中山間地域における農業デジタル化のための通信技術検討

• 圃場での水位センサー設置
• ため池の水圧センサー
• 鳥獣被害検知システム
• 自動散布ロボットの状態監視

• sXGP（shared Xtended Global Platform）
• LoRaWAN
• 簡易無線（特に400MHz帯）
• WiFi HaLow（IEEE 802.11ah）
• その他の2.4GHz帯、920MHz帯、400MHz帯の通信方式

• 周波数帯: 1.9GHz帯（3GPP Band39）
• 通信距離: 約30～200m
• 消費電力: 動作時最大24W（基地局）
• 伝送速度: 下り約14Mbps
• 無線局免許: 不要（免許不要帯域を使用）

• Wi-Fiに比べて電波干渉が少ない
• 同じ周波数、同じ出力で送信した場合、LTEの電波が届く距離はWi-Fiの2倍以上
• 1つの基地局で4～5倍の面積をカバー可能
• 広範囲の施設や機器密集度が高い工場でも安定した通信を提供

• 周波数帯: 日本では主に920MHz帯を使用
• 通信距離: 都市部では3～5km、見通しの良い環境では10km以上
• 消費電力: 非常に低消費電力（LPWAの特徴）
• 伝送速度: 低速（数kbps～数十kbps程度）
• 無線局免許: 不要（免許不要帯域を使用）

• 従来の短距離通信技術と比べて長距離通信が可能
• 1つの基地局で広い範囲をカバー可能
• 低消費電力で電池駆動のデバイスに適している
• セルラーの基地局を介さないで無線局免許不要のネットワークを構築可能

• 周波数帯: 400MHz帯（主に429MHz帯）
• 通信距離: 森林内では約3km程度
• 消費電力: 比較的低消費電力
• 伝送速度: 数kbps程度
• 無線局免許: 不要

• 植物による遮蔽の影響が小さい
• ハウス内でも受信率が高い
• 障害物の回り込み特性が良好
• 中山間地域の起伏のある地形でも比較的安定した通信が期待できる

• 周波数帯: 920MHz帯（サブ1GHz）
• 通信距離: 半径1km程度の長距離通信が可能
• 消費電力: 低消費電力（2W程度、従来のWi-Fiの20W程度と比較して大幅に低減）
• 伝送速度: 画像と映像を送信できる通信速度を備えている
• 無線局免許: 不要（免許不要帯域を使用）

• 2.4/5/6GHz帯のWi-Fiと比較して長距離通信が可能
• サブ1GHzの特長を活かして、壁やその他の障壁を回り込む特性がある
• 低消費電力でありながら、従来のLPWA技術よりも高速な通信が可能

• データ量: 小（50～100Byte程度）
• 通信頻度: 低（数分～数時間に1回）
• リアルタイム性: 低（数分の遅延は許容可能）
• 通信距離: 中～長距離（数百m～数km）
• 電源: 電池駆動が基本
• 消費電力: 極めて低消費電力が必要

• 電波条件が悪く、通信不良が頻発
• 地形の起伏により見通しが悪く、電波の遮蔽が発生
• 電源インフラが整備されていない場所が多い

• データ量: テキストのみなら小 画像データなら中程度（数百KB～数MB）
• 通信頻度: イベントドリブン型（検知時のみ） 定期的な状態確認
• リアルタイム性: 中（検知通知は比較的即時性が求められる）
• 通信距離: 中～長距離（数百m～数km）
• 電源: 電池駆動が基本
• 消費電力: 低消費電力が必要

• 電波が届かない山間部が多い
• 地形の起伏により見通しが悪く、電波の遮蔽が発生
• 設置場所が分散しており、広範囲をカバーする必要がある
• 獣種判別のための画像データ送信が必要な場合がある

• データ量: 中～大（制御データ、センシングデータ）
• 通信頻度: 高（リアルタイム制御の場合は常時接続）
• リアルタイム性: 高（制御データは低遅延が必要）
• 通信距離: 中～長距離（数百m～数km）
• 電源: ロボット本体は充電式バッテリー搭載
• 消費電力: 通信モジュールの効率性が重要

• 電波条件が悪く、通信不良が頻発
• 小区画・傾斜地のほ場が多く、ロボット導入に制約がある
• GPSの受信状況が悪いと、直進せず曲がることがある
• 通信環境がない中山間地ではスマート農業の普及が進んでいない

理由:

• 低消費電力で長距離通信が可能
• 小容量データ通信に最適化されている
• 920MHz帯は障害物の回り込み特性が良く、中山間地域でも比較的安定した通信が期待できる
• 電池駆動で長期間稼働可能

理由:

• 植物による遮蔽の影響が小さい
• 障害物の回り込み特性が非常に良好
• 中山間地域の起伏のある地形でも比較的安定した通信が期待できる

理由:

• 920MHz帯で1km程度の長距離通信が可能
• 画像データの送信に十分な帯域を確保
• 低消費電力でありながら、従来のLPWA技術よりも高速な通信が可能
• 障害物の回り込み特性が良く、中山間地域でも比較的安定した通信が期待できる

理由:

• 画像データを送信しない単純な検知情報のみの場合に最適
• 非常に低消費電力で長期間の電池駆動が可能
• 長距離通信が可能

理由:

• 低遅延でリアルタイム制御に対応
• 大容量データ通信が可能
• 安定した通信品質を確保
• 専用の周波数帯を使用するため干渉が少ない

理由:

• 920MHz帯で1km程度の長距離通信が可能
• ローカル5Gの導入が困難な場所での代替として
• 画像データの送信に十分な帯域を確保
• 障害物の回り込み特性が良く、中山間地域でも比較的安定した通信が期待できる

• ローカル5G: 主要エリアをカバー、高速・低遅延通信が必要な自動散布ロボット向け
• 光ファイバー: 基地局間のバックホール回線として

• WiFi HaLow: 1km程度のカバレッジ、画像データ送信が必要な鳥獣被害検知システム向け
• LoRaWAN: 広域カバレッジ、低消費電力の水位センサー向け

• 簡易無線（400MHz帯）: 特に植物が密集する環境や山間部での通信向け
• sXGP: 施設内や近距離での高速通信向け

• 高所（山頂、電柱上部など）にLoRaWANゲートウェイやWiFi HaLowアクセスポイントを設置
• 太陽光発電+バッテリーによる自立電源システムの活用
• 既存の携帯電話網を活用したバックホール回線の確保
• メッシュネットワーク技術の活用による通信範囲の拡大

最適解: LoRaWANが最も費用対効果が高い。必要に応じて簡易無線（400MHz帯）を補完的に利用。

理由: 初期導入コスト・ランニングコストともに低く、5年間の総所有コスト（TCO）が最も低い。

最適解: 画像データを送信する場合はWiFi HaLow、単純な検知情報のみの場合はLoRaWANが最も費用対効果が高い。

理由: WiFi HaLowは中程度のTCOで画像データ送信が可能、LoRaWANは低TCOで単純な検知情報の送信に最適。

最適解: 理想的にはローカル5Gだが、コストを考慮するとWiFi HaLowが現実的な選択肢。

理由: ローカル5Gは非常に高いTCOだが性能は最高、WiFi HaLowは中程度のTCOで比較的高い性能を提供。

• まずはLoRaWANを基本インフラとして整備
• 次にWiFi HaLowを必要なエリアに追加
• 最後に重要エリアにローカル5G/sXGPを限定導入

• 複数の農家や地域で共同利用することでコストを分散
• 自治体や農協などの支援を活用
• 国の補助金制度の活用

• 複数の通信技術を組み合わせて最適化
• 各ユースケースに最適な通信技術を選択
• 通信インフラの共有によるコスト削減

• 太陽光発電+バッテリーによる自立電源システムの導入
• 電源インフラ整備コストの削減
• 長期的な電力コストの削減

• 基本インフラとしてのLoRaWAN
• 中容量データ通信用のWiFi HaLow
• 重要エリア限定でのローカル5G/sXGP

• 初期段階：水位センサー等の基本的なセンシング（LoRaWAN）
• 中期段階：鳥獣被害検知システム等の画像データ送信（WiFi HaLow）
• 長期段階：自動散布ロボット等の高度な自動化（ローカル5G/sXGP）

• 見通しの良い場所：LoRaWAN/WiFi HaLow
• 植物が密集する環境：簡易無線（400MHz帯）
• 施設内や近距離：sXGP

主要通信技術: LoRaWAN

補完技術: 簡易無線（400MHz帯）

構築方法:

• 圃場やため池にLoRaWAN対応の水位センサーを設置
• 通信状況が特に悪い場所には400MHz帯の簡易無線を活用
• 高所にLoRaWANゲートウェイを設置し、広域をカバー
• 太陽光発電+バッテリーによる自立電源システムを活用

主要通信技術: WiFi HaLow（画像データ送信が必要な場合）/ LoRaWAN（単純な検知情報のみの場合）

補完技術: 簡易無線（400MHz帯）+ 中継器

構築方法:

• 重要な監視ポイントにWiFi HaLow対応のカメラシステムを設置
• 広域の検知には低コストのLoRaWAN対応センサーを分散配置
• 特に通信状況が悪い場所には400MHz帯の簡易無線とマルチホップ中継器を活用
• エッジAI処理により画像データの送信量を削減

主要通信技術: WiFi HaLow（コスト重視の場合）/ ローカル5G（性能重視の場合）

補完技術: sXGP（施設内や近距離での通信）

構築方法:

• 主要な作業エリアにWiFi HaLowアクセスポイントを設置
• 特に重要なエリアに限定してローカル5G基地局を設置
• 施設内や近距離での通信にはsXGPを活用
• 自動散布ロボットには複数の通信モジュールを搭載し、利用可能な最適な通信方式を自動選択

• 集落や主要拠点を結ぶ光ファイバー網
• 主要な作業エリアをカバーするWiFi HaLowアクセスポイント
• 広域をカバーするLoRaWANゲートウェイ

• LoRaWAN: 水位センサー等の低消費電力・小容量データ通信
• WiFi HaLow: 鳥獣被害検知カメラ等の中容量データ通信
• ローカル5G/sXGP: 自動散布ロボット等の高速・低遅延通信

• 太陽光発電+バッテリーによる自立電源システム
• 低消費電力設計による長期間のバッテリー駆動
• 省電力モードの活用による電力消費の最適化

• 地域の農協や自治体による共同運用・保守体制の構築
• 遠隔監視システムによる通信インフラの状態監視
• 定期的なメンテナンスと更新計画の策定

• 複数の農家や地域での共同利用によるコスト分散
• 国や自治体の補助金制度の活用
• 段階的な導入による初期投資の分散
• 自立電源システムの活用による電力コストの削減