LPWA

Technology

(LPWA)

LPWAは、少ない消費電力で広い範囲へデータを送信するための無線通信技術の総称です。

LPWAは「Low Power Wide Area」の略で、温度、湿度、電流、電力量、設備の運転状態、警報、位置情報など、比較的小さなデータを長距離へ送信する用途に適しています。

物をインターネットへ接続するIoT（Internet of Things）では、離れた場所に設置した多数のセンサや機器から継続的にデータを収集する必要があります。LPWAは、通信速度や大容量通信よりも、長距離通信、低消費電力、低頻度・少量データの送信を重視しており、IoTを支える代表的な通信技術の一つです。

LPWAには、免許不要の周波数帯を利用するLoRaやSigfoxなどの非セルラー系LPWAと、携帯電話事業者の基地局や通信網を利用するLTE-M、NB-IoTなどのセルラー系LPWAがあります。

ハカルプラスでは、LPWAの一つであるLoRa無線を利用し、アナログ信号、接点信号、RS-485信号などを離れた場所へ送信する無線機器を開発しています。

LPWAが利用される背景

従来の無線通信では、Wi-Fi、Bluetooth、携帯電話回線などが広く利用されてきました。

Wi-Fiや携帯電話回線は、画像、映像、大容量ファイルなどを高速で送信する用途に適しています。一方で、高速通信や大容量通信を実現するため、消費電力や通信コストが大きくなる場合があります。

IoTでは、必ずしも大量のデータを高速で送信する必要はありません。例えば、1時間ごとに温度を送る、設備の異常が発生したときだけ接点情報を送る、1日に数回メーター値を送るといった用途では、通信速度よりも、次の条件が重視されます。

遠く離れた場所まで電波が届くこと
電池で長期間動作できること
通信配線を敷設せずに導入できること
多数のセンサを設置しやすいこと
通信費や運用費を抑えられること

LPWAは、こうした用途に合わせて、通信速度やデータ容量を抑える代わりに、低消費電力と広域通信を実現しやすくした通信方式です。

LPWAの主な特長

低消費電力

LPWAは、少量のデータを一定間隔または必要なときだけ送信することで、消費電力を抑えやすい通信方式です。

電池駆動のセンサでは、常時通信するのではなく、通常は待機状態とし、決められた時刻や状態変化があったときだけ起動して送信します。

ただし、実際の電池寿命は、送信周期、送信時間、再送回数、受信待機時間、電波状態、接続するセンサの消費電力、使用温度などによって変わります。

広域・長距離通信

LPWAは、Wi-FiやBluetoothなどの近距離無線と比較して、長距離通信に適しています。

屋外で見通しがよい場所では、数km以上の通信が可能になる場合があります。一方、工場内、建物内、地下、山間部などでは、壁、地形、金属設備などの影響を受け、通信距離が短くなることがあります。

通信距離は通信方式だけで決まるものではなく、アンテナの高さ、設置位置、周囲の障害物、送信出力、通信設定、周辺の電波環境などによって変化します。

少量データの送信に適している

LPWAは、次のような少量データの送信に適しています。

温度、湿度、圧力
電流、電圧、電力、電力量
水位、流量、残量
設備の運転・停止状態
異常・警報接点
カウンタ値
位置情報
メーターの検針値

一方、カメラ映像、音声、大容量ファイルなどを連続して送る用途には適していません。

配線工事を削減できる

設備から事務所や監視室まで信号線を敷設する場合、配管、掘削、高所作業、建屋間配線などが必要になることがあります。

LPWAを利用すると、設備側の信号を無線で送信できるため、新たな通信配線を敷設することが難しい場所でも導入しやすくなります。

特に、次のような場所で活用できます。

屋外に点在する設備
建屋をまたいで監視する設備
道路や構内通路を横断する配線が必要な場所
高所や離れた場所にある設備
稼働中で配線工事が難しい設備
測定場所を変更する可能性がある設備

