新興LPWAN接続プロトコルにおける発散と収束：見解と利点

新しい LPWAN 接続プロトコルの比較

デジタル化の継続的な推進において、IoT はもはや新しい概念ではないかもしれませんが、将来を見据えた設計、収益の増加、コスト削減への企業の推進の最前線にいます。その意思決定プロセスで重要なのは、適切な接続プロトコルを選択することです。利用できるオプションの数は増えていますが、まだ単一の万能ソリューションはありません。

Silicon Labs が主催する Omdia の調査が、これを証明しています。平均して、現在、携帯電話から Amazon Sidewalk、Wi-Fi から Wi-SUN に至るまで、あらゆる企業が2～3 のさまざまなテクノロジーを使用しています。すべての垂直市場と地域市場が独自の特性、課題、企業タイプをテーブルに持ち込むのも驚くことではありません。

このホワイトペーパーをダウンロードして、プロトコル、特定の地域、市場別に LPWAN を推進する確立されたプロトコルと新しいプロトコルの詳細をご覧ください。

エグゼクティブサマリー

デジタル化の継続的な推進において、IoT はもはや新しい概念ではないかもしれませんが、将来を見据えた設計、収益の増加、コスト削減への企業の推進の最前線にいます。その技術的な意思決定プロセスにおける鍵は接続性ですが、まだ万能な単一のソリューションはありません。

ただし、その課題は認知不足である場合もあります。特に、新しいソリューションが市場に登場してきている中ではなおさらです。例えば、新しいOmdiaの調査では、Wi-SUNがスマートシティや公益事業分野で積極的に活用されており、Amazon Sidewalkは今後2年間で大きな成長が見込まれているにもかかわらず、39%の企業がWi-SUNを認識していないこと、そして45%の企業がAmazon Sidewalkをまだ知らないことが分かりました。

しかし、IoTのニーズとソリューションの側面が絶えず多様化しているにもかかわらず、変わらず共通している点もいくつか存在します。最も重要な上位2つの要因はパフォーマンスとセキュリティで、しかも大きな差をつけて、コストよりも高く評価されています。また、誤った選択をすることを懸念し続けている4社に1社にとっても、そして、今でも複数の技術を組み合わせた変化する構成を導入している4社に3社にとっても、企業IoT投資を最大限に活かすうえで、その道のりを支援してくれる信頼できるパートナーの存在が重要です。

はじめに

過去10年間で、IoT接続プロトコルと規格の数は絶え間なく増加しており、各規格は速度、電力、範囲、容量のバランスが異なります。特定のアプリケーションに適したプロトコルを選択することは、IoTインストレーションの設計において最も重要な要素の一つとなります。なぜなら、プロセスの早い段階で間違った決定をすると、IoTネットワークの耐用年数が制限されたり、その最終的な有用性そのものが制限されたりしかねないからです。例えば、産業キャンパスは、メッシュネットワークにBluetooth Low Energy (LE) のような低電力規格を導入するか、LoRaWANのような長距離通信が可能なプロトコルを導入するかを選択しなければならないかもしれません。Bluetooth LEベースのネットワークは消費電力の面で優れていますが、通信範囲はメートル単位に限られます。そのため、広い敷地をカバーするメッシュ構成では、キャンパスの端まで通信を届けるために非常に多数のノードを設置する必要があります。逆に、LoRaWANネットワークは、数平方キロメートルのキャンパスをカバーするのは容易ですが、スループットは制限されます。データのニーズが当初の想定と異なる場合、または将来少しでも変化した場合、ネットワークが不適切になり、コストのかかる改修が必要になる可能性があります。

調査の概要

Omdiaは、2023年1月と2月に、北米（特に米国とカナダ）、インド、日本の3地域で、451人の回答者を対象に調査を行いました。回答者の組織における役割、意思決定の責任、所属組織の収益とIoT活動など、適格性確認の質問が行われました。451人の回答者のうち3分の1は、IoT接続の選択に直接関与しているか、または責任を持っていました。具体的には、18%が「企業全体のIoT接続および技術に関する意思決定者」である、7%が「地域または部門レベルでのIoT接続および技術に関する意思決定者」であると回答し、また4%は、それぞれ「IoT接続技術の実装者」または「IoT接続技術の評価・選定における主要なステークホルダー」であると回答しました。

