5G 時代に対応する高速移動体無線網接続 OS・ミドルウェアソリューション

HE-USB/H 移動体無線モデム USB接続SDKパッケージ

これまで 3G 移動体無線網に接続する場合は、3G モデムを UART で接続し、AT コマンドでダイアルアップ、PPP プロトコルで動的に IP アドレスを割り当てて、インターネット通信をするモデルが一般的でした。

5g_mobile_1.png従来の3G移動体無線網接続イメージ

PPP でのダイアルアップ接続は必要な時にキャリア網に接続し、通信が不要となった場合に切断する運用モデルです。最近では低速な UART(RS232C)接続ではなく、高速な USB-IF※1の UARTエミュレーション(CDC-ACM※2)でインタフェースするモジュールが多く見かけられます。

※1 USB-IF:USB インプリメンターズフォーラム。USB仕様の標準化、利用促進、互換性保証を目的として創設された非営利団体。
※2 CDC-ACM:通信デバイスクラス(CDC)の仮想シリアル通信(ACM)サブクラス。USB-IF で標準化された RS232C によるシリアル通信をエミュレーションする USB クラス。

しかし、USB-IF の UART エミュレーション(CDC-ACM)による接続は、低速な UART を前提に策定された Point-to-Point Protocol のため、高速な通信にはオーバヘッドが大きいことが懸念されます。
LTE(Long Term Evolution)は、3.9G から 4G へと成長する過程で、高速なネィティブ接続である IPoE(IP over Ethernet)が採用されました。IPoE では、網側ネットワークが IP 網で構成され、ダイアルアップ不要の常時接続(Always ON)を通常形態としています。

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LTE移動体無線網接続イメージ

LTE モデムのインタフェースの多くは、高速な USB2.0 HighSpeed を採用しています。また、USB による効率的な IPoE のソリューションとして、USB-IF が策定した Ethernetフレーム を USB パケットとして伝達する Ethernet over USB 仕様 CDC-ECM※3、CDC-EEM※4、Microsoft社RNDIS※5を採用することで、高速な無線通信を活用可能な実装になっています。

『HE-USB/H 移動体無線モデム USB接続SDKパッケージ』では、従来の接続方法である CDC-ACM でインタフェースする無線モジュールの PPP によるダイアルアップや、Ethernet over USB 仕様でインタフェースする無線モジュールの IPoE による常時接続をサポートしていますが、5G 時代ではより高速な接続方法が求められています。

※3 CDC-ECM:通信デバイスクラス(CDC)のイーサネットコントロールモデル(ECM)サブクラス。USB-IFで標準化されたEthernetをエミュレーションするUSBクラス。
※4 CDC-EEM:通信デバイスクラス(CDC)のイーサネットエミュレーションモデル(EEM)サブクラス。ECMと同じEthernetをエミュレーションするUSBクラス。ECMの非効率なUSB伝送オーバヘッドを改良している。
※5 RNDIS:リモートNDIS。Microsoft社のネットワークドライバモデル(NDIS)をUSBに拡張した。Microsoft社が独自に仕様策定したプロプライエタリプロトコルRNDISを採用している。

5G 時代への持続性

次世代 5G 通信では、無線通信速度が飛躍的に向上しました。高速大容量通信・低遅延な特性は、無線による途切れのない高解像度の動画通信、音声通信を可能にします。また、5G の多接続性は、全てのデジタルデバイスをインターネット空間に物(Thing)と仮想化する IoT 社会の実現を加速化すると言われています。

無線世代  下り(bps) 上り(bps)
3G(High Speed)   14M 5.7M
LTE 150M 50M
5G 20G(理論値)   10G(理論値)  

5G の高速大容量通信の恩恵を享受できるよう、次世代 5G 通信モデムの USB インタフェースは、USB-IF の CDC-NCM を標準とします。Ethernet の MTU サイズ(フレームあたりの最大転送バイト数)が 1500 バイト単位に制限されることに対し、5G 通信は、1 フレーム当たり 8K バイト~64K バイトの Jumbo Frame を扱うことが可能です。CDC-NCM は、Jumbo Frame の Ethernet フレームを USB 伝送として扱うことが可能なクラス仕様です。

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5G移動体無線網接続イメージ

次世代 5G 通信では CDC-NCM を使うことにより USB による高速通信のボトルネックを解消することができます。『HE-USB/H 移動体無線モデム USB接続SDKパッケージ』は 5G 時代のEthernet over USB を包括的にサポートします。

