draft new セルラーIoT (LTE-MとNB-IoT)

Why cellular IoT

When evaluating the most suitable low-power wide-area network (LPWAN) technology for your Internet of Things (IoT) application, it's crucial to consider various factors beyond just technical specifications, which in itself can widely diverge from real-world performance. These are some of the key reasons why cellular IoT (comprising NB-IoT and LTE-M) can be a more suitable choice for your IoT project as opposed to LoRaWAN, Sigfox, Wi-SUN, or other LPWANs.

	Licensed vs unlicensed frequency bands: Cellular IoT uses licensed bands and global infrastructure, offering broad coverage, scalability, and security. This abstracts the connectivity and enables focus on IoT product development.
	Data rate & robustness: LPWAN technologies suit devices with infrequent data transfers, but cellular IoT excels by supporting both low and high data rate needs, like remote firmware updates.
	Power consumption: NB-IoT and LTE-M enable low power, wide-scale machine communication. Unlike other LPWANs, cellular IoT offers a balance of power efficiency and higher data rates without compromise.
	Lifetime cost: Initial costs of certain LPWANs may be low, but assessing total lifetime expenses is essential. Cellular IoT provides stable cost structures and alleviates the burden of maintaining personal infrastructure.
	Future-proof: LTE-M and NB-IoT are slated for support beyond 2040, ensuring devices' long lifespans. Subscriptions guarantee a reliable network, in contrast to other LPWANs that could shut down preemptively, risking your business.

完全なセルラーIoTソリューション

低消費電力のセルラー接続で製品を強化: 必要なものは全て揃っています

セルラーIoTの設計はこれまで、ホストMCU、RFフロントエンド、セルラー モジュール、GNSSモジュール、セキュア エレメント、MIC等、さまざまなベンダーからさまざまな部品を調達するという、ばらばらに断片化した経験でした。このように断片化されたソリューションの所有権は、製品の開発者にさまざまな課題とリスクをもたらし、多くの場合、コスト、性能、消費電力に関して多くのトレードオフを必要とする、最適とは言えない実装につながります。

Nordicの目標は、セルラー製品の開発を合理化し、製品ライフサイクル全体をサポートすることです。そのためNordicは、セルラー製品を構成するさまざまな要素をすべて統合し、総合的なソリューションとして提供しています。つまり、ハードウェア、ソフトウェア、ツール類、クラウドサービス、世界トップクラスのサポートを含む、Nordicが完全に所有・管理するソリューションです。

Nordicのワンストップセルラー IoTソリューションをご覧ください

 

nRF91 Series key benefits

When evaluating the most suitable low-power wide-area network (LPWAN) technology for your Internet of Things (IoT) application, it's crucial to consider various factors beyond just technical specifications, which in itself can widely diverge from real-world performance. These are some of the key reasons why cellular IoT (comprising NB-IoT and LTE-M) can be a more suitable choice for your IoT project as opposed to LoRaWAN, Sigfox, Wi-SUN, or other LPWANs.

 

The advantages of the nRF91 Series in cellular IoT

	Integration: We have enabled an unprecedented level of integration by making a complete communication and application module with all relevant components in a tiny 10x16mm System-in-Package (SiP) for nRF9160 SiP and nRF9161 SiP, 11x12mm for the nRF9151 SiP, and 7x11mm for the nRF9131 mini SiP. This allows for cost efficient and compact designs that are not possible with competing solutions, such as a solar-powered animal tracker weighing an impressive 2.5 grams.
	Low Power: Your product's power consumption is not determined by a few datasheet data points, but by the average power consumption during operation. The nRF91 Series was built from the ground up for unparalleled power efficiency for all network conditions, making it possible to create ground breaking products like the world’s first solar-powered and batteryless cellular IoT asset tracker, that can operate perpetually on harvested solar energy.
	Ease of use: Development is streamlined with great documentation, full software development kit support, flexible hardware and powerful development tools. This allows customers to save significant time and resources in their development cycle while achieving the desired performance and energy targets of their applications.
	Global certifications: Certified for operations in all key regions and with all major operators, allowing your product to be easily deployed in a global stage without a complex BOM and supply chain for region specific components.

 

Power consumption beyond the datasheet

Nordic takes a holistic approach

Optimized for total average current consumption: beyond PSM floor currents

When evaluating cellular solutions, it is vital not to rely solely on a few specification points as there are various factors affecting power consumption. In the case of Power Saving Mode (PSM) floor currents, drawing conclusions based on this metric alone can lead to erroneous assessments of a device's power efficiency. Low PSM floor currents often have hidden caveats such as lack of RAM retention, and sometimes even GPIO retention. This translates into significant power consumption overhead on cellular operations, resulting in a higher average current consumption of your device. In addition, traditional cellular devices require a host MCU which increases the overall system power consumption. Nordic makes it easy to estimate and measure power consumption with our developer-friendly tools.

Looking at a data exchange example with various PSM intervals, we see that even though Module X has 50% lower PSM floor current, the average current consumption can be 7 times lower on nRF9160, even for long PSM intervals. This is because the wake up energy on Module X is much higher than on nRF9160, and that has a larger footprint than PSM floor in the overall energy consumption.

*Calculations with comparable external MCU for Module X with sleep current at 14µA (with RAM retention).

What this translates to in your end product is reduced battery size and cost, allowing for much more cost-effective and compact designs that are simply not possible with any other cellular device in the market today. The Devzone blog Maximizing battery lifetime in cellular IoT: An analysis of eDRX, PSM, and AS-RAI dives deeper into battery maximization of Cellular IoT applications.

