Hubble Networkは、MG24を使用して追加ハードウェアなしで世界中のBluetooth®デバイスを接続

Ben Wildは、20年以上にわたり長距離通信技術を切り拓いてきました。彼は、LoRaを用いた長距離IoTプロトコルを専門とするIoteraを設立しました。当時は、低消費電力広域ネットワーク（LPWAN）が広く注目される以前のことでした。Benが、既存のシリコンを利用した独自プロトコルで超長距離通信を実現するというアイデアをAlex Haroに持ちかけたとき、その発想は革新的すぎると思われました。しかし、業界のベテランでありLife360の共同創業者でもあるAlexは、究極の接続性の課題を解決したいというBenのビジョンに共感しました。こうしてHubbleが誕生しました。Hubbleは、新たなハードウェアを必要とせず、標準的なBluetooth LEデバイスを衛星や、9,000万台を超える既存の地上ゲートウェイから成るグローバルネットワークへ直接接続できる能力を備えており、大きな可能性を秘めています。世界で最も普及している無線プロトコルを真にグローバルなネットワークへと進化させることで、遠隔環境モニタリング、グローバル資産追跡、山火事検知、そしてこれまでにない産業用IoTなど、新たな活用分野が切り開かれます。

Bluetooth Low Energyの限界を再構想する

（非常に）長距離接続のオプションを検討している場合、Bluetoothは最も可能性の高い候補とは思えないかもしれません。ほとんどのBluetoothデバイスの一般的な通信距離は通常数メートル程度であり、低軌道衛星に到達するために必要な650キロメートルという距離には到底及びません。しかし、これは従来の短距離資産追跡の主流の標準でもあり、数十億台のデバイスが使用され、成熟した開発エコシステムもあるため、事実上どこにでも普及しています。Benのアイデアは、Bluetoothデバイス上で独自の2.4GHzプロトコルと革新的な信号設計を採用し、必要な通信距離を実現するというものでした。ビットレートを下げ、エラー制御を使用し、ドップラーシフトや大気損失などを補正することで、彼はそれが可能だと確信していました。

課題

IoT デバイスの信頼性が高く、広範囲にわたる可視性を実現することは、長年にわたる野心的な課題でした。世界には、資産や機器が追跡できない、事実上手の届かない地域が依然として存在します。セルラー、LoRa、Wi-Fiなどの従来の技術は、通信範囲が限られていることや高価なインフラが必要になることから、不十分です。Hubble Networkは、この課題を解決するため、9,000万台を超える地上ゲートウェイネットワークと低軌道衛星コンステレーションを活用した、世界初のグローバルBluetooth Low Energy（LE）ネットワークの構築に取り組みました。

ソリューション

ハッブルの二つの重要なイノベーションが道を切り開くのに貢献しました。まず、同社はBluetoothデバイスの到達距離を劇的に拡大する独自のワイヤレスプロトコルを開発しました。オープンソースの Zephyr RTOS 上に構築された Hubble のソフトウェア開発キットは、統合をシンプルにします。開発者は、たった一行のコードから始めることができます。Silicon Labs MG24 SoCを利用するHubbleプロトコルは、ハードウェアの変更を必要とせずに、既存のデバイスとのシームレスな統合を可能にします。次に、Hubbleは、100本を超えるアンテナで構成される高性能フェーズドアレイを搭載した衛星ラジオ受信機を開発しました。これらのアンテナは協調して動作し、信号を増幅・集束します。既存の組み込みデバイスは、5分未満で設定できます。

その結果

2024年3月、HubbleはSpaceX Falcon 9 にフェーズドアレイを搭載した低軌道衛星を打ち上げ、地球と宇宙間で初となるBluetoothの直接通信を実現しました。新たに配備された衛星は、600km離れた場所から送信された標準的なBluetoothチップのパケットの復号に成功しました。これは、低コストかつ高信頼なグローバル追跡アプリケーションに大きな可能性をもたらす画期的な成果です。

