メッシュ対応で最大300kbpsの「Wi-SUN HAN」

Wi-SUNプロファイルは4つ、「Wi-SUN HAN」はスマートメーターと「HEMS」を接続

　前回は「Wi-SUN」を紹介したのだが、実は全部は説明し切れていない。そんなわけで今週もWi-SUNについて。

　Wi-SUNは、基本的にはMAC層までで、後はアプリケーションに応じてWi-SUNプロファイルが提供される、という話は、前回説明した通りだ。具体的なプロファイルとして、現時点では以下の4つが公開されている。

• HAN（Home Area Network）
  　　前回説明した、スマートメーター向けのネットワーク
• FAN（Field Area Network）
  　　今回メインとなる、LPWA向け拡張
• RLMM（Resource Limited Monitoring and Management）
  　　農業、防災、生産工場など、外部電源が利用できない／しにくい場所に向けた規格。これもLPWAに含まれるかもしれない。
• ガスメーター（JUTA）
  　　「U-BUS」と呼ばれる、ガスメーター用スマートメータリングシステムをWi-SUNの上に載せたもの。JUTAはテレメータリング推進協議会（Japan Utility Telemetering Association）から来ている

ちなみにRLMMは、Wi-SUNアライアンス内に「RLMM WG（Working Group）」が発足した、というニュースが2014年頃に流れたが、その後音沙汰がない。「IEEE 802.15.10」が2017年に標準化されたことでよし、ということなのかもしれない。出典は、京都大学 原田博司教授の"IoT時代を支える国際無線通信規格Wi-SUN"（PDF）

　このうち「Wi-SUN HAN」は、スマートメーター同士、あるいはスマートメーターと「HEMS（Home Energy Management System）」の接続に使う規格であることは、前回紹介した通り。HEMSとの接続はBルートとなるかたちだ。

　Wi-SUNそのものは、Zigbeeと同じくマルチホップにも対応しているが、Wi-SUN HANでは、このHEMSを介したシングルホップの接続も一応サポートしていて、以下のように拡張HANとして扱われている。こちらはさらに対応製品が少ないものの、ロームが2019年3月に対応無線モジュールを発表している。まずはHEMSの普及が先かもしれないが、今後は何かしら登場が期待できるかもしれない。

前回紹介した「SA-M0」や「CUBEがこの場合はHEMSに相当する

LPWAのマーケットを狙った「Wi-SUN FAN」

　ここまでの話では、ちょっと到達距離が広いPANというかLANの範疇を脱しておらず、あまりLPWAっぽくはない感じだが、もう少しLPWAっぽいというか、まさしくLPWAのマーケットを狙っているのが「Wi-SUN FAN」である。

　以下の左は、このWi-SUN FANのイメージである。Wi-SUN FANはプロファイルが違うだけで、PHY層とMAC層はWi-SUNそのものだ。屋外だとシングルホップで500mほどの到達距離で、速度は50～200Kbps程度、国内の場合は100Kbpsあたりとはなるのだが、マルチホップによるメッシュ接続が可能なので、より広範囲での利用が可能だ。そして、実際の使い方の例として示されているのが以下の右だ。

これだとまるでスマートメーターがネットワークの核になってるようにも見えなくはない

バックボーンにWiMAXというあたりがちょっと時代に合ってない気はする。出典はPhil Beecher氏（Wi-SUN Alliance社長兼CEO）の"Wi-SUN テクノロジーと認証"（PDF）。

　要するに、Wi-SUN FANを使って機器同士をメッシュ接続し、どこかでこれをインターネットに繋いで、そこからクラウドへデータを送るといったイメージになっているようだ。

　ちなみにこのWi-SUN FANのWGの共同議長は、CiscoとItron（Tronプロジェクトの方ではなく、スマートグリッド関連のメータリングやサポートなどを提供する米国の企業）が務めている。Wi-SUN FANがスマートグリッドやスマートシティ方面を志向するのは、このあたりから致し方ないところかもしれない。

　実際、上の左の構図から分かるが、エンドデバイスは基本的に外部電源が期待できるものが多いため、元々のWi-SUNよりも送受信の頻度が増えてもそれほど問題がない。それにメッシュともなれば、自身が通信する以外に、ほかのデバイスからの通信の中継も入るので、どうしても送受信の頻度が増える。

　そうなると、外部電源さえあればメッシュが構築できるので、有線インフラに比べると、はるかに安上がりである。あとはバックホールとの接続をどうするかだが、それこそ今なら4Gや、今後は5Gを使ってもいいわけで、ここにビジネスチャンスがあると判断するのは理解できる。