次に、これらの回答者に対し、5つの主要なエンタープライズおよび商用IoTアプリケーションのうち、自社が関与している、または導入を検討しているものはどれかを尋ねました。回答者の最も多い割合（27%）は、スマートビル／スマートホームに関心がある、または注力していると回答し、25%は資産管理と追跡に取り組んでいると回答しました。スマートシティ、スマート農業、スマートユーティリティに注力していると回答したのは、それぞれ16%でした。

図 1：調査回答者の属性

回答者は、自社のIoT導入が現在どの段階にあり、2年後にはどの段階になると予想しているかについて回答するよう求められました。IoT導入の現状に関する回答では、29%が自社のIoTソリューションが「アクティブ」な状態にあると回答しました。ここでいう「アクティブ」とは、少なくとも一部のIoT導入が既に実施され、運用されている状態を指します。全体として、回答者の4分の3近く (74%) が、自社に少なくともいくつかのアクティブなIoT導入があると回答し、そのうち25%が拡張段階（既存のIoTプロジェクトとインフラストラクチャを活用して新しいユースケースに対応）、20%が完了段階で、IoTの現在の計画がすべて完全に実装済みでした。

図 2 IoT導入の成熟度

2年先を見据えると、87%が少なくともいくつかのアクティブなIoT展開を見込んでおり、回答者の60%が導入の最上位2段階に移行するとしています。これは、拡張段階または完了段階にあった2022年の45%を15ポイント上回る増加です。しかし、回答者の8%は、2年後でもまだ試験導入段階にすら達しておらず、「試験導入を検討している」段階 (2%)、もしくは「試験導入を計画している」段階 (6%) にとどまると回答している点は注目に値します。

「サポート」は回答者の42%にとって上位3つの考慮事項でした。一方、OpExとCapExのコストは長期性とほぼ同程度であり、回答者の3分の1がそれぞれを上位3つの懸念事項として挙げています。

最後に、4分の1は「スケーラビリティ」が3つの主な考慮事項の一つであるとしています。12%が「サポート」を最優先の考慮事項としてランク付けし、27%は、「サポート」が上位2つの考慮事項の一つであると回答しました。2つのコストカテゴリーを組み合わせると、21%が「OpEx」または「CapEx」を最優先の考慮事項として挙げており、コスト全体がIoT導入の重要な要素となっていることは明らかです。

図 3 主要なIoTソリューションの特性

IoTフォーカス別の詳細

主要なIoT活動別に回答を分析すると、いくつかの違いが明らかになります。

資産管理と追跡

アプリケーション：サプライチェーン (57%)、物流 (43%)。

概要：サプライチェーン／物流アプリケーションは、中規模の導入で急速に採用が進んでいます。これは、パフォーマンスよりセキュリティが優先される唯一の分野であり、リードタイムの長さと社内の専門知識が上位2つの課題となっています。

スマート農業

アプリケーション：スマート農業／営農 (100%)。

概要：通常、導入規模と事業規模が最小で、既存のIoT知識が低く、コストに慎重であるとともに、単一のパートナー／ベンダーからの購入を好む傾向があります。Amazon Sidewalkの使用は今後2年間でほぼ倍増すると予想されますが、認知度の低さが最大の障壁となっています。

スマート・ビル

アプリケーション：セキュリティ／アクセス (45%)、エネルギー管理 (36%)、建物交通管理 (19%)。

概要：最大の課題は、サプライチェーン、導入期間の長期化、予算超過です。開発者／コミュニティサポートやアライアンスが支援するネットワークに対するニーズが最も強くなっています。Amazon Sidewalkの今後2年間における、あらゆる分野の中で最大の潜在的成長が見込まれる分野。

スマートシティ

アプリケーション：交通管理 (30%)、廃棄物管理 (30%)、スマートパーキング (20%)、スマート照明 (20%)。

概要：大規模な展開にもかかわらず、まだ比較的未成熟な市場です。スマートシティはパフォーマンスと長期性を重視する一方で、予算超過に悩まされる傾向があります。Wi-SUNは、この分野においてすでに3番目に使用されている技術です。

スマートユーティリティ

アプリケーション：エネルギー／ユーティリティ (44%)、配電自動化 (31%)、スマートメータリング (25%)。

概要：スマートユーティリティは、デバイス数ベースで見ると導入規模が最大級ですが、コスト／支出能力が厳しく管理されており、既存システムとの統合が必要です。どの分野よりもAmazon SidewalkおよびWi-SUNへの関心が最も強く、後者はすでに2番目に多く使用されている技術となっています。

