東京FPGAカンファアレンス2019 @東京都⽴産業技術研究センター

低コストで広域カバレジを実現できるIoT向きデータ通信規格
ZETAの特⻑と応⽤事例
2019年1⽉18⽇
株式会社 テクサー 取締役CTO
今井 正治
imai@techsor.co.jp©2018-2019, Techsor Inc.

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Agenda IoTとLPWAN
 主要なLPWAN ZETAの応⽤事例
 今後の展望©2018-2019, Techsor Inc.

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IoTデバイス数のトレンド 2020年には全世界で300億個に増加（全世界の⼈⼝の約4倍）
 通信インフラの課題
 IoT向きの通信インフラ スマートエッジ（賢い端末側デバイス）©2018-2019, Techsor Inc.

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IoT⽤の通信インフラへの要請
 IoTに接続されるモノ（Thing）の範囲は⾮常に広い
 High EndのThingの例：乗り物（⾃動⾞，列⾞，⾶⾏機，船，宇宙船）
 Low EndのThingの例：環境 センサ（温度，湿度，扉の開閉，⼈や動物の存在，位置情報など）

 LPWAN(Low Power Wide Area Network):
低消費電⼒広域ネットワーク
 通信速度 遅 1回の通信で送信されるデータ量 少 サポート可能なエンドノードの個数 多 利⽤環境（都市部，郊外，⼭間部）多 経済性 重要©2018-2019, Techsor Inc.

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使⽤可能周波数帯（920 MHz帯）
中⼼周波数 920.6 MHz〜928.0 MHz
単位チャネル： 200 kHz

2019/1/10©2018, Techsor Inc.

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Agenda IoTとLPWAN
 主要なLPWAN ZETAの応⽤事例
 今後の展望©2018-2019, Techsor Inc.

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主要なLPWAN
 通信事業者系
 Sigfox
 LoRaWAN

⾃営系
 LoRaWAN
 ZETA©2018-2019, Techsor Inc.

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Sigfox©2018-2019, Techsor Inc.

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Sigfox開発者： Sigfox社
 2009年にフランスで創業されたベンチャー企業
 2012年にLPWA通信サービスを開始

1国に1社のみのSIGFOX通信サービス事業者
SNO（SIGFOX Network Operator)しか認めない⽇本での運⽤
京セラコミュニケーションシステム社（KCCS）

2019/1/10©2018, Techsor Inc.

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Sigfoxの特徴 https://www.kccs-iot.jp/service/©2018-2019, Techsor Inc.

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⾮対象通信SIGFOXデバイス

基地局

バンド

特定⼩電⼒無線局（免許不要）

簡易無線局

送信電⼒

20 mW

250 mW

送信変調⽅式

DBPSK

GFSK

送信速度

100 bps

600 bps

最⼤送信回数

140 回/⽇

4 回/⽇

受信感度

-135 dBm-145 dBm

送信チャネル幅

100 Hz800 Hz

送信継続時間2秒

0.35 秒2019/1/10©2018, Techsor Inc.

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送信回数制限最⼤送信回数は、契約ランクによって異なる2019/1/10

契約ランク

上り通信

下り通信

プラチナム

140回

4回

ゴールド

100回

2回

シルバー

50回

1回

ワン

2回

0回

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LoRaWAN©2018-2019, Techsor Inc.

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LoRaアライアンス
 LoRa変調：Semtech社が開発した低消費電⼒・⻑距離通信⽤変調技術
 LoRa ＝ Long Range LoRaWAN：LoRa変調に基づくWAN
 2015年にLoRa Alliance設⽴（公開・⾮営利団体）
 https://www.lora-alliance.org/
 スポンサ（Sponsor）
 理事会、年会費5万USD

 コントリビュータ（Contributor）
 正会員、年会費2万USD

 アドプタ（Adopter）
 情報会員、年会費 3千USD

 研究機関メンバ（Institutional Member）
 ⾮営利研究機関メンバー、年会費 無料

2019/1/10©2018, Techsor Inc.

15LoRaWAN https://lora-alliance.org/©2018-2019, Techsor Inc.