　このWi-SUN FANのプロトコルスタックは、以下のようなかたちとなる。LLC層にL2メッシュの機能を追加したほか、セキュリティとしてIEEE 802.1X認証と、IEEE 802.11iのグループキー管理を追加し、さらにオプションで「ETSI TS 102 887-2」を利用可能としている。

ベースは6LoWPANだが、L2メッシュが入っている所がWi-SUN HANとは大きく異なる。セキュリティも、基本的にHEMSとの通信だけのHANとクラウド接続を念頭に置いたFANでは、要求レベルが変わるのは理解できる

メッシュベースが「Wi-SUN FAN」のメリット、LoRaやCat.NB1との比較で

　さてWi-SUN AllianceはこのWi-SUN FANがLPWAとして有力である、という点を強くアピールしている。メリットの1つは、メッシュベースのネットワークなので、環境が変わっても通信環境が維持されやすい、という点だ。Wi-SUN Allianceが公開した以下の動画を見ていただくと、この辺りは分かりやすい。

Peer-to-PeerのCat.NB1やLoRaと、メッシュのWi-SUN FANでは、同じように速度を比較はできない気もする。出典はWi-SUN Allianceのホワイトペーパー"Comparing IoT Networks at a Glance"

　また、Wi-SUN Allianceのホワイトペーパーでは、「LoRa」および「LTE（Cat.NB1）」との比較で、「そもそも通信速度も速く、レイテンシーも少ない上に、双方向通信をサポートする」とその性能がアピールされている。

　ちなみに、ホワイトペーパーでは、「LoRa及びCat.NB1は、Wi-SUN FANと比較して5～6倍速度が遅い。これは要するに、より消費電力が増えるということだ」とされている。CiscoとItronが共同議長という時点で、視点が北米中心になるのは無理もないが、そもそも300kbpsのバンド幅は北米など一部地域に限られる。

　LoRaやCat.NB1が、基本的に基地局と言うかアクセスポイントまでPeer-to-Peerで繋がるので、全デバイスが50～60kbpsの速度を一様に享受できるのに対し、メッシュであるWi-SUNでは、バックホールに繋がる部分がボトルネックになる。つまりメッシュ全体からバックホールに繋がる部分が300Kbpsになるわけで、間欠的に通信を行うデバイスばかりなら問題はないだろうが、ある程度通信頻度が増えてくると、実際は大きく変わらないことにもなりかねない。

　さらに、ホワイトペーパーでは、セキュリティ要件についても比較されている。確かにこの比較ではWi-SUN FANが非常に強力なセキュリティ要件に基づいているのは分かるが、そもそもLoRaはそういう要求はアプリケーション要件に丸投げしているわけなので、アプリケーション側でそうした実装を行う必要がないという意味ではWi-SUN FAN側にアドバンテージがあるのかもしれないが、ちょっと無理な比較をしている気もする。

ここでLoRaに認証がないとするのは、ちょっと無理がある気もする

　とはいえ、メッシュベースで1ホップ最大500mというのは、LoRaなどと比較してもそう見劣りするスピードではないし、速度や機能などの面では、LPWAを名乗るのに十分なスペックとなっているのは間違いない。

基地局は不要ながら、モジュールが高価な点がデメリット

　そして、これを担保するのがCertificationプログラムである。Wi-SUN FANに限らず、Wi-SUNではCertificationプログラムの手順が確立しており、Wi-SUN FANにも、もちろんCertificationが用意されている。

PHYに関してはWi-SUN HAN/FAN/JUTAのCertificationが提供されるが、Technical Profileに関しては今のところWi-SUN HANのみの提供となっている。バックボーンにWiMAXというあたり、やや時代に合ってない気はする

テストはTBUを使って行われる。今のところUS（902～928MHz）に対応したCertificationをTELEC/TUV North America/TUV Yokohama/Allionの4カ所が提供可能となっているそうだ

　Certificationプログラムは2018年10月にスタートしており、2019年2月4日には、京都大学と日新システムズ、ロームによる共同開発のモジュールがCertificationを取得している。

　Wi-SUN HANが、スマートメーターまでには入りつつもその展開に苦しんでいる感があるのに対し、Wi-SUN FANは特にItronなど海外のスマートシティ向け製品を提供しているメーカーが力を入れているため、今後じわじわと増えてゆく可能性はあるだろう。

　基地局なども不要なため、それこそスタートアップ企業などが、これをベースに何かをはじめるのも難しくない（これは、Wi-SUN HANが日本のスマートメーターに広範に採用された関係で、モジュール類が確実に入手できる点も大きい）。その一方で、モジュールが高止まりして値段が下がりそうにない（このあたりが公共向けビジネスの弊害だろう）のは、それこそLoRaなどと比較すると明確なデメリットで、価格性能比という観点ではちょっと悩みどころだろう。