PCBニュース - ユビキタスネットワーク通信技術解析の10個

モノのインターネットを実現する通信技術の中で、Bluetooth、zigbee、Wi-Fi、GPRS、NFCなどは広範な無線技術に応用されています。これらのほかにも、それぞれの適したシーンで黙々と努力し、不可欠な役割を果たしているワイヤレス技術がたくさんあります。現在、ユビキタスネットワークソリューションベンダーの雲里ユビキタステクノロジーとともに、よく見られる10大無線通信技術の優劣と応用シーンを見てみよう。

1.ブルートゥースの技術特徴

Bluetoothは無線技術標準であり、固定デバイス、モバイルデバイスとビルのパーソナルドメインネットワーク間の短距離データ交換を実現でき、Bluetoothは複数のデバイスに接続でき、データ同期の難題を克服しました。ブルートゥース技術は、最初は電気通信大手エリクソンが1994年に創設しました。現在、BluetoothはBluetooth技術連合によって管理されており、Bluetooth技術連合には電気通信、コンピュータ、ネットワーク、消費電子などの複数の分野に分布する25,000社以上のメンバー企業があります。

Bluetooth技術の特徴としては、周波数ホッピング技術を採用し、信号減衰に抵抗すること、高速周波数ホッピングと短パケット技術は同周波数干渉を減少させ、伝送の信頼性を保証することができ、前方誤り訂正符号化技術は遠距離伝送時のランダムノイズの影響を低減することができ、FM変調方式を用いて装置の複雑性等を低減します。ここで、Bluetooth規格は、分散ネットワークを形成するために2つ以上のピコネットワーク接続を提供し、特定のデバイスがこれらのピコネットワークの中で主と従の役割を自動的に同時に果たすようにするものです。Bluetoothマスターデバイスは、1つのマイクロネットワークのうち7つのデバイスと通信することが多く、デバイス間でプロトコルを介して役割を変換することができ、デバイスからマスターデバイスに変換することもできます。

2.ZigBeeの技術特徴

Bluetooth技術とは異なり、ZigBee技術は短距離、低消費電力、安価な無線通信技術で、低速短距離伝送の無線ネットワークプロトコルです。ミツバチという名前のオクテットダンスは、ミツバチが飛ぶことと「ブーン」（zig）と翼（bee）を振る「ダンス」で仲間と花粉の位置情報を伝えるため、つまりミツバチはこのような方法でグループ内の通信ネットワークを構成しているからです。

ZigBeeの特徴は近距離、低複雑度、自己組織化、低消費電力、低データレートであり、ZigBeeプロトコルは下から上までそれぞれ物理層、メディアアクセス制御層、トランスポート層、ネットワーク層、アプリケーション層などで、その中で物理層とメディアアクセス制御層はIEEE 802.15.4標準の規定にしたがいます。ZigBee技術は自動制御と遠隔制御の分野に適しており、様々なデバイスを組み込むことができます。

3.Wi-Fiの技術特徴

Wi-Fiは私たちの生活の中で非常に一般的で、一線都市のほとんどの公共の場所に無線ネットワークが設置されています。これは、低コストと伝送特性によって決定されます。Wi-Fiは電子機器を無線LANに接続できる技術であり、通常は2.4G UHFまたは5G SHF ISM無線周波数帯を使用し、無線LANに接続するには通常パスワード保護があるが、オープンでもあります。これにより、WLANの範囲内のデバイスが接続できるようになります。

無線ネットワークの周波数帯域は世界的に電気通信の免許を必要としないため、WLAN無線デバイスは世界的に使用可能であり、費用が非常に安く、データ帯域幅が非常に高い無線エアインターフェースを提供しています。Wi-Fiカバレッジエリア内でWebページをすばやく閲覧し、いつでもどこでも電話に出られます。Wi-Fi機能があれば、長距離電話をかけたり、Webページを閲覧したり、電子メールを送受信したり、音楽を送ったり、デジタル写真を転送したりすることができ、速度が遅く、費用がかかることを心配する必要はありません。

ハンドヘルドデバイスへのワイヤレスネットワークの活用が広がっているが、スマートフォンはその一部です。以前携帯電話に応用されていたBluetooth技術とは異なり、Wi-Fiはより広いカバー範囲とより高い伝送速度を持っているため、Wi-Fi携帯電話は2010年の移動通信業界のファッショントレンドとなっています。

4.LiFiの技術特徴

LiFiは可視光無線通信とも呼ばれ、英国エディンバラ大学電子通信学院移動通信学部長、ドイツの物理学者ハラルド？ハス教授が発明しました。LiFiは敷設された設備を用いて、電球に微小なチップを埋め込むことでWiFiホットスポットに似た設備を形成し、端末がいつでもネットワークにアクセスできるようにします。

この技術の特徴は、部屋の照明光線の点滅周波数を変えることでデータ伝送を行うことで、室内で電灯をオンにすれば、WiFiを必要とせずにインターネットにアクセスでき、将来的にはスマートホームで広く応用される見通しがあります。

5.GPRSの技術特徴

GPRSは、GSM（登録商標）携帯電話ユーザーが利用できるモバイルデータサービスで、第2世代移動通信におけるデータ伝送技術に属することでよく知られていると言えます。GPRSはGSMの継続と言え、GPRSは従来の連続的なチャンネル伝送の方式とは異なり、カプセル化されて伝送されるため、使用者が負担する費用はその伝送資料単位で計算され、そのチャンネル全体を使用するのではなく、理論的には安いです。

