LoRaWANのデューティサイクルとは何ですか？

ロラワン 驚くほど経済的です。だからこそ、長距離追跡、倉庫の可視化、車両ヤード、作業員の安全確保、コールドチェーンの監視など、Wi-Fiケーブルの配線自体が一大プロジェクトとなるような、あらゆる困難な場所で活用できるのです。.

ロラワン 通常、これらの機器は共有の非免許ISM帯域で動作します。ヨーロッパでは、これはEU863～870MHz帯を意味します。多くの機器が同じ周波数帯を共有するため、規制当局とネットワーク事業者は各機器の送信時間を制限しています。この制限はデューティサイクルと呼ばれます。.

簡単に言うと、デューティサイクルとは、無線機器がチャネルまたは周波数帯域を占有できる時間の割合のことです。制限が1%の場合、デバイスは1秒間送信した後、合計送信時間が1%の範囲内に収まるように、十分な時間送信を停止する必要があります。The Things Networkでは、同じ原理を「リソースがビジー状態にある時間の割合」と説明しています。“ ⁽¹⁾

資産追跡においては、それは非常に重要な意味を持つ。.

15分ごとに小さな測定値を送信する温度センサーなら簡単です。しかし、数百ものBluetoothビーコンメッセージを転送するゲートウェイとなると話は別です。混雑した工業現場から数秒ごとに位置情報を報告する作業員バッジとなると、計画を立てる必要があります。.

Lansitecのトラッキングプロジェクトにおいて、デューティサイクルが重要な理由

実際の運用現場で確認されているように、問題は追跡装置1台だけにあることはほとんどなく、装置群全体にあることが多い。.

1 分ごとに報告するバッジトラッカーが 1 つあれば無害です。500 個のバッジ、数個 Bluetoothゲートウェイ, 確認済みのアップリンク、不適切な拡散係数の選択、過大なペイロード？これらはすぐにノイズの原因となる可能性があります。.

デューティサイクルは、顧客が実際に体感する3つの要素に影響を与えます。

それが何に影響を与えるか	実際には何が起こるのか
レイテンシー	メッセージは、法的に送信されるまでに時間がかかる場合があります。.
バッテリー寿命	放送時間が長ければ、ラジオの稼働時間も長くなる。.
ネットワーク容量	過剰なアップリンクとダウンリンクは、他のデバイスのためのスペースを減少させる。.
信頼性	輻輳が発生すると、パケットの損失と再試行のプレッシャーが増加する。.

そのため、「5秒間隔の報告」は「どこでも5秒を使う」という意味に解釈すべきではありません。多くのLansitec ロラワン デバイスでは、例えば 5 秒を基準とした位置報告間隔や 30 秒を基準としたハートビート間隔など、非常に短い設定可能な報告間隔が可能ですが、適切な値は使用事例、地域、拡散係数、ペイロードサイズ、ゲートウェイ密度、ネットワークポリシーによって異なります。.

それは多いように聞こえるかもしれません。確かに多いです。しかし、設計の論理はシンプルです。重要な情報を、必要な時にだけ送信する、というものです。.

LoRaWANのデューティサイクルがチャネルとサブバンド全体でどのように機能するか

多くの人が見落としているのはこの部分です。.

デューティサイクルは、デバイス、チャネル、サブバンドなど、さまざまなレベルで適用できます。Actilityの記事ではこの区別が明確に示されており、デバイスが特定のチャネルでは送信できるのに、別のチャネルでは送信できない理由を説明しているため、覚えておく価値があります。. ⁽²⁾

欧州のEU863～870MHz帯において、The Things Networkは、正確な周波数範囲に応じて、0.1%、1%、10%などのETSIサブバンド制限値をリストアップしています。例えば、865～868MHzと868～868.6MHzは1%としてリストアップされ、869.4～869.65MHzは10%としてリストアップされています。. ⁽³⁾

だから、「10秒ごとに送信できますか？」と聞かれたら、正直な答えは「場合による」です。.

周波数帯は？データレートは？バイト数は？拡散率は？デバイス数は？公共ネットワークかプライベートネットワークか？

正しい解決策を導き出すには、それらの答えすべてが必要です。.

エアタイム：LoRaWANの真の通貨

使用頻度はルールです。通話時間は、あなたが費やす時間です。.

