LoranおよびLoRaWANの教訓

無線ベースのLoRaWANと無線ベースのLoranを混同することは非常に危険です。どちらの技術も、コネクティビティおよび通信技術がいかに勝者となり、また他の技術がいかにロマンチックな過去の遺物となるかという、魅力的な物語です。Loranは衛星ベースのソリューションに移行しましたが、LoRaWANは特定のアプリケーションではNB-IoT、Sigfox、LTE-Mの採用を大幅に上回っています。しかし、ユースケースの代替や堅牢なバックアップとして、アンダードッグシステムをサポートすることには価値があります。

20年近く前、アメリカ国土安全保障省はLoranと呼ばれる遠距離航法を廃止し、主に衛星を利用した全地球測位システム（GPS）およびレーダによる海上航空航法に依存するようになりました。第二次世界大戦時のLoranシステムは、地上に設置されたタワーが同期して無線信号を受信機に送信するグローバルネットワークを利用していました。受信機は、最も近いタワーの信号到達時間を比較して、地理的な位置を驚くほど正確に割り出しました。

セキュリティの専門家や通信愛好家の多くは、Loranの廃止を惜しみました。Loranは、シンプルで堅牢な陸上ベースのナビゲーションのバックアップを提供し、衛星ベースのシステムのような脆弱性はなかったからです。Loranに代わるデジタルのeLoranはあまり普及しませんでした。

LoRaWAN（長距離広域ネットワークの略）と呼ばれる技術が、その応用分野で他の競合技術を凌いでいるのは皮肉なことです。

図1：運用開始当時、Loran（Loran-C）の最後の仕様では、データの抽出をサポートするために90～110kHzの周波数帯域を使用していました。LoRaWANは、863〜928MHzの周波数帯を使用してデータを送信します。(画像提供：Lisa Eitel氏）

LoRaWANは、農業、公共事業、産業用追跡アプリケーションのIoTデバイス向けの、低データ長距離Wi-Fiのような高効率通信技術です。つまり、863～928MHzの狭い周波数帯域（正確な周波数は地域によって異なる）で物理層プロトコルの無線信号を使用し、都市部では数キロメートル、農村部では10キロメートル以上にわたってデータを伝送できます。中心周波数の近傍で行われる変調は、たとえ何キロも離れた場所でも、またさまざまな構造物を通っても、比較的干渉を受けにくい方法でデータを伝送します。

産業界や政府機関の採用は、特にここ10年、着実に進んでいます。LoRaベースのLoRaWANソリューションは、LoRaWANが動作するために宇宙にある衛星に依存していないこともあり、セルラーネットワークをベースとしたソリューションよりもコスト効率に優れています。さらに、そのネットワークコンポーネントは、デバイスにLoRaWAN機能を搭載するのと同様に、手頃な価格となっています。ここで、LoRa技術が免許不要の無線周波数を使用することは、部品サプライヤが他のソリューションのような規制上の障壁なしにソリューションを展開できることを意味します。

図2：SX1250サブGHz RFチップは、SemtechのSX1302ベースバンドエンジンと連携し、ポイントツーポイントやローカルメッシュのLoRaネットワーク、あるいはより強力で広範囲なLoRaWANネットワーク用のゲートウェイを設計できます。1GHz以下のあらゆる周波数帯域をカバーし、IoTアプリケーションに採用されているさまざまなライセンスフリー帯域の使用をサポートします。（画像：Semtech Corp.）

LoRaWANの無線IoT通信における優位性はますます高まっており、一部のアプリケーションではセルラーベースのNarrowband IoT（NB-IoT）やLTE-Mを凌いでいます。実際、LoRaWANはSigfoxにも優勢なようです。

図3：1つのLoRa変調技術を使用して、このRFトランシーバは-148dBm以上の感度を維持しています。これに+20dBmのパワーアンプを内蔵することで、広く適用可能なコスト効率の高いソリューションとなっています。（画像：Semtech Corp.）

NB-IoTとLTE-Mは、免許を受けた周波数とセルラー伝送を使用して、それぞれ最大250kbpsと1Mbpsのデータを伝送します。他のIoTプロトコルに比べてわずかな電力消費で、スマートビルディング、ユーティリティインターフェース、ウェアラブルエレクトロニクス、資産追跡デバイスへの接続を可能にします。

LoRaWANと同様、高効率のSigfoxは免許不要の周波数帯を使用し、システム監視、遠隔機械アラーム、システム、単純な位置追跡などの断続的な低データアプリケーション向けに100～600bpsのデータ通信を行います。しかし、普及が遅れているため、Sigfoxは財政難に陥っています。シンガポールを拠点とするUnaBizは現在SigFoxを所有しており、昨年からいくつかの新展開を発表しています。

ありがたいことに、意図的な妨害工作やスペースデブリ、あるいは放射線や地磁気嵐といった太陽フレアの電磁気的影響を伴う宇宙天気によって引き起こされた大規模な通信衛星の故障は一度も起きていません。LoRaWANの標準化によっても、目立った脆弱性はまだ生じていません。とはいえ、Sigfoxのようなエレガントなシステムが競争をもたらすことは、産業界に利益をもたらします。