のひとつとして利用されることが期待されている。本稿では、その Wi-SUN FAN とスマートシティとの親和性の観点で、Wi-SUN FAN の特徴を説明するとともに、日新システムズにおける取組みについて報告する。

中 で も、LPWA は 低 消 費 電 力 か つ 広 域・長 距 離 通 信を特徴とする無線通信技術であり、通信速度は Wi-Fi や2.

3G/4G/5G と比べると低速ながら、10km を超える無線

スマートシティで使用される無線通信技術

通信が可能で、比較的安価に運用できるため、スマートシ

スマートシティでは、さまざまな機器がネットワークにつながり、相互で情報交換を行うようになるため、そこでティにおける IoT 技術として有力な候補として考えられている。

使用される通信技術も多様である。効率的なデータ収集には無線通信技術も不可欠であり、スマートシティで使用さ3.

れ る 無 線 通 信 技 術 に は、3G/4G/5G、Wi-Fi、LPWA、さまざまな LPWA 規格

Bluetooth、RFID などが存在する。図1に示すように、こLPWA の中にもさまざまな規格が存在し、その特徴にれらの無線通信技術は、技術によって通信距離や速度、コよって表1のように分類分けを行うことができ、それぞれストもさまざまで、用途に応じて適切な無線通信技術を選の規格はその特徴を活かした運用がなされている。

択することが重要である。
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表1

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4－2

LPWA の分類

規格

免許

ネットワーク
トポロジー

提供形態

国際標準規格

LTE-M

要

スター

基地局型

○

NB-IoT

要スター

基地局型○LTE Cat.1

要

スター

基地局型

○

LoRaWAN

不要

スター

基地局型
自営網型

○Sigfox

不要

スター

基地局型

ELTRES

不要

スター

基地局型

ZETA

不要

メッシュ

自営網型

○

Wi-SUN FAN

不要

メッシュ

自営網型

○SmartHop

不要

メッシュ

自営網型

UNISONet

不要

メッシュ

自営網型

周波数ホッピング

Wi-SUN FAN の特徴的な機能に周波数ホッピングがある。これはスペクトラム拡散通信方式と呼ばれる信号の変調方式のひとつで、一定時間ごとに搬送波周波数を変化させて伝送する方式である。周波数を切替えながら通信を行うため、ノイズに強く、耐障害性が高いという特徴がある。そのため、スマートシティのような通信機器が密集した場所においても安定的な通信を行うことが可能である。
4－3

マルチホップメッシュネットワーク

Wi-SUN FAN はメッシュ型のネットワークトポロジー
でマルチホップ（中継器を介して複数の機器間で通信）を行うことで、広範囲のエリアをカバーすることが可能である。Wi-SUN FAN では機器を設置するだけで自律的にメッシュネットワークを構築し、単一の機器が故障して電波環「免許」が必要な規格は、一般企業やユーザでは取り扱い境が悪くなった場合でも、自動的に迂回経路を構築するこが難しく、主には携帯電話会社によって運用されている。そとが可能である。このため、スマートシティのような広範のため一般企業やユーザは携帯電話会社に利用料を支払っ囲なエリアにおいて、機器や電波環境が変化するような環て利用することになり、デバイス数が増えれば運用費が高境に適している。

くなる傾向にある。
「ネットワークトポロジー」のスター型は、1つの親局に5.

対し、複数の子局が直接つながる構成であり、距離の拡張最新規格 Wi-SUN FAN 1.1が難しい。それに対しメッシュ型は、隣接する機器同士がWi-SUN FAN は、2012年から仕様策定が開始され、中継できる構成のため、距離の拡張や、故障時の迂回が可

2015年に初版の仕様である Wi-SUN FAN 1.0が策定され能である。

た。続いて、2019年から Wi-SUN FAN 1.1の仕様策定が「提供形態」が基地局型であるものは、携帯電話会社など始まり、2023年4月に Wi-SUN FAN 1.1（v06）の仕様の運用会社が基地局を設置し、その電波エリア内で利用がが完成した。2023年12月頃には Wi-SUN FAN 1.1の認証可能なサービスである。自営網型は機器を自分で購入し、制度が始まる予定である。Wi-SUN FAN 1.1では通信速度任意の場所に設置するものである。と距離の向上、末端端末の低消費電力対応などが行われて「国際標準規格」であるものは、規格がオープンなため、いる。特に通信速度と距離については、図2に示すように特定の会社だけが開発するのではなく、複数社が開発可能

