Wi-SUN ネットワークに LFN ノードを追加する利点：スマートシティ向けのスマートソリューション

Wi-SUN は、スマートシティアプリケーションのための相互運用可能で安全でスケーラブルなネットワークを可能にするワイヤレス通信規格です。スマート・メータリング、スマート照明、スマートパーキング、スマート廃棄物管理などのさまざまなサービスをサポートします。Wi-SUN ネットワークは、役割や機能が異なるさまざまなタイプのノードで構成されています。このブログでは、ある特定タイプのノードである限定機能ノード（LFN）に焦点を当てます。

現在の市場における課題は？

ネットワーク事業者各は、自社のネットワークに機能を追加してユースケースを拡大し、投資回収率を高めてネットワークを展開する方法を模索しています。Wi-SUN を導入する場合、最も簡単な方法は、ネットワークにノードと機能を追加することで、ライン給電デバイスを超えたユースケースの拡張することです。ガスや水道メーター、駐車場メーター、センサーなどのデバイスは、通常、バッテリー駆動で、街灯や電気メーターを使用してネットワークを論理的に拡張します。これらのバッテリー駆動デバイスは、公益事業会社、地方自治体、またはその他のネットワーク所有者に対して相乗効果を生み出しますが、Wi-SUN FAN の初期の展開では、このタイプのデバイスをサポートするメカニズムがありませんでした。

低エネルギーノードとは？

低エネルギーノード、すなわち LFN は、フル機能ノード（FFN）と比較すると、その機能やリソースが制限されているデバイスです。FFN は、Wi-SUN ネットワークでルーター、リレー、またはコーディネーターとして動作できるデバイスです。一方、LFN は Wi-SUN ネットワークのエンドデバイスやリーフノードとしてのみ動作できるデバイスです。LFN は、他のノードのパケットをルートしたり中継することはできません。LFN は、通常、FFN である親ノードとのみ通信できます。

限定機能ノード（LFN）を使用する理由

LFN デバイスは、低コストで低消費電力、そして長寿命になるように設計されています。長距離や過酷な環境において、シンプルかつ安全で信頼性の高いデータ転送を必要とするアプリケーションに最適です。LFN デバイスの例は次のとおりです。

• スマート・メータ：ガス、水、その他のユーティリティの消費量を測定して報告するデバイスです。電気メーターとは異なり、通常バッテリー駆動で、バッテリー交換なしで 10～20 年動作するようにつくられています。
• スマート・センサー：このデバイスは、温度、湿度、空気質、騒音レベルなどのさまざまな環境パラメータを監視して報告します。このセンサーは通常手の届きにくい場所に設置されており、最小限のメンテナンスや操作で確実に動作させる必要があります。
• スマート・アクチュエータ：バルブ、スイッチ、モーターなどのデバイスを制御および操作するデバイスです。灌漑システムやソーラーパネルアレイなどは、すでに導入されているネットワークを利用して、インフラストラクチャのコストを追加することなく、制御と監視の機能を追加できます。

Wi-SUN FAN 1.1 および LE ノードの機能

Wi-SUN FAN 1.1 は、LE ノードのサポートを追加すると同時に、パフォーマンスと信頼性の向上を目的として Wi-SUN規格に多くの変更をもたらします。主な変更点には以下のものがあります。

• OFDM 変調：Wi-SUN ネットワークに OFDM サポートを追加することで、無線アップデートなどのサポートのためのデータレートを高めると同時に、全体的なネットワークパフォーマンスを改善し、ネットワークの混雑を低減することができます。
• マルチキャストのサポート：これにより、ネットワーク上のデバイスが複数のノードに同時にメッセージを送信したり、複数のノードからメッセージを受信することができます。これにより、ネットワークの混雑がさらに軽減され、複数の伝送ではなく単一の伝送が可能になるため、全体的なレイテンシーが低減されます。
• 後方適合性：新たに導入された FAN 1.1 デバイスは、すでに確立されている FAN 1.0 ネットワーク上で通信および動作できるようになります。これにより、新しいデバイスがインフラに追加される間、古いデバイスを現場に残し、運用させることができます。

