SORACOM Bootcamp Rec4 - LoRaWAN
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SORACOM Bootcamp Rec4 - LoRaWAN 動画はこちらをご覧ください：https://youtu.be/Aublxd7x4qk 株式会社ソラコム 事業開発マネージャー 大槻 健
![Network Architecture(2/2)
LoRaWAN
Network
Server
LoRaWAN
Gateway
LoRaWAN
Device
Application
Server
MAC LAYER [AES-ENCRYPTED]
APPLICATION DATA [AES-ENCRYPTED]
Deviceとの通信制御(Signaling、Routing）はGatewayではなく
Network Server側で処理されます。
各Layerのデータは事前共有した秘匿鍵により
暗号化・完全性のチェックが行われます。](https://image.slidesharecdn.com/20170209sbr4-170301022425/85/SORACOM-Bootcamp-Rec4-LoRaWAN-18-320.jpg)
SORACOM Bootcamp Rec4 - LoRaWAN
- 2. •LoRaWANとは ~仕様解説~ •SORACOM LoRaWAN conference 2017 ~キーノートスピーチ、新発表内容の解説~ Agenda
- 3. LoRaWAN概要
- 4. LoRaWANは、LPWA(Low Power Wide Area) と呼ばれる無線通信規格の1 つで低消費電力・長距離通信が特徴です。 その特徴により、セルラー通信と並んでIoT用途において注目されていま す。 LoRaWANの技術仕様は、 LoRa Allianceにより公開され、他の類似規格 に比べ、グローバルかつオープンな通信方式です。 LoRaWANとは
- 5. LoRaWAN Alliance (400社以上) LoRaAllianceのコントリビュートメンバであるM2B社と技術提携す ることで最新仕様をキャッチアップ 出典：LoRa Alliance
- 6. LoRaWAN Specification LoRa=変調方式を、LoRaWAN=MAC layerも含んだ仕様全体を指します。 従来のLoRaWAN specにおける周波数規定は欧米が中心でしたが、 昨年リリースのv1.0.2より日本を含むアジア諸国についても仕様が追加されました。 （日本ではUnlicensed Bandである920MHz帯をARIB規定に準じて利用） 出典：LoRaWAN Specification
- 7. ・広域通信（数km） ・低消費電力 ・常にDevice主導の通信 (Uplinkから通信開始） ・低データレート (SF10で976bps） 日本のARIB規定内運用すると、約4.4sに1回11byte ・メッシュ型(マルチホップ)ではなく、スター型構成 ・IPではなくDevice ID(32bit)で管理 LoRaWAN Aspects
- 8. プロトコル解説
- 9. LoRaWAN Specification (Modulation, Frequency) #LoRaWAN specification
- 10. LoRaWANの物理層 #1 • スペクトル拡散通信の一種である，チャープ拡散方式を利用 ⇒LoRa変調 • SF(Spreading Factor)と呼ぶ拡散率を上げることで、ノイズに対する耐性を向上 させ、高いリンクバジェットゲインを得ることができます ⇒但し、伝搬距離(Process Gain)とスループットはトレードオフ #M2B Communications
- 11. LoRaWANの物理層 #2 例えば、 SF=10、BW=125k、CodingRate(CR) = 4/5の設定だと、 実際のBit Rate = 976bps になります。 ただし日本の場合(920MHz帯)、無線の連続送信は最大400msec以内と規 定されているため、実際にこの時間内で送信できるデータはヘッダーを除 いた実Payloadとして11Byteになります。 無線送信 時間 (~400ms) 送信休止時間 送信時間の10倍(~4000ms) キャリアセンス (128μs~)
- 12. LoRaWAN Specification (Class) #LoRaWAN specification
- 13. Classは3種類 ClassA・ClassB・ClassCの順番にLoRaデバイスが開放する受信用の無線Slot 間隔は広がっていきます。 （無線開放時間が短いほど省電力） Class Usage 特徴 A • 全デバイスサポートの基本Class • 1 Uplinkに対して、特定時間軸でDownlinkを受信 • バッテリ駆動を想定 Latencyは大きいが、消 費電力低 B • ビーコン送信Class • Class Aに加えて、Network主導のDownlink送信が可能 唯一のDownlinkトリガオ プション C • デバイスは受信スロットを常に解放 • 常時給電デバイス駆動を想定 Latencyは小さいが、消費 電力大
