IoTをつなぐ:Wi-Fi HaLowとBluetoothの比較

モノのインターネット(IoT)は今日、ほとんどすべての産業に関連しており、ITの中でも最も急成長している分野の1つです。昨年、IoTへの支出はなんと3,003億ドルに達し、2026年には6,505億ドルに達すると予想されています。

IoTの世界が私たちの生活に欠かせないものとなっている今、企業はこの新しい時代に伴う接続ニーズの高まりをどのようにサポートするかを理解する必要があります。

すべての接続が同じではありません

まず注目すべきは、すべての接続性が同じではないことです。IEEE 802.11ahを組み込んだWi-Fi HaLowは、IEEE 802.11ファミリーの最新のWi-Fiプロトコルの1つで、IoT環境特有のニーズを満たすために特別に設計されました 。

Wi-Fi HaLowは、IoTのワイヤレス接続をより包括的に実現するものです。Wi-Fi HaLowは、消費者が今日のWi-Fiに期待するすべての利点を提供すると同時に、接続範囲を10倍に拡大し、同じアクセスポイントに接続する数千台のデバイスの消費電力を大幅に削減することが可能です。また、他の最新Wi-Fi技術と同様に、Wi-Fi HaLowは、マルチベンダーの相互運用性、既存のWi-Fiネットワークを中断させない簡単な設定、最新のWi-Fiセキュリティも可能にしています。

Bluetoothはどうでしょう？

Bluetoothは、スマートフォン(スマホ)、ワイヤレスヘッドフォン、ポータブルスピーカーなど、多くの消費者向けデバイスで近距離通信に使用されている一般的なワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)プロトコルです。長距離で接続された多数の低消費電力デバイスに依存するIoTユースケースをサポートすることは、あまり考えられません。この比較では、Bluetoothの2つのバージョンを考慮に入れています:Bluetooth ClassicとBluetooth Low Energy(BLE)、Bluetooth 4.0として知られています。

一目でわかる:Wi-Fi HaLowとBluetoothの比較表

• Wi-Fi HaLowとBluetoothの比較

より遠くへ

Wi-Fi HaLowは、20MHzから160MHzのチャンネルを使用するWi-Fi 4、5、6とは異なり、より狭いチャンネル(1MHzから16MHz)で1GHz以下の帯域で動作します。Wi-Fi HaLowのRF周波数は850MHzから950MHzと低く(Wi-Fi 4やWi-Fi 6の2.4GHzまたは5 GHzと比較)、また、通信距離を最適化した変調およびコーディング方式により、Wi-Fi HaLowデバイスは1kmの範囲を超えることができます。

これに対し、Bluetooth規格は2.4GHzのISMバンドで動作し、障害物のない屋外で最大約100mの距離をサポートすることができます。しかし、ほとんどのBluetooth対応コンシューマー機器は屋内で、一般的に9～12mという短い距離で動作しています。最新のBluetoothバージョン5.0では、Coded PHYと呼ばれる長距離モード(最大400m)で動作することができ、障害物のない屋外で1kmを超える距離までBluetooth接続が可能ですが、データレートは125Kbpsと低い固定値となっています。

無線プロトコルの実用範囲は、機器間の物理的な障壁や障害物にも左右されます。1GHz帯以下のプロトコルであるWi-Fi HaLowは、ガラス、木材、金属メッシュ、コンクリートなどの障害物の素材に関係なく、優れたペネトレーション(透過性)を発揮します。これに対し、2.4GHz帯のBluetooth信号は、Wi-Fi HaLow信号よりも減衰が大きく、障害物に阻まれやすくなっています。

容量について

Wi-Fi HaLowアクセスポイント(AP)1台で、数千台の接続デバイスを処理することができます。この容量は、商業ビル、工場、その他の産業用アプリケーションにおける大規模な展開のための膨大な数のIoTデバイスを扱うための重要な機能です。家庭環境では、1台のWi-Fi HaLow APが、一般家庭のIoT需要に対応するために容易に拡張することができます。

