IoT向けネットワークで脚光
無線PAN規格「IEEE 802.15.4」とは? 「ZigBee」「Wi-SUN」が採用
IoT向けのネットワーク技術にはさまざまな種類がある。その中でも重要な無線PAN規格「IEEE 802.15.4」と、その関連規格を紹介しよう。
業界標準化団体IEEE(米電気電子技術者協会)が策定するネットワーク規格の一つに「無線PAN」(PAN:パーソナルエリアネットワーク)として用いられる規格がある。無線PANはIoT(モノのインターネット)アプリケーションを構築する際の技術として候補になる。消費電力が小さい、近距離で高速なデータ伝送ができる、データ伝送が低速でも遠距離に電波が届く、といったさまざまな要件に応じた規格が策定されているからだ。
無線PANの規格はIEEEの委員会「IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee」(IEEE LMSC)が策定している。同委員会はLANなど広く知られたネットワーク規格についても策定を担当する組織だ。IoTで広く使用される規格としては「IEEE 802.15.4」が知られている。IEEE 802.15.4は、もともとは近距離通信のために策定された規格だ。
IoT向け無線PAN規格「IEEE 802.15.4」と関連規格を理解する
具体的にIoT向けの各規格の特徴を紹介する前に、まずはネットワーク技術を標準化する意味について触れておこう。標準化をしてデバイス間の相互運用性を保証することは、IoTアプリケーションを広く普及させる上で重要だ。技術の仕様を標準化すると、さまざまなベンダーが市場に参入して製品の選択肢が多様化するとともに、製品価格が低下する。相互運用可能な技術のエコシステムが出来上がり、イノベーション(技術革新)が促進される。そして特定のベンダーに依存しない長期的なデバイスの安定供給が可能になる。変化する市場ニーズを技術に反映させるために、定期的に改訂し、新機能を盛り込んでいる規格もある。
無線LANとして用いられる「IEEE 802.11 Standard」のような規格群もIoTアプリケーションに用いることができる。一方でIEEE 802.15.4をはじめとする無線PANの規格群「IEEE 802.15 Standard」は、IoTの急速な普及を支える上で重要な役割を果たす。IEEE 802.15 Standardは、IoTアプリケーションの要件に応じられるよう仕様を調整し、IoTに適した特徴を備えているからだ。
一般的にIoTデバイスには下記のような要件がある。
- 小型バッテリーで何年も動作する
- 多くの障害物がある屋外環境でも強力な接続を維持する
- 高速にデータ伝送できる
IEEE 802.15 Standardには、特定分野に特化するとともに、市場で広く用いられるよう多様な規格がある。その規格を基にして相互運用可能な多様なデバイスが登場し、特定の要件があるさまざまなIoTアプリケーションが実現する。規格の一例を挙げれば、
- 医療機器のネットワーク向けの「IEEE 802.15.6」
- 電力やガスなどのエネルギーの検診メーターにネットワーク接続機能を搭載し、検診値を効率的に収集する「SUN」(スマートユーティリティーネットワーク)向けの「IEEE 802.15.4g」
などがある。IEEE 802.15 Standardの規格のほとんどは、免許不要の周波数帯を使い、電波が干渉することなくデバイスが協調して動作する仕組みを実装している。
IEEE 802.15.4ベースのIoT向け無線規格
1999年から20年以上にわたって、IEEE 802.15 Standardの策定を担当するIEEEのワーキンググループ「IEEE 802.15」は多様な規格を策定してきた。2012年に標準化が完了したIEEE 802.15.4gをベースに、業界団体Wi-SUN Allianceが策定した規格が「Wi-SUN」(Wireless Smart Utility Network)だ。Wi-SUNに準拠し、電気やガスの検針をはじめ、スマートシティーや屋外におけるさまざまなIoTアプリケーションを構築するデバイスが登場している。
IEEE 802.15.4は、OSI参照モデルの物理層と、データリンク層の一部であるメディアアクセス制御層のさまざまな技術を定義している。データを搬送波(電波の基になる高周波)に乗せるための変調方式である「DSSS」(Direct Sequence Spread Spectrum:直接シーケンススペクトラム拡散)はその技術の一つだ。DSSSを採用したIEEE 802.15.4は、M2M(Machine to Machine:デバイス同士が直接通信するシステム)やIoTデバイスに幅広く採用されている。IEEE 802.15.4をベースにした代表的な規格は下記に示す通りだ。
- ZigBee
- ISA100.11a
- WirelessHART
- Thread
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