新しいハードウェアも新たな悩みも不要なグローバルワイヤレスネットワークの構築

Hubbleにとって、設計上の負担を顧客に与えることを避けることは重要であり、だからこそ市販のシリコンの使用が優先事項でした。今日のコネクテッドデバイスにおける Bluetooth の普及により、その広範な使用は論理的なシリコンの選択となりました。見込み客と、どのベンダーを使用しているかについて話し合う中で、Silicon Labs は一貫して名前が挙がりました。これは特に、Silicon Labsの高性能2.4GHz RF、低消費電流、そしてセキュリティを活用するリモートセンシングや固定資産モニタリング用途において有効です。これによってハッブルは、最も広範な市場に貢献するために、どこにその努力を集中できるかというアイデアを得た。

Silicon Labs MG24が特に際立っているのには、二つの理由があります。まず、Secure Vault™ High バリアントは、セキュアブート、セキュアなデバッグ、論理攻撃と物理攻撃の両方に対する保護を提供します。各デバイスは、物理的にクローン不可能な機能（PUF）を介して一意の暗号鍵を生成し、フラッシュメモリにアクセスした場合でも、その内容を復号化できないようにします。次に、HubbleはZephyr上にソフトウェア開発キット（SDK）を構築しました。Zephyrは、統合を容易にするオープンなクロスプラットフォームRTOSです。単一のコード行で、開発者はすぐに使い始められます。最後に、MG24の堅牢でフィールドで実証済みの無線および RAIL (Radio Abstraction Interface Layer) API は、Hubble の開発者に、設定不要ですぐに優れた制御と柔軟性を提供します。

Hubbleの現在と未来の融合

現在、Hubbleは地上のBluetoothエンドポイントから、13dBm〜20dBmの送信電力で発信される信号を受信できる衛星を7機運用しています。今日、システムは少なくとも一日に一回のグローバルカバレッジを保証しており、ユーザーは地上ベースのアーキテクチャを必要とせずにどこからでもアップリンクをスケジュールすることができます。Hubble のプラットフォームは、単純な接続性だけでなく、強力な機能も追加しています。拡張テレメトリ機能により、温度、動き、その他のセンサーデータを、1パケットあたり最大13バイトのペイロードに含めることができます。また、REST APIやWebhookによるリアルタイムデータ配信は、ERPシステムなどの顧客アプリケーションとシームレスに統合され、エンタープライズ向けダッシュボードでは直感的な可視化と分析機能を提供します。さらに、既存のモバイルアプリや組み込みデバイスは、ローカルスキャンノードとして機能する軽量SDKを介して即座にアップグレードでき、新しいハードウェアを追加することなくカバレッジを拡大できます。

2027年には、同社は4dBmという微弱な信号も受信可能な次世代衛星の打ち上げを開始する予定です。60基の衛星コンステレーションが完全運用されれば、ユーザーは地球上のあらゆる場所で継続的な通信カバレッジを利用できるようになります。この成果は画期的なものですが、それでも衛星が最適なソリューションではない場面はまだ存在します。例えば、金属製コンテナ内や屋内での資産追跡では、地上ネットワークがなければ通信エリアを確保できません。こうしたニーズに応え、今すぐ利用できるソリューションを必要とする顧客を支援するため、HubbleはLife360と提携し、世界最大級のBluetoothネットワークの一つに参加しました。

すでに広く利用可能な地上ネットワークは、通信に標準のBluetoothプロトコルを使用しています。Hubbleは、柔軟性と既存のハードウェアとの互換性のためにSDKを設計し、次の2つのモジュール、地上ネットワークモジュールと衛星ネットワークモジュールを備えています。このモジュール式アプローチにより、お客様はカバレッジのニーズに応じて適応できます。

現在、北米、欧州連合、およびその他のグローバル地域に9,000万以上のアクセスポイントが配置されており、Hubbleは信頼性の高い低電力のグローバルカバレッジを実現しようとしています。

Hubble Networkは、グローバルな接続性に関する常識を塗り替えています。新しいハードウェアや複雑なインフラを必要とせずにカバレッジギャップを埋めることで、大きな可能性が広がります。