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2020年、IoT × 5Gで産業に何が起こるのか? エリクソンの藤岡CTOが語る、製造業の未来予想図

2020年、IoT × 5Gで産業に何が起こるのか? エリクソンの藤岡CTOが語る、製造業の未来予想図

世界を代表するマイクロエレクトロニクス国際展示会「SEMICON Japan 2017」で、国内外のリーディング企業/研究機関のトップエグゼクティブや技術エキスパートが講演。エリクソン・ジャパンのCTOである藤岡雅宣氏が登壇したセッション「IoTコネクティビティ:LPWAと5G」では、近年注目されるIoTと5Gの関係性を解説。実証実験の事例も踏まえた最新トレンドと今後の潮流を語りました。

シリーズ
SEMICON JAPAN 2017 > IoTコネクティビティ:LPWAと5G
2017年12月15日のログ
スピーカー
エリクソン・ジャパン株式会社 チーフ・テクノロジー・オフィサー 藤岡雅宣氏

LPWAとはなにか?

藤岡雅宣氏(以下、藤岡) エリクソンの藤岡でございます。よろしくお願いいたします。 IMG_2636 今日は「LPWAと5G」ということで、まずはLPWA(注:Low Power Wide Areaの略)とはなにか、というところから入りまして、現状のセルラー系のLPWAの導入状況のお話をしたいと思っております。そのあと、5Gの動向と今後の動き、そのなかでIoTを含む5G関係のさまざまなトライアルをやっていますので、そのあたりもご紹介したいと思っています。全体をとおして、製造業におけるIoTの利用の話も含めていきたいと思っております。 まず、IoTは大きく2つに分かれます。1つが、いわゆるセンサー系、メーター系、スマートハウス、フリートマネジメント等です。低コストで低消費電力。そしてデータ量は小さいですが、非常にたくさんの端末量があるという世界です。これがいわゆるMassive IoT、専門用語的にはMassive MTC(Machine Type Communications)と言っています。LPWAは、ほぼこのMassive MTCに相当します。 もう1つが、ミッションクリティカル系です。例えば、遠隔で重機を動かしたり、あるいは交通関係ではITS(注:高度道路交通システム)など、さまざまなミッションクリティカル系のIoT・MTCがあります。こちらは超高信頼、超低遅延、超高アベイラビリティなどの特徴を持っています。 今日はLPWAのお話がメインです。これはエリクソンの予測です。 0001 IoTデバイスの数を見てみると、現状、こちらの下の黄色っぽいところが、人が使うPCとかスマートフォンなどの端末。こちらの緑側の部分は、いわゆるIoTデバイスです。 今はだいたい70億個ぐらいのデバイスがつながっていますが、このIoTが今後どんどん増えていき、2023年ごろには合計で200億個になると予測しております。 そのうちの多くが実はショートレンジ、いわゆるBluetoothやWi-Fi、Z-Wave、ZigBee等です。これが174億。一方、広域IoTは24億。LPWAはほぼ広域IoTのことを指します。我々は、このうちだいたい7割ぐらいがセルラーであると見ております。

主なLPWAの特徴

LPWAは大きく2種類に分けられます。1つは非セルラー系です。いわゆるアンライセンスバンドを使ってやるような非セルラー系。日本でもLoRaやLoRaWAN、SIGFOXですね。最近ソニーさんが発表しているような技術もございます。これは、先ほど言いましたようにライセンスバンドではなくて、ライセンスを使わない、免許が不要なバンドを使う技術です。 もう1つがセルラー系です。これはいわゆる携帯電話事業者が持っているライセンスバンドを使う技術です。 その中にはいくつかあり、GSM系の技術。これは日本ではないので今日は省略します。あとはLTE-Mです。最近Cat-M1という言葉が出てきてますが、Cat-M1やCat-M2など、そういったものがLTE-Mです。それからNarrow Band-IoT(NB-IoT)。この2つは、LTEという技術をベースに作っているのが現状でございます。 このセルラー系に関しても、去年あたりから徐々に入ってきます。日本でも今年、今まさにこの技術が試験されています。来年ぐらいから入ってくるという段階でございます。 これは細かいので見るだけにしますが、非セルラー系の技術ですね。 0002 使っている周波数は、日本の場合は920MHzがメインです。帯域が非常に狭くて、ビットレートも非常に低いんですね。数百bpsというビットレートになっております。 ただ、デバイスに電池を入れて使うんですが、その電池の寿命が非常に長いのが特徴です。単三電池1個で10年。ソニーさんではコイン電池1個で10年など、非常にバッテリーの寿命が長いですね。 それからカバレッジが広いです。例えばSIGFOXだと30キロや50キロ。LoRaの場合は15キロ。ソニーさんは100キロとおっしゃっていました。これらがいわゆる非セルラー系の技術です。