GPRSは2Gと3Gの間の技術であり、2.5Gとも呼ばれ、GSMから3Gへのスムーズな移行を実現するための基礎を築きました。移動通信技術の発展に伴い、3G、4G、5G技術が開発され、GPRSもこれらの技術に取って代わられつつあります。

6.Z-Waveの技術特徴

Z-Waveは、デンマークのZensys社が主導する無線ネットワーク仕様の無線周波数ベース、低コスト、低消費電力、高信頼性、ネットワークに適した新興の短距離無線通信技術です。動作周波数帯は908.42 MHz（米国）～868.42 MHz（欧州）で、FSK（BFSK/GFSK）変調方式を採用し、データ伝送速度は9.6 Kbpsで、狭い広帯域応用の場合に適しています。

通信距離の増大に伴い、デバイスの複雑さ、電力消費量、およびシステムコストは増加しており、従来の各種無線通信技術に比べて、Z-Wave技術は電力消費とコストの技術で、低レート無線パーソナルエリアネットワークを強力に推進しています。

7.無線周波数433の技術特徴

無線周波数433は無線送受信モジュールとも呼ばれ、無線周波数技術を採用し、全デジタル科学技術で生産された単一IC無線周波数前段とATMELのAVRモノリシック機から構成され、データ信号を高速に伝送できるマイクロ送受信機、無線伝送されたデータはパッケージング、誤り検出、誤り訂正処理を行います。

無線周波数433技術の応用範囲は無線POS機、PDAなどの無線スマート端末、セキュリティ、機械室設備の無線監視、ゲートシステムを含む。交通、気象、環境データ収集、スマート団地、ビル自動化、PLC、物流追跡、倉庫巡検などの分野に応用されます。

8.NFCの技術特徴

NFCは1種の新興技術であり、NFC技術を使用した装置は互いに接近した場合にデータ交換を行うことができ、非接触式無線周波数識別（RFID）及び相互接続相互接続技術の統合から発展してきたものであり、単一チップ上に誘導式カードリーダ、誘導式カードとポイントツーポイント通信の機能を集積することにより、モバイル端末を利用してモバイル決済、ゲートウェイ、アイデンティティ識別などの応用を実現します。

近接通信技術は電子決済、身分、チケット、データ交換、偽造防止、広告などの多種の機能を実現し、それはユーザーが携帯電話を使用する方式を変え、ユーザーの消費行為を徐々に電子化に向かわせました。

9.UWBの技術特徴

UWBは、ナノ秒〜マイクロ秒レベルの非正弦波狭パルスを用いてデータを伝送するキャリアレス通信技術です。UWBは初期に近距離高速データ伝送に応用されていたが、近年海外ではそのサブナノ秒級の超狭パルスを利用して近距離室内測位を行うようになりました。

BluetoothやWLANなどの帯域幅が比較的狭い従来の無線システムとは異なり、UWBは広い周波数で非常に狭い低電力パルスの一連を送信することができます。広いスペクトル、低い電力、パルス化されたデータは、UWBによる干渉が従来の狭帯域無線ソリューションよりも小さく、屋内無線環境で有線に匹敵する性能を提供できることを意味します。

10.Modbusの技術特徴

Modbusはシリアル通信プロトコルであり、Modicon社（現在はシュナイダー電気）が1979年にプログラマブル論理コントローラ通信を使用するために発表しました。Modbusはすでに工業分野の通信プロトコルの業界標準となっており、現在は工業用電子機器間で一般的に使用されている接続方式です。

Modbusプロトコルはmaster/slaveアーキテクチャのプロトコルです。マスターノードがあり、Modbusプロトコルを使用して通信に参加している他のノードはslaveノードで、各slaveデバイスにはアドレスが1つあります。シリアルおよびMB+ネットワークでは、プライマリノードとして指定されたノードだけがコマンドを起動できます。

Modbusプロトコルは簡単で複製しやすいため、ModbusプロトコルとゲートウェイはModbusプロトコルをサポートしていますが、設計者は高遅延とタイミングを含む問題を克服する必要があります。

「大根に穴」、それぞれの応用分野で強みを発揮する。

無線通信技術は将来的にモノのインターネットと工業自動化を実現するための基本的な技術で、無線応用の増加に伴い、各種技術や設備もますます多くなり、無線通信技術に依存するようになります。

上記に挙げた10大無線通信技術のように、各技術には独自の長所と短所があり、自身の応用シーンにも制限されています。例えばZ-Wave技術は住宅、照明商業制御及び状態読取応用においてかけがえのない優位性を持っています。Bluetooth、Wi-Fiのコストと伝送特性は明らかで、よく見られるインターネットシーン、例えばデパート、交通などの場所では優位性が大きいです。Modbusの技術的特徴は、工業分野で通信されていることを決定し、地位は代替できません。

真のモノのインターネットを実現するには、将来的にはこれらの技術連盟と人員が力を合わせて、相互に協力して、巨大なモノのネットワークを支える必要があります。

（株）iPCBはPCB＆PCBAの設計、製造販売及びこれらの付随業務の電子相関事業を手掛けています。弊社の詳細はリンク：https://www.ipcb.jp/ 或いはhttps://www.ipcb.com/jp　をご覧ください。