これまでの一般的な LPWA での性能を包含する形でそれぞであり、マルチベンダからの調達が可能である。

れ向上する仕様に拡張されている。

本章に示すとおり、LPWA 規格にはさまざまな規格が存在している。その中で、Wi-SUN FAN 規格は①免許不要のため取り扱いが容易であり、②メッシュ型のため距離の拡張等が簡便で、③自営網型で運営がしやすく、④国際標準規格であることからマルチベンダ調達可能な特徴を有する、スマートシティに適した通信規格であるといえる。

4. スマートシティに適した Wi-SUN FAN の特徴
本章では、前章にて紹介した LPWA 規格のうち、スマートシティとの親和性が高い Wi-SUN FAN 規格について、

図2

その特徴を紹介する。
4－1

通信速度と距離の比較

国際標準規格Wi-SUN FAN は国際標準規格であり、日新システムズ以

6.

外にもさまざまな企業が開発を行っているほか、規格に準日新システムズの取組み拠することで、異なる機器間での相互接続も可能な規格で日新システムズはスマートシティの実現に向け、Wi-SUNある。特に公共性の高い社会インフラが必要なスマートシ

FAN を活用した取組みを実施しており、本章ではその取組

ティにおいては、マルチベンダから調達が可能であることみについて紹介する。

は、コストや調達リスクの低減という観点でも重要である。
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6－1

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Wi-SUN FAN 1.1対応製品の開発

6－3

大規模フィールドでの実証

日新システムズは京都大学と共同し、2019年1月に世京都大学と日新システムズは、Wi-SUN FAN 無線機が界ではじめて Wi-SUN FAN 1.0の認証を取得した無線機

スマートシティでのセンサネットワークとして利用されるを開発した。その後、Wi-SUN FAN の標準化団体であるケースを想定し、Wi-SUN FAN 無線機400台を京都大学

Wi-SUN Alliance で Wi-SUN FAN 1.1の仕様策定が開始

構内68,000m2（170m ×400m）の範囲内の任意の位置され、こちらについても共同で Wi-SUN FAN1.1仕様へのに高密度に設置する大規模フィールドでの実証を行った。

追随を行っている。また、Wi-SUN Alliance 主催で年3回程本実証において、各 Wi-SUN FAN 無線機によって、自度開催される他社間での相互接続イベントに毎回参加し、律的にマルチホップネットワークが構築され、2日間を超相互接続性の向上を行ってきた。現在、Wi-SUN FAN 1.1

える実証期間中各無線機からの情報がデータ収集用基幹無認証に向けて品質と性能の向上や、対応ハードウェアの拡線機（ボーダールーター）に通信成功率97.1％以上で伝送充を進めている。

することができた。これにより400台の無線機での自律的6－2なマルチホップネットワーク構築の確認と通信試験に成功

1,000台マルチホップ接続実証

京都大学と日新システムズは、2021年11月に Wi-SUNした。なお、設置場所については特に事前の設計等は行わ

FAN のマルチホップ接続を駆使し、多数の無線機からの情ず、無線機間が十分な電波で送受信できるよう高密度に設報を1つの基幹無線機に集約・収集する試験機を用いて、置したほか、実証期間である2日間は連続運用を行った。

500台の機器を接続するための各種要素技術の研究開発を各無線機は複数の建物の影になる場所にも配置していた行った。この結果、スマートメーターの実運用を想定したが、Wi-SUN FAN の自律的マルチホップネットワーク構築

通信量でデータを各無線機から送信し、500台環境において機能により、障害となる建物を迂回するようなネットワーも高品質な通信を実現できることを確認した。さらに2023

クが自動的に構築され、範囲内に設置された全ての無線機年度以降、導入が検討されている次世代スマートメーターがネットワークに収容されることを確認した。また、このの運用を想定すると最大1,000台の無線を1つの自律ネッ構築されるネットワークは設置環境に合わせ、通信成功率トワークで収容することが求められる。