セルラー系はどのようにコストカットしているか?

一方でセルラー系に関しましては、これは従来からあるLTEの1つのカテゴリーで、Cat-1がすでに世の中に広く入ってきています。ビットレートはIoTにしては大きいです。全二重ということで、上り下り同時に通信できる特徴を持っていて、帯域も広いです。 これをもう少しIoT向けに、とくにLPWA向けに作ったのがCat-M1やNB-IoTです。こちらは帯域をかなり狭く使っています。例えばNB-IoTでは200kHzという非常に狭い帯域を使っています。パワーも非常に小さく、バッテリーの寿命も単三電池2本使って10年以上を目指しているということでございます。カバレッジに関しても、障害物が無い自由空間の場合で従来のものよりも7倍や10倍距離が伸びます。 非常に単純化していますが、2つの技術に関して、1つはセルラー系の技術を使いながらも、コストを下げるという目標がございます。 例えばNB-IoTの場合、半二重通信に限定されています。普通の携帯電話は上りと下りを同時に使います。「上り」というのは端末からネットワークへ、「下り」はネットワークから端末方向です。これを同時に使います。NB-IoTの場合は半二重ということで、ある時点では片方だけ使います。ですから、上りを送って、次に下りを送るという、そんなイメージですね。半二重にすることで回路が簡単化できます。 それから、従来LTEの場合は端末に最低2個アンテナが入っているのですが、それを1個にします。これもコスト削減につながる。それから帯域幅の削減で、回路が簡単になります。それからピークレートを低減することによって、回路が簡単になったり、メモリサイズが減る。こういう特徴があります。 それから低消費電力に関しましては、パワーセーブモード、いわゆるディープスリープといいますか、ネットワークからなにか送っても、ページングしてもなにも反応しない。そういう状態を作ってあげる。それで消費電力を減らすということですね。 それから、アイドルモード。従来の携帯電話でもほとんどの時間はアイドルモードですが、そのアイドルモードの中で眠る時間をより長くする。従来ですと5.12秒や10.24秒だったのを43分ぐらいまで、あるいは2.91時間まで長くしてあげる。これが低消費電力のための技術になっております。 そして、カバレッジ拡張ですね。これは基本的には同じデータを繰り返して送るということです。Cat-M1の場合ですが、例えば同じ制御信号を8回繰り返して、データのほうは16回繰り返している。しかも周波数ホッピングしています。こんなイメージのものでございます。 こうしたことをやりながら、LPWAをLTEで実現しています。

セルラー系と非セルラー系の比較

セルラー系と非セルラー系の比較でございますが、いわゆるコスト削減とか低消費電力、あるいはカバレッジの拡大ですね。この分野に関しては非セルラー系のLPWAはすでに実現していますが、セルラーでもCat-M1やNB-IoTで徐々に開発が進んでいます。 周波数帯はライセンスバンドを使いますので、セルラー系は干渉がないんですね。あるいは干渉制御ができます。ですので、非常に使い勝手が良く信頼性が高くなります。 非セルラー系はアンライセンスバンドですから、どうしてもシステム間やシステム内での干渉があります。なので品質低下の可能性があります。 ネットワーク構築のコストですけれども、基本的にセルラー系は既存のLTEのネットワークをそのまま使って、ソフト的にCat-M1やNB-IoTという機能を入れているのが現状です。なので基本的にはインフラの基本部分のコストはあまりかかりません。一方で、非セルラー系は新たなネットワークを作りますので、このコストがかかってきます。 あとは、システムの持続性、サステナビリティです。セルラー系は標準化されているということもありまして、世界中でものを作る人がいます。ですので、グローバルエコシステムが構築しやすい。非セルラー系でも、もちろんエコシステムはできてきてるんですが、いかんせん特殊な技術ですので、その部分に不安があります。 以上のような比較ができると思っております。

