ZigBee Smart Energy Profileの解説と 日本の900MHz帯の動向

2011/2/17スマートグリッドから 広 がるホームエリアネットワークスマートグリッドセッションZigBeeSmartEnergy Pr ofileの 解 説 と日 本 の900MHz 帯 の 動 向一 般 社 団 法 人 ZigBeeSIGジャパン佐 藤 範 之沖 電 気 工 業 株 式 会 社掲 載 記 事 ・ 写 真 ・ 図 表 などの 複 製 、 無 断 転 載 を 禁 止 します。Rev. 1.00 00000-A

ZigBee Smart Energy ProfileとはZigBee Smart Energy Profileとは?ホームエリアにおける 制 御 アプリケーションプロファイルDemand Response, Load Control, Metering, Pricing (1.0 版 機 能 )⇒Demand Responseによる 電 力 供 給 の 安 定 化 、 見 える 化 による 消 費 抑 制 、Home Energy Managementを 実 現2008 年 6 月 1.0 版 公 開米 国 で 先 行 するSmart Gridや 欧 州 、 豪 州 などの 市 場 要 求 を 反 映 して 策 定ZigBee Smart Energy Profile 1.0認 証 デバイス2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 20114

何 をもたらすか・ 電 力 需 要 が 高 いときには、スプリンクラーやプール 用ポンプなど 優 先 度の 低 い 装 置 の 使用 を 抑 制・ 電 力 需 要 に 応 じてサーモスタットの 設 定 温 度 を 調整・ディスプレイによる 消 費 電 力 の 見える 化 によって 省電 力 行 動 を 喚 起・ 楕 円 暗 号 による証 明 書 ベースの暗 号 化 により 高 セキュリティを 実 現2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 20115

Demand ResponseUtilityNetworkHAN電 力 会 社 からDRイベントが 送 られる。ESPは 対 象 となるデバイスへ 転 送 する。消 費 者 は”Opt-out”( 一 時 離 脱 )でDemandResponseプログラムから 一 時 的 に 抜 けることができる消 費 者 は 変 動 する 価 格 表 に 基 づいてDemandResponseプログラムに 参 加 する・しないを 自 動 的 に 動 作 するように 登 録 することもできるZigBee Smart Energy Profile Webinar 資 料 http://www.zigbee.org/より2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 20116

オーストラリアの 事 例・ 電 力 検 針 ネットワークが 水 、ガスメータの 検 針 情 報を 運 ぶ・ 水 漏 れによる 損失 ( 全 体 の10%~20%)の 削 減・ 自 動 検 針・ 見 える 化 による消 費 の 抑 制・Victoria 州 ではSmart EnergyProfileがSmartMeterの 必 須 仕 様に・Water ServiceAssociation ofAustraliaでも 仕 様の 一 部 に 規 定2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 20117

ZigBee Smart Energy 公 開 文 書ZigBee Smart Energy Profile 1.0タイトルZigBee Smart EnergyZigBee 2007 SpecificationZigBee Cluster LibraryZigBee Smart Energy Profile 2.0タイトルZigBee + HomePlug Smart EnergyMarket Requirement DocumentZigBee Smart Energy 2.0 TechnicalRequirement DocumentZIGBEE SMART ENERGY 2.0 DRAFT0.7 STANDARD発 行 日2009/3/112009/12/112010/4/24発 行 日2009/3/112009/12/112010/4/24ZigBee Smart Energy 1.0 アプリケーションプロファイル 仕 様 書 (データ 定 義 、コマンド 等 を 規 定 )ZigBeeスタック( 通 信 規 格 )の 仕 様 書ZigBeeアプリケーション 共 通 のデータ 定 義 、コマンドの 仕 様 書Smart Energy 1.0, OpenSG, 米 国 電 力会 社 の 要 件 等 を 元 に 仕 様 に 対 する 要 件 を規 定MRD( 要 件 書 )から 技 術 課 題 を 抽 出 し、 技術 要 件 を 規 定Smart Energy 2.0アプリ 層 の 具 体 的 仕 様の 草 案 0.7 版ZigBeeAll ianceWebサイト(htp://www.zigbee.org/)でダウンロード 可 能2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 201110

