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LoRaWANとMS Azureの連携 – Part1:まずは基礎知識

低消費電力・長距離の無線通信を実現するLoRaWANネットワークと、そのネットワークプラットフォームThe Things Network(以下 TTN)が、ここ数年で注目を集めている。
またマイクロソフトのクラウドサービスMicrosoft Azureは、IoTソリューションとして強力なツールである。

本記事シリーズは、これらの技術・サービスを連携させることを目的として、チュートリアルを通してその連携方法を紹介する。
チュートリアルでは、LoRaデバイスに接続した温湿度センサーで取得したデータを、LoRaゲートウェイからTTNへと送信し、TTNと連携させたMicosoft Azureを利用してデータの可視化を行なう。

本シリーズでは、以上の内容を4つのパートに分けて紹介していく予定だ。
パート1では、基礎知識・用語を説明し、チュートリアルの概要を紹介する。

 

LoRaWAN, TTN, Azure IoTとは?強みは?

まずは、LoRaWAN, TTN, Azure IoTについて基礎知識を確認していこう。

  • LoRaWAN

IoT向けの無線通信術として近年注目を集めているのが「LPWA」だ。

下図に示すように、LPWAはWiFiに比べて広範囲、セルラーに比べて低消費電力である。これが、LPWAがIoT向けの無線通信技術であるとされる理由だ。電源と通信が確保しにくい農業・工場・災害予測などの場面での活用が注目されている。

LPWAにはLoRaWANやSigfox、NB-IoTといった様々な規格が存在する。
中でもLoRaWANは、無線局免許が不要なLPWA通信ネットワークであり、ゲートウェイやネットワークサーバを自前で構築することが可能となっている。SigfoxやNB-IoTのサービスと比較すると、IoTプラットフォーム料・クラウド利用料などのランニングコストがかからないため、非常に安価に通信ネットワークの構築が可能になるという点も強みである。

ちなみに、LoRaとLoRaWANという2つの言葉はよく混同されているが、LoRaは通信を実現するための変調方式を指す言葉であり、これに対して、LoRaWANは大規模ネットワーク構築を実現する通信の仕様全体を指す言葉である。

 

  • The Things Network

TTNは、オランダの非営利組織The Things Networkが提供するネットワークプラットフォームである。分散型のオープンなクラウドベースのIoTネットワークをユーザーが運営することができる。くわえて、TTNはLoRaWANサーバープラットフォームを無料で提供しているため、ランニングコストが低いという点で魅力的だ。
LoRaWANネットワークの構築に最適なサービスだろう。

 

  • Microsoft Azure

言わずと知れた代表的なクラウドプラットフォームMicrosoft AzureのIoT向けサービスとして、Azure IoTがある。このAzure IoTは、IoTソリューション開発サービスを多く提供している。

例えば、大規模なデータ管理が可能かつ高い拡張性を備えたクラウドプラットフォームサービスであるAzure IoT Hub、一般ユーザーでも開発が可能で高いセキュリティとスケーラビリティを誇るソフトウェアサービスであるAzure IoT Centralがある。

Azure IoTのクラウドサービスについて更に詳細な情報が必要であれば、こちらを参照してほしい。

 

以上のように、これらの技術やサービスを使ったIoTシステム設計には旨みがある。

冒頭で述べた通り、本シリーズでは、

ラズベリーパイをゲートウェイとして使用してLoRaWANネットワークを自前で構築し、LoRaデバイスに接続した温湿度センサーで取得したデータを、LoRaゲートウェイからTTNへと送信し、TTNと連携させたMicosoft Azureを利用してデータの可視化する

というチュートリアルを通して、LoRaWANネットワークの構築・2つのサービス(TTNとMicosoft Azure)の連携方法をご紹介する。

 

3つの連携方法

まず、サービスの連携には3つの方法がある。

  • The Things Network上の機能であるHTTP Integrationを利用して、Azure IoT Hubに接続する方法
  • Azure IoT Central ブリッジを利用して、TTNのサーバーをAzure IoT Centralに接続する方法
  • LoRaWANゲートウェイ化したRaspberry PiをLoRaWANサーバーにして、Azure IoT Edgeを使ってAzure Cloud直接接続する方法


下図は、3つの方法のイメージを表している。


3つの方法のイメージ

では、それぞれの方法について簡単に説明しよう。

 

①The Things Network上の機能であるHTTP Integrationを利用して、Azure IoT Hubに接続する方法


方法①のネットワーク構成図

この方法では、Azure IoT Hub とThe Things Networkにデバイスを登録し、TTN上にあるHTTP Integration機能を使って、TTN Application Serverに上がったデータをIoT Hub に送る。そしてTime series Insightsでデータの可視化をおこなう。
本シリーズでは、主にこの方法①について解説する。

 

Azure IoT Central ブリッジを利用して、TTNをAzure IoT Centralに接続する方法


方法②のネットワーク構成図 

この方法では、IoT Centralに接続可能なオープンソースプロジェクトのIoT Central デバイスブリッジを使用し、The Things NetworkのLPWAサーバーとAzure IoT Centralに接続する。データの可視化もAzure IoT Central上で行なうことが可能だ。
主に、複数のデバイス管理を対象とした方法である。

 

LoRaWANゲートウェイ化したRaspberry PiをLoRaWANサーバーにして、Azure IoT Edgeを使ってAzureに直接接続する方法

 
方法③のネットワーク構成図

この方法では、LoRaWAN拡張ボードをつけたRaspberry Pi上に、Azure IoT Edgeのモジュール機能を利用してTTNと同じ機能(Gateway Server、LoRaWAN Network Server、Application Server)を組み込み、インターネットを介してAzureのサービスに直接接続する。デバイス側でデータの処理を行うなどエッジ側の開発を重視する場合は、この方法が適しているだろう。
本シリーズでは、この方法の解説は省略する。

 

以上、3つのサービスの強みと、それらの連携方法を3つ紹介した。

パート2からは実際にセンサデバイスなどの実機を用いて、方法①を中心に解説していく。

パート2はこちら

パート3はこちら

パート4はこちら

Hello Everyone.I am bachelor of Kagoshima university. My major is Agriculture and my research theme is smart agriculture using wireless sensor networks. Now,I am working at RS components as a intern student. I would write and translate many articles during internship. If you have any questions, please ask me! My region: iot, LoRaWAN, The Things Network, Agriculture.

12 Dec 2019, 6:13