- 14. LoRaWAN Class A (主に利用するClass) デバイスから上りのデータを受信した後のみNetworkは下りのデータを送信 することが出来ます。デバイスはデータ送信後、一定時間だけ受信装置 (Rx1orRX2)をOpenすることで 消費電流を抑えています。 Rx1 Rx2 RxDelay1 RxDelay2
- 15. LoRaWAN Class C Deviceは送信時以外は出来るだけRX2の受信Slotを解放することで、低 Latencyな双方向通信を実現します。 反面、無線の開放時間が長くなるため、消費電力は増大します。 （※Class BとCの同時実装は不可） Rx1 Rx2 RxDelay1 RxDelay2 Rx2
- 16. LoRaWAN Class B Class Aの実装に加えて、一定間隔の受信Slotを設けることで、Beaconと呼 ばれるDownlink受信パケットの受信が可能になります。 （セルラーにおけるPagingのような使い方が可能） Rx1 Rx2 RxDelay1 RxDelay2 Beacon Period
- 17. Network Architecture(1/2) LoRaWAN Network server LoRaWAN Gateway LoRaWAN Device Application server DeviceはGatewayと呼ばれる基地局と無線通信(LoRa)を行い、 Gatewayは上位のLoRaWAN MAC Frameを Network Serverまで中継します。 *LoRaWANはNetwork serverを含めたsolution
- 18. Network Architecture(2/2) LoRaWAN Network Server LoRaWAN Gateway LoRaWAN Device Application Server MAC LAYER [AES-ENCRYPTED] APPLICATION DATA [AES-ENCRYPTED] Deviceとの通信制御(Signaling、Routing）はGatewayではなく Network Server側で処理されます。 各Layerのデータは事前共有した秘匿鍵により 暗号化・完全性のチェックが行われます。
- 19. ・NwtSKey Device-Network Serverで保持するAES-128のPSK MAC messageのIntegrity及び暗号化に適用することで、 Device-Netwokr Server間のセキュリティを担保します ・AppSKey 128bit AESのキーとして使用 Device-Application Serverで保持するでAES-128のPSK Application間のセキィリティを担保します NwtSKey, AppSKey
- 20. DeviceのActivationには２種類の方法があります 1. Activation by Personalization (ABP) ->工場出荷時にNtkSKey, AppSKeyを格納しておき、周波数等 のConfigurationもしておく 2. Over The Air Activation (OTAA) ->工場出荷時には仮鍵を保管しておき、利用時にJOIN ProcedureというDevice-Gateway間のやり取りで、 工場出荷後に各種鍵やConfigurationを行う 鍵のActivation方法
- 24. SORACOM LoRaWAN Conference 2017 キーノートスピーチ・ダイジェスト
- 26. SORACOM AirのLoRaWAN対応 インターネット 3G/LTE 基地局 LoRa ゲートウェイ セルラー デバイス LoRa デバイス LoRaWAN(長距離) SORACOM Air for セルラー SORACOM Air for LoRaWAN New! 注) SORACOM AirにAir Typeという概念が追加
- 28. ユーザーコンソールの管理画面
- 30. LoRaゲートウェイ第一弾 「LoRaインドアゲートウェイ」 型番 AL-020 無線規格 LoRaWAN v.1.0.2 (AS923) 使用周波数帯 915.9 ~ 928MHz ISM Band チャンネル数 8ch / 200kHz幅 送信出力 20mW / 13dbm 無線準拠規格 技術基準適合済（ARIB-T108） WAN / LAN 10/100 Mbps Ethernet x 1ポート WAN / 3G 3G USBドングル （ABIT製AK-020 サポート） 電源電圧 DC 12V / 2A 動作温度 -20 ~ 70 ℃ サイズ 134(W) x84(L) x 41(H) mm (突起部を含まず) 質量 約700g （ACアダプタを含まず）
- 31. LoRaデバイス第一弾 「LoRa Arudino開発シールド」 型番 AL-050 無線規格 LoRaWAN v.1.0.2 (AS923) 使用周波数帯 915.9 ~ 932MHz ISM Band 送信出力 20mW / 13dbm 無線準拠規格 技術基準適合済（ARIB-T108） 電源電圧 DC 2.2 ~ 3.6V 動作温度 -40 ~ 85 ℃ サイズ 23.5(W) x23.2(L) x 3.1(H) mm 適合Arduino規 格 Arduino UNO R3
- 34. LoRaゲートウェイ(所有モデル)の 利用範囲設定 – プライベート・モード お客様A 所有 ゲートウェイ お客様A LoRaデバイス プライベートなLoRaネットワークを 迅速に任意の場所に構築できる！ お客様B LoRaデバイス プライベート・ モード