を向上させるよう各無線機が自律的にネットワーク構成を今回、無線機1,000台の環境で高品質な通信を実現するため下記の2点について研究開発を実施した。

変化させていることも確認できた。この機能により、都市部での運用時、建物の建築や街路区画の変更などの、無線①

Wi-SUN FAN の通信制御に関する各種パラメータ②

1,000台の無線機を収容するシングルボードコンの最適値調査
ピュータ対応無線機への Wi-SUN FAN プロトコル
スタックの移植
この度、この研究開発の成果を搭載した Wi-SUN FAN
無線機1,000台を用いたマルチホップメッシュネットワー
クの構築および維持、さらに実運用で想定される通信量によるデータ通信を実現した（写真1）。また、次世代スマー
トメーター要件を満たす、累積で99.9％以上のデータ通信成功率を得ることに成功した。

写真1

1,000台試験の様子（京都大学提供）

図3 京都大学構内に設置した無線機の接続状況（国土地理院撮影の空中写真（2020年撮影）を加工して作成）
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経路に大きな影響があるような変化が起きても、その変化

参 考 文 献に応じた無線マルチホップネットワークを自動的に構築す（1）	京都大学、㈱日新システムズ プレスリリース、「次世代スマートメーター/IoT 向け国際無線通信規格 Wi-SUN FANを用いた無線機1,000台の自律通信試験に成功」（2023）		 https://www.co-nss.co.jp/press/20230216.php（参照：2023/8/18）（2）	京都大学、㈱日新システムズ プレスリリース、「スマートメーター・シティ向け国際無線通信規格 Wi-SUN FAN 大規模フィールド実証に成功」（2023）		 https://www.co-nss.co.jp/press/20230330.php（参照：2023/8/18）

ることができ、安定的な運用が可能となる。
また、全ての無線機から5分、15分、30分間隔でのデータ送信を行わせ、既に実施済みの屋内環境での1,000台大規模実証とほぼ同様の通信成功率97.1％以上を実現した
（図3）。

7.

結言

京都大学と日新システムズでは Wi-SUN FAN の継続的な開発を続けるとともに、実証実験を通じて Wi-SUN FANの性能や品質が、実用上問題がないかの確認を行ってきた。

執 筆 者 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

今回紹介した実証結果のように、スマートシティのような濱田

雄 一 ：㈱日新システムズ部長

広範囲で大量の機器からの情報収集が必要な場面においても、Wi-SUN FAN はスマートシティの無線通信技術として、活用できることが期待できる。
今後は新たに開始されるWi-SUN FAN 1.1認証に向けて開発を継続するとともに、実運用に向けた製品やソリューションの準備を進めていく所存である。

8.

謝ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
出典元濱田 雄一、「スマートシティを目指したWi-SUN FAN の開発と活用」、日新電
機技報 Vol.68、No.2、pp.71-75（2023年12月）

辞本研究開発の一部は、総務省 戦略的情報通信研究開発推進事業（SCOPE）電波 COE 研究開発プログラムの公募で採択された「電波利活用強靭化に向けた周波数創造技術に関する研究開発および人材育成プログラム（JP196000002）」
における共同型研究開発「Society5.0の実現に向けた大規模高密度マルチホップ国際標準無線通信システム（Wi-SUNFAN）の研究開発」の一環として実施したものである。
本研究を実施するにあたり、ご支援ご協力いただいた京都大学 大学院情報学研究科 原田博司教授にこの場を借りて深く感謝する。

・Bluetoothは、ブルートゥース エスアイジー、インコーポレイテッドの登録商標です。
・LTEは欧州電気通信標準協会（ETSI）の登録商標です。
・LoRaWANは、Semtech Corporation の商標または登録商標です 。
・SigfoxはUNABIZ 社の登録商標です。
・ELTRESは、ソニーグループ㈱の登録商標です。
・ZETAは、㈱テクサー及び ZiFiSense 社の登録商標です。
・SmartHopは、沖電気工業㈱の登録商標です。
・UNISONetは、ソナス㈱の登録商標です。

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