IOT規格 Wi-SUN HANとは?

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Wi-SUNとは

「Wi-SUN HAN」の前に「Wi-SUN」について復習します。「Wi-SUN」とはWireless Smart Utility Networkの略で、“SUN”の略である「Smart Utility Network」とは、ガスや電気、水道のメーターに端末機を搭載し無線通信を使って、効率的に検針データを収集する無線通信システムのことです。

Wi-SUNではサブギガヘルツ帯と呼ばれる900MHz前後の周波数帯の電波で通信を行います。日本では2012年、920MHz帯が免許不要で利用できる帯域として割り当てられていますが、無線LANなどで利用される2.4GHz帯と比べ、障害物などがあっても電波が届きやすく、他の機器などからの干渉も少ない周波数帯です。

Wi-SUNという規格は、日本の情報通信研究機構(NICT)、米Elster、Itron、Landis+Gyr、Silver Spring Networksなどが創設した「Wi-SUNアライアンス」が、標準化、普及促進活動を行っており、物理層の仕様は「IEEE 802.15.4g」です。これはIEEEで標準化された国際規格でもあります。IEEE 802.15.4gは、通信速度がそれほど速くない(数百kbps程度の速度で通信)のですが、複数の端末がバケツリレー式にデータを中継し、遠隔地間を結ぶマルチホップ通信に対応していることや、低消費電力であることが特徴です。

IEEE 802.15.4gとは

IEEE 802.15.4gは、前述のように無線通信の物理的な接続や伝送方式を定めた物理層の仕様です。低消費電力の無線通信方式「ZigBee」のベースになっているIEEE 802.15.4に、周波数帯およびデータサイズの拡張や変調方式の追加といった変更が加えられています。ネットワークの構成は、メッシュ型やスター型、1対1接続といった、さまざまなトポロジに対応しており、膨大な数のスマートメーターから情報を収集することが可能だ。

この規格はもともとNICTが国内ガス会社やメーター製造企業と連携してIEEEに提案し、標準化をリードしてきたもので、日本発の国際標準と言える。これに伴い、1つレイヤが上のMAC層の仕様もIEEE802.15.4eとして標準化されています。(ECHONET LiteととWi-SUN HANを参照)IEEE802.15についてはこちらのページをご覧ください。

Wi-SUN HANとは

さて、本題の「Wi-SUN HAN」です。HANとは「Home Area Network」の頭文字をとったものです。2015年1月末に、「Wi-SUNアライアンス(約60社が加盟する設備系無線の標準化団体)」が、スマートメーターや家庭用エネルギー管理システム(HEMS)と、家電製品などを連携させる「Home Area Network」用として新たに策定した無線規格です。当初の対象となるのはエアコン、照明、太陽光発電システム、蓄電池、燃料電池、給湯器、EV充電器、スマートメーターの8種類を予定しており、コントローラは10万~20万円、家電製品などに取り付ける受信用のアダプターは1万~2万円程度の見通しとのことです。HEMSについてはこちらのページをご覧ください。

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(日新システムズ http://www.co-nss.co.jp/products/middleware/ew-wsn.html より)

Wi-SUNは、これまでに「Bルート」と呼ばれる「スマートメータとHEMSコントローラ間」を接続するためのプロファイルが策定され、東京電力などですでに採用されていました。この1対1の通信であるBルートに対し、このHAN用プロファイルは1対多数の通信に対応し、さらにHEMSコントローラと家電との間に中継器を介した通信にも対応しています。Wi―SUNアライアンスはアメリカやアジアにもこの規格の普及を進め考えで、すでにシンガポールとインドでは導入の検討が始まったとのことです。

ECHONET LiteとWi-SUN HAN

ECHONET LiteとはECHONETコンソーシアムにより策定されたHEMS用標準通信プロトコルのことです。ISO規格及びIEC規格として国際標準化されており、経済産業省により、スマートメータや家庭内機器とHEMSコントローラをつなぐ日本国内での標準プロトコルとしてしても推奨されています。下図のようにOSI参照モデルにおける5層以上のプロトコルスタックとして規定されています。

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(日新システムズ http://www.co-nss.co.jp/products/middleware/ew-wsn.html より)

上図のように、HEMSにおいては各機器間の上位層通信プロトコルとしてECHONET Liteが策定されていますが、ECHONET Liteにおいて規定されない下位層通信プロトコルとして、IEEE 802.15.4gの920 MHz帯無線を用いるWi-SUNプロファイルの策定を進めてきました。これまでに、「Bルート」については策定されいて、既に複数の電力会社により採用されていましたが、今回はさらに、「HAN」と呼ばれる「HEMSコントローラと各家電間の区間」についてのWi-SUNプロファイルが策定されたわけです。

920MHz帯を利用する利点

IEEE802.15.4gが使う周波数帯は2012年に地上アナログ放送の停波で空いたところです。この周波数帯が無線局免許がいらないことから、さまざまな近距離無線通信への利用が試みられています。前述のように2.4GHz帯に比べ、電波が障害物を回り込みやすく、電子レンジなどの家電製品等があっても影響を受けにくいという特徴があり、家庭やオフィスなどで利用に向いています。通信速度は1Mbps以下と決して早くはありませんが、電池式で10年はもつ低消費電力で、検針データのようなサイズの小さいデータを、低消費電力で伝えるという目的に適しています。

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Wi-SUNの可能性

Wi-SUNは低消費電力、比較的長距離通信が可能、マルチホップ方式対応、さらに920MHz帯は障害物にも強いため野外での利用にも適しているといった特徴から、広域のネットワークを形作り、将来的には農地の温湿度や降雨量センサ、災害地の環境センサ、橋梁などの建造物の状態センサ、ダムの水位センサ、放射線量センサなどの情報を無線で収集し、農作物の収量や品質の向上、環境状態のきめ細かい把握、建築物の保守に生かすことなどが考えられています。スマートメーター用無線としての活用から地域に密着した公益性の高いサービス提供基盤の確立へと活用の範囲を広げようとしています。

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