 

LTE-M

低消費電力、モビリティ、低レンテンシ

LTE-M(別名Cat-M1)は中程度のスループットが必要な低消費電力アプリケーション向けに設計されました。通常のLTEが20 MHzであるのに対し、1.4 MHzと帯域幅が狭いため、レンジは長くなりますが、スループットは下がります。スループットはアップリンク375 kbpsとダウンリンク300 kbpsです。IPを実行するアプリケーションにおけるスループットは約100 kbpsです。TCP/TLSエンドツーエンドのセキュアな接続に適しています。通常のLTEと同じセルハンドオーバー機能を使用して、モビリティは完全にサポートしています。現在、LTE-Mでローミングすることが可能です。つまり、複数の地域で動作するアプリケーションに適しています。レイテンシはミリ秒レベルです。このため、タイミングがクリティカルなアプリケーションにリアルタイム通信を提供できます。

LTE-Mは、資産追跡、ウェアラブル、医療、POS、ホームセキュリティ等の、低消費電力、低レイテンシ、モビリティ、中程度のスループットを必要とするアプリケーションに最適です。

NB-IoT

低消費電力、レンジ、適応性

NB-IoT(別名Cat-NB1)は、従来のLTE物理層を利用しないナローバンド技術規格ですが、LTEバンド内またはその前後で動作し、他のLTEデバイスと共存するように設計されました。帯域幅は200 kHzで、LTE-Mや通常のLTEと比較して長いレンジ、低いスループットが特徴です。スループットはアップリンクが60 kbps、ダウンリンクが30 kbpsです。静的でスループット要件が低い、低消費電力のアプリケーションに適しています。3GPPリリース14でCat-NB2が導入されたため、ネットワークがサポートしている場合、アップリンクで169 kbps、ダウンリンクで127 kbpsのスループットを達成できます。

NB-IoTは、スマートメータ、スマート農業、スマートシティ アプリケーション等、スループットは低くても構わないが低消費電力と長距離通信を必要とする静的なアプリケーションに最適です。また、LTE-Mと比較して地下室や屋内駐車場への浸透性に優れています。

LTE-MとNB-IoTの主な特長の比較

	LTE-M	NB-IoT
別名	eMTC、LTE Cat-M1	LTE Cat-NB1 (3GPP rel 13) LTE Cat-NB2 (3GPP rel 14)
最大スループット(DL/UL)	300/375 kbps	30/60 kbps (NB1) 127/169 kbps (NB2)
レンジ	最大4倍	最大7倍
モビリティ/セルの再選択	Yes	限定的
周波数展開	LTEインバンド	LTEインバンド、ガードバンド、GSMの再利用
展開密度	セルあたり最大50,000	セルあたり最大50,000
モジュール サイズ	ウェアラブルに好適	ウェアラブルに好適
電力消費	最大10年のバッテリ寿命	最大10年のバッテリ寿命

電力効率

革命的な電力効率

電力効率は、セルラーIoT技術のカギです。LTE-MとNB-IoTはどちらも、デバイスを何年もバッテリで動作させることを前提に設計されています。これは、さまざまなテクニックを駆使することで達成されています。データスループットは通常のLTEよりも低く、わずかに単純化された変調方式と複雑さが少ない無線により、電力消費を削減できます。しかし、他の低消費電力通信技術と同様、本当のカギは、スリープ、復帰、通信イベントを効果的かつ効率的に管理することです。

LTE-MとNB-IoTの省電力機能には、2つの革新的省電力技術が大きく貢献しています。eDRX (Extended Discontinuous Reception)とPSM (Power Saving Mode)です。eDRXとPSMは調和して動作し、何か月・何年ものバッテリ動作を可能にします。

LTEは、通常1.28秒のページング サイクルを使用します。ページング サイクルとは、データ交換のためにネットワークがデバイスと通信できる時間のウィンドウです。ページングウィンドウ間の休止期間はハイパーフレームと呼びます。eDRXの利点は、デバイスが次のページング ウィンドウのアクティビティのために復帰する前に、10.24秒ごとの周期でN個(40以上)のハイパーフレームを発生させられることです。こうすることで、デバイスは非常に効率的かつ同期した方法でスリープと通信を行えます。

PSMモードでは、デバイスはディープスリープ モードに入れます。この長さは、必要に応じて1時間でも、1日でも、数週間でも可能です。例えば農業の灌漑システムのようにリアルタイムの情報が不要で、通信頻度がごく低いアプリケーションの場合、PSMを使うと非常に省電力化することができます。これにより、単三電池サイズのリチウム電池数個で、最大10年間動作できます。

nRF91シリーズは、eDRXとPSMを含むLTE-MおよびNB-IoTがサポートする全ての省電力機能を最大限活用するように最適化されています。

これらの機能に加えて、3GPPリリース14では、AS-RAI (Release Assistant Indication for Access Stratum)のサポートが導入されました。これは、デバイスがデータ送信直後にアイドルモードに入ることを可能にする省電力機能で、データ送信の消費電力を半分以下に低減できます。

サービス品質

信頼性の高い接続を実現

LPWAN (Low-Power Wide Area Network)の領域に関しては、セルラー ネットワークは他の技術より優れた性能を備えています。その卓越した信頼性の秘密は、ライセンスバンドで動作することです。これは大きな要素です。これらのバンドのライセンスを取得することには、しばしば数十億ドル規模の大きな投資が伴います。これらのバンドのライセンスを取得することで、機器間の干渉による電力のムダを抑えつつ、バンド内での通信の性能と信頼性を確保できます。

セルラー ネットワークの決定的な特長の1つは、非常に高いサービス品質(QoS)を提供するという揺るぎないコミットメントです。既知で管理可能な数の接続では、セルラー ネットワークは優先順位を付けて対応するように設計されています。対照的に、非ライセンスバンドではそのような保証が存在せず、誰でも利用できます。一貫した性能と高い信頼性を確保するという点では、ライセンス セルラー ネットワークがLPWANの明白な勝者です。

ライセンス セルラー ネットワークの力を活用することで、接続要件を確実に満たせます。QoSが保証されているため、重大なアプリケーション、機密データの転送、ミッション クリティカルな動作が完全に実行されます。セルラー ネットワークを使用することで、非ライセンス バンドとは比較にならない信頼性と性能が手に入ります。

展開密度とカバレッジ

展開密度とシームレスなカバレッジの力を解き放つ

既存の4Gセルラー ネットワークは既に整備されており、世界中の都市でセルタワーのインフラが整っているため、高密度のカバレッジを確保しています。さらに、ほとんどの国ではほぼ国土全体のカバレッジを達成しています。セルラー技術は、この驚くべき基盤により、インフラに関する要件は最小限でありながら、大規模の展開に理想的な選択肢です。

LTE-MとNB-IoTの登場はさらなる利点をもたらしました。スペクトル効率を優先した設計です。効率の高さ、そして代表的な使用法では通信量が少なく頻度も低いことから、これらの技術を利用することにより、一つの基地局で何万台ものデバイスの接続が可能です。セルタワーには通常複数の基地局をホスティングしており、大規模展開の可能性を高めています。