各アップリンクは一定時間、電波を占有します。その時間は主にペイロードサイズ、帯域幅、符号化率、拡散率によって決まります。拡散率が高いほど通信距離と受信感度は向上しますが、同時に通信時間も長くなります。The Things Networkは、拡散率の高い固定ペイロードを送信する場合、通信時間が長くなり、また無線機の動作時間が長くなるためバッテリー寿命も短くなると指摘しています。. ⁽⁴⁾

実践的な説明は以下のとおりです。

デザインの選択	放送時間への影響	影響の追跡
より小さなペイロード	より低い	高密度ビーコン転送に最適
拡散係数が低い、例えばSF7	より低い	容量とバッテリーにとってより良い
拡散係数が高い、例えばSF12	より高い	航続距離は向上したが、容量は低下した。
確認済みのアップリンク	ネットワーク負荷の増加	本当に必要な時だけ使用してください。
頻繁なダウンリンク	ゲートウェイのデューティサイクル圧力の上昇	ルーチンダウンリンク制御を避ける

これがペイロードフィルタリングが重要な理由です。いくつかのLansitec Bluetoothゲートウェイ Bluetoothペイロードバイトをフィルタリングして、有用なデータのみを報告できます ロラワン. 太陽、マクロ、ミクロ、そして コンパクトな Bluetooth ゲートウェイ Bluetoothデータ圧縮もサポートしており、最大15個のビーコンメッセージを1つのパケットにパックできます。 ロラワン 製品カタログに記載されているとおり、SF9パッケージでは最大105個のビーコンメッセージがサポートされます。.

なぜ小さなLoRaWANメッセージでもネットワーク容量を消費するのか

ゲートウェイがBLEビーコンIDを転送するとしましょう。, RSSI 値と小さなセンサー領域。メッセージは1つだけ。大した問題ではない。.

それを駐車場、病院、倉庫、あるいは建設現場に置いてみてください。.

B-Mobileのセットアップには以下が含まれる場合があります Bluetoothビーコン 資産または人に関して、, Bluetoothゲートウェイ 既知の場所に固定され、 ロラワン データをネットワークサーバーおよびアプリケーションに転送するゲートウェイ。.

LansitecのLoRaソリューションはこの流れを明確に説明しています。 ビーコン 定期的にデータを宣伝する、, Bluetoothゲートウェイ 受信して再フォーマットし、転送します ロラワン ネットワークサーバーとアプリへ。.

密度が低い場合は、頻繁にレポートを作成できます。密度が高い場合は、設計をよりスマートにする必要があります。

• ゲートウェイ側のフィルタリングを使用してください。.
• ビーコンメッセージを一括処理する。.
• 安定した状態を繰り返すのではなく、変化した事象を報告する。.
• 静的アセットは静かにさせておきましょう。.

短くて退屈？結構だ。退屈なネットワークは拡張性が高い。.

EU868の例：1%は、計算するまでは寛大に聞こえるが、実際はそうではない。

1%のデューティサイクルでは、1日あたり864秒の放送時間が得られます。0.1%のデューティサイクルでは、1日あたりわずか86秒です。10%のデューティサイクルでは、1日あたり8,640秒の放送時間が得られます。これらは1日あたりの放送時間予算であり、メッセージ数ではありません。. ⁽³⁾

その違いは重要だ。.

短いSF7パケットを送信するデバイスは快適に収まるかもしれません。同じデバイスがSF12でより大きなペイロードと再送を行うと、エアタイムをはるかに速く消費する可能性があります。パブリックネットワークもより厳格かもしれません。The Things Networkのサンドボックス公正使用ポリシーでは、アップリンクエアタイムをノードあたり1日30秒、ダウンリンクメッセージをノードあたり1日10に制限していますが、プライベートネットワークは依然として規制と ロラワン 制限。. ⁽¹⁾

Lansitecのプライベートサービスを利用するお客様向け ロラワン インフラ整備に関して言えば、これは良いニュースでもあり、悪いニュースでもある。.

利点：独自のアプリケーション要件に合わせて設計できる。.

悪い点：あなたはキャパシティプランニングの責任者である。.

Lansitecの導入において、レポート間隔をどのように考慮すべきか

最もよくある間違いは、可能な限り短い間隔から始めることです。トラッカーは5秒ごとにデータを送信できますか？

技術的には、一部のデバイスはその最小間隔をサポートしています。しかし、運用上、すべてのデバイスで一日中その状態を維持することはおそらく望ましくないでしょう。.

