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PRESS RELEASE （技術）

2017年12月4日
株式会社富士通研究所

LPWA対応・電池交換不要の世界最小センサーデバイスを実現

82×24×6mmの小型センサーを置くだけで、数km先の現場データをクラウドに直接送信

開発の背景

昨今、IoTシステムの普及が進み、2020年には数百億個もの膨大なIoT機器がネットワークを経由してクラウドに繋がると予測されています。IoTシステムを実現するためには、現場に設置した多数のセンサーデバイスからの情報をクラウドで集めて分析する必要があるため、低消費電力で広い領域を対象にデータをクラウドに直接送信できる無線通信技術としてLPWAが注目を集めています。これらのセンサーデバイスには、LPWAに準拠するとともに、利便性やコストの面から、電池交換の手間のかからない太陽電池などを利用し、かつ小型化が期待されています。

課題

富士通研究所では、これまで、BLE（Bluetooth Low Energy）を用いた近距離無線でのデータ送信を小型回路で実現する電源制御技術を開発してきました。本技術では太陽電池により電力を蓄え、発電と消費の電力バランスを監視・調整することで確実に無線回路を起動し、電池交換が不要なBLE対応のセンサーデバイスを実現しています。

ここで、長距離無線のLPWAは、少量のデータをゆっくり送信して長距離での通信品質を確保するため、BLEに比べて送信に要する時間が長く、一回の送信にBLEの約1500倍の大きな電力が必要になり、従来の電源制御技術を用いたセンサーデバイスではLPWAに対応できませんでした。

開発した技術

今回、回路規模を小型化しつつ、送信電力を確保する新たな電源制御技術を開発しました。開発した技術の特長は以下の通りです。

1. 温度による電力変動を許容する電源制御技術

   温度センサーによって取得した温度データを元に、LPWA無線の電波送信のタイミングをリアルタイムに制御する電源制御技術を開発しました。本技術により、LPWA無線の動作下限電圧を下回らないように、温度によって異なる起動電圧が最大となるタイミングで電波送信を行うため、効率的な電力利用により温度による無線回路の消費電力と太陽電池の発電電力のバラツキを許容することができます（図3）。従来必要だった電源変動へ対応するための余分な蓄電素子が不要になり、最小限の蓄電素子の構成により、センサーデバイスの小型化が実現できます。

   
   図3 動作タイミングチャート

2. 温度センサーを確実に起動させる電源監視技術

   温度データを取得するためには、電源電圧の変動が生じても小さな電力で温度センサーを確実に起動し続ける必要があります。これに対して、電源電圧の変動を分析し、温度センサーの動作可能な電力が蓄電されているか否かを簡単な回路で正確に判別する電源監視技術を開発しました（図4）。本技術により、温度に合わせた最低限の電力で温度センサーの不要な動作停止を防ぐことができます。

   
   図4 温度センサーを確実に起動させる電源監視技術

効果

本技術をLPWAの一規格であるSigfoxに適用し、電池交換不要でLPWAの通信を実現する世界最小のセンサーデバイス（82×24×6mm）を実現しました。10分に1回、7日間の温湿度データを照度4000ルクスの環境下で、約7km先の基地局にダイレクトに送信できることを実証しました。あわせて、Sigfoxクラウドに接続できるIoTプラットフォームとしてのSigfox Ready Program for IoT PaaS認定を取得した富士通株式会社のIoTデータ活用基盤サービス「FUJITSU Cloud Service K5 IoT Platform」を経由して、データ可視化することも実証しました（図5）。

これにより、電源確保や電源ケーブル増設が困難な場所でも、センサーデバイスを配置するだけで、センシングデータをクラウド上から簡単に取得できます。IoTシステムの導入や運用管理などをメンテナンスフリーで実現し、現場のデジタル化を加速します。

今後

富士通研究所は、センサーデバイスの実用化に向けた実証実験を進め、本技術を「FUJITSU Cloud Service K5 IoT Platform」や富士通フロンテック株式会社（注4）のセンサーソリューションの接続デバイスとして搭載し、2018年度の製品化を目指します。さらにセンサーデバイスを小型化する技術開発に取り組んでいきます。

京セラコミュニケーションシステム株式会社様（KCCS様） 代表取締役社長 黒瀬 善仁様のコメント

今後、さらなるIoTの活用が期待される中、Sigfoxネットワークがもつ低消費電力の特長を活かしたソリューションが多方面に展開されていくことが予想されています。今回、富士通研究所が開発された電池交換不要のセンサーデバイスは、太陽電池のみでデバイスの運用が可能であり、日本のみならず、全世界でSigfoxの利用を促進するものと考えます。KCCSは、日本のSigfoxオペレータとして、富士通研究所およびパートナーと連携し、あらゆるものをネットワークにつなぐ手助けをし、安全で快適な社会の創造に貢献します。

商標について

記載されている製品名などの固有名詞は、各社の商標または登録商標です。

注釈

注1 株式会社富士通研究所：

本社 神奈川県川崎市、代表取締役社長 佐々木繁。

注2 電池交換不要な小型電源技術を開発：

業界初！変形自在で電池交換不要なビーコンを開発（2015年3月25日プレスリリース）

注3 Sigfox：

2009年設立のフランスのSigfox社が提供するLPWAを用いたグローバルIoTネットワーク。日本では、京セラコミュニケーションシステム株式会社（KCCS）がネットワークサービスを独占展開。

注4 富士通フロンテック株式会社：

本社 東京都稲城市、代表取締役社長 五十嵐一浩。

関連リンク

• 「FUJITSU Cloud Service K5 IoT Platform」ご紹介サイト

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