[第1回] 工場のIoTに欠かせない無線LANの安定運用について解説

工場のIoT化は、その必要性からどんどん進化しています。とくに無線LANのニーズが高くなっています。数多くのデバイスが無線LANでネットワークに接続されるようになりました。有線LANに比べ、移動や持ち運びに便利なことが無線LANの特徴です。製造ラインの組み替えがあっても柔軟に対応できます。

一方、無線LANは通信の安定性やセキュリティの面で、有線LANに比べると課題があるのも事実です。電波という性質上、受信しにくいエリアがあったり、通信が途切れ途切れになったりする場合も。

この記事では、工場のIoT化を無線LANで構築する場合の課題を紹介します。また、その課題を解決するための方法として、メッシュネットワークによる無線LANの構築を紹介します。ぜひ、最後までご覧ください。

工場のIoT化と無線LAN

IoTは「モノのインターネット」と呼ばれます。代表的な例では、センサーで情報を収集し、加工することでグラフ表示し、見える化。また、得られた情報を元にしてモノを制御します。さらには人工知能（AI）を活用することにより、自律的な制御が考えられています。

IoTを進めていこうとすると、ネックになるのが工事費です。広い工場の中に点在する機器同士をLANケーブルなどで接続していくのは、膨大なコストがかかります。また、製造ラインの組み替えやレイアウト変更の都度、ケーブルを配線する必要があります。

そこで期待されているのが無線LANです。無線LANであれば、初期工事費も、製造ラインを組み替える際のコストも抑えられます。

工場のIoT｜無線LANのメリット・デメリット

無線LANによる工場のIoT化には、多くのメリットがあります。しかし、有線LANと比較したときにデメリットがあるのも事実です。ここでは工場に無線LANを導入する場合のメリット・デメリットを紹介します。

メリット

工場をIoT化する際に、無線LANでネットワークを構築すれば、ケーブルを使用しないので初期工事費が抑えられます。また、製造ラインの組み替えや工場レイアウト変更にも柔軟に対応でき、ネットワークの変更工事費も低減可能です。

センサーなど新しいIoTのデバイスを増設する際もケーブルを使用しないため、コストを低くできます。さらには工場内で無線LANネットワークに接続された、タブレット端末などのモバイル機器を使用できる大きなメリットがあります。

デメリット

無線LANにもデメリットがあります。その多くは無線という電波を使うことが原因です。一番大きな問題になるのは、場所により電波が弱くなり、通信が不安定になることです。とくに工場では、製造機器が天井高くまで設置されています。そのため、電波の陰になる場所ができやすいのです。

さらにラインの組み替えや、一時的に大きな荷物が置かれることでも電波が遮へいされてしまいます。

また工場は、オフィスとは違い、さまざまな製造機器からノイズが発生します。そのノイズがアクセスポイントやデバイスに対して電波干渉を与え、通信が不安定になるのです。ノイズの問題は工場特有の問題といえるでしょう。

工場のIoT｜無線LANの構成

工場の無線LANは、ルーター（UTM）・スイッチ・アクセスポイントなどから構成されます。

とくに工場内のエリアを面でカバーするには、アクセスポイントを最適な場所に配置しなければなりません。アクセスポイントはスイッチからLANケーブルで接続されます。LANケーブルの長さの制限やスイッチの構成を熟知しているベンダーに依頼することになるでしょう。

そして、工場の環境は変化し続けます。ラインの組み替えやレイアウト変更があれば、その都度ベンダーに電波環境の調査を依頼し、アクセスポイントの増設などをすることになるでしょう。変わるのは、電波環境だけではありません。新しいIoT機器やアプリケーションも登場するでしょう。無線LANネットワークはその都度設計が必要になります。

また今後は、無人搬送機をはじめ自律的に動く装置も増えるでしょう。そしてそれらの無人搬送機辞退が電波を遮へいする原因になることも考えられます。

工場のIoT｜無線LANメッシュネットワーク

無線LANといえば従来は、アクセスポイントまでのLANケーブルがスイッチからツリー状に配線されるものが主流でした。最近はメッシュネットワークが注目されています。このふたつのネットワークについて説明します。

ツリー型ネットワーク

従来の工場内の無線LANはスイッチを中心としたツリー構造です。スイッチからツリー状にLANケーブルで接続されたアクセスポイントが、デバイスからの電波を中継しています。

無線LANを設置するときは、一つひとつのアクセスポイントのサービスエリアを設計して、必要なエリアをカバーします。しかし、前述の通り、製造ラインの組み替えやレイアウト変更の際にアクセスポイントの位置を見直ししていないと、電波の弱い場所ができるのです。その結果、そのエリアでは通信が不安定になります。

また工場内では、一時的に大きな荷物が置かれることもあるでしょう。この大きな荷物が電波を遮へいすることもあります。これにより通信の不安定な場所ができる可能性もあるのです。

無線LANの速度や安定度は、受信する電波の強度に依存します。ノイズによる電波干渉の影響も、受信する電波が弱いときに顕著に現れます。従来型の無線LANの弱点は、電波の弱い所ができること。その結果、通信が不安定になることでしょう。

メッシュネットワーク

従来型の無線LANをツリー型とすると、近年、メッシュネットワークが注目されています。

メッシュネットワークでは、スイッチからアクセスポイントまでのLANケーブルのようなものは使いません。メッシュネットワークでは、アクセスポイントに相当するものをサテライトといいます。サテライト同士がメッシュ（網の目）のように動的に接続され、ネットワークを構築するわけです。

そして、メッシュネットワークとして面でエリアをカバーできるため、広い工場内でも電波の弱い場所を少なくできます。

また、通信の不安定な場所ができたとき、ツリー型ネットワークのようにLANケーブルを敷設して、アクセスポイントを増設することは不要です。電波の弱い場所の付近にサテライトを増設すれば無線でネットワークを構築するので、少ないコストで対応可能です。

さらにサテライトが動的にネットワークを構築するので、無線LAN自体の信頼性も高められます。有線LANでアクセスポイントを収容するスイッチのトラブルがあれば、そのスイッチに接続されるアクセスポイントすべてが使えなくなります。 メッシュネットワークのサテライトであれば、共通部分が少ないのですべてのネットワークが停止するリスクを低くできるのです。また、サテライト自体の障害でも動的にネットワーク構成が変更されます。サテライトがカバーするエリア設計によっては、1台のサテライトの故障で通信ができなくなるエリアを最小限にできます。

工場のIoT｜まとめ

この記事では、工場のIoTに欠かせない無線LANの安定運用について解説しました。まず、工場のIoT化が求められていることと、IoT化の実現手段としては無線LANが適していることを説明。

次に無線LANのメリット・デメリットを紹介しました。有線LANは通信の安定性は高いのですが、初期投資も維持費も高いことがお分かりいただけたかと思います。無線LANは工事費を低減できますが、無線ならではのデメリットがあります。通信の安定性が電波の強度に依存してしまうことです。安定した通信を維持するには、アクセスポイントの見直しや増設が必要です。

最後に無線LANのメッシュネットワークについて紹介しました。従来型のツリー型ネットワークでは、アクセスポイントを増設するごとにスイッチからLANケーブルを敷設する必要がありました。

メッシュネットワークはサテライトを増設すれば、動的にネットワークを構築するので、工事費の低減ができます。また、ネットワークの障害時にも動的に構成を変更するので、トラブルに強いというメリットもあります。

メッシュネットワークの動作の仕組みは次の記事で紹介していますので、ぜひご覧ください。

「メッシュネットワークの仕組みを解説｜工場内無線LAN」

最後までお読みくださり、ありがとうございました。