この相乗効果により、高い展開密度が可能となり、さまざまな業界や領域においてセルラーIoTデバイスのシームレスな拡散が可能となります。セルラー インフラは無数のデバイスの接続というニーズに対応する準備が整っており、かつてない規模でIoTソリューションをシームレスに統合・管理できます。

クラス最高のセキュリティ

徹底的なセキュリティ規格を定める

LPWANにおけるセキュリティ対策に関しては、LTEネットワークは最高のセキュリティを標準として提供します。デバイスレベルでは、SIMカードまたはUICC (Universal Integrated Circuit Card)が極めて重要な要素です。SIMのハードウェアに組み込まれたこのセキュア エレメントは明確な識別子を持ち、セルラーサービスの契約に対する認証を保証し、無線データを暗号化するものです。このような堅牢な対策により、通信の完全性を保護します。

LTEの領域では、インターネットの言語とも言うべきTCP/IPおよびUDPを使用して通信を行います。その結果、現在使用されている最高レベルのセキュリティ対策を継承することになります。データ トランザクションを保護する最前線にあるのは、TLS (ransport Layer Security)とDTLS (Datagram Transport Layer Security )で、セキュアな暗号化と認証プロトコルで情報を保護する最先端のメカニズムです。

デバイスの完全性を強化するため、nRF91シリーズには、他にも最先端のセキュリティ対策が組み込まれています。Arm TrustZoneとArm CryptoCellにより、デバイスは安全で信頼できる動作、そして先進の鍵生成と保存機能が得られます。セキュリティのこれらの層が一体となって、デバイスと送信データを保護します。

接続されたコンピュータのセキュリティを維持するためアップデートが重要であるのと同様、接続されたデバイスはFOTA (firmware updates over-the-air)が可能であることが必要です。この機能により、展開後に発見されたセキュリティの脆弱性は、それが規格に関連するものであれ、実装に関連するものであれ、迅速に対処できます。最高レベルのセキュリティを確保しながら、長期にわたってデバイスの性能を最適化し、新機能をシームレスに導入できます。これは、nRF Cloud FOTAサービスを使用することで実現できます。

nRF Cloudセキュリティサービスは、お客様が安全なIDおよびプロビジョニングと一緒に使用できる、追加のセキュリティ対策です。これら2つのサービスを利用することにより、サプライチェーンおよび生産工程の全段階でNordicのデバイスを認証でき、それにより顧客の知的財産を保護し、偽造を防ぐことができます。セキュア プロビジョニングは、顧客固有の構成を無線で安全にプロビジョニングすることで、提供プロセスを合理化し、柔軟な展開とグローバルな拡張性を容易にします。

Nordicはさまざまなセキュリティ機能を提供し、大手セキュリティ プロバイダーと提携して、総合的なエンドツーエンドのセキュリティ ソリューションを提供しています。

 

What is NTN?

Introduction to Non-Terrestrial Networks (NTN)

Non-Terrestrial Networks with nRF9151

You select cellular technology because of the ubiquitous access to network infrastructure around the globe. While it is true that 4G/LTE technology alone covers as much as 90% of the world’s population, if you look at total geographical coverage instead, only about 15% of the earth’s surface is covered by LTE. If you also include older 2G/3G technologies, coverage increases to 30-35%, which is better but still far from all.

Cellular coverage is hence far less ubiquitous for IoT products that may need to operate almost anywhere, monitor critical infrastructure, safeguard food production and livestock, or track shipments of valuable goods. Adding the fact that many regions are sunsetting 2G networks, a wide range of IoT products are facing a tough question: What technology should they adopt for coming product generations?

This is where 3GPP Non-Terrestrial Networks (3GPP NTN), along with the terrestrial 4G/5G IoT technologies LTE-M and NB-IoT, can revolutionize your ability to deploy your IoT products where they are needed.

How do I access 3GPP NTN?

Whether your product is stationary in a remote location, or roaming across vast areas lacking needed coverage, 3GPP Non-Terrestrial Networks enable you to keep track of your assets and stay updated, wherever they are.

But what is 3GPP NTN actually? Put simply, it is NB-IoT via satellite instead of a cell tower. The introduction of 3GPP NTN means that you now have several new cellular networks you can access in a similar way to terrestrial LTE-M/NB-IoT networks.

3GPP NTN providers offer two equally important parts, the satellites replacing cell towers, as well as a cellular core network. The core network part means that NTN and terrestrial networks can interact, enabling your devices to roam from your home network to a non-terrestrial network, in the same way as roaming on other terrestrial networks today. So, ask your current connectivity provider, MNO or MVNO, what their plans for 3GPP NTN services are.

Which NTN to choose?

All 3GPP NTN are not the same, and neither are IoT applications. Which non-terrestrial network will be right for you depends entirely on your use cases and critical design criteria. At the top level, we can split non-terrestrial networks into two main categories by the type of satellites they use: GEO (Geo synchronous/stationary Earth Orbit) or LEO (Low Earth Orbit).

GEO Satellites

Geosynchronous, and the subset Geostationary, satellites orbit at the same speed as Earth due to the large distance (almost 36 000 km) from the Earth's surface. A GEO satellite will appear stationary in the sky over a region able to cover as much as 1/3 of the globe. This again means that the satellite is always available for your device and also always in sight of an earth station located in the same region. GEO satellites reflect the signals sent from your IoT device back to earth without any processing.

The satellite will be transparent to your device and communication flows between your device and an eNB or ‘cell tower’ also on the ground. Data sent can therefore reach your cloud service while the NTN connection is active.

The high altitude (almost 36,000 km) and low number of GEO satellites means that an IoT device must manage a tough link budget and the network capacity will be below the typical capacity seen in terrestrial networks. The PHY layer (on air) bit rates you can expect in GEO NTN are 1-2 kbps.

Note that it is the same NB-IoT protocol mechanisms that are used to maintain a stable NTN GEO connection as are used to extend coverage in a terrestrial network. NTN GEO throughput and power consumption will therefore be similar to what you see in an IoT device operating at the edge of coverage in a terrestrial NB-IoT network.

Due to the relatively low effective data rate, but real time connection to the core network, NTN GEO has so far mainly been used for emergency communication. The main use case is direct-to-device (D2D) services for mobile devices and other use cases that need instant delivery of important messaging.

With more services coming, this is now broadening to IoT use cases which often also have very limited need of data, but have important messaging where constant coverage and relatively low latency is a must-have.