地域差 

北米（米国／カナダ）

上位アプリケーション：農業 (17%)、サプライチェーン (13%)、物流 (12%)、エネルギー (11%)。

要約：セキュリティ以上にパフォーマンスを重視しており（例：「稼働時間の保証」）、これまでに確認されている多数の小規模導入プロジェクトから、高い成長が見込まれています。Wi-SUNの認知度は比較的低く、Amazon Sidewalkの認知度はそれより高くなっています。テクノロジーの開発者ネットワークに対する強いニーズが見られます。

• 成熟度：北米の回答者の74%がIoT導入が「アクティブ」であると回答し、そのうち17%は、現在のIoT導入計画がすべて完全に実装済みであると回答しました。この数字は2年間で27%に上昇すると予測され、回答者の81%は、少なくとも一部のIoT導入がその時点で「アクティブ」になるだろうと予測しています。

• テクノロジーに関する検討事項： IoT導入において最も必要とされるパフォーマンスまたは技術的機能について質問したところ、北米の回答者の46%が、「既存システムとの統合／互換性」が大きな懸念事項であると回答し、次いで41%が「稼働時間の保証」を挙げました。

• サポートに対するニーズ： サポートにおける最も重要な基準について議論した際、回答者は「強力な開発者ネットワークとサポート」を全体として最も重要な機能として挙げ、28%がそれを最優先事項とし、67%が上位3つの基準の一つとしました。次に重要な検討事項は「ツールの可用性」であり、20%がそれを主な要件として挙げ、62%が上位3つの一つに挙げました。

インド

上位アプリケーション：サプライチェーン (21%)、セキュリティ／アクセス (17%)、エネルギー管理 (14%)。

概要：IoT導入の成長に最も強気で、平均プロジェクト規模が比較的高い地域です。また、エンドツーエンドのソリューションを購入する可能性が最も高い一方で、近年のサプライチェーンの混乱で大きな打撃を受けました。

日本  

上位アプリケーション：農業 (24%)、セキュリティ／アクセス (11%)、物流 (10%)。

概要：調査対象地域の中で最もセキュリティに重点を置き、コスト意識が高い地域で、導入時の統合に関する課題や社内専門知識の不足といった問題も抱えています。 現在、Wi-SUNに対する認知度が、全地域の中で最も低い地域です。

• 成熟度：調査対象企業の50%が、自社のIoTの導入は「アクティブ」または「拡張段階」であるが、まだ完了していないと回答しましたが、19%は、計画されているすべてのIoT導入は2年以内に完了すると予想しています。北米の20%およびインドの12%と比べ、36%が現在、試験導入の計画または導入段階にあります。

• テクノロジー上の検討事項： 「強力な開発者ネットワーク／コミュニティサポート」は、サポートに関する基準の中で最も多くの回答者が上位3つの要素として挙げた項目であり (63%)、一方、「ツールの可用性」は、主な考慮事項として挙げた回答者数が最も多く、30%でした。61%が「ツールの可用性」を上位3つの懸念事項として挙げ、58%が「デバイス認証の容易さ」を挙げています。

• サポートに対するニーズ： 独自でデバイスのハードウェアやソフトウェアを構築するよりも、1社以上のベンダーと提携する可能性が最も高い地域です。一方でインドおよび北米では、自社でハードウェアやソフトウェアを開発すると回答した者の割合が2倍以上でした。

正しい選択をする

IoT導入の規模拡大において直面する最大の障害について尋ねた際、回答全体を見ると、最も一般的に挙げられた懸念は、多くの点で典型的で、重要ではあるものの際立ったものではありませんでした。例えば、「スケジュール遅延」(41%) や「予算超過」 (37%)、「優先事項に関する社内の支援や調整の難しさ」(34%)、あるいは近年非常に一般的となっている「サプライチェーンの問題」(37%) などが挙げられます。しかし、比較的小さいながらも懸念される領域の一つは、詳しく検討するに値するものです。回答者の24%（つまり基本的に4人に1人）は、テクノロジーの誤った選択や統合について深刻な懸念を抱いています。さらに、27%が「外部からのサポートの欠如」を懸念しており、37%が「社内での専門知識の欠如」の可能性を挙げています。

