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。
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。
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。
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』 |
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
- 組込み向け USB ホストプロトコルスタック HE-USB/H
- MISRA 準拠 TCP/IP IPv4/v6 HE-NETv4、HE-NETv6、HE-NETv4/v6
- MISRA 準拠 HE-NET シリーズ向けアプリケーションパッケージ
- MISRA 準拠 HE-NET シリーズ向けセキュリティソフトウェア
- 組込み用 XML フレーマー・パーサー RomXML AE
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
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。
