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ワイヤレス伝送の方法とは？
よくある質問｜ワイヤレス伝送の方法とは？工場の環境が複雑で配線が困難であったり、広範囲に及ぶ場合、ケーブルのコストが高く、設置作業も大規模なプロジェクトになります。そのような場合、ワイヤレス伝送を利用することで、はるかに便利になります。
導入の理由
ワイヤレス伝送によるスマート工場の構築
余命予測（残存寿命予測、Residual-life Prediction）
スマート製造、インダストリー4.0の自動化時代において、多くの工場設備は有線伝送を利用しています。確かに、有線伝送は最も安定した方法ですが、工場環境が複雑で配線が難しい場合や、工場が広範囲に及ぶ場合、ケーブルのコストが高く、設置作業も大規模になります。そのような場合、ワイヤレス伝送を利用することで、はるかに便利になります。
ワイヤレス伝送の通信プロトコル
免許不要の通信プロトコルには、2.4 GHz帯とSub-GHz帯があります。2.4 GHz帯は市場で広く利用されており、Wi-FiやBluetoothが代表的な例です。これらは短距離無線伝送に適しており、特にBluetoothは高速・低消費電力・高いセキュリティ性能を備えています。しかし、ノード数が限られ、干渉が発生しやすいため、多点展開には向きません。一方、Sub-GHz帯は長距離伝送が可能で、干渉が少なく、低消費電力の特性を持つため、工業用途に適しています。
工場内の設備は広範囲に分散しており、データ伝送量も比較的少ないため、Sub-GHz帯の伝送方式で十分対応可能です。
Sub-GHzの周波数帯域では、433 MHzが世界共通のISMバンドとして使用されており、915 MHzは北米やオーストラリア市場、868 MHzはヨーロッパ市場、315 MHzは北米・アジア・日本市場で利用されています。
各種ワイヤレス伝送技術
ワイヤレス伝送技術は、短距離、中距離、長距離の3つのカテゴリーに分けられます。
| 短距離ワイヤレス通信の種類 | 簡単な説明 |
|---|---|
| Wi-Fi | IEEE 802.11規格のワイヤレスLAN技術で、主にコンシューマー向け電子機器で使用される。 |
| Bluetooth | 短波超高周波（UHF）無線通信技術で、コンシューマー向け電子機器に広く使用される。 |
| Li-Fi | 可視光通信（VLC）技術を利用した情報伝送方式。光源が消えると信号も途切れる。 |
| NFC | 2つの電子デバイスが4cm以内の範囲で通信できる技術。入退室カードや交通系ICカードに利用される。 |
| RFID | 電磁場を利用して無線周波識別タグ内のデータを読み取る技術。入退室管理や身分証認証などに使用される。 |
| Z-Wave | 家庭の自動化向けのワイヤレス通信プロトコル。家電、照明制御、中央制御システムなどに利用される。 |
| ZigBee | IEEE 802.15.4規格のパーソナルエリアネットワーク通信プロトコルで、各メーカーが定義したプログラムオブジェクトに適用される。 |
| 中距離ワイヤレス通信の種類 | 簡単な説明 |
|---|---|
| LTE-A | 進化型長期進化技術 LTE-Advanced（4G+）。主にスマートフォンやデータ通信に使用される。 |
| 5G | セルラーネットワーク通信技術で、4G（LTE-A）の進化版。モバイルデバイスや通信ネットワークに応用される。 |
| 長距離ワイヤレス通信の種類 | 簡単な説明 |
|---|---|
| LPWAN | 低消費電力広域ネットワーク（Low Power Wide Area Network）。免許不要のLoRa、Sigfox、Weightless、RPMA、IEEE 802.11ahや、ライセンスバンドのNB-IoTなどがある。 |
| VSAT | 超小口径端末（Very Small Aperture Terminal）。小型ディッシュアンテナを使用し、人工衛星を介して通信する技術。 |
概念の説明
LoRaWANとは？
LoRaWANは通信プロトコルとネットワークシステムのアーキテクチャを定義し、LoRaの物理層を用いて長距離通信を実現する。LoRaWANは、すべてのノードの通信周波数と電力管理を担当する。ネットワーク内のデバイスは非同期でデータを送信し、データが送信可能な状態になった時に送信される。エンドノードが送信した信号は複数のゲートウェイで受信され、パケットをネットワークサーバーに転送する。ネットワークサーバーは重複パケットをフィルタリングし、セキュリティチェックを行い、ネットワーク管理を行った後、データをアプリケーションサーバーに転送する。
