大量のモノのインターネットが人類の未来を結ぶ

小型デバイスをIoTに接続することは、スマートデバイスが異なる非互換な技術を採用しているため、課題が伴いました。現在、セルラーIoT LPWANが注目を集めています。これは、WLANとクラウド間の長距離無線接続のニーズを満たしているためです。ITU-Rは、NB-IoTおよびLTE-Mを5G標準の重要な部分として定め、継続的な開発を保証しています。DECT NR+は、大規模IoTの技術要件をすべて満たし、5G技術として定義されています。それにより、技術者はSIMが不要な密集したプライベートメッシュネットワークを構築することが可能となります。セルラーIoTとDECT NR+は、高密度IoTアプリケーションに理想的です。Nordic Semiconductorは、未来の数十億のスマートデバイスを接続するために使用される重要な技術部品を設計しています。

ベル研究所のAdvance Mobile Phone System (AMPS) セルラーネットワークから今日の5Gインフラストラクチャに至る発展の道筋は、大きな技術的飛躍によって特徴付けられています。それぞれが「世代」で表現されます。1970年代後半から80年代前半の「1G」は、通話にアナログシステムを使用しつつも、バックホールにはデジタルを使用したセルラーモバイル通信を基にしていました。完全なデジタル化を遂げた2Gは1990年代初頭に登場しました。世紀の変わり目の直前に、3Gがスマートフォンの普及を支える高スループットをもたらしました。4Gは2009年からLong Term Evolution (LTE) 標準を導入し始めました。4Gの最大スループットは100 Mbpsで、高精細ビデオのサポートを可能にしました。5G標準は2016年に導入されました。この技術はインターネットブロードバンド用の光ファイバーネットワークと直接競合し、以前の世代に比べて低遅延と改善されたスペクトル効率を提供します。5Gはまた、大規模マシンタイプ通信 (mMTC) 要件を念頭に置いて定義された初のモバイル標準であり、これが大規模IoTへの道を切り開きます。

Massive IoT は、将来、数十億、さらには数兆の小型デバイスがインターネットに直接接続されるネットワークを表現するために作られた用語です。これらの「モノ」は、PC、サーバー、スマートテレビ、スマートフォンといった、消費者がインターネットと関連付けるデバイスではありません。むしろ、これらはコンパクトで、リソースに制約があるセンサーやアクチュエーターが多く、人間と機械のインタフェースを持たないものです。Ericsson は、Massive IoT アプリケーションを「遅延にあまり敏感ではなく、比較的低いスループット要件を持つが、大量の低コストで低エネルギー消費のデバイスをネットワークに接続し、優れたカバレッジを提供する必要があるもの」と定義しています。同社は、広範囲にわたる接続性に依存し、膨大な数の接続を処理できる IoT ユースケースの人気が高まる中で、Massive IoT への需要を牽引していると説明しています。

数年前までは、小型デバイスをIoTに接続することは困難で、高価で複雑なゲートウェイに依存していました。しかし今日では、LTE-MやNB-IoTといったLPWANオプションを活用したセルラーIoTという洗練された解決策があります。セルラーIoT LPWANは、WLANとクラウド間のエネルギー効率に優れた、コスト効果の高い、広範囲なワイヤレス接続のニーズを満たすために急速に発展しています。

高スループットのセルラー技術は非常に複雑で高価であり、ハードウェアは大きく、消費電力も多いです。IoTエンジニアにとって、高スループットのセルラー技術の高コスト、複雑性、そして高い消費電力は、IoTを構成するコンパクトでバッテリー駆動のセンサーのネットワークを構築することを困難にします。

しかしながら、基本的に簡略化された携帯端末モデムであるセルラーモデムは、高価なリモート資産をクラウドに接続するためのニッチな用途を見つけ出しています。例えば、スマート電力配電グリッドを制御するために使用される地方のインテリジェント電子デバイス（IED）は、通常セルラーモデムを介して制御センターに情報を送ります。また、自動販売機のような商用機器のオペレーターは、セルラーモデムを使用して情報を本社に送信することができ、サービススタッフを派遣して在庫を手動で確認する必要がなくなります。