セルラー系LPWAの市場動向

セルラー系のLPWAの現在の市場の動向です。北米に関してはCat-M1をメインに導入が進んでいるところでございます。それからNB-IoTは中国が力を入れてやっています。大規模展開をしようとしているということで、全国隈なくNB-IoTをやろうとしている。もちろんアメリカも全国的にCat-M1を入れている、というのが現状です。 また、Cat-M1は音声が使えます。ですので、例えばエレベーターの非常ボタンや、独居老人がボタン1個押すだけでヘルパーと喋れるデバイスなど、そういったデバイスができてきています。あるいは最近ですと、ペットの首輪にCat-M1のモジュールをつけて、迷子になったときにそこから人が音声でしゃべることができる。そんなことも含めてやっております。 現状、チップセットつまり無線信号処理のLSIですけれども、Cat-M1とNB-IoTのデュアルモードのものと、NB-IoTではシングルモードのものが出てきているということで、コストも数ドルになると見られております。 これが世界的に導入が進んでいるCat-M1とNB-IoTの現状です。 0003 この青い点は商用導入が進んでいるところです。緑の点は、導入計画というかトライアルをやっているところで、日本もそういう意味では計画中ということになります。ここに、先ほど言ったように、北米ではCat-M1が、中国ではNB-IoTがどんどん入ってきています。 エコシステムという意味でも、いろいろなベンダーさんで、チップセットやモジュールの開発が進んでいます。どんどんモジュールの数も増えてきています。なので、エコシステム的にもいろいろ使い勝手がよくなっていくと考えております。 これはエリクソンがサポートするユースケースです。例えばAT&Tですね。工場のパレットの荷物の管理や、あるいは自動販売機や水道メータなど。 中国の場合は工場で使っている例も出てきていますし、レンタル自転車やスマートメーター系ももちろん登場しています。また、レンタル・リースの器具にCat-M1のモジュールをつけてその管理をする、といったことも出てきています。 あるいはスマートシティですね。例えばマンホールにNB-IoTのモジュールをつけて、マンホールが開くとそれがわかったり。ヨーロッパではマンホールが盗まれるケースが多いようでして、セキュリティの面でもそういうことをやっているということでございます。 あとはTelstra。これはタスマニアのワイナリーなどでCat-M1を使った、いわゆる農業IoTをやっています。それから、Vodafoneはスマートメーター。これはメインが水道です。

厳しい要求条件の5G

一方で5Gです。5Gは今のスマートフォンの延長線上、いわゆるモバイルブロードバンドの高度化として、データ容量を増やしビットレートを増やして、どこにいっても数百Mbps使えるようにします。市場の7割ぐらいは既存の利用方法の延長であると言われていますが、それだけではなくて、先ほどのMassive IoT、Massive MTCやミッションクリティカル系のMTCなどもスコープに入っております。 とくにMassive MTCは、今のLTEの延長線上、Cat-M1やNB-IoTで満たせますが、ミッションクリティカル系のMTCは5Gで新たに作られるスペックということで、工場などでも使えるのではないかと考えております。 5Gに関しては要求条件が厳しいです。例えばデータ量1,000倍、あるいはデータ速度を今の10倍や100倍など。最大ビットレートは10Gbpsなどと言われています。 それに加えてミッションクリティカル系のMTCの場合は低遅延であることが重要です。それから、Massive MTCの場合はデバイスの数が非常に多いということや、消費電力を小さくするということ。こうした要件も入っています。

5Gの市場はどうなるか?

