LoRaによるGPSトラッキングのしくみ

結論から

LoRa GPSトラッカーは2つの仕事をします。GPS受信機は衛星から位置を割り出し、ネットワークはまったく必要ありません。 そしてLoRa無線が、その位置をごくわずかな電力で遠くまで、あなたが持つもう一台のLoRa無線機へ運びます。 Nelosでは、無線機とBluetoothでペアリングしたスマートフォンがトラッカーに位置を問い合わせ、返ってきた答えをオフラインマップに表示します。 途中にSIMも基地局もサーバーもないので、圏外でも使えます。その代わり、通信距離は地形に左右され、更新は連続ではなく数秒〜数分単位になります。

構成要素

1. トラッカー - GPSとLoRa無線を内蔵した小型のバッテリー機器。首輪、リュック、自転車などに付けます。画面はなく、スマートフォンも不要です。
2. LoRa - 「Long Range」の略。通信速度と引き換えに受信感度を高め、小さなメッセージを低い出力で遠くまで届ける無線方式です。免許不要の周波数帯を使い、帯域は地域ごとに異なります（日本は920MHz帯、欧州は868MHz、北米は915MHzなど）。
3. MeshCore - トラッカーと無線機で動くオープンソースのファームウェア。メッセージの宛先、リピーターによる中継、応答のしかたを決めています。NelosはMeshCoreで通信するため、トラッカーにはMeshCoreファームウェアが必要です（MeshCoreとはを参照）。
4. あなたの無線機 - 持ち歩く対応LoRa機器。スマートフォンとBluetoothでペアリングします。
5. Nelos - 位置の問い合わせを送り、トラッカーをオフラインマップに表示し、セーフゾーンを確認し、履歴をスマートフォンに保存するアプリです。

連続送信ではなく、問い合わせ式

携帯回線のトラッカーが数秒ごとに位置を送れるのは、携帯網に十分な容量があるからです。LoRaのチャンネルはまったく事情が違います。

• 1回の送信に時間がかかる。LoRaの長所を生かす長距離向けの設定では、小さなパケット1つでもチャンネルを1秒近く、あるいはそれ以上占有することがあります。
• チャンネルは共有。届く範囲のすべての無線機（自分たちのものも、ほかの人のものも）が同じ周波数を順番に使います。
• 送信には決まりがある。日本や欧州の多くの国など一部の地域では、これらの周波数帯で送信できる時間の割合が制限されています。
• バッテリーは小さい。トラッカーの電池をいちばん消費するのは送信です。

そのためNelosは、トラッカーに常時送信させません。スマートフォンが無線機を通じて問い合わせ、トラッカーが最新の位置とバッテリー残量を返します。

• 自動：数分ごと。バックグラウンド接続をオンにすれば画面オフでも続きます。
• 手動：「更新」ボタンで。
• 探すモード：より頻繁に、1回につき一定時間。捜索中に頻繁に位置を更新できますが、トラッカーのバッテリーを多く使います。
• 停止：トラッキングを一時停止している間は問い合わせません。バッテリーを節約でき、「更新」は使えます。

携帯回線がない場所での現実的な「リアルタイム」とは、届く範囲にいる限り、たずねればいつでも最新の位置が返ってくることです。地図上に1秒ごとの線が描かれるわけではありません。

位置はどれくらい新しい？

空が見えている間は、トラッカーのGPSが常に最新の位置を保っているので、応答は「いまいる場所」を示します。 屋内、深い茂みの下、車の中ではGPSが測位できなくなることがあります。その場合もトラッカーはLoRaで応答しますが、最後に測位できた位置を繰り返します。 Nelosは最後の位置がどれくらい前のものかを表示するので、「いまここにいる」のか「最後にここにいた」のかを区別できます。

精度は一般的なGPSと同じで、開けた場所ならたいてい数メートル、ビルの谷間、峡谷、深い森の中では悪くなります。

通信距離を左右するもの

LoRaの通信距離を正直に約束できる人はいません。同じ2台でも、丘の上からなら谷全体を越えられ、建物の密集した街では数ブロックしか届かないこともあります。特に大きいのは次の要素です。

• 見通し。山、建物、地面そのものが電波をさえぎり、木々、濡れた葉、人の体が電波を弱めます。
• 高さ。どちらかの無線機を高くするのが、ほかの何より効きます。犬の首のトラッカーは地面に近いため、その分距離が短くなります。
• アンテナと機器。小さな内蔵アンテナは、サイズと引き換えに通信距離を犠牲にしています。
• 無線設定と地域。周波数、出力の上限、ネットワークの設定も影響します。
• リピーター。高い場所に置いたリピーターがメッセージを受けて再送信するので、互いに届かない2台でもリピーター経由でつながります。

普通の無線機やトラッカーは、標準ではほかの機器のメッセージを中継しません。中継するのはリピーターで、一部の対応無線機やトラッカーは中継モードに切り替えて近くの機器を中継できますが、バッテリーを多く使います。 同じ場所に何度も行くなら、よい場所に置いたリピーターがたいてい最大の改善策です。LoRaメッシュのリピーターは必要？もご覧ください。

セーフゾーン：判定はスマートフォンで

セーフゾーンは、キャンプ場や山小屋などのまわりに描く半径100m〜2kmの円で、1台または複数のトラッカーに割り当てます。トラッカー自身はゾーンのことを知りません。 新しい位置が届くたびに、スマートフォンのNelosがゾーンと照らし合わせます。トラッカーが明らかに外へ出たと判断したとき（GPSの揺れによる誤報を防ぐため、確認のための2つ目の位置を待ちます）に通知し、戻ったときにも通知します。 実際には境界を越えてから数分以内に届くことが多く、無線機が接続されトラッカーに届く範囲にあるときだけ機能します。

トラッカーの設定

自分の無線機を接続した状態で、トラッカーをスマートフォンの近くに置いてNelosに追加します。NelosがBluetoothでトラッカーを無線機と同じ周波数設定にし、互いに通信できるようにします。 あとで無線機の国や周波数を変えた場合は、トラッカーを追加し直してください。トラッカーはチームの共有マップに表示されます。無料プランではチームごとに1台まで使えます。

位置情報の行き先

位置の問い合わせと応答は、無線機の間を電波でやりとりされます。Nelosはアカウント不要で、トラッカーの位置をクラウドサービスに送ることはありません。 受信した位置の履歴はスマートフォンにだけ保存されます。ただし、どんな無線信号とも同じく、LoRaの電波は範囲内のほかの機器でも受信できます。金庫ではなく、グループの連携のための道具だと考えてください。

LoRaトラッキングとほかの方式

• 携帯回線のトラッカーと比べると：携帯回線は電波のある場所ならどこからでも届き、ふつうは契約が必要。LoRaは圏外でも使えますが、無線の届く範囲に限られます。
• AirTagなどのBluetoothタグと比べると：タグは通りかかる人に頼り、LoRaならトラッカーに直接たずねられます。AirTagとGPSトラッカーの違いを参照。
• 衛星と比べると：衛星はほぼどこでも使え救助機関にも届きますが、ふつうは契約が必要。LoRaは月々の費用なしでその場のグループをつなぎます。LoRaメッシュと衛星メッセンジャーの比較を参照。

向いている場面

LoRa GPSトラッキングが力を発揮するのは、追跡したい人や物が、あなたから山いくつか分の範囲にいるときです。 キャンプ地や山道にいる犬、 キャンプ場やフェスにいる子ども、 ルート上に散らばるハイキンググループなどです。 すぐ使えるトラッカーなら、SenseCAP T1000-Eやそのほかの対応トラッカーをご覧ください。