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LoRaWAN技術の特徴(1)柔軟な運⽤が可能 ⾃営の通信LoRaWAN無線局での運⽤も可能
 国単位だけでなく、地域単位でのサービスの提供も可能双⽅向通信をサポート
 上りおよび下りの通信をサポート
 通信回数の制約はない

初期設置費⽤と利⽤料⾦
 通信事業者の通信インフラを利⽤する場合：利⽤料⾦が必要
 ⾃営の無線局を利⽤する場合：設置費⽤が必要

2019/1/10©2018, Techsor Inc.

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LoRaWAN技術の特徴(2)スペクトラム拡散
 独⾃⽅式のスペクトラム拡散
 占有周波数帯域幅：150 kHz

通信の対称性 基本的に対称通信だが⼀部⾮対称
 基地局は送信電⼒、受信感度、マルチチャネル同時受信、アンテナ性能、設置条件などの点でデバイスよりも有利
 デバイスは、上りメッセージを送信した後、基地局から下りメッセージを2回受信する
 1回⽬は上り通信と同じチャネルおよびデータレート（対称通信） 2回⽬は上り通信と異なるチャネルおよびデータレート（⾮対称通信）

2019/1/10©2018, Techsor Inc.

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適応データレート（ADR）
データレート(kbps)
100LoRaSF6FSKLoRa
SF710LoRa
SF8LoRaSF9LoRa
SF101LoRa
SF11LoRa
SF120.1
01234

5678

相対距離©2018-2019, Techsor Inc.

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適応データレート（ADR）
変調方式

拡散指数

データレート

4秒送信可能最大ペイロードLoRa

SF 12250 bps

125 byte

59 byte

LoRa

SF 11

440 bps

220 byte

59 byte

LoRa

SF 10980 bps

490 byte

59 byteLoRa

SF 91.76 kbps

880 byte

123 byte

LoRa

SF 83.125 kbps

1,562 byte

230 byte

LoRaSF 75.47 kbps

2,735 byte

230 byte

LoRa

SF 611 kbps

5,500 byte

230 byte

50 kbps

25,000 byte

230 byte

FSK

2019/1/11©2018, Techsor Inc.

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ZETA

©2018-2019, Techsor Inc.

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ZiFiSense社

2013年に英国ケンブリッジで創業
LPWA ZETA規格を開発
厦⾨、上海、重慶などで事業展開
Cambridge Wireless委員の創⽴メンバー
中国LPWAN産業連盟の理事メンバー
独⾃開発LPWANのUNB技術ZETAをスマートシティ、スマートライティング、スマートコミュニティで広く展開中
LPWANの先駆企業として、IoTの基盤を構築

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ZETAアライアンス設⽴
2018年６⽉１⽇
ZETAアライアンス設⽴準備総会

設⽴メンバー企業︓4社

2018年8⽉3１⽇
ZETAアライアンス設⽴会員総会

会員企業数︓25社
総会参加企業 Promoter/Adopter会員︓18社(Promoter︓8社 / Adopter︓10社）

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会員企業情報 35社 (12⽉21⽇現在)■Promoter（10社）
株式会社エネルギア・コミュニケーションズ
アイティアクセス株式会社
アイテック阪急阪神株式会社
マクセル株式会社
株式会社QTnet
株式会社ティーアンドエス
TDK株式会社
株式会社テクサー
凸版印刷株式会社
ZiFiSense■Adopter（15社）
株式会社ID
株式会社ACCESS
⼤⽇本印刷株式会社
株式会社阪南コーポレーション
稲畑電気産業株式会社
株式会社ケイ・オプティコム
株式会社クラインズ
マイクロサミット株式会社
⽇本電気通信システム株式会社
NECネッツエスアイ株式会社
⽇本特殊陶業株式会社
シリコンテクノロジー株式会社
東急テクノシステム株式会社
⼗和⽥エレクトロニクス株式会社
株式会社ウィズオノウェア■Public（8社）
株式会社DSPC
常陸興業株式会社
⻲岡電⼦株式会社
株式会社ミニソリューション
⽇星電気株式会社
株式会社スカイテクノロジー
スタッフ株式会社
帝國製薬株式会社■Academic（2団体）
東京⼤学⽣産技術研究所野村研究室
佐賀⼤学⼯学系研究科松前研究室*⼀部、ロゴ掲載準備中の企業様もございます。