さらに、IoTソリューションで最も重要なパフォーマンスまたは技術機能に関する質問については、半数以上が、「既存システムとの統合と互換性」が不可欠だとし、「稼働時間の保証」(31%) または帯域幅／データレート (25%) の回答を大きく上回りました。したがって、回答者の半数以上にとって絶対に不可欠な機能である「統合と互換性」は、ほぼ完全に製品や技術の選定に依存するもので、その選定については、すでに25%が誤った選択をしてしまうことを懸念している分野です。

適切な技術を選定することに対する企業の不安や、その技術が既存システムと容易に統合・互換できるという要件は、コストを最小限に抑え、投資に対する早期のリターンを最大化しようとする要求によって、さらに強まっています。IoTの購入意思決定において最も優先される財務要因は何かという質問に対し、72%は「費用対効果」を上位3つの検討事項の1つとして挙げ、61%は「最速の投資回収 (ROI)」を3大懸念事項の一つとして挙げ、そのうち20%は、それを最重要事項としています。ROIへの道筋を迅速に示すことが期待されるため、これは、適切な技術の選定や十分なサポートの確保に関して組織がすでに感じている大きなプレッシャーをさらに強めることになります。

つまり、十分なROIを出さなければならないというプレッシャーにすでに直面している回答者のかなりの割合が、技術選択を誤るのではないかという不安も抱えており、選んだ技術は自分たちだけでは対応できなかったり、必要な支援を得られず、期待する成果を実現できないのではないかと心配している、ということです。間違った選択をすることに関する懸念があるため、企業に対して、自社の導入に最も適したソリューションではなく、既に確立されている、またはよく知られている、安全だと考えられるものを選択させてしまうことになりかねません。

したがって、あらゆるレベルのベンダーは、重層的なサポートや助言サービス体制を整え、顧客がこのプロセスにおいて十分に支えられ、理解されていると感じられるようにしなければなりません。また、新興テクノロジーが、いかに分野全体を豊かにし、可能性を広げていくのかを示すことも不可欠です。新しいことは、必ずしもリスクが高い、または実証されていないことを意味するわけではなく、顧客は、自分たちが必要とするサポートや価値がきちんと提供されることを理解しておく必要があります。実際、回答者のうち全体で最多となる 65% は、IoTの購入意思決定において最も重要なサポート基準を検討する際の上位 3 つの考慮事項として、開発者、ネットワーク、コミュニティによる強力なサポートを挙げており、24% はそれを最優先事項として挙げています。

そのため、これらの懸念に対処し、それを軽減することは、IoTに携わるあらゆるベンダーにとって、販売および提供プロセスの重要な一部とみなされなければなりません。

IoT接続における2つの新たなディスラプター（破壊的要因）について検討する

IoTにおけるテクノロジーに対する姿勢をより詳しく見るため、Wi-SUNとAmazon Sidewalkという2つの比較的新しい接続方式に対する姿勢および関連能力を検討しましょう。
 

Wi-SUN

Wi-SUNは、もともと「Wireless Smart Utility Network」の略でしたが、現在は「Wireless Smart Ubiquitous Network」に更新されており、主にスマートシティ、スマートユーティリティ、および産業用IoTの導入向けに設計された、超低消費電力で長距離のサブGHzメッシュネットワークを指します。これは、Wi-SUN Allianceが管理するオープンスタンダードです。Wi-SUNは、LoRaWANやNB-IoTの両方よりも高いスループットを提供し、スリープモード時の消費電力も低く抑えられます。これは、適切な状況下では、送信モードに費やす時間を短縮できるため、より一般的なこれら2つの長距離規格よりも電力効率が高くなり得ることを意味します。IPv6とその公開鍵インフラストラクチャ (PKI) の両方をサポートするWi-SUNは、セキュリティ面でもいくつかの利点があります。これは、すでに示されているように、大多数の回答者にとってパフォーマンスと同様に重要な考慮事項となっています。Wi-SUNの最大伝送単位 (MTU) は1200バイト強で、転送速度は50kbps～2.4Mbpsです。これは、上限が約60kbpsのLoRaWANよりもレイテンシーが著しく低く、一方でNB-IoTの上限は140kbps（アップリンク）に留まります。そのため、Wi-SUNは、最小限のレイテンシーと高いセキュリティで送信される短い情報のバーストに最適化されています。

