ワイヤレステクノロジー、はじめの一歩を考える

Connectivity Standards Alliance(旧Zigbee Alliance)のGreen Powerプロトコル

Bluetooth LEがBluetoothの新しい低電力バージョンであるように、Green PowerプロトコルはZigbee3.0の低電力バージョンです。Zigbee 3.0デバイスも低電力であり、何年間もバッテリ動作が可能ですが、たいていの場合は環境発電で動作するには消費量が多すぎます。Green Powerは、Zigbee 3.0 Protocolの簡易バージョンとしてこのニーズに応えます。

Green Powerは、プロトコルのオーバーヘッドを最小限に抑えた、より小さなパケット構造を持っています。これにより、通信時間を最小限に抑えることができ、多くのエネルギーを節約できます。プロトコルのオーバーヘッドが低減されるため、バッテリ不要動作が容易に可能となります。このテクノロジーの用途は、緊急ボタン、スイッチ、センサなどBluetooth LEが提供できるものと類似しています。事実、このバッテリフリーかつメンテナンスフリーというのは、まさにIoTの解決策です。

プロトコルが単純化されているため、Green PowerノードからZigbee 3.0ノードに通信するにはプロキシデバイスが必要です。Zigbee 3.0のすべてのルーターデバイスは、プロキシ機能を認証する必要があります。Green Powerノードには、異なる(簡略化された)スタックがあり、個別の認証があります。

これらの環境発電設計の大量採用を制限する主な要因は、ハーベスタ自体に関連するコストです。他の新しいテクノロジーと同様に、コストは下がり続け、ソリューションは市場に出回っています。このソリューションが提供するコスト、エネルギー節約、および設置の柔軟性は無視できず、具体的な経済的動機を提供します。

2020年、onsemiはStrata対応のZigbee Green Power Kitを発売しました。このキットはNCS36510 SoCをベースにし、Strataとインタフェースする1つのZigbeeコーディネータUSBデバイスと、C.S.A Green Powerデバイスとして機能する2つの環境発電ノードで構成されています。

サブGHz独自RF規格

これまでに説明した3つのソリューション(Wi-Fi、Bluetooth LE、Green Power)はすべて規格ベースのプロトコルであり、業界連盟によって管理および保守されており、主にデバイスの相互運用性の目的で選択されます。ブランド認知のために、消費者は購入した各社のロゴ付き製品が「正しく機能する」ことを期待しています。デバイスおよび製品認証は、これを保証するための重要な部分です。

標準化には多大なメリットがありますが、これは継続的なプロセスであり、規格の進化と変化に「合わせる」ための専用リソースが必要でした。これは必ずしも悪いことではありませんが、長期ロードマップを視野に入れた製品を開発する際には考慮する必要があります。

別のアプローチは、1GHz未満(Sub GHz)の周波数で、非標準的な独自ソリューションを中心にワイヤレス接続を構築することです。これにより、標準規格に準拠するソリューションで生じる可能性のあるコストや電力オーバーヘッドなしに、特定の要件に最も効率的なソリューションを選択できます。独自プロトコルは、必要に応じて単純化または複雑化することができ、高価な認証や会費を必要とせず、進化する規格に対応するための強制的な更新もありません。

サブGHz独自規格のもう1つの利点は、周波数が低いために範囲が広くなることです。周波数が低いほど、信号はより遠くまで伝搬できます。アプリケーションによっては、2.4GHz Bluetooth LEまたはZigbeeノードのメッシュよりも、サブGHz独自規格を使用してスターネットワークを構築する方がより経済的です。