しかし、これらのアプリケーションを支えるモデムは、IoT を構成する低消費電力およびリソース制約のあるデバイスには適していません。その代わりに、セルラー IoT の起源は 3rd Generation Partnership Project (3GPP)—7 つの通信標準化団体によるグループ—の LTE 仕様 Release 13 に見出すことができます。この仕様は、IoT の LPWAN のニーズをサポートする新しい低複雑度 RF モデムを定義しました。

2016年に採用された際、Release 13はLPWANサポートのために3つの新技術を規定しました。それは、Extended Coverage GSM Internet of Things (EC-GSM-IoT)、LTE-M、そしてNB-IoTです。その中でも後者2つがこれまでに最も大きな影響を及ぼしました。LTE-Mは1.4メガヘルツの帯域幅を特徴とする半二重または全二重システムとして動作します。生データのスループットはダウンリンクで300キロビット毎秒、アップリンクで375キロビット毎秒であり、アプリケーションがインターネットプロトコル (IP) を使用して動作する場合、上下で約100キロビット毎秒を提供します。移動性は従来のLTEと同じセルハンドオーバーによって完全にサポートされます。一方、NB-IoTは主にエネルギー効率と建物内や地下へのより良い浸透性を目的として設計されました。そのトレードオフは比較的控えめなスループットです。NB-IoTはLTE物理層 (PHY) に基づいておらず、代わりにLTE-Mモデムよりもさらに複雑性の低いモデムを備えた新しいタイプのRF技術です。NB-IoTは幅200キロヘルツの狭帯域を使用します。

2016年のリリース13以降、セルラーIoTの仕様は進化を続けています。例えば、リリース14ではNB-IoTの第2の形式であるCAT-NB2が導入され、これによりスループットが向上し、NB-IoT向けのいくつかの高度な位置技術が導入されました。そしてリリース17では、さらにスループットが向上しました。おそらく最も重要なことは、NB-IoTとLTE-Mが当初4G LTE標準の一部として開発されましたが、3GPPはNB-IoTとLTE-Mを5G標準の重要な部分として位置づけ、ネットワークの進化に伴って継続的な開発を保証したという点です。

次なる大規模 IoT の成長段階では、これらの 5G ネットワークが活用されます。エンジニアたちは今後必要とされるものを予測し、‘大規模機械型通信’ (mMTC) を含む未来を定義してきました。それは、マシン間 (M2M) アプリケーションに向けた低消費電力の無線通信を大規模に設置する未来です。このような技術は、1 キロメートルあたり最大 100 万台のデバイスの展開に対応するよう設計されます。

Nordic Semiconductorは、2018年にセルラーIoTソリューションnRF9160を発売しました。これは、LTE-M/NB-IoTモデムとGNSSを統合した低消費電力のSiPです。これにより、同社は新たに台頭しつつあるセルラーIoT技術の先駆者となり、今日ではその基盤を基に、完全包括的で世界水準の大規模IoTソリューションを提供する初の企業となりました。Nordicの提供するソリューションは、セルラーIoTの設計、製造、および導入において、単純化、安定性、およびコスト効率を実現します。

IoTがその約束された可能性を実現するためには、包括的に設計された基盤が必要です。携帯ネットワーク向けIoTをエンドツーエンドでサポートすることによって、NordicはIoT基盤を構築する顧客を支援するリーダーの1社となっています。しかし、同社はまだ始まりに過ぎません。未来に数十億のスマートデバイスを接続するための重要なインフラの設計者および供給者としての計画を掲げています。

Nordicは、5年間にわたるセルラーIoTのグローバルロールアウト期間を賢く活用しました。彼らが行ったことは、一からプラットフォームソリューションを開発し、競合他社を大きくリードすることでした。それがnRF91シリーズ、具体的にはnRF9160 LTE-M/NB-IoT SiPです。