SUN 用 の 無 線 として 注 目 されるSub-GHz 帯電 波 到 達 性2.4GHz 帯 と 比 較 して, 電 波 の 到 達 距 離 が 長 い建 物 や 障 害 物 がある 環 境 でも, 透 過 や 回 り 込 みにより 接 続 性 が 高 い⇒ 長 い 通 信 距 離 を 必 要 とする 場 合 や, 障 害 物 が 多 い 場 所 に 好 適消 費 電 力2.4GHzと 同 程 度 の 距 離 であれば, 送 信 出 力 を 下 げることが 可 能低 速 変 調 方 式 の 採 用 により, 低 速 部 品 を 用 いた 装 置 構 成 が 可 能⇒ 電 池 駆 動 を 考 慮 した 低 消 費 電 力 化 を 実 現電 波 干 渉2.4GHzと 比 較 して, 電 子 レンジや 無 線 LANなどの 干 渉 源 が 少 ないパッシブタグシステムとの 共 用 技 術 条 件 が 制 定⇒ 電 波 干 渉 の 少 ない 安 定 したシステム 構 築 を 実 現SUN 用 の 無 線 方 式 として 注 目 されている2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 201112

日 本 における950MHzの 動 向950MHzに 関 連 する 制 度 化 ・ 標 準 化 動 向総 務 省2008 年 5 月 制 度 化2010 年 5 月 改 正2012 年 夏 周 波 数 移 行IEE2009 年 4 月 IEEE802.15.4d 標 準 化201 年 12 月 IEEE802.15.4g 標 準 化 ( 予 定 )スマートネットワークの 市 場 拡 大 に 期 待2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 201113

日 本 国 内 電 波 法 改 正 の 動 向2008 年 5 月 パッシブタグとの 共 用 として,アクティブ 系 特 定 小 電 力 無 線 局 が 制 定2010 年 5 月 周 波 数 の 拡 張 やキャリアセンス 条 件 の 緩 和 などの 省 令 改 正 が 施 行2012 年 春 頃 920MHz 帯 への 移 行 と 送 信 出 力 増 加 、 周 波 数 拡 張 、 条 件 緩 和 ( 見 込 み)高 出 力パッシブタグシステム中 出 力低 出 力アクティブ 系小 電 力 無 線 システム空 中 線 電 力 : 1W通 信 距 離 : 5~10mゲートでの 複 数 タグ 読 み 取 り空 中 線 電 力 : 250mW通 信 距 離 : 2m屋 外 利 用空 中 線 電 力 : 10mW通 信 距 離 : 10cmハンディ 利 用空 中 線 電 力 : 10mW通 信 距 離 : 数 百 mセンサネットワーク,アクティブタグ制 度 化(2005 .4)免 許 不 要キャリアセンス 機 能 追 加(2006 .1)制 度 化(2006 .1)ミラーサブキャリア 方 式 追 加(2008 .5)チャネル 幅 緩 和(2008 .5)制 度 化(2008 .5)周 波 数 拡 張(2010 .5)制 度 化(2010 .5)周 波 数 拡 張 , 条 件 緩 和(2010.5)周 波 数 拡 張 , 条 件 緩 和(2010.5)周 波 数 移 行(2012. 春 頃 の 見 込 み)2011/2/17周 波 数 移 行 、 免 許 不 要 化(2012. 春 頃 の 見 込 み)周 波 数 移 行(2012. 春 頃 の 見 込 み)周 波 数 移 行 、 送 信 出 力 増 加(2012. 春 頃 の 見 込 み)©ZigBee SIGジャパン 201114

IEEE802.15.4dスコープIEEE802.15.4-2006のAmendment日 本 のサブGHz 帯(950MHz) 帯 向 けPHYを追 加 規 定860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960単 位 MHz日 本950~956MHz欧 州868MHz米 国902~928MHz変 調 方 式GFSK、BPSKの2つの 方 式が 規 定 (どちらか 一 方 を 選択 して 実 装 することが 必 須 )変 調 方 式方 針伝 送 レート複 雑 さ省 電 力チャネル 間 隔GFSK狭 いチャネル 幅 での 伝 送レート 確 保 を 重 視10kbps○○40kHz(1mWと10mWとの 整 合 性 を重 視 )BPSK欧 州 (868MHz)と 共 通 方 式20kbps△△600kHz(T89サブキャリア 方 式 との 共用 を 考 慮 )GFSK: Gaussi an filteredFrequencyShiftKeying(ガウスフィルタ 周 波 数 偏 移 変 調 )BPSK: BinaryPhaseShiftKeying ( 二 相 位 相 偏 移 変 調 )2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 201115

