SORACOM Bootcamp Rec4 - LoRaWAN

SORACOM Bootcamp
LoRaWAN
株式会社ソラコム
事業開発マネージャー大槻健

•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

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

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

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

・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

LoRaWAN Specification
(Modulation, Frequency)
#LoRaWAN specification

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

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~)

LoRaWAN Specification (Class)
#LoRaWAN specification

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

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

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

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

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

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。

・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

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

LoRaWANの通信方式
Class Aのデータの送信方式は
Unconfirmed-Data（ACKなし）
Confirmed-Data（ACKあり）
に分けることができます。

LoRaWANの通信方式（Unconfirmed-Data)
Data
Data
LoRaWAN
Network
Server
LoRaWAN
Gateway
LoRaWAN
Device
Application
Server
Unconfirmed−Dataの場合、DeviceはNetworkからACKを待たず、一
方的にデータを送信します。

LoRaWANの通信方式（Confirmed-Data)
Data
Data
ACK
Confirmed−Dataの場合、DeviceはNetworkからACKを受けられなった
時点で再送制御を行います。
LoRaWAN
Network
Server
LoRaWAN
Gateway
LoRaWAN
Device
Application
Server
ACK

SORACOM LoRaWAN Conference 2017
キーノートスピーチ・ダイジェスト

SORACOMプラットフォームが
LoRaWANに正式対応

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

SORACOMアプリケーションサービスの
LoRaWAN対応に、SORACOM Harvest追加
インターネット
LoRa
ゲートウェイ
LoRa
デバイス
LoRaWAN(長距離)
①LoRaデバイスを
Webコンソールで管理
SORACOM
Funnel
SORACOM
Beam
②アプリサービス連携
サーバー/ク
ラウド
AWS/
Azure
SORACOM
Harvest
データの収集
＆
可視化

ユーザーコンソールの管理画面

SORACOMのユーザーコンソールから
LoRaゲートウェイ、デバイスを購入可能に
LoRaゲートウェイ LoRaデバイス
2/7よりコンソールから
購入可能に。
発送は3月より順次予定

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）

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

所有モデル
＜プライベートネット
ワーク＞
共有サービス
モデル
A社所有の
ゲートウェイ
B社設置の
ゲートウェイ
（ソラコム所有）
B社所有の
デバイス
Ｃ社所有の
デバイス
開発者D氏の
デバイス
A社所有の
デバイス
A社所有の
デバイス
LTE/3G
所有モデルと共有サービスモデル

LoRaゲートウェイの
所有モデル

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

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
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

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
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

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

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

LoRaゲートウェイの
共有サービスモデル
LPWAのシェアリングエコノミー

共有サービスモデル
ソラコム管理
サービス提供
• ゲートウェイの所有者はソラコムで
お客様にサービス提供
• ゲートウェイはパブリックモードのみとなるため、
全てのデバイスがゲートウェイを利用可能に
ソラコム管理
サービス提供
お客様A
お客様B
お客様C
お客様D
お客様A設置
お客様B設置
パブリック・
モード
パブリック・
モード

• 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！

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

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

共有されたゲートウェイの範囲内であれば
ゲートウェイを所有せずとも
LoRaデバイスの検証・開発・運用が
行なえる！

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

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

• 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

世界中のヒトとモノをつなげ
共鳴する社会へ

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