LFN デバイスには、Wi-SUN ネットワークで効率的かつ確実に機能させる機能があります。この機能には次のようなものがあります。

• 低消費電力：LFN デバイスは、電池または環境発電技術を使用して電力を供給します。また、従来のモジュールよりもエネルギー消費が少ない低消費電力の無線モジュールも使用しています。
• 電池寿命が長い：LFNデバイスは、電池交換や充電を必要とせず、何年も使用できます。無線活動と消費電力を削減するサンプリングされたリスニング技術を使用して、この長寿命を実現しています。
• サンプルリスニング：LFN デバイスは継続的にではなく、定期的にチャネルをリッスンします。ビーコンフレームを使用して、リスニング間隔を親ノードと同期します。これにより、エネルギーを節約し、他のノードとの衝突を回避できます。
• RPL RPL Unaware Leaf（RUL）モード：LFN デバイスは RUL モードで動作できます。つまり、Wi-SUN ネットワークで使用するルーティングプロトコルを認識していないことを意味します。RUL モードは、LFN デバイスの実装と構成を簡素化します。また、ネットワークのオーバーヘッドと複雑さも軽減します。

制限機能ノードや LFN を使用する利点は何ですか？

LFN デバイスには、エンドユーザー、ネットワーク事業者、デバイスメーカーに数々の利点があります。この利点には次のようなものがあります。

• エンドユーザーに対して：LFN デバイスは、さまざまなスマートシティサービスに信頼性の高い安全なデータ送信を提供します。また、電池寿命寿命を延ばし、人的介入の必要性を減らすことで、サービスの運用や保守コストを削減します。
• ネットワーク事業者に対して：LFN デバイスは、サービスのパフォーマンスや品質に影響を与えることなくノードを追加することで、Wi-SUN ネットワークのスケーラビリティと堅牢性を向上させます。また、OFDM 変調とマルチキャストサポートを使用することで、ネットワークの効率とカバレッジも向上します。
• デバイスメーカーに対して：LFN デバイスは、標準化された相互運用可能なコンポーネントとプロトコルを使用することで、生産コストと開発コストを削減します。また、互換性と柔軟性のある製品を提供することで、市場のポテンシャルと顧客満足度を高めます。

LFN の使用に伴う課題と解決策とは？

LFN デバイスは、Wi-SUN FAN 1.1 仕様によって対処される数々の課題に直面しています。この課題には次のようなものがあります。

• スケーラビリティ：LFN デバイスは、ネットワークの安定性やパフォーマンスに影響を与えることなく、動的にネットワークに参加したり退出できる必要があります。また、複数のソースや目的地から大量のデータを処理できなければなりません。
• 相互運用性：LFN デバイスは、異なるベンダーやメーカーの異なるタイプのノードと通信できる必要があります。また、要件や設定の異なるさまざまなアプリケーションやサービスをサポートできる必要があります。
• 後方適合性：LFN デバイスは、以前のバージョンの Wi-SUN規格やプロトコルを使用する既存のノードやレガシー・ノードと連携できる必要があります。また、ファームウェアやソフトウェアを機能や接続を中断することなくアップグレードや更新ができる必要があります。

Silicon Labs の Wi-SUN ポートフォリオ

Silicon Labs は 10 年以上にわたり、産業および商用アプリケーション向けのソリューションを開発してきました。当社は、Wi-SUN規格の開発をリードしてきた長い実績があります。Silicon Labs は、FSK 変調と OFDM 変調の両方をサポートする Wi-SUN 認定 IC のポートフォリオと、幅広いリファレンスデザインや開発ツールを提供しています。