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最新のLPWAN規格ZETAの特⻑ UNB：超狭帯域（2kHz）
 多数のチャネルを利⽤可能
 周波数ホッピングが容易 中継器（Mote）
 中継器は基地局の1/10以下のコスト
 電池で数年間運⽤可能
 設置場所の⾃由度⾼ 広いカバレージを確保可能 アドホック・メッシュ・ネットワーク
 マルチホップ通信が可能（≦4）

 経済性
 初期コスト低減
 運⽤コスト低減©2018-2019, Techsor Inc.

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ZETAのメッシュ・アクセス
 ZETALoRaWAN，Sigfox

 複合スター＋メッシュ 中継器の利⽤により低コストでカバレジを拡⼤
 商⽤電源のない場所にも設置可能

 複合スターのみ
 カバレジを広げるためには基地局を増やすしかない
中継器

中継器

中継器

基地局

©2018-2019, Techsor Inc.

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超狭帯域（UNB）技術

スペクトル・リソースがIoTの普及につれて不⾜する
ZETAのUNB技術ではスペクトルの隙間に利⽤可能なチャネルの発⾒が容易
ZETAの通信チャネルは，わずか2kHzを使うだけなので，スペクトル・リソースの利⽤効率が⼤幅にアップし，少ないスペクトル・リソースでも都市部のIoTネットワークを構築可能

UNB技術では，スペクトル間の2kHzの”隙間”を利⽤してチャネル・ホッピングできる

従来技術（LoRaWAN）の125kHzのチャネル（WB）では，チャネル・ホッピングしても⼲渉を避けることが困難

LPWANの⽐較©2018-2019, Techsor Inc.

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LPWANの⽐較
ZETA

SigfoxLoRaWAN

Wi-SUN

開発者

ZiFiSense社

Sigfox社

Semtech社

NICT

標準化団体

ZiFiSense社

Sigfox社

LoRaWAN
Alliance

Wi-SUN Alliance

仕様

⾮公開

⾮公開

公開

公開

ネットワーク事業者

⾃営可

独占（1社/国）

⾃営可

⾃営可

ネットワーク・トポロジー

複合スター＆メッシュ

複合スター

複合スター

メッシュ

1ホップの到達距離~ 15 km~ 15 km~ 15 km

500 m

最⼤ホップ数

41

115125 kHz

200, 400, 600
kHz

293 bps 〜 50kbps (ADR)

50/100/200 kbps

なし

なし

チャネル
帯域幅
通信速度
通信回数の制限/⽇

上り
下り
上り
下り
上り
下り

2 kHz
300/600/2400bps
なし

100 Hz800 Hz
100 bps
600 bps
2回〜140回
0回〜4回©2018-2019, Techsor Inc.

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ZETAの優位性：利⽤環境依存性
LPWANの種類

⽐較条件

ZETA

Sigfox

LoRa
WAN

Wi-SUN

基地局
(要電源)

障害物

ノイズ
源

⾼層ビル内部★★★

★(*1)★★(*2)★★(*4)

少有

無

市街地

★★★

★★(*2)★★(*2)★★(*5)

有有有

農耕地・牧場★★★

★(*1)★★(*2)★★(*4)

少無

無

⼭間部

★★★

★(*1)

★(*3)

★(*4)

無有

無

総合評価

★★★

★

★★

★★

(*1)： ⾃営基地局の設置が不可能（特定の通信事業者の独占事業）(*2)： 多数の基地局を設置する必要あり(*3)： ⾃営基地局の設置が困難（商⽤電源が必要）(*4)： 多数の中継器を設置する必要あり（通信可能距離が短いため）(*5)： 利⽤可能チャネル数の制約あり（広帯域のため）©2018-2019, Techsor Inc.

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Agenda IoTとLPWAN
 主要なLPWAN ZETAの応⽤事例
 今後の展望©2018-2019, Techsor Inc.