NTN GEO is hence the choice where you have low amounts of data (bytes/day) or high importance messages like alarms that need to be acted upon.

LEO Satellites

Low Earth Orbit (LEO) satellites, used by multiple emerging 3GPP NTN networks, are much closer to Earth at 200-1500 km. This improves the link budget for your IoT device, allowing more flexibility in antenna designs and higher data rates, up to 20-40 kbps.

Power consumption and connection time with a satellite can be substantially reduced, and again, the protocol mechanisms are the same as for terrestrial networks. The power profile of an IoT device using a LEO connection will be similar to one with medium/low coverage in a terrestrial network.

Due to the lower altitude, LEO satellites are orbiting the Earth much faster (~90min @ 700 km) so one LEO satellite will only be overhead at a given location for a few minutes per pass. The same is true for how often individual LEO satellites are in view of an earth station and can send data back to Earth.

This means that the few satellites and simple reflector approach from GEO won’t work for LEO, and to provide the continuous, global coverage you will need a substantial network of satellites and a back haul that forwards data through a mesh network between the satellites.

Now initially, 3GPP LEO NTN satellites constellations consist of relatively few satellites. In such networks, a 'store and forward' architecture is used where data is temporarily stored in a satellite until they can connect with other satellites through a mesh network or directly to earth stations. This method offers IoT device power efficient, albeit delayed, device-to-cloud communication. This is ideal for all types of IoT devices and use cases that are tracking and collecting data that do not require an immediate response.

As the LEO constellations deploy more satellites, the time gaps in networking services will close, the end to end latency will go down and you will get global, real-time, low latency services for IoT devices.

Non-Terrestrial Network providers

Nordic Semiconductor is working with multiple providers to offer our customers commercial options for their NTN deployments.

Press release with Iridium	Press release with Skylo	Press release with Myriota

ユニークな機能

• 位置情報サービス

nRF Cloud

位置情報サービスは、デバイスが正確・迅速・効率的に自己位置を特定するための鍵です。Nordicのシングルセル(SCELL)、マルチセル(MCELL)、アシスト型GPS (A-GPS)、予測GPS (P-GPS)、Wi-Fi位置情報機能を利用することにより、デバイスは正確な位置情報をクラウドに送信する一方で、より長期間フィールドで動作できます。

• プラットフォーム セキュリティ アーキテクチャ(PSA)

いち早くPSA認証を取得

nRF9160 SiPは、PSA認証スキームでレベル1のPSA認証を取得した最初のソリューションの一つでした。

今では、nRF9160 SiPはレベル2のPSA認証を取得済みです。

詳細は、nRF9160 SiP PSA認証ニュースリリースをご覧ください。

• セルラーIoT接続

現実のIoTの課題を解決するモデム ファームウェアの特長

Nordicセミコンダクターでは、全てのデバイスで超低消費電力の限界を押し広げることに専念しています。Nordicでは、性能の向上、消費電力の低減、セルラーIoTアプリケーションが直面する課題への対処に焦点を当てた革新的な機能により、ファームウェアを継続的に強化しています。Nordicのモデムには、最終製品の性能を向上させるために設計された各種の先進機能が組み込まれています。優れた結果をもたらす革新的な特長の例を紹介します。

ソフトウェアSIMのサポート

nRF91シリーズは、アプリケーション プロセッサ上で安全に動作するソフトウェアSIMをサポートしています。OnomondoはSoftSIMソリューションの最初のパートナーです。この革新的な技術は、SIMおよびBOMコストの削減、シンプルな設計プロセス、消費電力の低減等、多くの利点をもたらします。SoftSIMでは物理的なSIMカードとSIMソケットが不要です。このため、合理化されたコンパクトな最終製品の設計が可能です。詳細は、ニュースリリース「NordicセミコンダクターとOnomondoが低消費電力セルラーIoTに世界初のソフトウェアSIMを実装」をご覧ください。また、ソフトウェアSIMを使う事による消費電力の改善を紹介するデモを収めたnRF Connect SDK 2.5.0のウェビナーをご覧ください。

ローミング デバイスの省電力モード(PSM)

これは、ローミングSIMカード等、通常のPSMの使用がサポートされていないネットワーク環境でも、PSMのようなスリープモードを可能にするため、セルラーIoTの世界的な展開にとって革新的な機能です。Nordicのシステムは、省電力モードへの遷移をスムーズに処理するようにインテリジェントに設計されているため、強引にシャットダウンする必要がなく、消費電力の点で優れたメリットが得られます。

このモードがアクティブになると、ネットワークから利用可能な場合はシームレスに通常のPSMに切り替わり、常に最適な省電力機能を確保します。

接続の事前評価

Nordicのモデムの事前評価機能による優れた電源管理接続とデータ送信の前に、Nordicのモデムはデータ送信時に使用するであろう推定消費電力を評価し、推定カテゴリ(Excellent、Good、Normal、Poor、Bad Conditions)と生パラメータ(無線リンク品質、RSRP、RSRQ、SNR、CEレベル、TX出力、繰り返し、経路損失等）という形で貴重な洞察を提供します。

セルのダウンリンクの無線環境を分析することで、データ送信の電力効率を確保するため、アプリケーションがデータを送信するかどうか決定できます。この機能はLTEリンク コントローラ ライブラリまたはATコマンド%CONEVALから利用できます。利用法の詳細は、電力量見積もりガイドラインを参照してください。

NB-IoT接続管理の改善

NB-IoTデバイスにとって、基地局間の移動は分断的で電力を大きく消費する動作です。NordicのモデムのファームウェアはNB-IoTデバイスの移動をサポートし、別の基地局に移動する際の総電力消費量を低減します。

逆に、NB-IoTデバイスが移動しない場合(ユーティリティ メーター等)、基地局の切り替えは望ましくありません。ところが、最も近い基地局へのリンク品質が一時的に低下すると、切り替えが生じてしまうことがあります。Nordicの移動抑止サポート機能を使うと、デバイスは同じ基地局に接続したままとなり、別の基地局への切り替えによる電力消費を防ぐことができます。

