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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。

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。