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ZETA®環境モニタリングの事例
 ⽔位計と⽔質モニタリング設備を5km間隔で設置し，査⼲湖（吉林省松原市）の⽔資源を監視 査⼲湖の⾯積は307 km2，中国で7番⽬に⼤きい淡⽔湖
 中国松原市の⻑さは120km，査⼲湖の周囲は104.5km
45セットの設備で松原市の⽔資源を監視可能

⽔質⽔位検査ZETA®橋梁IoTソリューション

 東海⼤橋（上海）の⻑さ： 32.5km（世界3番⽬）
 かつては，橋の点検のために毎⽇多数のスタッフが巡検を実施
 現在では，スマートブリッジ・システムを使って，⼈件費を節約
 オープニング・センサ：
衝⽴の⾃動開閉の検知，ランプシェードの開閉検知，配電ボックスのカバー開閉検知など
 姿勢センサー：
サイネージが乱雑に置かれていたり倒れていないかどうかを検知
 違法侵⼊：橋の下での釣りなどの違法⾏動を監視
 停⽌違反⾞両の監視：レーダーで⾞のスピードを観測し，橋の上での停⽌⾞両を検出 環境モニタリング：
PM2.5，PM10，SO2，NO2，O3，CO，騒⾳などを観測

チョウザメ養殖場の育成環境モニタリング
LPWA（ZETA）

3G/LTE
データ解析

⽔位センサー場所

チョウザメ養殖場（宮崎県東⾅杵郡椎葉村内）

⽬的

リアルタイムに⽣簀の状態を把握しキャビアの⽣産性向上を図る

内容

⽔位などのセンサー情報をLPWAで取得し、遠隔地の管理者に⽣簀の状態を通知する

協⼒
企業
団体

有限会社鈴⽊組
株式会社ソフモアイティアクセス株式会社
株式会社テクサー※ LPWA（Low Power Wide Area）︓省電⼒で広域をカバーできる無線ネットワークの総称
Copyright© ZETA Alliance All rights reserved.

管理者

－34－

キャビア
「HINATA」

実証実験構成②
中継器#1(MOTE)

管理者

センサー#1

基地局
(AP)

冗⻑経路

3G/LTE

センサー#2

⾒える化中継器#2(MOTE)

Copyright© ZETA Alliance All rights reserved.

－38－

交通インフラの遠隔検査
 ⽇本の交通インフラ（⾼速道路網等）は⾼度経済成⻑期に建設
 名神⾼速道路（栗東-尼崎間）開通：1963年
 東海道新幹線：1964年

 半世紀が経過し、⽼朽化が進⾏
 現在の点検⽅法
 ⽬視と打検（⼈⼿）
 膨⼤な⼈件費が必要

 ITを⽤いた点検⽅法の例
 ドローンによる写真撮影と解析
 発⾒された⻲裂の進⾏度合いを⻲裂変位計で計測©2018-2019, Techsor Inc.

39⻲裂変位センサ設置場所
東⼤阪市春宮跨道橋©2018-2019, Techsor Inc.

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東⼤阪市での実証実験（KIIS）
⼤阪⼤学 ⼩泉圭吾 先⽣提供

©2018-2019, Techsor Inc.

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評価対象となったLPWAN©2018-2019, Techsor Inc.

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カバレッジ，通信可能距離，受信率の⽐較
システム

通信事業者
/ ⾃営カバレッジ

通信可能
距離Sigfox

通信事業者

83%

99 %

LoRaWAN（NTT⻄⽇本）

通信事業者

100%

100 %

LoRaWAN（SORACOM）

⾃営

1.5 km

70 %

ZETA

⾃営

3.0 km（中継器）

100%©2018-2019, Techsor Inc.

受信率43

ZETA基地局との直接通信©2018-2019, Techsor Inc.

44ZETA 中継器＋基地局©2018-2019, Techsor Inc.

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最新の農業⽤環境センサノード
 LPWAN（ZETA）対応
 基本環境情報のセンシング
 気温，湿度，照度 ⼟壌情報のセンシング 温度，⽔分量，pH，電気伝導度（EC）など

 NB-Innovations社製
Watcher Pro
 20種のセンサを提供©2018-2019, Techsor Inc.