国別の検索最適化

Nordicの、国固有の検索最適化機能を使うと、新しい地域に移動したり、セルラーデバイスを新しい場所に展開したりするときに、ネットワーク選択がシームレスになります。Nordicのモデムは、モバイル国コード、バンド、無線周波数チャンネル番号、LTE-M/NB-IoTなどの重要な情報を優先順位付けされたリストに保存することで、より迅速なネットワーク選択を可能にしています。Nordic独自の%XCOUNTRYDATAコマンドを使用すると、検索パラメータを国ごとに設定できます。これにより、馴染みのない場所でのネットワーク選択が迅速になります。必要に応じて、Nordicのモデムはサービスの可用性を確かめるために完全検索を実行します。ご安心ください。Nordicの機能は3GPP TS23.122で定義されている3GPPネットワーク選択ルールに準拠しており、信頼性が高く効率的なネットワーク接続を保証します。

モデム ドメイン イベント通知

Nordicの包括的なモデム ドメイン イベント通知機能で、モデムのパフォーマンスを制御しましょう。「SEARCH STATUS 1」、「SEARCH STATUS 2」、「RESET LOOP」、「ME OVERHEATED」、「ME BATTERY LOW」等の重要なイベントのアラートを遅延なく受け取りましょう。これらの通知は、特に「軽い検索」SEARCH STATUS 1)後の意思決定に重要です。ここではモデムがインテリジェントなネットワーク選択アルゴリズムを利用します。これらの通知を使用することで、電力消費を最適化し、過熱を防ぎ、中断のない接続を確保できます。LETリンク コントローラ ライブラリまたはATコマンド%MDMEVを介したNordicのモデム ドメイン イベント通知機能により、モデムのふるまいに関して貴重な洞察を得て、情報に基づいた決定を行うことができます。

完璧なコンパニオン

お客様のセルラー アプリケーションをNordicのnPMファミリPMIC、nRF70 Wi-FiコンパニオンIC、マルチプロトコルSoC、nRF Cloud Servicesで拡充し、可能性を無限に広げましょう

nRF91シリーズデバイスはセルラーおよびDECT NR+接続用の優れたソリューションです。しかし、アプリケーションでBluetooth Low EnergyやMatterアプリケーションなどのショートレンジ デバイスと接続する機能が必要な場合、SSIDベースのWi-Fi位置情報機能を活用して測位機能を強化する場合、充電式バッテリと組み合わせるバッテリ監視用の残量ゲージを備えた低消費電力PMICが必要な場合、Nordicは完璧なコンパニオンデバイスを提供できます。nRF Connect SDKにより、Nordicの包括的な製品ラインアップから各種部品をシームレスに統合することで、一元化されたサポートと供給の利便性を享受しながら、容易に機能を組み合わせることができます。

• PMICとnRF91シリーズ

nPM1300電源管理IC(PMIC)は、充電式電池を利用するnRF91シリーズに最適なPMICです。この多用途PMICは、正確なバッテリ監視のための低消費電力残量ゲージ、信頼性の高いシステムリセットのための外付けウォッチドッグタイマ、より多いGPIO、3つの追加LEDサポート等、さまざまな優れた機能を提供します。nPM1300 PMICとnRF91シリーズデバイスを使用すると、電力管理を最適化し、バッテリ寿命に関するリアルタイムの情報を取得し、システムの信頼性を確保し、セルラーIoTアプリケーションの機能を強化できます。これらのパワフルな製品を組み合わせることにより、あなたの製品の可能性を最大限に発揮できます。

• SSID Wi-Fiの位置情報とnRF91シリーズ

nRF70シリーズは、SSIDベースのWi-Fi位置情報機能を搭載しており、屋内外に設置されたデバイスの位置情報データを小さい消費電力で取得するための、非常に効果的な方法を提供します。nRF70シリーズデバイスとnRF91シリーズデバイスを組み合わせることで、最適化されたnRF Cloud位置情報サービスを利用するアプリケーションで、オプションの位置情報サービスを数多く利用できます。必要な精度と消費電力の要件に応じて、アシスト型GPS、予測GPS、マルチセル、シングルセル、SSID Wi-Fiベースの位置情報サービスを組み合わせて使用できます。

• マルチプロトコルSoCとnRF91シリーズ

nRF52、nRF53、最新のnRF54シリーズで構成されるNordicのマルチプロトコルSoCは、セルラー アプリケーションに短距離通信技術をシームレスに統合するにあたり、比類のない機能を提供します。Bluetooth Low Energy、Thread、Zigbee、Matter、いずれの場合でも、これらのデバイスは非常に優れた選択となります。信頼性と性能で有名なこれらの製品は、様々な短距離プロトコルによる通信を必要とするセルラー アプリケーションを向上させる、信頼できるソリューションです。さらに、これらのデバイスは、ファームウェアのOTAアップデートで機能を追加することで、最終製品に将来を見据えた柔軟性を実現します。

• nRF CloudとnRF91シリーズ

nRF91シリーズ専用にカスタマイズされた究極のIoTサービス プラットフォームであるnRF Cloudを体験してください。低消費電力デバイス独特の要件やプロトコルの制約を考慮しない他のクラウド ソリューションとは異なり、nRF CloudはNordicのデバイス用に最適化されており、優れた性能と効率を保証します。

nRF Cloudの潜在能力を解き放ち、お客様のアプリケーションを強化するために設計された最先端のサービスをご利用ください。Nordicによる先進の位置情報サービスは、アシスト型GPS、予測GPS、マルチセル、シングルセル、SSID Wi-Fiベースの位置情報など、幅広いオプションを提供しています。消費電力、精度のニーズがどのようなものであれ、Nordicならサポートできます。

nRF CloudはCoAPプロトコルもサポートしています。これは、低消費電力デバイス用に設計されたUDPベースのネットワーク プロトコルです。LTE-MでもNB-IoTでも、CoAPはシームレスに統合して優れた結果を提供します。

しかし、それだけではありません。nRF Cloudは一流のセキュリティ サービスとデバイス管理機能を提供し、お客様に最高の安心をお届けします。

完全に統合されたセルラーIoTソリューション

nRF91シリーズは、ユーザーが完全にプログラム可能なアプリケーション専用プロセッサとしてArm Cortex-M33を使用しています。1 MBのフラッシュ、256 kBのRAM、豊富な周辺機能を内蔵しています。LTE接続と測位機能だけでなく、このシリーズは幅広いアプリケーションをサポートし、セルラーIoTとDECT NR+ (nRF9161、nRF9151、nRF9131)に真のエッジコンピューティングの可能性を提供します。NordicはオープンソースのnRF Connect SDK(ソフトウェア開発キット)を提供しています。これを使うと、アプリケーション専用プロセッサでカスタム アプリケーションを開発できます。nRF9131 mini SiPはPMIC、受動部品、クリスタルを実装していません。

