ブログ について スマート街路灯：最適な接続性におけるセルラー対RFメッシュ

想像してみてください。深夜、街路は閑散とし、街灯だけが見守っています。しかし、これらの静かな番人は、暗闇を照らす以上のことをしています。データを送信し、静かにスマートシティの開発に貢献しているのです。彼らのコミュニケーションの鍵は、採用されているテクノロジーにあります。

現在、スマート街路灯システムでは、セルラーネットワークとRFメッシュネットワークの2つの主要な通信技術が主流です。これらのソリューションの選択は、プロジェクトコスト、信頼性、将来の拡張性に大きな影響を与えます。情報に基づいた意思決定を支援するために、両方のオプションを詳細に検討しましょう。

まず、各テクノロジーの基本原則を理解しましょう。

• セルラーネットワーク: スマートフォンと同様に、各街灯はモバイルオペレーターのパブリックセルラーネットワークに直接接続し、クラウドベースのセントラルマネジメントシステム（CMS）を介した双方向のデータ通信を可能にします。これは「1対1」の接続モデルを表します。
• RFメッシュネットワーク: このアプローチは、より協調的なシステムを作成します。隣接する街灯のグループ（通常15個、最大32個）が自己組織化ネットワークを形成し、データを共有します。最も強力な信号を持つ街灯が、すべての情報をゲートウェイに送信します。ゲートウェイは、ワイヤレスセルラーまたは有線イーサネット/ファイバーを介してCMSに接続されます。これは「多対1」の接続モデルを表します。

どちらのソリューションも、カバレッジ、データスループット、信頼性に関して基本的なスマート街路灯の要件を満たしています。しかし、ネットワークタイプ、メンテナンス、コストの考慮事項において大きく異なります。

ネットワークタイプは、通信ソリューションを選択する上で重要な要素です。セルラーネットワークは、VerizonやAT&Tのようなモバイルネットワークオペレーター（MNO）が所有するライセンス周波数を使用します。これは意味します:

• 保証されたスペクトラムリソース: MNOはこれらの周波数に対して多額のライセンス料を支払っており、ネットワークの安定性と信頼性を確保しています。
• 実績のあるテクノロジー: セルラーテクノロジーは、長年の開発と検証を経て成熟しており、安定したデータ伝送サービスを提供しています。
• オペレーター管理のメンテナンス: MNOはネットワークの管理とメンテナンスを担当し、問題を迅速に解決して継続的な運用を保証します。

対照的に、RFメッシュネットワークはアンライセンス周波数（868 MHzまたは915 MHzなど）を使用します。これは意味します:

• プライベートネットワーク機能: ユーザーは、地域の規制と基準を遵守している限り、どこでもプライベートネットワークを確立できます。
• ライセンス料なし: アンライセンス周波数を使用することで、多額のライセンス費用が不要になります。

一部では、セルラーネットワークの標準進化について懸念が表明されています。例えば、システムが2Gスペクトラムを使用しており、MNOが2Gサービスを段階的に廃止した場合、ハードウェアのアップグレードが必要になります。同様に、新しい5G機能を採用するにはハードウェアの交換が必要になります。

しかし、セルラー標準の進化はゆっくりと進んでいます。2Gネットワークは約30年、3Gは約20年、4Gは10年以上存在しており、すべて今日でも稼働しています。したがって、将来のセルラー標準のアップグレードを待つためにプロジェクトを遅延させる必要はありません。

セルラーネットワークとRFメッシュネットワークは、通常の運用中に優れた信頼性を示します。しかし、問題への対応は大きく異なります。

• セルラーネットワーク: MNOはこれらのネットワークを所有・運営しており、その技術チームがメンテナンスとトラブルシューティングを担当します。この体制により、ネットワークの安定性を維持する迅速かつ専門的なサービスが提供されます。
• RFメッシュネットワーク: ユーザーはこれらのネットワークを自分で確立、管理、維持する必要があります。問題解決には専用の技術担当者が必要です。RFメッシュネットワークには、単一ノードの障害を自動的に補償する「セルフヒーリング」機能がありますが、ゲートウェイの障害やシステム全体の障害には手動での介入が必要です。

