LoRaWAN AS923 と ARIB STD-T108

LoRaWAN AS923 と ARIB STD-T108
坂根昌一
ユースケースおよび展開における課題
第２回 LoRaWAN ミートアップ, 2017年9月11日
イノベーションセンター
シスコシステムズ合同会社

という思いで、お話しさせていただきます。
日本における LoRaWANの普及に関する
課題についてブレストのネタになれば・・・。
本日は

LoRaWAN 1.1 Regional Parameters
EU US CN AU KR IN
Freq. Band 863~870 433~434 902~928 779~787 470~510 915~928 920~923 865~867
#of Ch for Join 3 3 64+8 6 96 64+8 3 3
DR 0~7 0~7 0~4,8~13 0~7 0~5 0~6,8~13 0~5 0~7
Ch BW (kHz) 125,250 125,250 125, 500 125,250 125 125,500 125 125,250
Data rate (bps)
250~11k
FSK 50k
250~11k
FSK 50k
980~21.9k
250~11k
FSK 50k
250~5470 250~21.9k 250~5470
250~11k
FSK 50k
TX power (dBm) 2~16 2~12 10~30 2~12 5~19 10~30 0~12 0~20
#of CH for beacon 1, <29dBm 1 8 1 8 8 1 1, <27dBm
• Preamble format
• Default Channel Frequency
• Join request configuration (BW, CH)
• Data rate coding
• End-device TX power coding
• LinkAdrReq coding
• Maximum payload size
• Receive window (RX1DROffset) coding
• Class B beacon configuration (DR, Freq., FH)
ü 16カ国 9 リージョンの仕様が定義されている。
ü 定義されている項目
6 カ国の 8 リージョンパラメータの概要
(DRAFT Rev.A as of July-2016)
Shoichi Sakane, Cisco Systems, LoRaWAN 2nd Meetup, 11-Sep-2017

LoRaWAN 1.1 Regional Parameters
AS923 #of CH 2
Freq. 923.20, 923.40
BW (kHz) 125
DR 0~5
Duty Cycle < 1%
Join Request DR2
DR Uplink MAC Payload Size (B) Downlink MAC Payload Size (B)
DwellTime = 0 DwellTime = 1 DwellTime = 0 DwellTime = 1
0 59 N/A 59 N/A
1 59 N/A 59 N/A
2 59 19 59 19
3 123 61 123 61
4 230 134 230 134
5 230 250 230 250
6 230 250 230 250
7 230 250 230 250
8:15 RFU RFU
DR 3 (SF9 / 125kHz)
CR 1
Signal polarity Non-inverted
frequency 923.40MHz
AS923 beacon settings
AS923 maximum payload size (not repeater compatible)
1. Brunei [923-925 MHz]
2. Cambodia [923-925 MHz]
3. Indonesia [923-925 MHz]
4. Japan [920-928 MHz]
5. Laos [923-925 MHz]
6. New Zealand [915-928 MHz]
7. Singapore [920-925 MHz]
8. Taiwan [922-928 MHz]
9. Thailand [920-925 MHz]
10. Vietnam [920-925 MHz]
※ Hong Kong was removed during ver1.0 to ver1.1.
AS923 default channels / JoinReq.
DR SF BW Indicative bit
rate (bps)
0 12 125 250
1 11 125 440
2 10 125 980
3 9 125 1760
4 8 125 3125
5 7 125 5470
6 7 250 11000
AS923 LoRa Data rate
TXPow. EIRP
0 Max EIRP
1 Max EIRP – 2dB
2 Max EIRP – 4dB
3 Max EIRP – 6dB
4 Max EIRP – 8dB
5 Max EIRP – 10dB
6 Max EIRP – 12dB
7 Max EIRP – 14dB
AS923 TXPower
(DRAFT Rev.A as of July-2016)
アジアの周波数帯の近い国をまとめて最大公約数で仕様を決めたと思われる。Shoichi Sakane, Cisco Systems, LoRaWAN 2nd Meetup, 11-Sep-2017

特小デバイスのパラメータ
ARIB STD-T108 Specified low-power radio stations （特定小電力）
ü ARIB STD-T108 à 日本における920MHz帯の規制
ü ここでは 20mW （特小）のみを取り上げる。
ü 250 mW (24 dBm) は簡易無線に分類される。

特小デバイスのパラメータと LoRaWAN
ARIB STD-T108 Specified low-power radio stations （特定小電力）
Duty Cycle: 10%
400ms + 4.0s + 128us = 4.5s à 45s/1回
200.1ms + 2.001s + 128us = 2.3s à 23s/1回
NSとの通信時間が約1秒弱かかるのでキャリアセンスを
除外する応答条件にはおよそ当てはまらない。
注1: 4秒以内ならCS 128usを行い休止時間なしで送信できる。
パッシブタグ供用帯
1mW以下の使用は除外できる。
複数CH同時使用は
事実上検討されていない
と思われる。
13 dBm 以下
単位CH BW
LoRaWANの TimeOnAirは
10 ms 以上 (SF7, 500kHz BW)
送信時間 10.304 (ms) ß SF=7, 500kHz で 12(B)Shoichi Sakane, Cisco Systems, LoRaWAN 2nd Meetup, 11-Sep-2017