Nordic nRF91シリーズデバイスの特長の比較

特長	nRF9160	nRF9161	nRF9151S	nRF9131
CPU	Arm Cortex-M33 @ 64MHz	Arm Cortex-M33 @ 64MHz	Arm Cortex-M33 @ 64MHz	Arm Cortex-M33 @ 64MHz
Flash / RAM	1 MB / 256 KB	1 MB / 256 KB	1 MB / 256 KB	1 MB / 256 KB
Arm Trustzone	✔️	✔️	✔️	✔️
暗号アクセラレータ	Arm Cryptocell 310	Arm Cryptocell 310	Arm Cryptocell 310	Arm Cryptocell 310
PMIC、受動部品、クリスタル内蔵	✔️	✔️	✔️
事前認証	✔️	✔️	✔️
LTE-M	3GPP rel 13	3GPP rel 14	3GPP rel 14	3GPP rel 14
NB-IoT	3GPP rel 13	3GPP rel 14	3GPP rel 14	3GPP rel 14
DECT NR+		✔️	✔️	✔️
認証バンド	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 66	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 65, 66, 85	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 65, 66, 85	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 65, 66, 85
周波数	700-2200 MHz	700-2200 MHz (LTE)1.9GHz (NR+)	700-2200 MHz (LTE)1.9GHz (NR+)	700-2200 MHz (LTE)1.9GHz (NR+)
最大送信出力	23 dBm	23 dBm	23 dBm	23 dBm
Power Class 5 20dBm			✔️
電源電圧レンジ	3.0 to 5.5 V	3.0 to 5.5 V	3.0 to 5.5 V	3.0 to 5.5 V (リファレンスデザインに依存)
動作温度	-40 to 85°C	-40 to 85°C	-40 to 85°C	-40 to 85°C
パッケージオプション	10x16x1.04 mm LGA	10x16x1.04 LGA	11x12x1 mm LGA	7x11x0.74 mm LGA

認証

世界中で運用できるように認証済み

nRF91シリーズの認証

Nordicのテストおよび認証エンジニアチームは、世界中の主な地域で認証を取得し、主要な事業者との相互運用性を保証するため、世界を旅しています。

概要

nRF9160 SiPとnRF9161 SiPは、世界中の重要な地域、ネットワーク、LTEバンドでの運用が認証されています。

nRF9160とnRF9161の認証は、それぞれのタブにリストアップしています。主に4種類に分かれています:

• グローバル: GCFとPTCRBは、デバイスがLTE-MまたはNB-IoTを使用してeNB(基地局)と通信できるようにLTE 3GPP仕様との互換性を保証するグローバル認証です。
• 規制: 規制上の認証は本質的に地域ごとのものであり、その地域で無線機器を使用するために必要です。
• MNO(移動体通信事業者): MNOによっては、独自の認証プログラムを持っています。ほとんどのMNOでは、GCFとPTCRB以外の認証は不要です。
• セキュリティ

セルラーIoTデバイスの認証プロセスの詳細は、こちらをご覧ください。

セルラーIoTアプリケーション

超低消費電力セルラー IoTで無限の可能性を探る

セルラーIoT技術の出現により、新しいアプリケーションの世界が開きました。さらに、超低消費電力機能が導入されると、潜在的なアプリケーションは指数関数的に成長し、IoTの風景に革命をもたらします。

FOTA (Firmware over-the-air)アップデートは、セルラーIoTの最終製品に適応能力、回復性、将来性を与え、手動の介入なしに大規模なアップデートおよびバグ修正のロールアウトを可能にします。

資産追跡

資産追跡の効率を最大化: nRF91シリーズのパワーを活用

置き忘れ、破損、盗難による年間数十億ドルの資産の損失を回避するため、信頼性の高い資産追跡は、資産を監視し、位置を特定する低コストソリューションとして浮上しています。ジオフェンシング技術を実装し、資産が指定地理範囲を超えて移動するたびにリアルタイムで通知を受け取り、セキュリティ対策を強化します。資産追跡は、資産の使用状況と労働力管理に関する洞察を提供することにより、生産性の向上を促進します。これにより、企業は速度、距離、走行時間等の主要な指標を監視することができ、労働者のパフォーマンスと車両の使用状況を包括的に把握することができ、最終的にはより多くの情報に基づいた意思決定につながります。

資産追跡は、以下のような多数のユースケースを提供します:

• 人やペットを追跡するためのウェアラブル: Nordicの小型・低消費電力のソリューションは、病院の従業員、老人ホームの入居者、近所の猫等、装着者の位置追跡を可能にします。
• 職場の安全: さまざまな作業現場(採鉱、海洋プラットフォーム、建築現場等)で作業員の健康状態や位置を追跡し、事故やその他潜在的に危険な状況が発生した場合に迅速に通知します。
• パレットの追跡: パレットの位置追跡は資産追跡に可視性を提供し、盗難物の回収や衝撃の検出にも役立ちます。
• ジオフェンシング: ジオフェンシングを使用すると、仮想境界を設定し、対象デバイスが境界を越えた際に通知を受け取ることができます。
• 車両追跡: 速度、距離、走行時間などの指標で車両の使用状況を追跡し、労働者のパフォーマンスを把握できます。
• ポータブル医療機器: ポータブル機器の場所を常に把握することにより、医療行為の効率を向上させます。

資産追跡でセルラーIoTを使う利点:

