• 更新日
• 2023.09.15
• 公開日
• 2023.09.15

　産業機器分野においても有線から無線化への流れが加速しています。無線化する場合、無線規格をどのような観点で選定すればよいかは多くの方が迷うところかと思います。本記事では無線規格の「比較」と「選ぶためのポイント」を説明します。

1. 産業用ネットワークの市場動向

　HMS社の情報によると、産業用ネットワークの市場シェアは、 23年では22年に比べてワイヤレスが7％から8%（成長率22%）へ成長すると見込まれています。背景として、配線の置き換え用途やAGV制御、モバイル型の産業機器への接続などの増加があります。現在は、WLANやBluetoothが主流となっていますが、5GやLPWAに対しても着実に注目が集まっています。

2. 無線化にするメリットと効果は？

　IoTにより様々なモノが無線で繋がっている時代です。一般的には有線から無線に変えることで下記のようなメリットがあります。

1. 配線不要で設置が簡単になり、配線コストが削減できる
2. スッキリした見た目で製品のデザイン性がUPする
3. 移動や増設がしやすく、レイアウトの変更が容易となる

無線化ニーズと期待する効果

　無線化のニーズと期待する効果を見ていきましょう。

活用シーン	ニーズ	効果
工場	生産性向上 稼働パフォーマンス管理 有線の配線問題	見える化による問題箇所の改善 配線問題の解消
防犯、見守り	危険地域の監視 持ち去り、置き忘れ防止 遠隔での見守り	作業員の安全確保 防犯、トラブル発生抑制 作業員の負担軽減
作業現場	現地業務支援 人材育成	作業効率、正確性向上 スキル向上
計測機器	遠隔データ測定 故障予知管理	作業員の負担軽減 メンテナンスコストの削減 故障による生産停止の防止
人手不足	熟練工、労働者不足の対策	検査工程の自動化、省人化 ノウハウのデジタル化

3. 無線規格の種類と特徴

　無線規格にはWi-Fi、Bluetoothなどを含む多くの種類が存在します。各規格によって周波数、速度、距離等が異っており、用途によって使い分けられています。下図は横軸を通信距離、縦軸を通信速度・消費電力で表したもので、右にいくほど通信距離が長く、上にいくほど 通信速度が速くなります。

4. 各無線規格の特徴

Bluetoothとは

　Bluetooth SIG（Special Interest Group）が定めた無線技術です。
　最長100m程度の通信で、ヘッドセットやPC周辺機器等、様々なデバイスに搭載されています。

　Bluetooth1.0のバージョンが誕生したのは1999年で、その後バージョンアップを重ね、2023年にBluetooth5.4が発表されています。

　version 3.x ・・・ 最大通信速度を24MbpsとなるHigh Speed（HS）機能が追加

　version 4.x ・・・ 大幅な省電力化されたLow Energy（LE）機能が追加

　version 5.x ・・・ 方向検知機能、LE Audio規格の追加

ZigBeeとは

　Connectivity Standards Alliance（CSA）旧Zigbee Allianceが仕様策定を行う無線技術です。

　概ね30m程度の通信で、消費電力が低いのが特長です。メッシュ型のネットワーク構成をサポートしており、中継機（ルータ）を設置することにより、直接電波の届かない機器とも通信出来ます。

　１つのネットワークに理論的には最大65,538台が接続可能です。

Wi-Fiとは

　Wi-Fi Allianceが策定したIEEE802.11規格を使用した無線技術です。

　概ね100m以内の通信で、スマートフォンやタブレット、家電、ゲーム機、その他様々なネットワーク機器で広く普及しています。

　使用する周波数帯や最大速度など、いくつかの規格に分類されます。

LPWA（Low Power Area Network）とは

　数100m～数km以上の長距離かつ低消費電力な無線通信技術の総称です。

　LPWAには、大手通信事業者が運営する基地局を使用したセルラー系LPWAと、無線局免許が不要な周波数帯を利用したノンセルラ系LPWAがあります。

　ノンセルラ系LPWAの多くは920MHz（Sub-GHz帯）を使用しており、回折性能がよく障害物の影響を受けにくいといった特長もあります。

　IoT分野で幅広く使用されており、森林や農場、水上などの人が立ち入りづらい場所でのモニタリング利用や、ガス水道などのインフラ管理といった用途でも利用されています。

　LPWAの中にも様々な規格がありますので、下記記事もご確認ください。

LTEとは

　LTE（Long-Term Evolution）は3Gの後継として開発された無線通信技術です。4Gとも呼ばれますが、厳密には3.9Gで4Gへの移行過程の通信規格です。LTEの主な特長は高速なデータ通信、低遅延、そして高い帯域効率です。最大で数百Mbpsのダウンロード速度と数十Mbpsのアップロード速度が実現可能であるため、高品質な動画ストリーミング、ソーシャルメディア、クラウドベースのサービスなどに利用されています。また、低遅延でリアルタイム通信にも十分対応しています。LTEは現在、スマートフォンやタブレットなど多くのデバイスで広く利用されており、5Gの普及に伴い、補完的な役割も担っています。

5Gとは

　5G（第5世代移動通信システム）は、4Gの後継として開発された無線通信技術です。主に以下の特長を持ち、スマートシティ、産業オートメーション、エンターテイメントなど、多様な用途での利用が期待されています。

• 超高速通信　：数Gbpsでの通信が可能なため、映像や大容量データの通信が可能
• 超低遅延通信：リアルタイム通信や自動運転、遠隔医療などに有用
• 多数同時接続：多くのデバイスが同時に効率よくネットワークに接続可能

5. 迷わないための無線規格の選定ポイント

　無線規格の種類が多く、選ぶのが難しいという方はまず下記ポイントで選定してみてください。

• 使用用途は何か？通信相手はどのような機器か？
• 通信距離、範囲はどれぐらいか？
• 通信したいデータサイズはどの程度か？
• 通信速度や消費電力はどれぐらいか？

　無線導入時につまずきやすいポイントである「電波法」、「セキュリティ」、「通信安定性」について知りたい方はこちらの記事も参照下さい。