標準的なBluetooth接続の容量は7台までとされていますが、実際の容量は3～4台の範囲にとどまる傾向があります。BLEはより大きな容量を提供しますが、それほど大きな差はありません。BLEの中心的なデバイスの実用的な限界は、20台程度です。そのため、BLEではより多くのデバイスを扱うためにメッシュネットワークが必要となります。Bluetooth meshはこのニーズに応えるために開発され、数百、数千のBluetoothデバイスが相互に通信できる大規模ネットワークの開発を可能にしました。しかし、Bluetooth meshのパケットのペイロードは11バイトと小さく、大きなパケットを送信するためにはセグメンテーションを行う必要があり、パケットサイズとメッシュホップ数がパケットレイテンシーに悪影響を及ぼすという問題があります。

接続の安全性を保つ

IEEE 802.11 Wi-FiプロトコルであるWi-Fi HaLowは、安全なIoT認証と通信のための世界的に認められた標準に従っています。HaLowは、認証(WPA3)および無線通信(OTA)のAES暗号化に関する最新のWi-Fi要件をサポートし、安全なOTAファームウェアのアップグレードを可能にするデータレートを備えています。

Bluetoothは元来それ自体が「安全なプロトコルであることを意図していない」のですが、最近ではその安全性を向上させています。例えば、BLEは現在、AES-CCM暗号と128ビット暗号をサポートしています。さらに、Bluetooth Special Interest Group(SIG)は、Bluetoothのセキュリティ機能の監視と改良を続けています。

BluetoothとWi-Fi HaLowのエネルギー効率

Wi-Fi HaLowは、センサー、オーディオ、ビデオアプリケーションなど、さまざまなIoTアプリケーションの低消費電力要件に対応するために設計されました。最もエネルギー効率の高い接続オプションの1つで、他のバージョンのWi-Fiと比較してわずかな電力しか使用しません。

Bluetooth Classicは、主にオーディオアプリケーションに使用されます。静止画や低レートの動画など、より大きなファイルを転送することができ、Wi-Fi 4、5、6と比較すると、まだ比較的エネルギー効率が高いです。BLEはBluetooth Classicよりもエネルギー効率が高く、センサーアプリケーションやLEオーディオ用に設計されており、Wi-Fi 4、5、6に比べて消費電力が10倍少なくなっています。

接続の多用途性

Wi-Fi HaLowは、850MHzから950MHzのサブ1GHz帯の免許不要およびクラス免許帯域を使用します。ベンダーがWi-FiアライアンスからWi-Fi HaLow製品の認証を受けることで、他のWi-Fi HaLow対応製品やネットワークとの相互運用が可能となります。

Wi-Fi HaLowと他のWi-Fiバージョン(Wi-Fi 4、5、6)はすべてIEEE 802.11規格に属し、異なるRFバンドで動作するため、RF性能に影響を与えることなく共存できることは注目に値するでしょう。これは、Wi-Fi HaLowの長距離通信、優れた普及率、エネルギー効率といった独自の利点を生かすよう設計されたネットワークにとって重要な利点となります。

Bluetoothも同様に免許不要の2.4GHz帯を使用し、Bluetooth SIGも一定の資格を提供していますが、Bluetooth ClassicとBLEは互換性がないため、携帯電話などの機器は通常、同じ帯域で異なるエンドBluetoothデバイスと通信するために両方のバージョンを実装します。

データレートの比較

Wi-Fi HaLowは、IoTデバイスに最適なデータレートの範囲を提供します。例えば、BPSK変調のMCS 10を使用した150Kbpsから、MCS 9を使用した最高4.4Mbpsまで、最も狭い帯域幅1MHzで単一の空間ストリームを使用します。8MHzの動作チャンネルでは、シングルストリームのWi-Fi HaLow APは、1MHzのパケットを150Kbpsで送信する超低消費電力センサーから、8MHzのパケットを最大43Mbpsで送信するカメラまでのIoT機器の組み合わせをサポートすることができます。

Bluetoothは、Wi-Fi HaLowの最高速度の数分の一という低いデータスループットを持っています。Bluetooth Classicは最大3Mbps、BLEは約1Mbps(Bluetooth 5を使用している場合は最大2Mbps)です。

最終的な感想

Bluetooth Classicは、今日のワイヤレスオーディオ事情に欠かせないプロトコルであると多くの人が考えていますが、多様な長距離・大容量・低消費電力のIoTネットワークに対する包括的なソリューションを提供するものではありません。

ネットワークニーズが安全で電力効率に優れた大規模な接続を求める場合、Wi-Fi HaLowは、IoTネットワークの多様な要件に最適な包括的ソリューションを提供します。

(次回は6月21日に掲載予定です)