• グローバル カバレッジ: 世界中を網羅する既存のセルラー インフラを基礎にしているため、独自のインフラを維持する必要がありません。
• 将来性: LTE-MとNB-IoTは現在では5G技術であり、長期間サポートされます。
• 長距離: セルラーIoTの代表的なレンジは11〜15 kmで、Nb-IoTは地下のアプリケーションに非常に適しています。
• 高スループット: セルラーIoTは、競合技術よりも優れたスループットを提供しますが、非常に低消費電力です。
• 超低消費電力: nRF91シリーズは、超低消費電力を念頭に置いてゼロから構築されており、非常に長いバッテリ寿命を実現しています。バッテリ自体は高価ではないかもしれませんが、フィールドにおける交換作業は大きなコストがかかります。
• 既成のアプリケーション: nRF Connect SDKはAsset Tracker v2アプリケーションを含みます。これは、そのまま使える超低消費電力資産追跡アプリケーションのサンプルです。nRF9160 DKとThingy:91で動作します。
• nRF Cloudサービス: NordicのnRF Cloudは、消費電力と制度の要件を基に最適なものを選択できるように、複数の位置情報サービスを提供しています。
• それほど高い精度が必要ない場合、低消費電力のLTEベースの位置情報サービス(シングルセル、マルチセル)を提供します。
• GPSの性能(A-GPS、P-GPS)をLETで強化します。
• nRF70シリーズを設計に組み込むと、アプリケーションを最適化し、低い消費電力と高い精度を併せ持った、屋内でも良好に動作するSSIDベースのWi-Fi測位を実現できます。

スマートシティ

より持続可能な都市環境の創造

スマートシティは、IoT垂直市場として、魅力的な展望をもたらす利点を幅広く提供します。重要な利点の一つは、効率的な廃棄物管理です。遠隔監視により資源の割り当てを合理化することができ、コストの削減を推進できます。さらに、スマートシティは、駐車場の空き状況データにリアルタイムでアクセスし、最適化された駐車ソリューションを提供します。これにより、燃料消費量の削減、時間の節約、交通渋滞の緩和を実現します。電力効率の高い街路照明は、遠隔監視と制御によって達成されるもう一つの顕著な利点であり、大幅な節電とコスト効率につながります。

最後に、効果的な環境管理は、センサデータの収集と環境の測定により実現できる重要な点です。このデータにより予知保全が可能になります。環境問題を迅速に検出して対処することで、よりクリーンで、安全で、持続可能な都市環境を実現できます。これらの利点は、生活の質を高め、持続可能性を促進し、都市機能を最適化するために、スマートシティ技術を取り入れることの意義を示しています。

スマートシティでセルラーIoTを使う利点:

• 既存のインフラの活用: セルラーIoTは、ほとんどの都市部で既に展開されている既存のセルラー インフラを利用するため、容易かつ低コストで展開できます。
• カバレッジ: 都市部では1 km、農村部では最大15 kmの推定レンジを持つため、セルラーIoTは都市に展開可能であり、また必要なカバレッジを持っています。
• 将来性: LTE-MとNB-IoTは今や5G技術であり、長期間サポートされます。このことは、都市レベルでの展開において重要です。
• 高スループット: セルラーIoTは、競合技術よりも優れたスループットを提供しますが、非常に低消費電力です。
• 超低消費電力: nRF91シリーズは、超低消費電力を念頭に置いてゼロから構築されており、非常に長いバッテリ寿命を実現しています。バッテリ自体は高価ではないかもしれませんが、フィールドにおける交換作業は大きなコストがかかります。

スマートメータ

公共事業インフラの変革: スマートメータの力を活用

公共事業インフラの管理と維持はより複雑になっています。再生可能エネルギ、風力、太陽光、水素のような破壊的技術は、公共事業システムの進化を促し、スマートメータに大きな機会をもたらしています。

スマートメーターは、計量された情報の収集と処理を可能にすることにより、この変革において重要な役割を果たします。スマートメータの利点には以下のようなものがあります:

• インフラ監視と制御: 公共事業インフラをリアルタイムで監視・制御することにより、ボトルネックと非効率性を特定して対処することにより、リソースの割り当てを最適化し、運用を合理化できます。
• 業務効率の改善: 手作業による検針をなくし、遠隔設定および診断を可能にします。
• 情報に基づいた意思決定: スマートメーターは、検診データをエンドユーザーが容易に利用できるようにします。リアルタイムで正確な情報にアクセスすることで、消費者は電力使用量について情報に基づいた意思決定を行うことができ、電力効率と持続可能性を改善することができます。

スマートメータでセルラーIoTを使う利点:

• 超低消費電力: 非常に長いバッテリ寿命を可能にします。バッテリは高価ではありませんが、それらを交換することには多くの費用がかかります。
• nRF Cloudサービス: Nordicのクラウドプラットフォームは、FOTA (Firmware-Over-The-Air)サービスを提供しており、展開済みのデバイスを遠隔で更新できます。
• 既成のアプリケーション: nRF Connect SDKはSerial LTE Modemアプリケーションを含みます。これは、スタンドアロンのLTEモデムをエミュレートできます。また、nRF CoAPクライアントやLwM2Mクライアント等、スマートメータ アプリケーションの出発点として優れたサンプルもいくつか提供しています。
• 自分に合った技術を選択できる: NordicはLTE-MとNB-IoTを両方サポートしています。NB-IoTは一般的に、屋内への浸透が有利な水道やガスに適しており、LTE-Mは低レイテンシが有利な電力計に適しています。今日市場に多く出回っている独自ソリューションではなく、オープン スタンダードという選択肢を提供します。
• 柔軟なSIMソリューション: ソフトウェアSIMとe-SIM両方のソリューションを提供しています。メーターの筐体を閉じたら、開けることはできません。

スマート農業

効率と資源利用の改善

食の嗜好の変化、労働および電力コストの上昇、気候変動によって悪化する環境変化等、農業は新たな課題に直面しています。その解決策はスマート農業にあります。データとネットワーク接続を活用することで、農家は正確な判断を下し、最小限の資源で最大の収穫量を得られます。スマート農業には、以下のような様々なユースケースがあります:

• 灌漑の監視と制御: 無線監視により灌漑システムの漏水を検出し、遠隔操作で供給を停止できます。これにより水の無駄を減らし、損害を軽減できます。
• スマート作物監視: 無線センサで土壌、天候、湿度、温度を監視できます。
• 家畜の監視: センサから送られてくるデータで家畜の位置と健康を監視できます。

スマート農業でセルラーIoTを使う利点:

• クラウドへの直接通信: セルラーIoTでは、デバイスがクラウドと直接通信できるため、デバイスがお互いから離れているユースケースに最適です。
• スケーラブル: セルラーIoTは非常にスケーラブルであり、少数のデバイスから始めてスケールアップすることができます。