LPWAの主な種類

LPWAは、大きく非セルラー系とセルラー系に分けられます。

非セルラー系LPWA

非セルラー系LPWAは、携帯電話事業者の通信網を使用せず、主に免許不要の周波数帯を利用する通信方式です。

代表的な方式には、LoRaやSigfoxがあります。

自社の敷地内や工場内に送信機と受信機を設置し、独自の通信網を構築できる点が特長です。携帯電話回線の月額通信料を必要としない構成にできる場合があります。

一方で、受信機やゲートウェイの設置、通信範囲の確認、ネットワークの管理などを利用者側で行う必要があります。

セルラー系LPWA

セルラー系LPWAは、携帯電話事業者の基地局や通信網を利用する通信方式です。

代表的な方式には、LTE-MやNB-IoTがあります。

携帯電話の通信エリア内であれば、自社で基地局やゲートウェイを設置せずに広範囲へ通信できることが特長です。遠隔地や移動体、複数地域に分散した設備の監視に適しています。

一方で、通信事業者との契約、SIM、月額通信料、通信エリア、通信サービスの提供期間などを確認する必要があります。

LoRa

LoRaは、LPWAに分類される無線通信技術の一つです。

免許不要の周波数帯を利用し、比較的長距離の通信と低消費電力を実現しやすいことから、工場、ビル、農業、河川、設備監視などに利用されています。

LoRaの物理層だけを利用し、送信機と受信機の間で独自の通信を行う方法と、LoRaWANと呼ばれる標準化されたネットワーク方式を利用する方法があります。

特定の設備から事務所へデータを送る場合には、1対1や1対多の専用通信として構築できます。多数のセンサをクラウドへ接続する場合には、LoRaWANを使用する構成があります。

Sigfox

Sigfoxは、LPWAに分類される無線通信方式の一つです。

通信事業者が提供する専用ネットワークを利用し、センサなどから少量のデータを低消費電力で送信します。

利用可能な地域、送信できるデータ量、通信回数、双方向通信の条件などがサービス仕様によって定められています。

LTE-M

LTE-Mは、携帯電話のLTEネットワークを利用するセルラー系LPWAです。

LTE Cat.M1とも呼ばれ、LPWAの中では比較的通信速度が高く、双方向通信、移動体通信、ソフトウェア更新などにも利用しやすいことが特長です。

車両、物流機器、ウェアラブル機器、遠隔監視装置など、移動しながら通信する用途にも適しています。

NB-IoT

NB-IoTは「Narrow Band IoT」の略で、携帯電話事業者の通信網を利用するセルラー系LPWAです。

狭い周波数帯域を利用し、少量データの送信と低消費電力を重視しています。スマートメーター、設備監視、環境計測など、固定された機器から定期的にデータを送信する用途に適しています。

Wi-Fi・Bluetooth・携帯電話回線との違い

LPWAと他の無線通信方式は、通信距離、速度、消費電力、データ量などが異なります。

通信方式	主な特長	主な用途
LPWA	長距離、低消費電力、低速、少量データ	遠隔監視、センサ、メーター、IoT
Wi-Fi	高速、大容量、比較的短距離	パソコン、スマートフォン、映像、インターネット接続
Bluetooth	近距離、低消費電力	周辺機器、ウェアラブル、近距離センサ
携帯電話回線	広域、高速、通信事業者の網を利用	スマートフォン、映像、移動体通信

どの方式が優れているかではなく、送信するデータ量、必要な通信距離、電源条件、更新周期、設置場所などに応じて使い分けます。

LPWAの主な用途

LPWAは、次のような分野で利用できます。

工場設備の遠隔監視
電力・エネルギー計測
水位・河川・防災監視
農業用センサ
ビル設備の監視
街路灯やインフラ設備の管理
ガス・水道・電気メーターの遠隔検針
車両や資産の位置管理
倉庫・物流設備の状態監視
サイロやタンクの残量監視

