920MHz制度化動向の解説と 関連標準の紹介 - ZigBee SIGジャパン

ワイヤレスジャパン2012 技 術 解 説920MHz 制 度 化 動 向 の 解 説 と関 連 標 準 の 紹 介2012 年 5 月 30 日 ~6 月 1 日一 般 社 団 法 人ZigBee SIG ジャパン

目 次920MHz 無 線 マルチホップNW総 務 省 920MHz 法 令 化 動 向920MHz 帯 の 標 準 規 格IEEE802.15.4920MHz ZigBee経 済 産 業 省 スマートハウス 標 準 との 関 係Echonet Lite over 920MHz ZigBee IP©ZigBee SIGジャパン 20122

920MHz 帯無 線 マルチホップNW©ZigBee SIGジャパン 20123

注 目 が 高 まる920MHz 帯 無 線 < 法 令 化 の 動 向 >2.4GHzより 到 達 性 が 高 く、マルチホップ 無 線 にとってバランスの 良 い 周 波 数 帯2011 年 12 月 の 法 令 改 正 により 性 能 が 向 上 するため、スマートメータやセンサNW 用 の周 波 数 として 期 待 が 高 まっている。 海 外 展 開 も 容 易 ( 本 格 利 用 は2012 年 7 月 から)• 到 達 性 が 良 い• 干 渉 が 少 ない• 低 消 費 電 力• 低 コスト• 大 規 模 マルチホップ920MHz 無 線 の 特 徴920MHz 無 線国 内 法 令 改 正 の 動 向2008.5 制 度 化2010.5 周 波 数 拡 張 , 条 件 緩 和干 渉 回 避 、 省 電 力 化 、 高 速 化 、 低 コスト 化が 可 能 になり、 注 目 度 があがったPHS(1.9GHz)• 接 続 遅 延• 将 来 性 がない改 善430MHz特 小• 低 スループット•マルチホップ 困 難無 線 LAN(2.4GHz)• 距 離 がでない• 干 渉 問 題• 消 費 電 力 が 高 い2012.7 周 波 数 移 行 ・ 拡 張 , 送 信 出 力 UP欧 米 、アジア 諸 国 との 共 通 性 が 高 い920MHz帯 へ 移 行スマートメータ 向 けに 帯 域 幅 を5MHz 拡 張送 信 出 力 上 限 が 大 幅 にUP(20mW, 250mW)ZigBee SIG-Jは 総 務 省 950MHz/920MHz制 度 化 の 審 議 でアクティブ 無 線 の 取 りまとめ©ZigBee SIGジャパン 20124

800/900MHz 帯 の 周 波 数 割 当 ての 国 際 動 向860 870 880 890 900 910 920 930 940 950 960日 本915~928MHz単 位 MHz950~958MHz欧 州米 国中 国韓 国865~868MHz915~921MHz( 検 討 中 )902~928MHz920~925MHz917~924MHz豪 州918~926MHz©ZigBee SIGジャパン 20125

2011 年 改 正 の 主 な 効 果周 波 数 移 行国 際 的 に 協 調 できる 周 波 数 となり、 市 場 の 活 性 化 を 期 待 できる。スマートメータ 等 の 普 及 を 考 慮 して5MHz 幅 の 拡 張 がなされており、スマートメータ 等 に適 した 条 件 を 規 定 できる。条 件 改 正アクティブ 系 無 線 システムの 特 徴 を 生 かすため、パケット 単 位 の 公 平 性 を 高 める 改 正を 行 い、 電 波 利 用 効 率 の 向 上 が 見 込 める。送 信 出 力 緩 和送 信 出 力 制 限 を10mWから、20mWや250mW( 簡 易 無 線 局 )に 緩 和 することで、 電 波到 達 性 を 高 めることができ、 多 種 の 新 しい 応 用 に 利 用 できる。周 波 数 移 行 スケジュールフェーズ12011 年 12 月 告 示 一 部 のチャネルが 利 用 可 能送 信 出 力 1mW 以 下送 信 出 力 20mW 以 下926.1~929.7MHz926.1~928.1MHzフェーズ22012 年 7 月 25 日 すべてのチャネルが 利 用 可 能©ZigBee SIGジャパン 20126