インダストリー4.0

次の革命

第4次産業革命は、セルラーIoTアプリケーションを含む様々なセクターで変革をもたらしている。スマートグリッドは、産業が電力資源を管理する方法に革命をもたらしています。接続されたデバイスとハードウェア間の効率的な通信を促し、スパイク、機器の故障、停電をリアルタイムで検出できます。予知保全はインダストリー4.0のもう一つの基礎であり、機器の性能を監視できるようにします。データを収集・分析することで、潜在的な結果を予測し、ダウンタイムを最小限に抑え、生産性を最適化します。

インダストリー4.0でセルラーIoTを使う利点:

• グローバルカバレッジ: 他の接続が利用できない、または信頼できないような遠隔地または到達困難な場所で機器を監視し、データを収集できます。
• 信頼性の高い、安全な接続: 中断または漏洩することなくデータを送受信できます。これは予知保全ソリューションで特に重要です。データの伝送が中断すると、アラートの受信を逃したり保守が遅延したりするため、機器の故障やダウンタイムにつながる可能性があるためです。
• スケーラブル: クラウドでリアルタイムで分析される大量のデータを送信できます。これは予知保全ソリューションで重要です。複数のソースからのデータを継続的に監視・分析する必要があるためです。
• コスト効率が良い: 高価なカスタム接続ソリューションやプライベートネット ワークが不要です。セルラー接続はIoTのニーズに合わせてより適切に調整されてきており、コストは低下傾向にあります。

 

SEP Licensing

Intellectual Property Rights and licensing of radio standards

We at Nordic Semiconductor are a long term, strong supporter of open radio standards. We have products supporting the three major established radio standards today, namely Bluetooth® Low Energy, Wi-Fi 6, and cellular.

We truly believe that the future potential of wireless communications can only be realized using open standards.

Adherence to open radio standards spurs competition and innovation, leading to better quality and more affordable solutions. It also ensures that communication technologies can operate internationally, facilitating global connectivity and cooperation. Open standards help future-proof investments in technology by allowing for easier updates and adaptability to new advancements.

What are standard essential patents (SEPs)

To accelerate adoption of technologies and to ensure products are compatible, most industries collaborate on setting global standards on how technologies should work. In the radio technology industry there are several standards, including Bluetooth® Low Energy, Wi-Fi 6, and LTE-M / NB-IoT (both subsets of 4G and 5G). These radio technology standards are established and developed by different standard bodies and their participating members, who file patent applications for new and inventive technologies. If adopted into the standard, and therefore necessary to operate the standard, they are referred to as Standard Essential Patents, or “SEPs”. Developing new global cellular radio standards is complex and resource demanding, and there are thousands of patents declared to be essential. In return we access an unmatched innovation rate from 2G to 5G with a reliable, future-proof and secure infrastructure with global access for a variety of consumer, automotive and industrial use cases.

Patent owners and participants at standard development organizations are normally obligated to license their patents on Fair, Reasonable, And Non-Discriminatory (“FRAND”) terms and conditions. There is however limited guidance on what should be considered Fair and Reasonable.

SEP licensing for cellular

Licensing of the cellular SEPs has for many been regarded as complex, as it is not organized like for example the Bluetooth Special Interest Group (SIG). There are many individual patent owners, who until recently were only partially organized, and they were focused on licensing the handheld device and automotive markets.

Many are using cellular radio standards for other use cases, such as IoT, and they are not licensed or able to get a license today. There are multiple reasons for that, such as a lack of guidance on what is Fair and what is Reasonable, low overall transparency or awareness of the need for a license, and no practical easy way to get access to license agreements. Another reason is the contentious issue of where in the value-chain the patent license should be granted and paid for. Nordic took a public stand early on that the license should be granted to the component maker who, especially in IoT, is much closer to the radio technology than its customers who create the end products. However, several SEP owners choose to only license the end-product maker directly based on the end-product use case or value.

Why an agreement with Sisvel?

From a legal and compliance perspective there is little doubt that the patent owners who invested time and money in developing the standards are entitled to be compensated for the use that various IoT products and devices make of the standards. This follows from international patent law. The traditional focus on licensing in handheld device market, have in recent years been joined by patent pool licensing programs that have enabled licensing in automotive and other selected use cases.

Now the time has come to find a solution that can work for the fast evolving, and much more diverse cellular IoT market. For this, Nordic chose to actively be part of the solution. This way, we have had an opportunity to influence the terms and conditions. In addition, Nordic makes licensing very simple by giving its customers the option to get a license for the Sisvel cellular IoT patent pool.

Sisvel cellular IoT patent pool

In 2022 Sisvel launched a patent pool for the cellular IoT standards LTE-M and NB-IoT together with a handful of patent owners, including Ericsson. Since then the pool has grown steadily, and it now includes more than 30 individual patent owners with an estimate share of around 50% of the total SEPs.

Since the launch, Nordic has been in dialogue with Sisvel, supporting them in creating a patent pool that takes the realities of the IoT industry into consideration and that could be considered reasonable by all parties involved. Nordic fear that without a workable solution, projects with a large deployment of cellular devices are at risk. Nordic bring better transparency and predictability on the cost of deploying a cellular device using LTE-M or NB-IoT radio standards. The agreement is also important as it helps set an important comparable, of what more than 30 individual patent owners consider as a correct aggregate royalty for the use of the standards for low-power IoT devices.

With this agreement, our customers have the option to pay a transparent license fee to the patents of more than 30 individual patent owners, at a transparent price. Nordic pass-on the license that has been granted to it, to its customers, who if accepting the license terms will report and pay directly to Nordic. The fee is per device and will depend on the price that the device is sold for by Nordic’s customers. This is an easy and effective solution.

Rates:

Product Category	Selling Price	LTE-M (Inc. NB-IoT)	NB-IoT
IoT Sensor Device	< = US$6	US$0.08 ( - 1.3%)	$0.08
	US$6 - 20	US$0.35 (1.7 - 5.8%)	$0.35
	US$20 - 60	US$0.66 (1.1 - 3.3%)	$0.66
	US$60 - 130	US$1.33 (1 - 2.2%)	$0.66
	> US$130		$0.66
Smart Utility Meter Device		$2.00

Rates are seen as aggregate, and will not increase as additional patent owners join the pool.

The benefits of a license

• Compliance with laws and regulation
• Increased legal and financial visibility
• Access to the latest cellular technologies.
• Passively participating in the continuous evolution of cellular communication standards
• Seen as a ‘willing licensee’ and not as someone ‘holding-out’
  

If you have any questions or want additional details, please get in touch with Nordic.