LPWAを導入する際の注意点

通信距離は設置環境によって変わる

LPWAは長距離通信に適していますが、必ず一定の距離まで通信できるわけではありません。

建物、地形、金属設備、アンテナの高さ、周囲の無線機器などによって通信品質が変わるため、導入前に実際の設置場所で通信テストを行うことが重要です。

通信速度とデータ量に制限がある

LPWAは、少量データを低頻度で送ることを前提としています。

短い周期で大量のデータを送り続けると、通信時間、消費電力、無線の混雑などが増加します。必要な更新周期とデータ量を整理したうえで採用します。

通信できない場合の動作を決める

無線通信では、一時的な通信途絶が発生する可能性があります。

データを一時保存して後から送信する、通信異常を表示する、最後の値を継続表示しないなど、通信できない場合の動作を決めておく必要があります。

非常停止や安全に直結する制御は、通信断の可能性を考慮し、LPWAだけに依存しない構成を検討します。

電源条件を確認する

LPWAは低消費電力ですが、無線機器、センサ、制御回路のすべてが電力を消費します。

電池駆動の場合は、送信周期、使用温度、電池交換方法、電池残量の確認方法などを含めて設計します。

法令・技術基準への適合

日本国内で無線機器を使用する場合は、電波法に適合した機器を使用する必要があります。

免許不要の周波数帯であっても、送信出力、周波数、アンテナ、送信時間などの条件があります。技術基準適合証明を取得した無線モジュールや製品を、認証条件に従って使用します。

セキュリティ

無線で設備データを送信する場合は、第三者による受信、なりすまし、不正なデータ送信などを想定します。

必要に応じて、暗号化、機器認証、端末識別、アクセス制限、改ざん検知などを検討します。

LPWA方式の選定方法

LPWAを選定する際には、次の条件を整理します。

必要な通信距離
設置場所と通信エリア
送信するデータ量
送信頻度と更新周期
双方向通信の必要性
固定設備か移動体か
電池駆動か外部電源か
端末の台数
通信料金の有無
自社でゲートウェイを設置できるか
データを保存・表示する場所
将来の端末追加やシステム拡張

例えば、工場敷地内で複数設備を監視し、通信費を抑えたい場合にはLoRaなどの非セルラー系LPWAが適することがあります。

全国に分散した設備や移動体を監視し、自社で受信設備を設置したくない場合には、LTE-MやNB-IoTなどのセルラー系LPWAが適することがあります。

ハカルプラスにおけるLPWAの活用

ハカルプラスでは、IoT分野におけるLPWAの可能性に着目し、LoRa無線を利用した通信機器を開発しています。

アナログ信号、接点信号、RS-485信号などをLoRa無線で送信し、離れた事務所や監視場所でデータを保存・表示できます。

既設設備へ後付けしやすく、通信配線を新たに敷設することが難しい場所のモニタリングに活用できます。

ハカルプラスでは、無線機器だけでなく、既設設備から取り出す信号、アンテナ位置、電源、通信距離、受信装置、データ保存、グラフ表示、警報、上位システム連携まで含めて検討します。

LoRa無線機器の詳細

よくある質問

Q. LPWAとは何ですか？

A. 少ない消費電力で広い範囲へ少量のデータを送信する無線通信技術の総称です。

Q. LPWAとLoRaは同じものですか？

A. LPWAは通信技術の総称で、LoRaはLPWAに分類される通信方式の一つです。

Q. LPWAにはどのような種類がありますか？

A. LoRaやSigfoxなどの非セルラー系と、LTE-MやNB-IoTなどのセルラー系があります。

Q. LPWAはWi-Fiより通信速度が速いですか？

A. 一般にWi-Fiより低速です。LPWAは通信速度よりも、長距離通信と低消費電力を重視しています。

Q. LPWAで映像を送信できますか？

A. 通信速度とデータ容量が限られるため、映像や大容量ファイルの連続送信には適していません。

Q. LPWAはどのくらいの距離まで通信できますか？

A. 通信方式、アンテナ、地形、建物、周囲の設備などによって大きく異なります。実際の設置場所で通信確認を行う必要があります。

Q. LPWAは電池で長期間使用できますか？

A. 低頻度・少量の通信であれば長期間運用しやすいですが、電池寿命は送信周期、再送回数、センサ、温度などによって変わります。

Q. LPWAを設備制御に使用できますか？

A. 状態監視や即時性を必要としない指示には利用できる場合がありますが、高速制御や安全に直結する制御には適さないことがあります。

Q. ハカルプラスではLPWAを使ったシステムを相談できますか？

A. LoRa無線を中心に、信号の取り込み、無線伝送、アンテナ、受信装置、データ保存、グラフ表示、警報まで含めて相談できます。