製品構成

種類 製品構成
ダイアルアップ接続ソリューションSDK TCP/IPプロトコルスタック『HE-NETv4』
PPPプロトコルスタック『HE-PPP』
USBホストスタック『HE-USB/H』
USB CDC-ACMクラスドライバ 『HE-ACM/H』
常時接続ソリューション(ECM)SDK TCP/IPプロトコルスタック『HE-NETv4』
USBホストスタック『HE-USB/H』
USB CDC-ECMクラスドライバ 『HE-ECM/H』
USB CDC-ACMクラスドライバ 『HE-ACM/H』
常時接続ソリューション(EEM)SDK TCP/IPプロトコルスタック『HE-NETv4』
USBホストスタック『HE-USB/H』
USB CDC-EEMクラスドライバ 『HE-EEM/H』
USB CDC-ACMクラスドライバ 『HE-ACM/H』
常時接続ソリューション(RNDIS)SDK TCP/IPプロトコルスタック『HE-NETv4』
USBホストスタック『HE-USB/H』
USB RNDISクラスドライバ 『HE-RNDIS/H』
USB CDC-ACMクラスドライバ 『HE-ACM/H』
常時接続ソリューション(NCM)SDK TCP/IPプロトコルスタック『HE-NETv4』
USBホストスタック『HE-USB/H』
USB CDC-NCMクラスドライバ 『HE-NCM/H』
USB CDC-ACMクラスドライバ 『HE-ACM/H』

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移動体無線ソリューション構成図

緑:基本構成パッケージ
白:オプションパッケージ(別売)

関連製品

サポートモデムボードおよび CPU ボード一覧

LTE
モデム
ボード
モデム
モジュール
ホスト
CPU
ボード
RTOS 種類 接続形態 USB I/F  備考
EB-SL01L※6 HL7539※7 STM32F746G-DISCO※10
SBEV-RZ/T1※11
SBEV-RZ/A2M※12
Free
RTOS
LTE ダイアルアップ CDC-ACM IP over PPP
常時接続 CDC-NCM IPoE
網制御にCDC-ACMを使用
EVK-L24※8 TOBY-L220※9 ダイアルアップ CDC-ACM IP over PPP
常時接続 CDC-ECM IPoE
網制御にCDC-ACMを使用
ルータモード、ブリッジモードをサポート
RNDIS

※6 EB-SL01L:株式会社ラインアイ製 LTE 無線モジュール組込み評価ボード。
※7 HL7539:Sierra Wireless 社製 LTE 無線モジュール。技適、NTTドコモの相互接続性試験合格
※8 EVK-L24:u-blox 社製 LTE 無線モジュール組込み評価ボード。
※9 TOBY-L220:u-blox 社製 LTE 無線モジュール。技適、NTTドコモの相互接続性試験合格。
※10 STM32F746G-DISCO:STマイクロエレクトロニクス社製 STM32F7(ARM Cortx-M7)を搭載した CPU ボード。
※11 SBEV-RZ/T1:シマフジ電機社製 CPU ボード。ルネサスエレクトロニクス社製RZ/T1(ARM Cortex-R4)を搭載。
※12 SBEV-RZ/A2M:シマフジ電機社製 CPU ボード。ルネサスエレクトロニクス社製RZ/A2M(ARM Cortex-A9)を搭載。

関連製品

ハードウェア接続イメージ

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開発環境

統合開発環境 SBEV-RZ/T1, SBEV-RZ/A2M :Renesas Electronics e2studio(無償)  
STM32F746G-DISCO:Atollic TrueSTUDIO for STM32(無償)
コンパイラ GCC
JTAGエミュレータ  SBEV-RZ/T1 ,SBEV-RZ/A2M :別途J-Link Liteの購入が必要 
STM32F746G-DISCO:オンボードJTAGエミュレータを使用

主な特徴

  • 100% C ソースコード提供
  • 少ない ROM/RAM フットプリント実装、ワンチップマイクロコントローラ向けソリューションに最適
  • グローバル市場において豊富な実績
  • 移植が容易なモジュール構造
  • 他のアプリケーションの実行を妨げない低 MIPS

ユーザメリット

  • OS、TCP/IP、USB など基本要素は揃っている BSP(ボードサポートパッケージ)のため、プロジェクトのジャンプスタート、アプリケーションの開発に注力可能

用途

  • 屋外監視カメラ
  • 自動販売機
  • 屋外センサーデータ収集
  • ハンディターミナル
  • 車両運用システム

移植・チューニング

他の RTOS 環境、他の製品ボード・カスタムボード、他の無線モジュールの移植請負開発も随時対応可能です。

技術サポート体制

専任の担当者による、E-mail による技術サポートを提供します。