5Gのメインの市場は今のブロードバンドの延長線上にあるのではないかと見ています。ですがそれに加えて、つまり人が使うスマートフォンやPC・タブレットの世界に加えて、いろいろな業界で使ってもらうIoTがあるのではないかと考えています。 0004 例えば今日の話にも出てきた製造業や電力系など。いろいろ分野で、全体の3割ぐらいをIoT系で使ってもらいたいということで、期待も込めて予測しています。 5Gのロードマップでは、まさに今が、第1フェーズの「ノンスタンドアローン」と呼ばれている、LTEの広いカバレッジの中に新しい無線を埋めていくようなスペックはできつつあり、再来週には一応固まることになっています。 それから、スタンドアローン。こちらは「New Radio」という新しい無線方式だけでカバレッジを作る、というものになっています。今、いろいろなトライアルをやっているところで、このスペックを受けて2019年から20年にかけて商用可が始まっていく、というのが5Gの線表でございます。 商用サービスとしては、5Gなんですけれども固定系で使う、光の代わりとして使うというサービスが最初に入ってきます。これは5Gといってもモバイルではないので齟齬がありますが、本当の5Gは、韓国や日本、中国などで2019〜2020年ぐらいから入ってくると考えています。 その5Gも含めてIoTの技術分野とユースケースを考えてみますと、LPWAにおいてはメーター系やスマートシティ、位置追跡など、いろいろなところで使ってもらえるだろうと考えています。LTE-Mなどでは音声サービスもありますから、例えば先ほどのエレベーターなどでも使ってもらえると考えています。 では、5Gはどこに使うのか。基本的に低遅延・高信頼ということで、工場などでミッションクリティカルな部分に使ってもらう方向性だと思っております。例えば、ARやVRを使って工場のメンテナンスをやることも含めてありうるのではないかと考えております。

さまざまな企業での実験事例

ということで、製造業におけるIoTの適用という面では、もちろんラインの監視や制御の部分で使うことは当然あるでしょう。あるいは、部品の補充などでも使うということもありえます。 それから、これは中国での事例ですが、非常に高度な機械をメンテナンスしたり診断する、そういうところで使うようなアプリケーションもあるでしょう。 最近は請負の製造もあります。そういった場合、その製造のラインをどれだけ使っているのかを見ながら、使用量ベースで支払ってもらう。そんな使い方も出てきています。 これは工場で使用した場合のイメージビデオです。中国、南京のエリクソンの工場でNB-IoTの試験をやっています。 NB-IoTを1,000個ぐらいスクリュードライバーにつないで、キャリブレーションや注油などの制御をするシステムに使っているケースです。 これは5Gのユースケースということで、ベライゾンと一緒に実験した事例です。 0005 フロントガラスを含めて車の全ての窓を目隠しして、車の前にカメラをつけまして、カメラで撮った映像をネットワークに送り、ネットワークからドライバーがかけているVRのグラスに映像を送ります。その映像を見ながらドライバーが運転する、というトライアルをやっています。 リアルタイム性と広帯域の両方の機能が必要になります。 これはドコモさんとやっているトライアルですが、トヨタさんとのコネクティッドカーの事例です。 0006 これは車に5Gの端末をつけていろいろなデータをキャプチャーし、それを使って3Dマップに反映させる、ということを考えているんですが、そのためのコネクティビティの試験ですね。その他にもいろいろな試験をやっているところでございます。 これもドコモさんと2017年5月に行った5G Tokyo Bay Summit事例です。これはカメラ搭載ロボットの制御ということなんですが、このロボットは「バランシングロボット」といって2輪しかないんですね。そのバランシングのロジックを、ロボットの中ではなくネットワークのエッジに持ってきて、エッジコンピューティングで行うという実験です。 ネットワークスライシングという概念があります。リアルタイム性の高いスライスとリアルタイム性の低い、あるいは広帯域のスライスを別々のスライスにして、それを1つの端末につけたような、非常に斬新なトライアルになっております。 この概念を用いて、エッジコンピューティングでこのロボットのバランシングを行います。遅延時間が10ミリ秒ぐらいであればちゃんとバランスがとれるんですが、遅延時間を増やすと倒れてしまうんですね。これもリアルタイム性という5Gの特徴を活かすデモでございます。

