SparkFunとDigiは共同でLoRaWANの開発・展開を加速

少量のデータを長距離伝送する分散型バッテリ駆動センサアプリケーションの構築には、超低電力コンポーネント、制御不能な環境での信頼性、比較的シンプルでスケーラブルなアーキテクチャが必要です。 そのため、LoRaWAN（長距離広域ネットワーク）は、スマートビルディング、キャンパス環境、小売、産業用モニタリングなどのアプリケーションの有力な選択肢となっています。

LoRaWANアプリケーションは、数マイルに及ぶ範囲、数年にわたるバッテリ寿命、優れたコスト効率を誇ります。セルラー通信、Wi-Fi、またはメッシュルーティングを必要とせずに、LoRaWAN通信は単一のゲートウェイから農場や工場をカバーできます。

2015年にLoRa Allianceの主導のもと、オープンなMAC層とネットワークアーキテクチャとして正式に定義されたLoRaWANは、セルラーIoT、Wi-Fi、BLE、Zigbee、Thread、およびプロプライエタリなサブGHz無線技術など、他の技術と比較してスケーラビリティ、シンプルさ、相互運用性において優れるオープンな低電力ワイヤレスネットワークプロトコルおよびアーキテクチャです。

DigiとSparkFunの提携は、コンセプトから展開までのプロセスを加速させることを約束しています。この提携は、DigiのX-ONエッジツークラウドIoTプラットフォームとSparkFunのハードウェア、およびRaspberry Piマイクロコントローラを統合するものです。

具体的には、設計者はSparkFun 26060 IoTノード開発ボード（図1）を活用できます。このボードには、組み込み型のDigi XBee LRワイヤレストランシーバモジュールと、強力なRaspberry Pi 2350Aが搭載されています。

図1：SparkFun 26060 IoTノードは、DigiのX-Onクラウドプラットフォームとの接続を実現するDigi XBeeトランシーバを組み込んでいます。（画像提供：SparkFun）

モジュールは、LoRaWAN用Digi HX15ゲートウェイを介して、Digi X-ONクラウドIoTプラットフォームに自動的に接続されます（図2）。 このゲートウェイは、単体でも、SparkFunの27213 Digi X-ONキット（北米版）の一部としても入手可能です。

図2：DigiのHX15ゲートウェイは、LoRaWANセンサと、EthernetまたはオプションのLTEを介して、Digi X-ONクラウドプラットフォームとの間のデータインターフェースを提供します。（画像提供：Digi International）

SparkFun Qwiic Connectエコシステムは、100を超えるプラグアンドプレイのセンサ、アクチュエータ、ディスプレイのライブラリにより、ハードウェアの拡張を簡素化します。これらのセンサ、アクチュエータ、ディスプレイはすべて、共通のI²Cインターフェースと標準化された4ピンJSTコネクタを介して接続されます。SparkFunのIoTノードには、接続されたSparkFun Qwiicセンサを自動検出するプリビルドのファームウェアが搭載されており、Digi XBee LRモジュールを使用してLoRaWAN経由でデータのブロードキャストを開始します。Digi XBee LRモジュールはHX15ゲートウェイと接続され、EthernetまたはオプションのLTE経由でデータをDigi X-ONクラウドプラットフォームに送信します。Digi X-ONは、ゲートウェイからクラウドまでの暗号化通信、セキュアなユーザーアクセス制御、デバイスレベルのメタデータを提供します。

設計者は、ゲートウェイのセットアップやLoRaWANの登録が不要です。ゼロ構成のセンサのオンボーディングを活用できます。また、ユーザーのプロビジョニング、コーディング、MQTTブローカーのセットアップを必要とせずに、ノードからクラウドへのクラウド対応のデータフローを実現できます。これにより、LoRaやクラウドの専門知識をほとんど必要とせずに、迅速なプロトタイピング、概念実証、展開が可能になります。

設計者は、ゼロから始めることなく、サンプリングレートの微調整、Qwiicセンサの追加サポート、ペイロードフォーマットの調整が可能です。 Digi X-ONプラットフォームは、展開されたすべてのノードの一元的なビューを提供し、稼働時間、バッテリレベル、信号品質、接続履歴を追跡します。これらはすべて、分散型センサネットワークのトラブルシューティングと最適化において重要な指標です。

ワークフローの柔軟性

RP2350は、製品設計者に独自のワークフローの柔軟性を提供し、Pico SDKを使用したArduino、MicroPython、C/C++用アプリケーションの開発を可能にします。3つの環境すべてに対応するSparkFun IoTノードは、設計者に選択肢と柔軟性を提供し、Pythonによるドラッグ & ドロップのスクリプティングから、ハードウェアアクセラレーションを使用した最適化されたCコードまで、設計者の専門知識に合ったワークフローを可能にします。

設計者は、MicroPythonでアプリケーションのプロトタイプを迅速に作成し、リアルタイム環境でのQwiic対応センサのテストやサンプリング間隔の調整を行うことができます。 プロジェクトが進むにつれて、消費電力、メモリ使用量、I/O性能を最適化するために、Arduinoや完全なC++にシームレスに移行することができます。 SparkFunは、SparkFun IoTモジュール用に特別に調整されたビルド済みのMicroPythonイメージを提供しています。

IoTデバイスがデータ送信を開始すると、X-ONはセンサの測定値をモニタし、デバイスの状態を確認し、さらにはリモートでファームウェアの更新を送信するダッシュボードを提供します。製品設計者は、デバイスに物理的にアクセスすることなく、設計を改善し続けることができます。

このコラボレーションは、現場でのアプリケーションテストや、分散型バッテリ駆動センサシステムのパイロットプロジェクトの拡大に理想的なソリューションを提供します。 HX15ゲートウェイの堅牢な設計、Digi X-ONのセキュアなクラウドアーキテクチャ、および自動プロビジョニングファームウェアスタックにより、ラボから現場への移行の課題が軽減されます。設計者は、実際のセンサデータを使用して実環境でアプリケーションを実行し、ファームウェアやクラウド統合をやり直すことなく、ノードとゲートウェイのセットアップを複製するだけでアプリケーションを拡張できます。

SparkFunのRP2350ベースのIoTモジュール、DigiのX-ONプラットフォーム、Raspberry Piの柔軟なマイクロコントローラエコシステムを組み合わせることで、プロトタイプから展開までの効率的なプロセスを実現できます。新しいセンサのテスト、LoRaWANの範囲の検証、または電力使用の最適化など、どのような用途においても、この組み合わせは実験的な開発と量産向け設計の厳格な要件の両方をサポートします。

オープンなハードウェアと標準化された接続性により、設計者はIoTプロジェクトが進行する中で、適応性と長期的な信頼性を確保できます。このプラットフォーム上で構築されたアプリケーションはより柔軟性が高く、プロジェクト要件が変更された場合でも容易に移植可能です。

まとめ

SparkFunのIoTモジュールとQwiic Connectエコシステム、Digi X-ONのセキュアなクラウドプラットフォーム、Raspberry Piの開発汎用性により、分散型センサアプリケーションのコンセプトから展開まで、確実でスムーズなプロセスが確保されます。 構成のハードルを最小限に抑え、オンボーディングを簡素化し、デバイスを一元管理することで、このソリューションは、プロトタイピングであれ大規模なフィールド展開であれ、設計者が迅速に革新し、効率的に反復開発を行い、自信を持ってアプリケーションを拡張することを可能にします。