スマートグリッド

Wi-SUNインタフェースを搭載したスマートメーターの測定技術

― 920MHｚ帯を使用するIEEE 802.15.4gの最新動向 ―

2014/04/01

(火)

SmartGridニューズレター編集部

【インプレスSmartGridニューズレター 2014年4月号掲載記事】東京電力管内では2,700万世帯に向けて、いよいよスマートメーターの導入・設置が2014年4 月から開始される。ここでは、まずスマートメーターの各種通信方式や通信インタフェースを解説する。とくにスマートメーターの国際標準プロトコルとなった、920MHz帯を使用するIEEE 802.15.4gおよび、これをベースとする「Wi-SUN」について解説するとともに、その試験方法についても解説する。なお、本記事はアジレント・テクノロジー株式会社（以下、アジレント社）電子計測本部の田中賢悟氏、北野元氏への取材をベースにまとめられたものである。

※2014年8月1日、アジレント・テクノロジーの電子計測事業は、キーサイト・テクノロジーとして新しくスタートしている。

スマートメーターの通信方式の仕組み

〔1〕情報ルート：AルートとBルート

電力システムとICT（情報通信技術）を連携させて、電力を効率的に利用できるようにするスマートグリッド（次世代電力網）は、いまやスマートハウスやスマートビル、スマートコミュニティなどとして普及し始めている。

2014年4月からは、東京電力が一般家庭に、従来のアナログ方式に代わって、デジタル方式で双方向通信が可能なスマートメーターの設置を開始するため、いよいよ日本の電力・エネルギー環境はスマートグリッド時代に突入することになる。

図1は、これから家庭等に導入されるスマートメーターを中心に、どのように通信が行われるかを概念的に示したものである。

図1　スマートメーターの通信方式（スマートメーターから見た通信相手）
〔出所　アジレント・テクノロジー、「Agilent Measurement Forum 2013 最新動向を考慮したスマートメーターの測定技術」より〕

図1を簡単に整理すると、大きく分けて、

Aルート：スマートメーターと電力会社等の間の通信
Bルート：スマートメーターとスマートハウス内のHEMS間の通信

の2つのルート（実際にはCルートもあるがここでは省略）が、経済産業省「スマートメーター制度検討会」（2011年2月）で決められ、需要家（例：家庭）へ電力使用量に関する情報などを提供するための情報ルートとして定義されている。

（1）Aルート

例えば図1に示すように、Aルートでは、2つの通信形態が考えられており、

①スマートメーターと直接電力会社等が通信する方式〔広域移動無線通信網：WCDMA（最近はLTE）やWiMAX等を使用〕

②スマートメーターと電柱上などに設置されるデータ集約装置であるコンセントレータ間で通信〔802.15.4g（Wi-SUN）、Zig-Bee、G3-PLC等を使用〕し、さらにコンセントレータと電力会社等が通信（WCDMAやWiMAX等を使用）する方式がある。

ここで、IEEE 802.15.4gをベースに通信仕様などを策定する組織として活動している「Wi-SUNアライアンスのプロフィール」を、表1に示す。

表1　Wi-SUNアライアンスのプロフィール

（2）Bルート

これに対して家庭内のHEMS（宅内エネルギー管理システム）との通信を行うBルートは、無線の802.15.4g（Wi-SUN）やZigBee、有線のG3-PLC（電力線通信）などの通信方式が使用される。このとき無線のWi-SUNやZigBeeの通信には、日本では周波数として法的に920MHz帯が使用される。また、G3-PLC規格は欧州で普及している電力線通信規格であるが、国際標準化され、東京電力でも使用される規格になった。

このような下位層（上位層はECHONET Lite、後述）の通信規格は、相互接続性を実現するため、総務省傘下のTTC（情報通信技術委員会）で、ECHONET Liteの下位層の通信インタフェースとして、表2に示すTR-1043〜JJ 300.11などの多数の規格が策定された。

表2　ECHONET Liteの下位層通信インタフェース［TTC TR-1043/1044、JJ-300.10/11］

〔出所　http://www.ttc.or.jp/cgi/document-db/docdb.cgi?cmd=s&sc=T25〕

上位層標準インタフェース「ECHONET Lite」の策定

〔1〕ECHONET Lite（第5層〜第7層）の策定

このようなスマートメーターの下位層の通信方式が策定される以前に、Bルートの「スマートメーターとHEMS」間の上位通信インタフェース（プロトコル）として、ECHONETコンソーシアムで「ECHONET Lite」（第5層〜第7層）が策定されている。これは、経済産業省によって、スマートメーターとHEMS間をつなぐ標準の上位層インタフェース（プロトコル）として認定され、公開された（2012年2月）。前述した下位層インタフェースは、「ECHONET Lite」対応の機器を相互接続するために規定された通信インタフェース群である。

〔2〕Wi-SUNアライアンスの国際標準プロトコルの構成例

そこで、Wi-SUNアライアンスは、アプリケーション層「ECHONET Lite」（第5層〜第7層）の下に、第1層〜第4層のプロトコルを国際標準規格として規定している。図2はそのプロトコル構成の例である。

図2　「Wi-SUN」準拠の国際標準プロトコルの構成例
PANA：IETF標準。Protocol for Carrying Authentication for Network Access、ネットワークアクセス認証プロトコル、RFC 5191ほか。

▼ 注1
Wi-SUN：Wireless SUN（Smart Utility Network）、無線によるスマートメーター通信を行うための通信プロトコル規格策定団体、Wi-SUNアライアンスともいわれる。IEEE 802.15.4gは、802.15WG（ワーキンググループ）のTG4g（Task Group 4g、作業グループ）で「SUN」（Smart Utility Network、スマートメーター用ネットワーク）という名称で、「物理層」として標準化された。
Wi-SUNは物理層としてIEEE802.15.4g標準を参照している。MAC層には、IEEE 802.15.4eが規定されている。
IEEE 802.15WG：WPAN（Wireless Personal Area Network、近距離無線通信網の標準を策定するワーキンググループ。例：Bluetooth、ZigBeeなどを審議。