LoRaの特徴
LoRaは長距離通信、低消費電力、多数のネットワークノードに対応可能。
長距離通信：LoRaの受信感度は直接拡散スペクトラム技術によるもの。高い拡散因子を採用し、高い信号利得を実現。最大通信距離は20kmに達する。
低消費電力：通常、通信距離と消費電力は正の相関関係にあるが、LoRaは受信感度を向上させることで、通信距離を伸ばしながら消費電力を抑えている。一般的な周波数偏移変調（FSK）ではS/N比が8dB必要だが、LoRaは-20dBで動作可能。低消費電力により、太陽電池を使用した機器への応用も容易。
多数のネットワークノード：LoRaネットワークはエンドデバイスとゲートウェイで構成され、データは1対多の双方向通信が可能。典型的なスター型トポロジーを採用し、同じエリア内で複数の通信グループを構築できる。
無限 LoRa
応用事例
配線の問題を解決し、継続的な監視を実現
これまでの人力巡回検査の仕組みでは、設備の位置が手の届かない場所にあったり、高温や高所環境などの危険な場所にあるため、全面的な監視が困難でした。
RM-IOT-B 無線ローター健康監視システムは、バッテリー駆動の LoRa LPWAN 技術を活用し、データ伝送距離は500〜800メートル（現場の障害物の配置による）に達します。1台のワイヤレス受信機で最大500個のワイヤレスセンサーをサポートできます。
RM-IOT-B 無線ローター健康監視システム
低コストな導入で拡張が可能
養殖漁業のスマート化 無線監視で無限の可能性
WMS 養殖水域環境監視システムのセンサー情報は、無線通信モジュールを介して1km以内のメインユニットに送信され、リアルタイムで監視が可能です。
AI時代の到来に伴い、スマート養殖のビッグデータ監視と分析が不可欠になっています。WMS スマート水域環境監視システムは、簡単なデータ伝送方式と各種センサーシステムを組み合わせたソリューションで、ユーザーが養殖池の状態を常に監視し、適切に環境を調整できるよう支援します。
WMS 養殖水域環境監視システム
水産養殖の水域環境監視
よくあるご質問（FAQ）
無線通信にはどのような一般的な方式がありますか？
一般的な無線通信方式は、通信距離、消費電力、およびアプリケーションのニーズに応じて分類でき、Wi-Fi、Bluetooth、NFC、RFID、ZigBee、5G、LPWAN、LoRa、NB-IoT、衛星通信などが含まれます。技術によって、通信距離、消費電力、データ転送量、ノード数に違いがあります。
LoRaとは何ですか？
LoRaは、長距離かつ低消費電力の無線通信に適した技術であり、センサーやIoTデバイスが長距離のデータ伝送を行うことを可能にします。主にインダストリアルIoT（IIoT）、設備監視、環境監視、スマート農業などの分野で応用されています。
LoRaとLoRaWANの違いは何ですか？
LoRaは主に無線通信の物理層技術を指し、データの無線伝送を担当します。一方、LoRaWANはLoRaの上に構築されたネットワーク通信プロトコルおよびアーキテクチャであり、エンドノード、ゲートウェイ、ネットワークサーバー、およびアプリケーションシステム間のデータ伝送の管理を担当します。
LoRaにはどのような特徴がありますか？
LoRaは長距離伝送、低消費電力、および大量のノードのサポートを特徴としており、設備が分散している、配線が困難、またはバッテリー駆動が必要な監視アプリケーションに適しています。実際の通信距離は、建物、障害物、アンテナの構成、使用する周波数帯、および現場の環境などの要因に影響されます。
なぜ工場での使用にLoRa無線通信が適しているのですか？
工場の設備は数が多く広範囲に分散しており、一部の設備は高所、屋外、または配線が困難な場所に位置している場合があります。LoRa無線通信を使用することで、信号配線の必要性を大幅に削減し、センサーの配置やその後の設備拡張の柔軟性を高めることができ、インダストリアルIoTの監視アーキテクチャの構築に適しています。
LoRaはどのような産業用アプリケーションに適していますか？
LoRaは、モーター、ポンプ、ファンなどの設備の状態監視に適用でき、温度、湿度、振動などの環境センシングデータの伝送にも使用できます。また、エネルギー管理、水域監視、スマート農業など、長距離かつ低消費電力の通信を必要とするIoTアプリケーションにも適しています。