( 参 考 )920MHz 帯 のチャネル 割 当 て(ARIB STD T108)高 出 力 型 :ゲート 型 入 出 荷 検 品 作 業 用 の 例中 小 出 力 型 :ハンディ 型 納 品 商 品 管 理 用 の 例1mW 型 : 車 いす 仕 様 車 両 、リフト 用 リモコン 用 途 の 例パ ッシブT1061W1W・LBT250mWT107250mWアクティブ 共 用ch1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445 46 47 4849505152 53 5455565758 59 606162636465666768697071727374757677中 心周 波 数915.0915.2915.4915.6915.8916.0916.2916.4916.6916.8917.0917.2917.4917.6917.8918.0918.2918.4918.6918.8919.0919.2919.4919.6919.8920.0920.2920.4920.6920.8921.0921.2921.4921.6921.892.092.292.492.692.8923.0923.2923.4923.6923.8924.0924.2924.4924.6924.8925.0925.2925.4925.6925.8926.0926.2926.4926.6926.8927.0927.2927.4927.6927.8928.0928.15928.25928.35928.45928.55928.65928.75928.85928.95929.05929.15929.25929.35929.45929.55929.65929.8930.0アクテ ィブ1mW20mW基 本 規 定20mWT108パッシブ 共 用250mW基 本 規 定250mWパッシブ 共 用1mW 型 : 国 際 物 流 用 の利 用 例250mW 型 :パイプシャフト 内 スマートメーターの 例20mW 型 :スマートメーターの 例20mW 型 :リモコン 用 途 の 例スマートメータパイプシャフト©ZigBee SIGジャパン 20127

参 考 >920MHzの 特 性©ZigBee SIGジャパン 20128

実 験 結 果 の 紹 介 - 950MHz vs 2.4GHz 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 信周 波 数空 中 線 電 力無 線 方 式伝 送 レート送 信 ノード950MHz950~956MHz1mWIEEE802.15.4d GFSK 方 式100kbps2.4GHz2400~2483.5MHz1mWIEEE802.15.4 OQPSK 方 式250kbps受 信 ノード2m2m1~600m©ZigBee SIGジャパン 20129

実 験 結 果 の 紹 介 - 950MHz vs 2.4GHz 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 察見 通 し 時 の 到 達 距 離 : 600m 程 度 (1mW)、2.5km 程 度 (10mW)2.4GHzと 比 較 して3 倍 程 度 の 距 離01mWの 場 合受 信 電 波 強 度 [dBm]-20-40-60-80950MHz2.4GHz-1001 10 100 1000距 離 [m]10©ZigBee SIGジャパン 2012

実 験 結 果 の 紹 介 - 950MHz vs 2.4GHz 回 りこみ 特 性 -2.4GHz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50m5m4m9m基 地 局11m距 離(m)5.510950MHzPER0%0%RSSI-61dBm-79dBm2.4GHzPER0%96%RSSI-83dBm-94dBm200%-73dBm100%-300.2%-79dBm100%-OKI 本 庄 工 場40500%0%-82dBm-86dBm100%100%--建 物 の 影 となる見 通 し 外 の 環 境に 基 地 局 , 移 動局 を 設 置基 地 局 移 動 局 (5.5m 付 近 )©ZigBee SIGジャパン 201211

実 験 結 果 の 紹 介 - 950MHz vs 2.4GHz 雪 の 影 響 -積 雪 による 電 波 伝 搬 の 変 化 はほとんどない雪 に 覆 われた 状 態 での 受 信 強 度 の 減 衰 もほとんどない0受 信 電 波 強 度 [dBm]-20-40-60-80-1000 20 40 60 80 100 120 140覆 った 雪 の 厚 さ [cm]950MHz2.4GHz冬 の 実 験 風 景80cmの 雪 で 無 線 機 を 覆 った 状 態出 典 : 総 務 省 東 北 総 合 通 信 局 「 山 間 部 における 広 域 センサーネットワークの 構 築 に 関 する 調 査 検 討 会 」http://www.soumu.go.jp/soutsu/tohoku/houkoku/sensor_net/©ZigBee SIGジャパン 201212