AS923 Default Channels
ü デバイスがサポートしなければならないパラメータ [must be implemented]
• BW: 125 kHz
• CH: 923.20 MHz, 923.40 MHz
• DR: 0 to 5
• Duty Cycle: < 1%
• Default EIRP: 16 dBm [should use]
• CH数: 16 [should]
• TxParamSetupReq/Ans [MUST be implemented]
ü 全ての GWは、このチャネルを受信すべき [should be listening on]
ü この CHは NewChannelReq で変更できない。[cannot be modified]
ü デバイスが JoinReq で使用するパラメータ [should be used]
ü 実行送信時間は 400ms から TxParamSetupReq で指定される値まで保証する [are compatible with]
Ø ARIB STD-T108では、特小 13 dBm。簡易 24 dBm となっている。
Ø MACコマンドを使う前にコンソールなどから設定する必要がある。

AS923 DRとペイロードサイズ
DR SF BW
bitrate (bps)
参考値
AS923 MAC Payload Size (B)
DwellTime なし DwellTime 400ms
0 12 125 250 59 N/A
1 11 125 440 59 N/A
2 10 125 980 59 19
3 9 125 1760 123 61
4 8 125 3125 250 133
5 7 125 5470 250 250
6 7 250 11000 250 250
7 FSK 50000 250 250
ARIB STD-T108 と併せて考えた場合。
例１） 24-38ch 20mW CS 5ms の場合、
連続送信時間は4秒までなので、
DwellTime なしに該当し、DR0 の時の
アプリケーションのメッセージは
最大で51バイトとなる。
例２） 33-61ch 20mW CS 128us の場合、連続
送信時間は 400ミリ秒までなので、
DwellTime 400msに該当し、DR2 の時の
アプリケーションのメッセージは
最大で 11バイトとなる。
DwellTime = 実行送信時間
Ø BW 250 KHzを使うには 2CH同時に使う必要がある。
Ø FSK が必要となるユースケースとガイドラインが必要なのでは？
FHDR (7) FPort (1) FRMPayload
LoRaWAN MAC Payload Format
App. Frame

LoRa SFと PHYPayloadサイズと送信時間
ü LoRaWAN 1.1 では常に H=0, CR=1
ü DE は選択可能？DE=0 に限定ではないか？
PHYPayload
= PHYPayload - 13
Max. Application
Frame Size
Min. PHYPayload = 12

LoRa SFと PHYPayloadサイズと送信時間
計算式上では、
例えば SF12 100 Bytes を
3448.832 (ms) で送信できる。
https://github.com/tanupoo/lorawan_toaShoichi Sakane, Cisco Systems, LoRaWAN 2nd Meetup, 11-Sep-2017

LoRaWANの PHYPayloadサイズ制限
LoRaWAN Regional Parametersで定義された DRの一覧

LoRaWANの PHYPayloadサイズ制限
SF=12
MACPayload 59 Bytes
à 2465.792 (ms)
LoRaWAN 最小
PHYPayload = 12 Bytes
SF=7 125kHz 12 Bytes à 送信時間 51.456 (ms)
SF=7 500kHz 12 Bytes à 送信時間 10.304 (ms)
SF=11
MACPayload 59 Bytes
à 1314.816 (ms)
SF=10
MACPayload 59 Bytes
à 698.368 (ms)
SF=9
MACPayload 123 Bytes
à 676.864 (ms)
SF=8
à 707.072 (ms)
PHYPayload = MACPayload + 5
700 ms
255 Bytes
64 Bytes

AS923のPHY Payloadサイズと送信時間
実行送信時間を考慮する必要がない場合
DR SF MAC Pl. Size (B)
0 12 59
1 11 59
2 10 59
3 9 123
4 8 250
5 7 250

実行送信時間を400ms以下にする場合
DR SF MAC Pl. Size (B)
0 12 N/A
1 11 N/A
2 10 19
3 9 61
4 8 133
5 7 250
400

400
DR SF
MAC Pl. Size (B)
DT = ∞ ≦ 400
0 12 59 N/A
1 11 59 N/A
2 10 59 19
3 9 123 61
4 8 250 133
5 7 250 250
送信時間 51.456 (ms) ß SF=7, 125kHz で 12(B)
SF=12
MACPayload 59 Bytes
à 2465.792 (ms)
SF=11
MACPayload 59 Bytes
à 1314.816 (ms)
SF=10
MACPayload 59 Bytes
à 698.368 (ms)
SF=9
à 676.864 (ms)
SF=8
à 707.072 (ms)

AS923の DRと ARIB STD-T108
DR SF
MAC Pl. Size (B)
DT = ∞ ≦ 400 ≦ 200 ≦ 4000
0 12 59 N/A N/A 115
1 11 59 N/A N/A 237
2 10 59 19 N/A 250
3 9 123 61 17 250
4 8 250 133 53 250
5 7 250 250 115 250
200
400
4000
Ø ARIB STD-T108の仕様を考慮すると、
実行送信時間 200msや 4sを考慮してもよいのではないか？