Amazon Sidewalk

Amazon Sidewalkは、既存のAmazonスマートホームデバイス群を利用して拡張IoTネットワークを提供する低帯域幅・長距離のプロトコルで、一部のRingデバイスやEchoスピーカーがアクセスポイントとして機能し、アドホックネットワークを形成します。Amazon Sidewalkは、家庭内での短距離接続にはBluetooth LEを使用し、長距離のエリア近隣ネットワークにはFSKおよびCSS変調を含むサブGHz帯を組み合わせて使用します。Amazonデバイスの所有者はデフォルトで、事前に設定された上限までインターネット帯域幅のごく一部をネットワークと共有することに同意しており、その見返りとして、自分たちもこの共有による恩恵を受けることを理解しています。Amazonデバイスの所有者は、事前に設定された上限までインターネット帯域幅のごく一部をネットワークと共有し、その見返りとして、自分たちもこの共有による恩恵を受けることを理解しています。例えば、停電が発生した場合でも、RingカメラはオンラインのAmazon Sidewalk接続を使用して通知をアップロードし続けられます。また、Tileなどのデバイストラッカーもこのネットワークを使用できるため、タグを装備したデバイスをより簡単に見つけることができます。Amazon SidewalkはAWSのIoT Coreサービスとも統合されているため、開発者はIoT Coreサブスクリプションの一部としてネットワークにアクセスできます。

認知度の低さが最大の懸念   

全体的に、回答者のWi-SUNとAmazon Sidewalkについての認知度は、より確立されたプロトコルと比べて低いものでした。39%はWi-SUNを知らないと回答し、45%はAmazon Sidewalkを知らないと回答しました。認知度の低さは、明らかに両方の技術に関する最も重要な懸念です。

例えば、スマートユーティリティに注力している回答者の中では、Wi-SUNは2番目に広く使用されている技術で、NB-IoTと同率の35%となり、40%のLoRaWANに次ぐものです。明らかに、Wi-SUNはユーティリティ分野向けに設計され最も使用されているため、認知度が高く、その結果、より多く利用されているわけです。また、Wi-SUNはスマートシティ分野でも重要な技術となっており、そのセグメントに注力している回答者の32%がWi-SUNを使用していると報告しています。これは NB-IoT (55%) と CAT-M (41%) に次ぐものの、LoRaWAN (27%) を上回っています。

今後に目を向けると、Wi-SUNとAmazon Sidewalkはいずれも、企業が近い将来に向けて積極的な計画を示す技術となっています。今後2年以内にIoTソリューションに積極的に取り入れる予定の技術について質問したところ、回答者の23%がWi-SUNの使用を計画しており、19%がAmazon Sidewalkと回答しました。これは特に、Amazon Sidewalkが開発者向けに公開されたのが2023年で、ほんの少し前であることを考えると、Amazon Sidewalkにとって非常に大きな成長を示すものと言えるでしょう。Smart Agricultureの回答者の29%がWi-SUNの使用を計画している一方、資産管理およびトラッキングに重点を置いている調査対象者のうち21%がAmazon Sidewalkの利用を予定しています。しかし、それが特定の業種（セグメント）で最も高い回答であった一方、調査対象となった5つすべての業種においてAmazon Sidewalkへの強い関心が見られ、2年後のAmazon Sidewalkの使用率が15%未満になると予想する業種がなかった点は注目に値します。前述の通りAmazon Sidewalkの認知度は45％と低いことを考慮すると、Amazon Sidewalk は、この技術について十分認知している人々の間では、急速に望ましいソリューションになりつつあることが示されたと言えます。

まとめ

他の側面の重要性は確かに高まっていますが、調査対象者にとってテクノロジーのパフォーマンスとセキュリティは間違いなく最も重要な考慮事項です。つまり、接続ハードウェアの設計、製造、および供給に携わるすべての企業は、自社のセキュリティの提供方法、仕組み、拡張方法、および統合方法を明確にする必要があります。これまで見てきたように、新しい技術に対する認知不足が影響していることを踏まえると、こうした新技術を推進する側には、そのセキュリティに関する提案を世界に明示する責任があると言えるでしょう。

例えば、Amazon SidewalkとWi-SUNはどちらも、堅牢な認証、安全なアクセス管理、複数の安全な暗号化レイヤー、安全なプロビジョニング、OTAの更新など、事実上すべてのセキュリティ要件を満たしています。認識の欠如が潜在的に不信感を生む可能性があるため、これらのデバイスを供給する側は、セキュリティに関する残存する懸念をさらに和らげるよう努めるべきです。