920MHzでの 高 出 力 特 性新 法 令 の 実 験 局 で 電 波 伝 搬 特 性 を 評 価 開 始測 定 結 果測 定 条 件送 信 出 力 70mWアンテナ 高 2m見 通 しに 近 い 環 境3kmまで 測 定 。3km 付 近 に 鉄 橋 があり、それ 以 上 は 未 測 定実 験 結 果 をベースに 計 算 すると、250mW 送 信 出 力 の 場 合 は10kmまで 到 達 可 能住 宅 街 での 見 通 しのない 環 境半 径 150mは、ワンホップで 到 達 可 能道 路 沿 いは、200m 以 上 到 達200m50m100m通 信 安 定©ZigBee SIGジャパン 2012通 信 不 安 定13

920MHz 帯 の標 準 規 格通 信 プロトコルを 標 準 規 定 することで、 他 社 製 品 との 相 互 接 続 が可 能 となり、 利 便 性 が 向 上 するとともに、 市 場 が 活 性 化 する。©ZigBee SIGジャパン 201214

IEEE802.15.4の 標 準 化©ZigBee SIGジャパン 201215

IEEE802.15.4と 周 波 数 ・ 用 途 の 関 係IEEE802.15.4dとして、 日 本 の950MHzに 対 応 したPHYを 追 加 (2008)IEEE802.15.4gとして、スマートメータ 向 けPHYを 追 加 (2011)IEEE802.15.4eとして、 産 業 用 にMAC 拡 張 (2011)2.4GHzZigBee920MHzZigBeeSUNNWレイヤ ZigBeeなど 各 種 方 式MACレイヤIEEE802.15.4eIEEE802.15.4 MACIEEE802.15.4e IEEE802.15.4 MACPHYレイヤIEEE802.15.4 PHYIEEE802.15.4dIEEE802.15.4g周 波 数2.4GHz 920MHz 2.4GHzセンサネットワーク 等スマートメータ©ZigBee SIGジャパン 201216

国 際 標 準 化 の 活 動 1 - IEEE802.15.4d -PAN 無 線 方 式 であるIEEE802.15.4を 日 本 の950MHz 向 けに 拡 張2009 年 4 月 に 標 準 化 完 了変 調 方 式 としてOKI 提 案 のGFSKを 採 用目 的日 本 で 新 しく 割 り 当 てられた950MHzを 利 用 できるように,IEEE802.15.4のPHYを 修正概 要周 波 数 :950MHz( 日 本 )データレート:100Kbps変 調 方 式 : GFSK(OKI 提 案 ), BPSKOKIがVice Chair, Secretary, Main Technical Editorを 務 めたスケジュール2006 年 7 月 ~2009 年 4 月©ZigBee SIGジャパン 201217

国 際 標 準 化 の 活 動 2 - IEEE802.15.4g -スマートメータ 向 けとして、IEEE802.15.4を 拡 張2012 年 3 月 に 標 準 化 が 完 了 する 予 定目 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を 修 正 (スマートメータ 間 通 信 の 無 線 方 式 の 実 現 )概 要周 波 数 :950MHz, 2.4GHz 帯 ( 日 本 の 場 合 )データレート:50kbps、100kbps, 200kbps, 400kbps ( 日 本 -GFSKの 場 合 )変 調 方 式 : GFSK, OFDM, DSSSPHY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2008 20092010 20119 月SGとして 活 動 開 始・スコープ, 要 求 条 件・ターゲット 市 場1 月TGに 昇 格・ 最 終 提 案・ドラフト 作 成3 月ドラフト 完 成・ 電 子 投 票・コメント 解 決SG: Study GroupTG: Task Group3 月標 18 準 化 完©ZigBee SIGジャパン 2012