- 35. LoRaゲートウェイ(所有モデル)の 利用範囲設定 – シェアド・モード お客様A 所有 ゲートウェイ お客様A LoRaデバイス お客様B LoRaデバイス プライベート・ モード シェアド・ モード 特定のお客様と 共有することが可能
- 36. LoRaゲートウェイ(所有モデル)の 利用範囲設定 – パブリック・モード お客様A 所有 ゲートウェイ お客様A LoRaデバイス お客様B LoRaデバイス プライベート・ モード パブリック・ モード 全てのお客様に ゲートウェイを公開 お客様C LoRaデバイス
- 37. LoRaゲートウェイ(所有モデル)の利用料金 • 初期費用(購入費用) 69,800円/台 • 月額利用料金 • LoRaゲートウェイ利用料：39,800円 /台 (2台目以降) : 29,800円 /台 以下を含む • SORACOM Air for LoRaWAN利用料金 • ゲートウェイのセルラー通信料金 • SORACOM アプリケーションサービス利用料 (Beam/Funnel/Harvest) を上記と同額分
- 38. ケース デバイス （台） ゲートウェイ （台） 通信頻度 月額費用総額 Device１台あたり（月） 電灯監視 200 1 1分毎 (1440回/日) 39,800円 199円 ゴミ箱 2000 4 10分毎 （144回/日） 129,200円 64.6円 GPS トラック 3000 5 15分毎 （96回/日） 159,000円 53円 水道 メーター 30000 10 30分毎 （48回/日） 308,000円 10.2円 パーキング メーター 60000 15 1時間毎 （24回/日） 457000円 7.61円 所有モデル：ユースケース別 月額費用例 注)あくまでソラコム試算のシミュレーション価格です
- 41. • SORACOM管理の特別なLoRa Network Set • 誰もがゲートウェイを 追加できて • 誰もがデバイスを 繋げられる SORACOM LoRa Spaceとは？ 皆様と共に作るみんなの IoTのためのネットワーク！
- 42. LoRaゲートウェイ(共有サービスモデル) の利用料金 • 初期費用(登録費用) 24,800円/台 • 月額利用料金 • LoRaゲートウェイ利用料：9,980円 /台 • 以下を含む • SORACOM Air for LoRaWAN利用料金 • ゲートウェイのセルラー通信料金 • SORACOM アプリケーションサービス利用料 (Beam/Funnel/Harvest) を上記と同額分
- 43. 共有サービスモデル：ユースケース別 月額費用例 ケース デバイス （台） ゲートウェイ （台） 通信頻度 月額費用総額 Device１台あたり（月） 電灯監視 200 1 1分毎 (1440回/日) 16,070円 80.3円 ゴミ箱 2000 4 10分毎 （144回/日） 39,920円 19.9円 GPSトラック 3000 5 15分毎 （96回/日） 49,900円 16.6円 水道メーター 30000 10 30分毎 （48回/日） 99,800円 3.32円 パーキング メーター 60000 15 1時間毎 （24回/日） 149,700円 2.495円 注)あくまでソラコム試算のシミュレーション価格です
- 45. LoRaデバイスの利用料金 • 初期費用(購入費用) 7,980円/台 (LoRa Arduino開発シールド） • 利用料金 • SORACOM Air for LoRAWAN利用料金 – 無料 • SORACOMアプリケーションサービス利用料金 • SORACOM Beam 0.0018円/1リクエスト • SORACOM Funnel 0.0018円/1リクエスト • SORACOM Harvest 5円/1日 • 月額試算利用例 • LoRaデバイスからBeamで1日1回データ送信 0.054円/月 • LoRaデバイスからBeamで1時間1回データ送信 1.296円/月
- 46. 所有モデル vs 共有サービスモデル 所有モデル 共有サービスモデル ゲートウェイ 所有者 お客様 ソラコム 契約期間 任意 1年(自動更新) 設置場所 任意 設置場所の申請が必要 設置場所の公開 不要 必要 共有利用 専有(共有設定も可能) 必要 利用可能時間 任意(停止可能) 常時稼働(24/365) 初期費用 69,800円(購入費用) 24,800円(登録費用) 月額費用 39,800円(2台目以降29,800円) ゲートウェイ通信料込(3G/LTE) 月間費用と同額のソラコムサービス料込 9,980円 ゲートウェイ通信料込(3G/LTE) 月間費用と同額のソラコムサービス料込 特徴 専有設定が可能(Private利用) 好きな期間だけ共有も可能 利用期間や利用場所が自由に決められる 費用が安価 常時接続状態の維持が必要 設置場所の公開が必要
- 47. • SORACOMプラットフォームのLoRaWAN対応 • SORACOM Air for LoRaWAN発表 • LoRaゲートウェイ、デバイスの個別販売開始 • SORACOMアプリケーションサービスとの連携発表 (SORACOM Harvest連携) • LPWAのシェアリングエコノミーを目指して • ゲートウェイの共有サービスモデルを発表 • SORACOM LoRa Spaceの発表 新発表のまとめ