コイン型電池のような小さなバッテリーからセルラーIoT製品を駆動することは期待できませんが、若干大きめの通常のバッテリーから長期間駆動することは期待できます。バッテリー技術の最新の進歩により、セルラーIoTアプリケーションがBluetoothワイヤレス技術と同様の期間稼働することが可能になるかもしれません。それは、いくつかの使用ケースでは数年にわたることを意味します。また、エネルギーハーベスティングの最近の進歩により、これらのバッテリー運用寿命を数十年、場合によっては未来にそう長くない期間で延ばす可能性が期待されています。

NordicのnRF9160 SiPは、その後、セルラーIoT SiPのラインナップに加わった2つの新しい強力な追加品、nRF9161およびnRF9131 LTE-M/NB-IoTとDECT NR+（「NR+」）ソリューションによって更に強化されています。これらはセルラーIoTの商業的および技術的な可能性を革新的に再定義するだけでなく、初めてセルラーIoTにネイティブのNR+サポートおよび能力を導入します。

従来のセルラーとは異なり、NR+は動作にセルラーベースステーションを必要としません。NR+は、周波数計画や周波数賃貸料が不要なグローバルで免許不要の1.9 GHz帯を使用したプライベートネットワークとして動作します。しかしながら、NR+は、セルラーのあらゆる利点を大幅に低コストで提供することを約束する最先端の5G技術です。これには、セルラーの伝説的なセキュリティと信頼性を備え、数百万ではなく数十億のIoTノードにグローバルにスケールするシームレスな能力が含まれます。

NR+は、失敗が許されない全く新しいM2Mアプリケーションにおいて、超高信頼のワイヤレス接続を提供することを約束する純粋なIoTワイヤレス技術です。例えば、自律走行車や人間の工場または倉庫作業員と共に動作する高速ロボットを考えてみてください。または、建物、都市、ユーティリティネットワークにおける重要なインフラストラクチャにも適用されます。

供給チェーン全体を所有し、顧客の需要を満たすために、Nordicの製品提供は現在、あらゆる主要なワイヤレスIoT接続プロトコルと技術に拡大しています。これには、セルラーIoT（NB-IoTおよびLTE-M）だけでなく、最新の大規模IoT技術であるDECT NR+、低電力Wi-Fi、Matter、Thread、Zigbee、クラウドおよび位置情報サービス、PMICsやレンジエクステンダーも含まれます。

Nordicは、nRF51シリーズの発売によりBluetoothワイヤレス接続市場を再定義しました。そして今、最先端のnRF91シリーズでセルラーIoTにおける可能性を再定義しています。Nordicは、クラスを再定義するワイヤレスIoT接続製品を市場に他社に先駆けて提供し、競合他社が追いつくのに苦労する中で、次のブレークスルーの開発に注力する実績を持っています。また、同社はサポートするさまざまな標準ベースのIoT技術において、主要なアップグレードを搭載した製品を最初に発売する企業でもあります。

特にNordicの顧客にとって重要なのは、製品にNordicのソリューションを指定した場合、そのデバイスが将来の複数世代のアップグレードにも対応できる十分な能力を持つということです。このような将来性の確保により、大幅なコスト削減が可能になるだけでなく、市場投入までの時間における競争優位性も得られる可能性があります。

IoTは、気候変動、持続可能な消費、貴重な天然資源の保護、健康成果の向上、そして世界をすべての人にとってより幸せで安全で健康的な場所にすることなど、地球上の最大の課題のいくつかを解決する上で重要な役割を果たすでしょう。長い間待たれていましたが、2024年はセルラーIoT技術が主流になり始める年になるかもしれません。これは、多様な製品に搭載され、無数のIoTアプリケーションにグローバルな接続性を提供する重要な基盤を形成することを意味します。