IEEE802.15.4gとして 標 準 化 が 開 始 され,2011 年 12 月 に 標 準 化 完 了 の 予 定2011 年 1 月 現 在 , 第 2 版 ドラフトのコメント 解 決 完 了目 的低 速 無 線 をスマートユーティリティネットワーク(SUN)へ 適 用 するため, 既 存 のIEEE802.15.4のPHY, MACを 修 正 (スマートメータ 間 通 信 の 無 線 方 式 の 実 現 )スコープ ( 実 際 には 下 記 各 パラメータ 間 にはトレードオフの 関 係 がある)変 調 方 式 :OFDM, FSK, DSSS周 波 数 :400MHz, 700MHz ~ 1GHz, 2.4GHz 帯データレート:5Kbps ~ 800KbpsPHYフレームサイズの 拡 張 :2048オクテット⇒ Etherフレーム / IPパケットを 考 慮屋 外 スマートメータ 環 境 下 でのリンクマージンの 最 適 化⇒ 1ホップで 数 kmの 到 達 距 離 を 目 指 した 変 調 方 式 の 採 用スケジュール9 月2008 20092010 2011SGとして 活 動 開 始IEEE802.15.4g ( 審 議 中 )・スコープ, 要 求 条 件・ターゲット 市 場2011/2/171 月TGに 昇 格・ 最 終 提 案・ドラフト 作 成4 月ドラフト 完 成・ 電 子 投 票・コメント 解 決否 決10 月ドラフト 完 成・ 電 子 投 票・コメント 解 決SG: Study GroupTG: Task Group12 月標 準 化 完©ZigBee SIGジャパン 2011 201016

950MHz 特 性 評 価 実 験IEEE802.15.4d 標 準 準 拠評 価 装 置 による 電 波 伝 搬 試 験 を 実 施無 線 部機 能仕 様周 波 数 帯 :950MHz~956MHz無 線 規 格 :IEEE802.15.4d変 調 方 式 :GFSK通 信 速 度 :100k bpsチャネル 幅 :400kHz送 信 電 力 :1mW 以 下ただし、954MHz~955MHzに 限 り10mW 以 下アンテナ制 御 部シリアルIFセンサIF電 源サイズ外 付 けロッドアンテナCPU:ML67Q4051 (ARM7)RS232C(Dsub :9pin)ディジタル( 入 力 ×2、 出 力 ×1)アナログ( 入 力 ×3)外 部 電 源 :5V77.3mm(W)×147.6mm(L)×28.0mm(T)2011/2/17評 価 に 用 いた 装 置©ZigBee SIGジャパン 201117

伝 搬 特 性 (1/2)950MHzと2.4GHzの 電 波 伝 搬 比 較試 験 内 容 平 地 における 見 通 し 内 通 信950MHz2.4GHz周 波 数空 中 線 電 力無 線 方 式伝 送 レート950~956MHz1mWIE E802.15.4dGFSK 方 式100kbps240~2483.5MHz1mWIE E802.15.4OQPSK 方 式250kbps送 信 ノード受 信 ノード2m2m1~60m2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 201118

伝 搬 特 性 (2/2)測 定 結 果パケットロス 率 が20% 以 下 の 結 果 が 得 られた 地 点 の 受 信 電 波 強 度 をプロット近 似 直 線 : 自 由 空 間 を 想 定 し、 距 離 の-2 乗 に 比 例 する 傾 きで 描 画考 察 ( 送 信 出 力 1mW 時 の 通 信 距 離 )見 通 しの 場 合 、60m 程 度2.4GHzと 比 較 して3 倍 程 度 の 距 離0受 信 電 波 強 度 [dBm]-20-40-60-80950MHz2.4GHz-1001 10 100 1000距 離 [m]2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 201119

回 りこみ 特 性2.4 GHzとの 比 較 において, 見 通 し 外 環 境 で10 倍 以 上 の 回 りこみ 特 性 を 確 認950MHzでは 回 折 面 から50mの 区 間 では,パケットエラー 率 はほぼ0%建 物 横 はグランド,駐 車 場 のため, 反 射の 影 響 は 少50m5m基 地 局4m9m11m距 離(m)5.51020950MHzPER0%0%0%RSSI-61dBm-79dBm-73dBm2.4GHzPER0%96%100%RSSI-83dBm-94dBm-300.2%-79dBm100%-400%-82dBm100%-500%-86dBm100%-建 物 の 影 となる 見 通し 外 の 環 境 に 基 地 局 ,移 動 局 を 設 置OKI 本 庄 工 場2011/2/17基 地 局 移 動 局 (5.5m 付 近 )©ZigBee SIGジャパン 201120

大 規 模 NW 実 証 実 験 例屋 内 外 で100 台 規 模 の 動 作 実 験 を 実 施住 宅 街 、 集 合 住 宅 (パイプシャフト 間 )郊 外オフィス 内オフィス 内 での 動 作 例2011/2/17©ZigBee SIGジャパン 201123

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