【IoT-Tech Meetup #4】サテライト NB-IoT(NB-IoT NTN)の全貌と今後

2023年8月29日開催『IoT-Tech Meetup 第4回【IoTで使える"衛星通信"特集】』で、ソラコム松下(max)が発表した資料です。

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1. サテライト NB-IoT(NB-IoT NTN)の 全貌と今後 Aug. 29, 2023 IoT-Tech Meetup【IoT で使える “衛星通信” 特集】 株式会社ソラコム テクノロジー・エバンジェリスト 松下 享平 (Max / @ma2shita)
2. 二つの分類(基地局の利用形態・伝送手法)の クロスマッピング 地上系 ネットワーク 非地上系 ネットワーク(NTN) IP ベース通信 非 IP ベース通信 Wi-Fi、LTE-M、 NB-IoT BLE、Sigfox、SMS、 NB-IoT(NIDD) 衛星ブロードバンド (Starlink) 衛星メッセージング (Astrocast) NB-IoT NTN
3. NB-IoT NTN (Non-Terrestrial Network) 3GPP Release 17 において、既存のセルラーテクノロジー “NB-IoT/eMTC(LTE-M)” で 利用できる IoT 向け衛星通信を定義 《 NB-IoT NTNの名称 》 NTN-based NB-IoT、Satellite NB-IoT、NB-NTN、3GPP Rel.17 NB-IoT がある。Summary of Rel-17 Work Items では『NB-IoT/eMTC support for Non-Terrestrial Networks』と表現されている 出典: 3GPP. “Release 17 Description; Summary of Rel-17 Work Items”. 3GPP Portal. 2022-12-20. https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=3937, (参照 2023-08-28). 《 広域カバレッジ 》 GEO や LEO の人工衛星を NB-IoT 基地局として使える 《 複数の通信経路 》 対応モジュールで 地上基地局との切り替え利用 《 コード資産と透過性 》 地上でも NTN でも “NB-IoT” として実装 NB-IoT
4. LTE Cat.1 LTE Cat.M1 (eMTC, LTE-M) LTE Cat.NB1 (NB-IoT) 策定時期 Release 8 (2009年3月) Release 13 (2016年3月) 最大スループット(上り/下り) 5Mbps / 10Mbps 1Mbps / 1Mbps 26Kbps / 21Kbps 通信モード 全二重 全二重 / 半二重 半二重 モビリティ性能 移動体通信 移動体通信 定点通信 レイテンシ 5 ミリ秒以下 10 ~ 15 ミリ秒 1.4 ~ 10 秒 省電力技術 DRX PSM, eDRX PSM, eDRX カバレッジ拡張（通信品質向上） 従来の LTE 準拠 Repetition Repetition セルラー系 LPWA 出典: Tuomas Tirronen. “Cellular IoT alphabet soup”. ERICSSON BLOG. 2016-02-29. https://www.ericsson.com/en/blog/2016/2/cellular-iot-alphabet-soup, (参照 2023-08-29). 以上を基に、筆者再構成
5. NB-IoT、3つのデータ伝送方式 ⚫ IP アドレス ⚫ 通信先 IP データ配送 (IP Data Delivery) Non-IP SGi based Data Delivery ⚫ デバイス↔IP アドレス ⚫ デバイス↔通信先(IP) IP(TCP, UDP) Non-IP IP(UDP) SGi: Serving Gateway interface SCEF: Service Capability Exposure Function (P-GW) (SCEF) ⚫ デバイス↔通信先(HTTP) Non-IP 通信事業者等 HTTP(REST) 非 IP データ配送 (Non-IP Data Delivery; NIDD) Non-IP SCEF based Data Delivery 1 2 3 NB-IoT デバイス 通信先 サーバー等 IP ベース通信 そのもの Webhook 実装 と同義 サーバー側では IP ベース通信に 見える
6. 伝送手法から見る、データ通信の分類 IP ベース通信 ➢ 端末に IP アドレスが割り当てられ、 IP 上にてデータ送受信をする通信 ➢ HTTP 等 のプロトコルが使えること から汎用性が高いが、利用環境 (例: 極小容量、省電力など)によっては IP 自体 のオーバーヘッドが課題となること もある ➢ 離散的・連続的どちらのデータでも 扱いやすい 例) Wi-Fi、LTE-M、NB-IoT 非 IP ベース通信 ➢ 端末にはプロトコル専用の識別子 を割り当てて、その上でデータ送 受信をする通信 ➢ 目的に特化しており無駄が少ない が、制限が比較的多い(例: 低速、連続通 信不可など)ため、ユースケースとの適 合チェックが不可欠 ➢ 離散的、間欠的な用途に適してい る 例) BLE、Sigfox、SMS、NB-IoT(NIDD) NIDD: Non-IP Data Delivery 【再掲】
7. NIDD SCEF based Delivery のシーケンスや エンドポイントの例 出典: 花岡 博和. “NIDD についてご紹介”. Device WebAPI Consortium / 第12回技術ワーキンググループ会合レポート. 2019-01-30. https://device-webapi.org/event/20190130/12th_tech_wg_meeting.html(PDF), (参照 2023-08-28). 出典: Oracle. “Table 2-3 Supported NIDD Resources and Methods”. Diameter Signaling Router SCEF User's Guide. (不明). https://docs.oracle.com/cd/F27846_01/docs.85/SCEF/nidd.html, (参照 2023-08-28).
8. 実利用の環境が整い始めている 出典: ソラコム. “【基調講演】“Connect – Reconnect” データはつながり、新しいフェーズへ ― SORACOM Discovery 2023”. SORACOM Discovery 2023. 2023-07-06. https://speakerdeck.com/soracom/soracom-discovery-2023-ceo-keynote, (参照 2023-08-28). 出典: Skylo. “Skylo Network Access Conformance Requirements Document”. Skylo. 2023-04-21. https://www.skylo.tech/check-compatibility, (参照 2023-08-28). Skylo Technologies … 米国(Mountain View)を拠点とす る NTN サービスプロバイダ
9. まとめ • NB-IoT NTN は現在の NB-IoT において、基地局に 人工衛星を利用できるようにしたもの • 本質的には NB-IoT • 定点通信、3種の伝送方式、実装 • より広範囲、そして、省電力が狙える • 即座の利用は難しいが、利用のハードルは徐々に下 がっている
10. 参考資料集 3GPP Release 17 highlights (3GPP) https://www.3gpp.org/specifications-technologies/releases/release-17 3GPP Release 17: Understanding NB-IoT over NTN (5G HUB) https://5ghub.us/3gpp-release-17-understanding-nb-iot-over-ntn/ NTN 技術ロードマップ (Beyond 5G推進コンソーシアム /スケーラビリティWG 技術 資料) https://b5g.jp/scalabillity-wg-files/ 3GPP NTN(非地上ネットワーク) 仕様解説 https://zenn.dev/nic/articles/fe6d218bb1800d
11. IoTの「つなぐ」を簡単に You Create. We Connect.