Z-Wave 長距離 で屋外 IoT の課題を解決する

スマートホームは拡大しており、次の成長の波は屋外で起こっています。接続された屋外の IoT デバイスは、単に遠くに設置された屋内デバイスではなく、はるかに過酷な条件で動作します。地面や水による電波の減衰、天候の変化、茂みの密度、金属製のフェンス、門、駐車中の車両などが、屋外でのRF（無線周波）接続を非常に困難なものにしています。このブログでは、Z-Wave Long Range (LR) が過酷な環境で信頼性の高い接続性をどのように実現するか、またそれを活用して製品開発する方法について解説します。

接続された屋外IoTの紹介

コネクテッドホームへの期待が住宅の4つの壁を超えて拡大するのに伴い、スマートデバイスメーカーが敷地の境界において直面する課題が増大すると共に、ビジネス機会も増大しています。

顧客は、今やサーモスタットやロックだけでなく、ドライブウェイ、裏庭、門、庭、物置などでも、安全で信頼性の高い自動化を求めています。接続された屋外スマートホームが登場し、それは、ワイヤレス設計に対し、これまで以上に多くのことを要求しています。

この変化により、Z-Wave 開発者とハードウェアチームは、独自のエンジニアリング要件に対応することになります。もはや温度管理がされ、干渉の少ない屋内環境を想定して設計しているわけではありません。長距離通信の要件、視線が届かない環境、地下に設置されたセンサー、そして過酷な環境に晒される状態に対応する必要があります。さらに、限られた電力制約や、石、土壌、葉などの密度の高い材料による信号減衰、「設置したら忘れられる」ほど長い電池寿命が求められることを考えると、すべての無線プロトコルがこの課題に対応できるわけではないことは明らかです。

ここでZ-Wave Long Range (LR)の真価が発揮されるのです。

接続された屋外IoTは単に「屋内の延長」ではない

ネットワーク設計の観点から見ると、屋外のIoTデバイスは単に「屋内のものを遠くに置いた」だけではありません。これらは根本的に異なるRF条件を伴います。地下に6インチに埋められたスマート灌漑バルブは、単に通信距離が必要なだけでなく、鉱物を含む湿った土壌や水による信号減衰を乗り越える信号の耐久性も求められます。車道のセンサーは、金属製の門や駐車中の車の背後に設置されるかもしれません。また、気象観測所はハブから数百メートル離れた場所に設置され、間に木々や壁があるかもしれません。

しかもこれは、実際の天候の変動を考慮する前の話です。接続された屋外デバイスは、氷点下から高温までの大きな温度変化の中でも安定した動作を維持し、信頼性の高い通信を継続し、電池を節約しなければなりません。

パワーデリバリーも限られています。多くの屋外IoTデバイスは完全にバッテリー駆動で電源にアクセスできない遠隔地に配置されており、メンテナンスなしで数シーズン、場合によっては数年にわたり稼働することが求められています。頻繁なバッテリー交換は消費者にとって不便なだけでなく、商業や農業の現場では致命的な問題となります。

これらの課題により、以下の点が明らかです。接続された屋外 IoT には、従来の2.4GHz メッシュプロトコルや Wi-Fi 以上の性能が必要になります。

屋外 IoT におけるZ-Wave Long Rangeの利点

Z-Wave Long Range (LR) は、これらの課題を解決し、スマートホーム・デバイスメーカーが新たな屋外アプリケーションを実現するために特別に設計されたものです。Z-Wave 700および800シリーズ・プラットフォームを基盤に構築された Z-Wave LR は、以下の強力な組み合わせを提供します。

• 1マイル以上の通信距離（見通し線上）、リピータなしで敷地全体に対応
• 無人で屋外運用を可能にする、10年間のコイン電池寿命
• ハブに直接接続できるトポロジーで、ネットワークあたり数百のノードを簡単に管理
• 壁や樹木などの障害を高い精度で透過できる、サブGHz帯（908／868MHz）での動作
• 離れた場所からでも安全に非接触でデバイスを追加できる、S2 セキュリティ & SmartStart

メッシュベースの代替品とは異なり、Z-Wave LR はスター型トポロジーをサポートしており、デバイスはリピーターを介さずにハブへ直接接続できます。これにより導入が簡素化され、レイテンシーが改善され、通信範囲を予想しやすくなります。これは、特に敷地の外周に設置される周辺センサーやゲートロック、モーション探知器にとって重要です。

また、Z-Wave LR はサブGHz帯で動作するため、現実の屋外環境においては2.4GHz帯プロトコルよりも優れた性能を発揮します。屋外では、RF干渉、水分による吸収、物理的な障害物などによって高周波の信号が劣化しやすいためです。

土壌湿度センサー、屋外用フラッドライト、長距離対応のアクセスパネル、環境モニターなどを設計している場合でも、Z-Wave LR は、他の無線技術が機能しないような状況でも、接続を可能にする物理層の性能を提供します。

Silicon Labsを活用し、屋外IoTデバイスをコンセプト段階から認証取得へ

Silicon Labs は Z-Wave アライアンスおよびエコシステム・パートナーと緊密に連携し、Z-Wave LR デバイスを構築するための統合プラットフォームを提供します。これにより、製品化までの時間が短縮され、現場での長距離通信性能が実現します。

接続された屋外製品ロードマップを対象に、以下の3つのハードウェアの選択肢を提供しています。

• EFR32ZG28 SoC - ハブ、灌漑コントローラー、セキュリティ・パネルなど、マルチ・プロトコル対応アプリケーションや高性能デバイスに最適です。高度な RF 性能と十分なメモリを提供します。
• EFR32ZG23 SoC - 電池駆動のモーション検知器、気候センサー、地下漏水センサーなどの超低消費電力デバイス向けに最適化されています。コンパクトで効率的でありながら、完全に Z-Wave LR に対応します。
• ZGM230S モジュール - 製品化までの時間を短縮するのに最適な、事前認証済みのドロップイン・モジュール。アンテナマッチング、RF フロントエンド、Z-Wave LR ファームウェア統合など、リソースに制約のあるチームや迅速なプロトタイピングに最適です。

すべてのオプションは、Silicon Labs の Z-Wave SDK、Simplicity Studio 開発ツール、レンジ・テスト・ユーティリティ、および屋外条件に適したリファレンスデザインによってサポートされています。

競争上の優位性は敷地の境界線から始まる

屋外スマートホーム市場は、屋内市場と比較してまだ未開発ですが、正にそのために重要なのです。敷地全体を保護し自動化するデバイスの需要が高まっており、Z-Wave LR は、その需要を満たす最も堅牢で効率的なプロトコルです。

Z-Wave デバイスメーカーにとって、これは製品ラインを差別化し、他社では不可能な困難な RF 問題を解決し、信頼性と電池寿命が絶対条件となる分野に参入するチャンスとなります。スマートな庭の照明から節水システムまで、住宅所有者や不動産管理者が壁の外側にあるものをコントロールできるよう支援することは、確実にビジネス機会をもたらします。

Z-Wave LR と Silicon Labs を活用すれば、それを実現するためのツールと通信距離が手に入ります。詳細については、接続された屋外アアプリケーションページをご覧ください。