国 際 標 準 化 の 活 動 3 - IEEE802.15.4e -産 業 用 途 向 けに、IE E802.15.4のMACを 拡 張2012 年 3 月 に 標 準 化 完 了 の 予 定目 的産 業 用 途 のセンサネットワーク 向 けにIEEE802.15.4のMAC 機 能 を 拡 張TG4g(SUN)で 必 要 な 機 能 も 規 定スコープTDMA、チャネルホッピング、GTS 拡 張 による 高 信 頼 化アクセス 制 御 の 高 度 化 、 省 電 力 化エンド 端 末 間 通 信 の 低 遅 延 化スケジュール1 月TGに 昇 格2008 20092010 20119 月最 終 提 案・ 提 案 マージ・ドラフト 作 成3 月ドラフト 完 成・ 電 子 投 票・コメント 解 決SG: Study GroupTG: Task Group3 月標 準 化 完©ZigBee SIGジャパン 201219

920MHz ZigBeeの 標 準 化マルチベンダ 市 場 のホーム 領 域 は、 特 に 相 互 接 続 性 への 要 求 が 高 い。920MHzにおける 標 準 規 格 の 需 要 の 高 まりを 受 け、ZigBeeSIG-Jを中 心 として、 標 準 規 格 を 策 定 中 。©ZigBee SIGジャパン 201220

HANの 標 準 化ホームエリアはマルチベンダ 環 境 であり、 相 互 接 続 性 が 重 要人 感 知 センサーLED 照 明LED 照 明自 動 カーテンLED 照 明LED 照 明太 陽 光 発 電自 動 カーテン緊 急 地 震 速 報震 度 46 秒 後エサやり 機開 閉 センサー開 閉 センサーエアコン炊 飯 器火 災 報 知 機テレビパワーコンディショナブレーカ電 力 量 計浴 室 、トイレマルチリモコンレコーダー床 暖 房パネルコンピューター給 湯 器体 重 計血 圧 計尿 糖 計体 温 計電 気 メータ水 道 メータガスメータ給 水 機ZigBee 端 末©ZigBee SIGジャパン 201221

920MHz ZigBee市 場 からの 要 望 の 高 まり(2.4GHz ZigBeeの 課 題 )WiFiホームルータやHome Gatewayとの 干 渉 回 避同 じ 周 波 数 なので、 同 じ 筐 体 に 実 装 できない。HAN 内 での 不 到 達 点 の 解 消冷 蔵 庫 の 裏 に 設 置 したスマートタップ3 階 のエアコン屋 外 のスマートメータ独 自 方 式 ではなく、 国 際 標 準 を 用 いた 相 互 接 続 を 期 待⇒920MHz ZigBee©ZigBee SIGジャパン 201222

「920MHzZigBee」の 普 及 に 向 けてZigbee SIG-J を 中 心 として920MHz ZigBee 規 格 を 策 定 し、スマートネットワーク 市 場 の 拡 大 を 図 ります法 改 正 への 貢 献( 電 波 法 )標 準 化 への 参 画(ZigBee, IETF, IEEE)実 証 実 験 / 電 波 評 価の 先 行 実 施総 務 省 / 経 済 産 業 省との 連 携スマートネットワークの 市 場 拡 大エコーネットコンソーシアムとの 連 携920MHz 技 術部 品ベンダ 殿オープン 化サービス事 業 者 殿モジュールベンダ 殿装 置ベンダ 殿プラットフォームベンダ 殿アライアンスの 拡 大©ZigBee SIGジャパン 201223