鉱山で無人化が求められる理由

ほかに製造業関係では、これは5Gを工場のラインで使えないか、ということで試験をしています。これはボールベアリングのSKFという会社と、大学と組んで進めているトライアルです。 0007 それから、バスの遠隔運転ということで、Scaniaという会社のバスの事例です。Scaniaのテストコースにバスを置きます。運転手は乗ってるんですが、彼はハンドル触りません。 0008 そして、コックピットが遠隔になっていて、運転席につけたカメラを見ながら遠隔で運転する、というデモです。これも広帯域でリアルタイム性が高いというところを使ったデモになっております。 これは鉱山の事例です。鉱山でボルボの重機の前後左右にカメラをつけ、このカメラの映像を見ながら遠隔で運転するというデモです。これは非常にニーズが高いんです。 というのは、地下の場合、ダイナマイトで爆発するとガスがたくさん出てきます。通常はこのガスを換気してから人が入っていくわけですが、無人であればそれを待つ必要がありません。 それから、こうした現場の人件費は高いんですね。ということで、遠隔であればその人件費も減らせるし、24時間というか、かなり無駄なく仕事ができるようになります。 加えて、こうしたトンネルの岩盤にはいろいろなところに釘が打ってあり、そこにセンサーがつけられています。そして、すこしでも振動とかあるとそれを知らせて、落盤が起きるかどうかがわかる。ということで、非常にニーズが高い分野のトライアルでした。 今まではヨーロッパの話でしたが、アメリカでも同じようなトライアルを、GMやHoneywell、大学などと組んでやろうとしているところでございます。

5GはIoTにも活用されるようになる

ということで、5Gに関してはいろいろなIoTの分野があり、それをどんどんこれから開発していこうと。その中には製造業も入ってくると考えています。 まとめです。LPWAに関しては、非セルラー系だけでなくセルラー系も入ってきています。これからどんどん伸びていくと考えられていて、エリクソンの見方ではだいたいLPWAのシェアの7割程をセルラー系がとると見ております。 それから5Gに関しましては、ブロードバンドの世界だけではなくてIoTにもどんどん入っていくと考えています。あるいは、ARやVRを工場でも使うようなアプリが出てくると見ています。 ということで、今後、IoTの中でもこうしたセルラー系の技術がどんどん入ってくるのを期待しています。 以上で私の講演を終わります。ありがとうございました。 (会場拍手)

既存サービスとの価格競争力について

司会者 たいへん興味深い話をどうもありがとうございました。それでは会場のみなさまのほうからご質問ございましたらお願いいたします。 先に1点だけ私からお聞きしたいんですけれども。LPWAで低消費電力ということで、単三電池で10年ということを例にあげていらっしゃいました。 単三電池というのは市販のものだと寿命がもたないと思うのですが、専用の長寿命の電池はすでに開発されていらっしゃるのでしょうか? それとも、これからそれをできるという前提になってるのでしょうか? 藤岡 エリクソンは端末や電池を作っているわけではないのでお答えに困るんですけれども、おそらく専門のものが出てきてそれを使うと想定しています。実はすでにそういった電池はありまして。例えばガスメーターで10年ほど使っているケースがありますので、たぶんそのあたりは大丈夫だと思います。 司会者 ありがとうございました。 質問者 Impressの三橋と申します。お話ありがとうございました。SIGFOXやLoRaWANなどのすでにあるサービスと、これから出てくるNB-IoTなどとの料金的な競争力はどの程度あるのか、お話しいただけばと思います。 藤岡 セルラー系のIoTのコストもどんどん下がってきておりまして。先ほど言いましたようにネットワークを作るコストがあまりかからないので、そういう意味ではいわゆるノンセルラー系と比べて競争力のある値段がつけられると考えております。 実際、日本でも月々40円というサービスが出てきていますので、そういう意味では、十分にセルラーLPWAでも対抗できると考えております。 司会者 ほかにご質問ございませんでしょうか? ございませんようでしたらこれで終わらせていただきます。藤岡様、どうもありがとうございました。

  
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