LoRaWANのネットワーク構成と通信の仕組み
次に、LoRaWANのネットワーク・トポロジー（網構成）と、このネットワークに接続されているデバイス（例：センサー）とサーバ間の通信の仕組みを見てみよう。
LoRaWANネットワークは基本的にスター・スター（Star- of -Star）構成である（拡張スター型トポロジーとも言われる）注9。
図5に、LoRaWANネットワークにおけるセンサー（デバイス）とネットワークサーバの通信の仕組みを示す。
図5 LoRaWANにおけるセンサーとネットワークサーバの通信の仕組み
HAL：Hardware Abstraction Layer、ハードウェア抽象層。ハードウェアの機種に依存せずにアプリケーションを実行できるようにする層
SPI：Serial Peripheral Interface 、物理層（PHY）のトランシーバチップと通信を行うインタフェース
IPスタック：LANをインターネットに接続するために必要なプロトコルセット（組み合わせ）のこと
出所 https://www.lora-alliance.org/What-Is-LoRa/Technology
図5に示すように、LoRaWANネットワークに接続されたセンサーとサーバ（ネットワークサーバ）間の通信は、
（1）センサーとサーバが直接通信（暗号化通信）を行うケース
（2）センサーが、パケット転送を行うゲートウェイを経由して、セキュアなバックホール回線（中継回線：例えばIPネットワーク）に接続されているサーバと通信（暗号化通信）を行うケース
という2通りが可能となっている。
LoRaWANにおける暗号化とセキュリティ
図5に示した、LoRaWAN環境における通信の暗号化とセキュリティについては、例えば、次のようなことが規定されている。
〔1〕ネットワークセッションキー（NwkSKey）
エンドデバイス（例：センサー）固有のネットワークセッションキー（ネットワークを識別するためのキー情報）としてNwkSKeyが規定されている。
データの整合性を保証するには、すべてのデータメッセージのMIC（Message Integrity Code、メッセージ完全性コード注10）を計算して検証する必要があるため、ネットワークサーバとエンドデバイスの両方で使用される。さらに、MAC専用のデータメッセージのペイロード（送受信するデータ）を暗号化および復号するためにも使用される。
〔2〕アプリケーションセッションキー（AppSKey）
エンドデバイス固有のアプリケーションセッションキー（アプリケーションを識別するためのキー情報）としてAppSKeyが規定されている。
これは、アプリケーション固有のデータメッセージのペイロード（送受信するデータ）を暗号化および復号するために、アプリケーションサーバとエンドデバイスの両方で使用される。
なお、暗号化にはAES-128注11が使用されている。
LPWA：LoRaWANの導入事例
〔1〕ソフトバンクの導入イメージ
LoRaWANの導入例については、本誌2016年11月号でフランス・ブイグテレコムの事例を紹介したが、ここでは、今後日本で提供されるソフトバンクのLoRaWANサービスのイメージについて紹介する。
ソフトバンクは、2016年9月12日、LPWAネットワークを活用したIoTソリューションの第1弾として、デバイスからアプリケーション、コンサルティングに至るまでエンド・ツー・エンドでのIoTソリューションを2016年度中に提供することを発表した。
同社は通信事業者として、図6に示すように、既存の3G/LTEやWi-Fi、固定通信など総合的なネットワークサービスに加えて、これらと連携したIoT分野に最適な「LoRaWAN」およびそれを活用したIoTソリューションを提供する。さらに、商業施設、ビル、倉庫などの設備監視・制御やトラッキング、ガスや水道メーターの自動検針、高齢者や子どもの見守り、道路、トンネル、線路などのインフラ監視、車、トラック、バスなどによる物流とその運行管理など、低コスト・低消費電力のネットワーク構築が求められる分野において、IoT環境を実現していく。
図6 ソフトバンクが提供するIoTネットワーク「LoRaWAN」（LPWA）の位置づけ
出所 http://www.softbank.jp/corp/group/sbm/news/press/2016/20160912_01/
今回の発表は、通信事業者であるソフトバンクが、本格的なIoT時代の到来に向けて、3GPP標準のLPWAであるCat-M1、NB-IoTへと続く一連のLPWAネットワーク環境に対応できるよう、LoRaWANを先行的に提供開始する。
▼ 注9
LoRa Alliance Technology：https://www.lora-alliance.org/what-is-lora/technology、LoRaWANでは、スター・スター構成であり、基本的にメッシュネットワークは作らない。
▼ 注10
メッセージ完全性コード：メッセージの内容が改ざんされていないことを保証する仕組み
▼ 注11
AES：Advanced Encryption Standard、DES（Data Encryption Standard、データ暗号化の標準）に代わる新暗号化標準。DESの後継として米国国立標準技術研究所（NIST）によって、2002年にその改訂版として制定された新しい暗号化規格（共通鍵暗号方式）。鍵長は128ビット、192ビット、256ビットの3種類（AES-128、192、256）あるが、「AES-128」が最もよく利用されている。
