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製品について
SkWAN
 

SkWANは、LPWAN向けに設計・開発された通信規格、及びその通信規格を実装したプロトコルスタックです。

LPWANでは、主に障害物の迂回特性にすぐれた920MHz帯を利用し、変調方式に直接拡散方式を用いることや、占有帯域幅を非常に狭くするなどして、受信感度を向上させる工夫がなされています。その結果、事業者免許が不要でありながら、通信距離が数km〜10km以上という長距離伝送を実現しています。

しかしその一方で、通信速度は1 kbps前後と非常に低速でデータ長(PSDU)も小さいため、既存の通信規格がそのままでは適用困難という大きな問題があります。また無線の占有時間が長いため、子機の台数を増やすとコリジョンが多発することになり、スケーラビリティにも課題があります。

これら一連のLPWA特有の問題を解決し、実用的な広域・低消費電力通信を実現するため、当社では通信規格を1から独自設計し、プロトコルスタック製品「SkWAN」として実現いたしました。

SkWANの主な特徴

  • TDMA(時分割多元接続)方式を採用
    すべての子機はステーションが発信するビーコンに同期し、TDMAによるタイムスロットアクセスで通信します(タイムスロットアクセス以外の通信手段が提供されていません)。これにより、低データレートな子機が多数接続しても、衝突を起こさず安定して通信することができます。

  • 周波数アジリティ搭載
    LPWAは通信速度が非常に低いため、データ送信で電波が長時間にわたり出力され続けます。この影響を避けるため、SkWANではタイムスロット毎に利用周波数を自動的にローテーションさせる「周波数アジリティ」を備えており、混雑した周波数を避けて通信を行います。
  • コンパクトなヘッダ構成と通信手順の提供
    ヘッダは7バイト固定、Ackは5バイト固定と、低データレートに特化したコンパクトなヘッダ設計で、可変長要素がありません。パーサの実装が容易で、フォーマット不正や解析ミスによるオーバーランといった障害要素が極力排除されています。

  • 1ステーション最大6400台収容のスケーラビリティ
    ステーションは最大4個まで無線モジュールを搭載できます。1個の無線モジュールは1024タイムスロット動作で、最大1600台まで子機を収容可能なので、1600*4 = 6400台が1ステーションの論理的な収容台数上限となります。

  • 認証、鍵配布、鍵更新を標準サポート
    暗号鍵はステーションと各子機ごとに個別に生成されるリンクキーを使い、デフォルトで暗号通信を行います(平文での通信がサポートされません)。フレームカウンタによるリプライアタック抑止、AES-CCM*によるメッセージ認証機能をサポートします。またデバイスの接続、認証、鍵配布はメッセージの1往復(上り1回、下り1回)のみで完了するよう設計されており、長い接続・交換シーケンスで無駄な電力消費を行うことがありません。

  • メタビーコンの提供
    タイムスロット周期が長いと、ビーコンの受信を長時間待機する必要があり、電力を不要に消費してしまいます。SkWANでは「ビーコンについてのビーコン=メタビーコン」を短周期で発信することにより、短時間で所望のステーションからのビーコンを補足して同期することができます。(メタビーコン専用の無線モジュールをステーションに装備する必要があります)

  • 特定の物理層に依存しないポータビリティ
    IEEE 802.15.4k, LoRa変調, Ultra Narrow Bandといった多様なLPWA向け物理層に対応します。そのため特定の通信規格に依存しない自由な選択とシステム構成が可能です。すべての通信規格(物理層)に共通の「SKコマンド」が提供されるので、いちどアプリケーションを構築すれば、規格を変更してもアプリケーションを作り直す必要がありません。
 
 

SkWANソフトウェア階層図

skwan

SKコマンド
UART経由でのコマンド操作で簡単にネットワークを構築できます。

ステーションの動作開始例
ステーションIDを0x12345678に設定:
SKSREG S05 12345678

ステーションIDは、すべてのステーションを一意に区別する固有番号です。異なるステーション間で同じIDが設定されないよう注意する必要があります。次に接続用のPre-shared Keyを設定します。

PSKの設定:
SKSETPSK 11111111222222223333333344444444

最後に、動作種別をステーションに切り換えることで、ビーコン発信を開始します。

動作種別=0に設定:
SKSREG S02 0

エンドデバイスの動作開始例

接続用のPre-shared Keyを設定します。

PSKの設定:
SKSETPSK 11111111222222223333333344444444

ステーションID=0x12345678に設定:
SKSREG S05 12345678

この状態でしばらく待機すると、ビーコン受信イベントが発生します。

ERXBCN 00 01 12345678 50

設定したステーションIDのステーションからのビーコンを受信した時点で、タイムスロット同期が始まります。同期開始後、自端末用のタイムスロットを利用して接続処理を自動的に実行します。接続に成功するとステーションとの暗号通信が可能になります。

 

対応製品

SkWAN搭載製品としまして

を当社よりご用意しております。これら機器には、すでにSkWANが組み込まれており、購入してすぐお使い頂ける環境になっております。

 

サードパーティ製SkWAN搭載品

  • LoRaモジュール「ADRF901」(アドバンストアールエフデザイン社)
    PCと接続して通信を試せる評価ボード「ADRF901EVB」のご用意もございます。価格・納期などは アドバンストアールエフデザイン社にお問い合わせください。

 

動作実績

SkWANで動作実績があり、標準品として推奨している無線ICは下記になります。

  • LoRa
    • SX1276 (セムテック)
  • IEEE 802.15.4k
    • ML7404 (ラピスセミコンダクタ)
  • IEEE 802.15.4g
    • ADF7023 (アナログデバイセス)
  • UNB (超狭帯域)
    • ADF7030 (アナログデバイセス)

サポートサービス

お客様所有の各種無線IC、マイコン、無線モジュールへのSkWAN移植サービスも有償で行っております。以下のサービスをご提供しております。

  • SkWANをターゲット環境に移植し、動作確認を行います。とりわけSkWANが要求するタイムスロット制御のタイミング精度が許容範囲に収まっているかを厳密に検証いたします。
  • SkWANのカスタマイズ作業や、カスタマイズに必要な変更箇所・修正方法を検討してアドバイスいたします。
  • ソフトウェアの不具合修正、最新版のご提供など、継続的な保守を提供いたします。

チュートリアル

SK Stationとエンドデバイスを使って、センサネットワークを手軽に実現する方法の一例をご紹介しています。詳しくは下記Wikiをご参照ください。

LoRaチュートリアル

 
  製品のお問い合わせ・ご購入申込先:sales@skyley.com


 
 
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