適切なカバレッジがあれば、セルラーネットワークは非常に信頼性が高いことが証明されています。主要なMNOは、長年の運用を通じて徹底的に検証された複数の世代の標準化されたテクノロジーを展開しており、さまざまな接続デバイスをサポートしています。RFメッシュネットワークも信頼性を示しますが、多くのメーカーがRFメッシュ周波数帯で動作するデバイスを製造しているため、特にセンサーベースのアプリケーションや動的な色変更ライトディスプレイのような大量のデータ伝送を必要とする高帯域幅アプリケーションでは、ネットワークトラフィックの増加が信頼性とパフォーマンスの問題を引き起こす可能性があります。

RFメッシュネットワークは、ライトあたりのデータ料金が不要なため、セルラーネットワークよりも運用コストが大幅に低くなります。しかし、総費用を評価するには複数の要因を考慮する必要があります。RFメッシュネットワークの低い運用コストは、以下によって相殺される可能性があります:

• メンテナンス費用: ユーザーはRFメッシュネットワークのメンテナンスと修理のために技術チームを雇用する必要があります。
• ネットワーク計画費用: RFメッシュネットワークは、特にノード密度とゲートウェイの配置に関して、慎重な計画が必要です。

セルラーネットワークは、各街灯がセルラーネットワークに直接接続するため、シンプルでプラグアンドプレイの実装を提供します。ユーザーは接続された街灯をインストールするか、既存の街灯を改造するだけで、自動的に設定され、接続照明システムに参加します。このアプローチは、初期導入コストを削減し、システムに追加されるライトの数や物理的な配置に固有の制限がないため、段階的なプロジェクト実装を可能にします。

逆に、RFメッシュネットワークは通常、特にノード（ライト）密度とゲートウェイの配置に関して、慎重な計画が必要です。街灯は通常約50メートル（160フィート）間隔で設置されますが、RF通信のノード間最大距離は約300メートル（1,000フィート）に達します。この範囲は、密集して設置された都市部の街灯には十分ですが、計画者はどのライトがメッシュネットワークを形成できるか、そして各ライトがゲートウェイにどのように接続するかを決定する必要があります。これらの要因により、RFメッシュネットワークの運用費用が低いにもかかわらず、初期実装コストがセルラーネットワークよりも高くなる可能性があります。

セルラー通信のカバレッジはRFメッシュを大幅に上回り、最大100キロメートル（約60マイル）に達します。これは300倍以上です。この広範なカバレッジにより、セルラーネットワークは広大な地理的エリアに最適です。ロサンゼルスのよう数百平方マイルに街灯が分散している都市や、郊外と地方の街路灯システムを組み合わせた実装でも同様です。これらの場合、接続照明管理システムは、リモート監視と自動システムイベント通知を通じて運用コストを削減でき、修理担当者が停電を探して街を巡回する必要がなくなります。

セルラーとRFメッシュの両方のシステムは、接続された街路灯の実装に効果的に機能します。どちらも、エネルギーレポート、障害通知、ノードプログラミング、オンデマンド調光とスイッチング、エラー修正または新機能展開のためのワイヤレスファームウェアアップデート、および規制遵守を提供できます。

適切な通信プラットフォームの選択は、特定の状況によって異なります。セルラーシステムは、ライトの分布がまばらな広大な地理的エリアにネットワークが広がる場合に必須となります。一方、RFメッシュシステムは、セルラーサービスが利用できない場合に必要となります。それ以外の場合、決定は予算、リソース、帯域幅の要件、技術的能力、その他の考慮事項によって異なります。

一部の実装では、両方のプラットフォームが役立つ場合があります。そのため、共有アーキテクチャ内で両方の接続オプションを提供する接続街路灯ベンダーを検討する価値があります。このアプローチは、最適な機能と柔軟性を提供し、管理が必要なほぼすべての物理的な街路灯構成に対応するソリューションを提供します。