より適切な問いは、このメッセージがどのような意思決定を引き起こすか、ということだ。

使用事例	合理的な報告ロジック
緊急SOS	即時アップリンク、最優先
作業員の安全区域への侵入	イベント駆動型アップリンクと短時間バースト更新
車両ヤード追跡	走行中は頻度が高く、停車中は頻度が低い
倉庫資産追跡	存在と場所の変化であって、絶え間ないおしゃべりではない
温度監視	閾値を超えない限り、定期的な報告を行う。

LansitecのB-Fixedソリューションは、実用的なベンチマークとして役立ちます。SF7で1分ごとに位置情報を報告するバッジトラッカーは、500台のデバイスにアクセスする単一のゲートウェイをサポートすると説明されており、正確な推定にはネットワーク容量評価ツールを使用するよう注意書きがあります。また、位置情報報告の最小間隔は5秒と記載されていますが、これは大規模なフリートの場合、デフォルト設定ではなく設定オプションとして扱うべきです。.

役に立つ時は高速データ通信は歓迎する。しかし、デバイスが10秒前と同じ場所にいることを証明するだけの高速データ通信は歓迎しない。.

ADRは役立つが、それはデバイスの動作が適合する場合に限られる。

アダプティブデータレート（ADR）は、データレート、エアタイム、消費電力を最適化するのに役立ちます。拡散率、帯域幅、送信電力を調整できます。Things Networkは、RF環境が安定している場合（一般的には静止デバイス）にADRの使用を推奨していますが、モバイルデバイスは、長時間静止していることを検出できる場合にのみADRを使用すべきです。. ⁽⁵⁾

それは追跡という概念にぴったり当てはまる。.

• 固定式の屋内ゲートウェイ？ADRは役に立つかもしれません。.
• 倉庫、ヤード、トラックの間を移動する追跡装置？注意が必要です。.
• 車両追跡装置は夜間は駐車したままで、日中は移動する？ ハイブリッド戦略の方が理にかなっている。.

追跡システムの場合、デバイスは非常に多様な無線周波数環境下を移動する可能性があります。金属製のラックの後ろ、フォークリフトの近く、コンテナの中、屋外、屋根の下などです。このような不安定性により、アプリケーションロジックが動作状態を理解しない限り、ADR（自動検出・検出）の予測精度が低下する可能性があります。.

ダウンリンクがLoRaWANネットワークの容量を低下させる理由

アップリンクは注目されがちですが、ダウンリンクの方がネットワークに早く悪影響を与える可能性があります。.

理由は、ダウンリンクを送信しているゲートウェイは、その瞬間に受信していないからです。また、ゲートウェイは地域ごとのデューティサイクル制限を遵守する必要があります。高密度なトラッキングシステムでは、確認済みのアップリンクやルーチン的なダウンリンクコマンドが多すぎると、自己誘発的な輻輳が発生する可能性があります。.

ダウンリンクは重要なことに使いましょう。

• 構成変更
• 必要に応じてアラームの確認を行う
• ファームウェアまたは運用制御ワークフロー
• 綿密に計画されたメンテナンス期間

ダウンリンクをポーリングの習慣として利用することは避けてください。. ロラワン これはおしゃべりなプロトコルではない。自制心を重んじる。.

Lansitec LoRaWANトラッキングのための実用的な設計ルール

プロジェクトレビューで使用する現場版は以下のとおりです。.

ルール	なぜそれが重要なのか
ビジネスイベントから始めましょう	“「移動」「ゾーンに入った」「SOS」「温度が閾値を超えた」といったトリガーは、無作為に繰り返すよりも効果的です。.
ペイロードは軽量に保つ	ID、, RSSI, バッテリーと必要なセンサー値1つだけで済むため、冗長なペイロードよりも拡張性に優れています。.
SF7は、カバー範囲が許す限り使用する。	拡散係数が低いほど、通信時間が短縮され、バッテリー寿命が向上します。.
BLEデータをバッチ処理 ゲートウェイ	ランシテック製ゲートウェイ 複数のビーコンメッセージをパッケージ化できるため、アップリンク数を削減するのに役立ちます。.
確認済みのアップリンクを制限する	確認応答はダウンリンクに負荷をかけるため、ルーチン追跡のデフォルト設定にはすべきではない。.
平均値ではなく、繁忙時間帯をモデル化する	シフト交代、トラックへの積み込み、緊急訓練、イベント会場への入場などは、交通量の急増を引き起こす。.

私たちの経験では、「繁忙期」こそデザインの真価が明らかになる時です。午後2時には問題なく見えるサイトでも、午前7時に400人の社員が起き出し、30台のフォークリフトが動き出すと、崩壊してしまうことがあります。 ゲートウェイ 最新のビーコン観測データの転送を開始します。.