920MHz ZigBeeのスタック 構 成 ( 案 )アプリケーションプロファイル国 際 的 に 普 及 が 見 込 まれるSmart Energyをベース経 済 産 業 省 が 推 奨 するECHONET Liteも 対 応ネットワークSEP2.0を 利 用 でき、インターネット 端 末 と 直 接 通 信 可 能 なZigBee IPが、 今 後 のホームICT 市 場 での 主 流 になると 予 想MAC/PHYPHY: 普 及 が 見 込 まれ、920MHzに 対 応 可 能 なIEEE802.15.4gを 利 用 するMAC: IEEE802.15.4を 利 用 し、 必 要 に 応 じて15.4eの 拡 張 機 能 ( 省 電 力 機 能 など)も 利 用 できるようにする。ZigBeeIPの 構 成 例ZigBee SEP2.0 / ECHONET LiteZigBee IP (IPv6 RPL / 6LoWPAN)IEEE802.15.4 + 15.4e( 省 電 力 機 能 拡 張 )IEEE802.15.4g920MHz©ZigBee SIGジャパン 201224

経 済 産 業 省スマートハウス 標 準 との 関 係©ZigBee SIGジャパン 201225

スマートメータの 情 報 をHEMSへ経 済 産 業 省 資 料 より©ZigBee SIGジャパン 201226

スマートハウス 標 準 化 検 討 会経 済 産 業 省 資 料 より©ZigBee SIGジャパン 201227

各 タスクフォースのミッション経 済 産 業 省 資 料 より©ZigBee SIGジャパン 201228

5 層 以 上 の 標 準 IFとしてEchonet Liteを 推 奨経 済 産 業 省 資 料 より©ZigBee SIGジャパン 201229

相 互 接 続 するには4 層 以 下 も 規 定 する 必 要 あり課 題 :Echonet Liteは5 層 以 上 の 規 格 であり、4 層 以 下 も 規 定 する 必 要 がある。AルートとBルートとの 親 和 性 、およびBルートとHEMS NWの 親 和 性 を 考慮 することで、コストミニマムな 通 信 システムを 実 現 できる。スマートメータHEMS生 活 家 電Aルート Bルート HEMS NW親 和 性親 和 性PCS 等 の 電 力 機 器©ZigBee SIGジャパン 201230

Bルートの 伝 送 メディア経 済 産 業 省 では、Bルートの 伝 送 メディアとして3つの 方 式 を 推 奨経 済 産 業 省 資 料 より©ZigBee SIGジャパン 201231

Echonet Lite over 920MHz ZigBee IPZigBee SIG-Jの 方 針Aルート/Bルート/HEMS NWに 共 通 の920MHzを 利 用 することで、 全 体 のコスト 最適 化 を 実 現 する計 画STEP1 Echonet Lite + 920MHz ZigBee IPをデファクト 標 準 として 普 及 促 進STEP2 エコーネットコンソーシアムと 連 携 し、Echonet LiteとSEPの 融 合 を 目 指 す。API 層NW 層ガスNW電 力 NWEchonet LiteZigBee SEP2.0ZigBee IP (IPv6 RPL / 6LoWPAN)MAC 層IEEE802.15.4 + 15.4e( 省 電 力 )PHY 層IEEE802.15.4g周 波 数920MHzAルートスマートメータで 実 装BルートHEMS NWホームGW 等 で 実 装32©ZigBee SIGジャパン 2012

各 機 器 で 実 装 するスタック 例 (HEMS NW)ZigBee SEP2.0 Echonet LiteZigBee IPIEEE802.15.4eIEEE802.15.4g920MHzHEMS / HGW光 ,3G,WiMAX 等HEMSNW生 活 家 電SEP 機 器Echonet LiteZigBee IPIEEE802.15.4eIEEE802.15.4g920MHzZigBee SEP2.0ZigBee IPIEEE802.15.4eIEEE802.15.4g920MHzEchonet LiteユーティリティNWZigBee IPIEEE802.15.4eIEEE802.15.4g920MHz電 力 メータNWEchonet LiteZigBee IPIEEE802.15.4eIEEE802.15.4g920MHzユーティリティNWスマートメータPCS 等 の 電 力 機 器EVガス 機 器Echonet LiteZigBee IPIEEE802.15.4eIEEE802.15.4g920MHz©ZigBee SIGジャパン 201233

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