AS923 Class B Beacon / Downlink Channel
DR 3 (SF9 / 125kHz)
CR 1
Signal polarity Non-inverted
Beacon Freq. 923.40 MHz
PingSlot Freq. 923.40 MHz
AS923 beacon settings
ü 物理的に同じ地域に別々のオペレータの Beaconが出ると、デバイスはどち
らの Beaconに従えばよいのか？
ü v1.0.2 では Beaconに NetIDが入っていたので識別できた。
AS923 beacon frame format
Ø なぜ削除されたのか？
Ø GwSpecificに NetIDを埋めることは可能か？
Ø USの様に Beaconを複数用意することはできないか？
v1.0.2 EU beacon frame format

AS923 制御チャネル
LoRaWAN 国別仕様では、日本は AS923 の一部として、920-928 MHz（24〜61ch）が定義されている。
ü default channels must be implemented in every end-device and cannot be modified through
the NewChannelReq command and guarantee a minimal common channel set between end-
devices and network gateways. (2.7.2)
ü the list of frequencies that should be used by end-devices to broadcast the JoinReq message.
(2.7.2)
ü The RX2 receive window uses a fixed frequency and data rate. The default parameters are
923.2 MHz / DR2 (SF10/125KHz). (2.7.7)
ü The beacons SHALL be transmitted using the following settings. (2.7.8)
923.2 923.4
Default CH x x
Join Request x x
Class A RX2 x
Class B Beacon x
Class B PingSlot x
Class C RX2 x

AS923制御チャネルと ARIB STD-T108
ü AS923 では、37, 38ch に制御メッセージを集中させている。
ü 37,38を制御メッセージで変える事は可能。923.2 923.4
Default CH x x
Join Request x x
Class A RX2 x
Class B Beacon x
Class B PingSlot x
Class C RX2 x
特小T3-8、簡易 T3-8 から抜粋。ただし、2ch以上の同時使用と、Sending duration 6ms は除外。
Ø チャネル使用率が高いとメッセージの到達制が不安定になる事が考えられる。
Ø Class B Beaconの到達制は Class Bの運用に直接影響がでるので、安定させる必要がある。
Ø Class C RX2 が定常的に使われると、制御メッセージを含め通信が不安定になる。特に
250mWからの影響が大きいと思われる。
Ø 20mWの通信は 39ch以上を使うのが望ましいのでは？
Ø Class B Beaconは 37,38以外のチャネルを複数割りあてるのが望ましいのでは？
Ø Class C RX2 は固有チャネルを複数割り当てるのが望ましいのでは？

AS923制御チャネルと ARIB STD-T108
Ø ユースケースを考えると、実行通信時間が長い a, d を選択するケースが多いと考えられる。
Ø 37,38ch は制御チャネルとして使用される可能性が高いため、スケーラビリティを考えると通常の通信
では可能な限り使わない方がよいと考えられる。
Ø ただし、250mWの場合、dでは37,38chが使えないので、
• 1) 37,38chだけ eを採用するか、
• 2) 通常の通信を含めて eを選択するかが考えられる。

CH, BWの有効利用（USの例）
ü UpLink, DownLinkを別チャネルに割り当てる。
ü BWを2種類（125kHzと500kHz）定義している。
CH 0 to 63: UpLink 125 kHz BW
CH 0 to 7: DownLink 500 kHz BW
CH 64 to 71: UpLink 500 kHz BW

BWの増加による送信時間の変化
125 kHz 500 kHz
SF12 2465.792 ms 616.448 ms 500kHzでは 61 Bまで送信可能
SF10 739.328 ms 184.832 ms 500kHzでは 250 Bまで送信可能
帯域幅の増加割合 = 送信時間の短縮割合
例:
帯域を 125 kHz を 250 kHz （２倍）にすると
送信時間は 1/2 になる。
単純に考えると、駆動時間が少なくなるので消費電力も少なくなる。
SF12 125 kHz
SF12 500 kHz
SF10 125 kHz SF10 500 kHz

CH, BWの有効利用の例
400 kHz
250 kHz
600 kHz
500 kHz
前後 75 kHz 前後 50 kHz
150 kHz 100 kHz
AS923 DR6 (SF7 250 kHz BW)
ü AS923 DR6 は SF7 250 kHz と定義されている。
ü ARIB STD-T108
• 1ch 200 kHz。5chまで束ねることが許されている。
• 61chまで使用できる。
Ø400 kHzや600 kHzなどを検討すべきでは？
ØUplink, Downlink, 制御チャネルを分けることを検討しては？Shoichi Sakane, Cisco Systems, LoRaWAN 2nd Meetup, 11-Sep-2017

まとめ
• LoRaWAN では Region Parameter で各国の仕様を定めている。
• 日本向けの仕様は、 10カ国の合同仕様 AS923 の一部として
定められている。
• そのため ARIB STD-T108 と乖離した仕様が含まれている。
• 無線の規制は国ごとに異なるので個別に定義されるべき。
• 普及を考えると JP920 の様な日本向け仕様と、920MHz帯を効
率よく利用し、かつ干渉を避けるためのガイドラインを定める
ことが望ましいと思われる。

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