Wi-SUN をサポートする製品の 1 つに、EFR32FG25サブ GHz ワイヤレス SoC があります。これは、高性能無線、ARM Cortex M33コア、1920KB フラッシュ・メモリを統合するシリーズ 2 SoC です。この製品は、Wi-SUN FAN 1.1 仕様と制限機能ノード (LFN) デバイス用 RPL Unaware Leaf (RUL) モードをサポートしています。OFDM、FSK、および O-QPSK PHY をサポートする FG25 は、ルーティングやライン給電ノード向けに最適化されています。

Wi-SUN をサポートするもう 1 つの製品は、EFR32FG28サブ GHz ワイヤレス + 2.4 GHz BLE SoC です。これは、2.4GHz トランシーバ、ARM Cortex M33 コア、1024 KB フラッシュメモリを組み合わせたシリーズ 2 SoC です。また、LFN デバイスの Wi-SUN FAN 1.1 仕様と RUL モードもサポートしています。FG28 は、低アクティブ電流とスリープ電流、優れた RF 性能により、低消費電力 LFN アプリケーションに最適です。

Silicon Labs の Wi-SUN ポートフォリオは、EFR32FG25 デバイスと EFR32FG28 デバイス両方の混合ネットワーク実装を可能にします。これらは相互に、また他の Wi-SUN 認定ノードと互換性があり、相互運用可能です。これにより、ネットワーク事業者は、スマート・メータリング、スマート照明、スマート・パーキング、スマート廃棄物管理など、さまざまなスマートシティ・サービスをサポートできる柔軟で堅牢なネットワークを展開できます。

リビングラボ：Wi-SUN ネットワークの実環境実装

Silicon Labs は IIIT Hyderabad のスマートシティ・リビング・ラボの最初の企業設立パートナーです。高密度化都市における安全性、持続可能性、エネルギー効率、全体的な生活の質を改善するために設計された、次世代型技術の研究開発エコシステムを提供しています。リビングラボは、実環境における Wi-SUN 技術の利点を実証することを目的としたプロジェクトです。LFN ノードは年末までにテスト・ネットワークに導入され、スマートシティ・リビングラボにおける Silicon Labs の積極的な役割は、高密度化都市における安全性、持続可能性、エネルギー効率、全体的な生活の質を向上させるために、インドで世界向けに設計された次世代テクノロジーを目の当たりにすることになるでしょう。

Wi-SUN LFN ノードは、FFN ノードに比べて機能やリソースが限られているスマートデバイスです。このデバイスは、低コストで低消費電力、そして長寿命に設計されています。長距離や過酷な環境において、シンプルで信頼性の高いデータ転送を必要とするスマートシティ・アプリケーションに最適です。

Wi-SUN LFN ノードには、低消費電力、長い電池寿命、サンプル・リスニング、RPL Unaware Leaf モードなど、Wi-SUN ネットワークで効率的かつ確実に機能する機能があります。また、信頼性が高く安全なデータ伝送、運用・保守コストの削減、スケーラビリティと堅牢性の向上、ネットワークの効率とカバレッジの向上、生産・開発コストの削減、市場でのポテンシャルや顧客満足度の向上など、エンドユーザー、ネットワーク事業者、デバイスメーカーにも数々のメリットをもたらします。

最新の Wi-SUN FAN 1.1 規格は、マルチキャスト、OFDM、FAN 1.0 の下位互換性を可能にすることで LFN ノードを改善します。Silicon Labs の EFR32FG25 デバイスと EFR32FG28 デバイスは、最新の Wi-SUN FAN 1.1 仕様をサポートしています。Silicon Labs は、実績のあるリファレンスデザイン、認定スタックと PHY、柔軟なワイヤレス MCU ポートフォリオにより、設計者に、あらゆる Wi-SUN デバイスのニーズに応える単一のプラットフォームを提供します。

Silicon Labs の Wi-SUN 製品ポートフォリオの詳細をご覧ください。