これがB-MobileとB-Fixedにどのように適用されるか

で Bモバイル, ビーコン 移動可能で、 Bluetoothゲートウェイ 固定されています。ゲートウェイは近くのBLEアドバタイズメントを受信し、データを再構築して転送します。 ロラワン. これは、次のような場合に効率的です。 ゲートウェイ フィルタリングとバッチ処理をインテリジェントに行います。また、ペイロード圧縮とレポート間隔の調整が真価を発揮するのもこの部分です。.

で B-固定, 、 ビーコン 固定されており、トラッカーは聞こえた音を報告します。これは作業員の追跡や屋内外の移動には非常に有効ですが、トラッカーの報告戦略が重要になります。LansitecのB-Fixedのドキュメントには、3秒間隔で Bluetooth受信 ウィンドウでは、800 ms、500 ms、またはそれ以下のビーコン広告間隔を推奨していますが、間隔を短くすると位置特定精度は向上するものの、ビーコンの電力消費量が増加するとも警告しています。.

建築様式は異なるが、空気を汚染しないという同じ原理に基づいている。.

合理的な初期構成

どのサイトにもそれぞれ独自の調査が必要ですが、これは多くのランシテック社の追跡プロジェクトにとって実用的な出発点となります。

パラメータ	保守的な出発点
定期的な資産の鼓動	5～30分
移動資産の更新	30～120秒
従業員バッジルーチンの更新	60秒後、チューニング
SOSまたは安全警報	即時イベントアップリンク
BLEビーコン広告	人員の場合は500～800ミリ秒、静的資産の場合はそれより遅い
アップリンクを確認しました	デフォルトではオフ、重要なイベント時のみオン
ペイロード戦略	フィルタリング、バッチ処理、圧縮

次にテストします。.

3台のデバイスしかない実験室ではダメだ。実際の密度、実際の壁、実際の金属、実際の動き、そして実際のネットワークサーバーを使ってテストするべきだ。車でいっぱいの駐車場と、誰もいない駐車場は同じではない。夜間の病院の廊下と、シフト交代時の病院の廊下は同じではない。.

LoRaWANのデューティサイクルでよくある間違いを避ける方法

最も一般的なデューティサイクルの問題は、決して特殊なものではありません。むしろ退屈な問題なので、見過ごされがちです。.

まず、営業会議で「リアルタイム」という言葉が聞こえが良いという理由で、チームは報告頻度を過剰に指定してしまう。その後、業務プロセスに必要なのは、アラーム発生時を除き、1分ごとの位置情報だけであることに気づく。.

第二に、チームはペイロードサイズを忘れがちです。数バイトの不要なデータは、一度だけなら問題にならないかもしれません。しかし、1日に何千ものパケットを処理する場合、それらは大きな問題となります。.

第三に、チームは確認済みのアップリンクを安易に使いすぎている。確認は安全だと感じられるが、ダウンリンクの需要を増加させる。 ロラワン 配備においては、その安全性がボトルネックとなる可能性がある。.

最後に、チームはゲートウェイ数を唯一のスケーリング手段とみなします。 ゲートウェイ これらは通信範囲とリンク品質を向上させるものですが、デューティサイクル規則を覆すものではありません。放送時間は依然として放送時間です。.

結論

ロラワン デューティサイクルは、煩わしい技術的な注釈ではありません。 ロラワン 適切に設計されていれば、非常にうまく機能する。.

Lansitecのトラッキング展開の目標は、できるだけ頻繁に送信することではありません。目標は、 有用で簡潔かつタイムリーな情報 同時に、ネットワークの静音性を維持し、拡張性を確保する。.

そこは ロラワン 輝く。.

バッジトラッカーは、何も変化がない場合は数秒ごとに大声で叫ぶ必要はありません。 Bluetoothゲートウェイ 受信したすべてのバイトを転送する必要はありません。プライベートネットワークはパブリックサンドボックスのように振る舞う必要はありませんが、それでも規律は必要です。.

最高の追跡ネットワークとは、何が変わったのかを、それが重要なタイミングで伝え、次の重要なメッセージのために余白を残してくれるネットワークである。.

参考資料および関連文献：

1. TTNドキュメント：デューティサイクル
2. Actility: LoRaWANにおけるデューティサイクルの理解
3. TTNドキュメント：地域パラメータ
4. TTNドキュメント：拡散係数
5. TTNドキュメント: ADR
6. RP002-1.0.5 LoRaWAN地域パラメータ