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農業⽤センサを⽤いた事例
広島県⼤崎下島でのレモン栽培
 島しょの傾斜地でのレモンの圃場の環境監視東京都⽴川市でのレモン栽培
 寒冷地でのレモン栽培の実施©2018-2019, Techsor Inc.

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京都市での実証実験
 カバレジの調査
 京都市⼭科区の⼭林での⼟砂災害予知 建仁寺塔頭 両⾜院での池の⽔質の監視 京都市中央卸売市場のスマート化
 冷蔵庫の温度・湿度の管理
 扉の閉め忘れの監視 ゴミの不法投棄の監視
 など©2018-2019, Techsor Inc.

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京都市内のカバレジの調査
 基地局1基と中継器
数台で中⼼部をカバー可能 設置コストも運⽤コストも安価
 中継器の利点 安価（18,000円）
 商⽤電源不要
電池で数年間駆動
 設置場所の選択容易©2018-2019, Techsor Inc.

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⼟砂災害

©2018-2019, Techsor Inc.

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⼟砂災害の予知
 現状
 降⾬量，⼟中の⽔分量の観測を⾏い⼟砂災害の発⽣を予知，避難勧告を通知

 課題
 観測点の間隔が広すぎる（数km間隔）ために， 測定結果に基づいて避難勧告を出しても，住⺠が⾃分の事として捉えにくい 対策：予測精度の向上
 測定点の間隔を数10ｍ程度に狭める 多数のポイントでデータを収集
 降⾬の状態によって測定時間間隔を調整

 京都市⼭科区の⼭林での評価実験準備中©2018-2019, Techsor Inc.

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環境保全：⽔質監視⽤センサー
京都市東⼭ 建仁寺塔頭 両⾜院

このプロジェクトは、2018年11⽉11⽇放映のNHKニュース「京いちにち」で紹介されました。
弊社のセンサノードが使われています。

©2018‐2019, Techsor Inc.

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Agenda IoTとLPWAN
 主要なLPWAN ZETAの応⽤事例
 今後の展望©2018-2019, Techsor Inc.

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SDGsへの取り組み©2018-2019, Techsor Inc.

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IoTを⽤いて解決できそうな課題ゴール3：
ゴール6：
ゴール7：
ゴール9：
ゴール11：
ゴール12：
ゴール13：
ゴール14：
ゴール15：

健康な⽣活
⽔エネルギー
インフラ
安全な都市
持続可能な⽣産・消費
気象変動
海洋⽣態系・森林©2018-2019, Techsor Inc.

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⾥⼭が抱える諸課題への施策
 ⼈⼝減少と⾼齢化対策
 農耕地および⼭間部の環境保全
 害獣による圃場および⼭林への被害の削減
 圃場と植林地への防護柵の設置と保守 シカ、イノシシなどの害獣の個体数のコントロール

 産業の振興 農林業の第六次産業化
 スポーツ環境の整備
 登⼭者・⼊⼭者の⾒守り 住みやすい環境の整備
 ⾼齢者の⾒守り 児童⽣徒の⾒守り©2018-2019, Techsor Inc.

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IoTを⽤いた解決策の提案
 獣害の削減とジビエの商品化
 農業⽣産性向上と⾼付加価値化 住⺠の福利環境の整備と⾒守り 外部からの来訪者の⾒守り 防災と交通インフラの保全©2018-2019, Techsor Inc.

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害獣による農作物被害（H28年度）
 被害⾦額：約172億円
 前年度⽐ △約5億円，△3％ 被害⾯積：約6万5千ha
 前年度⽐ △約1万6千ha，△19％ 被害量：約49万t

 前年度⽐ △約1万t，△2％ 主要な獣種別の被害⾦額
 シカ：約56億円（前年度⽐ △約3億円，△5％） イノシシ： 約51億円（前年度⽐ △約6千万円，△1％） サル：約10億円（前年度⽐ △約6千万円，△5％）©2018-2019, Techsor Inc.

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