IoTバッテリー寿命：PSMとeDRXの推定ツール

PSMとeDRXが電力を節約するしくみ

バッテリー駆動のIoTデバイスの多くは、ほとんどの時間をスリープ状態で過ごします。省電力モード（PSM）では、デバイスはネットワークへの登録を維持したまま、報告の合間に無線をオフにできます。そのため、起動するたびにアタッチし直す必要がありません。拡張間欠受信（eDRX）は、デバイスを到達可能な状態に保ちつつ、着信メッセージを待ち受ける頻度を大幅に減らします。待ち受けの間隔は約20秒から数時間です。

バッテリーの消費は3つの部分に分かれます。デバイスが接続中で、報告を送信し、ネットワークによる接続の解放を待つ間、モジュールは数十から数百ミリアンペアを消費します。その後のアイドル期間には、ページングを待ち受けながら数百マイクロアンペアからミリアンペア程度を消費します。PSMでスリープしている間の消費は、わずか数マイクロアンペアです。接続中の電流がはるかに大きいため、数秒の接続がまる1時間のスリープより多くの電力を使うこともあります。

そのため、デバイスのバッテリー寿命の大部分は、報告間隔と報告1回あたりの接続時間で決まります。PSMデバイスでは、報告回数を半分にすると寿命はほぼ2倍になります。送信データを減らし、再送を避け、ネットワークがすばやく接続を解放できるようにして接続時間を短くすることも、ほぼ同じくらい効果があります。PSMは、自らのスケジュールで通信すればよいデバイスに適しています。eDRXは、コマンドを待つカメラや錠のように到達可能でなければならないデバイスに適していますが、その分スリープ時の電流は大きくなります。

最終的な値はネットワークが決めます。デバイスはPSMとeDRXのタイマーを要求しますが、ネットワークは自らが対応する値を割り当てます。その値は要求より短い場合も、まったく提供されない場合もあります。カバレッジも影響します。電波が弱いと、LTE-MとNB-IoTは届くまで送信を繰り返すため、接続時間が延び、報告ごとのエネルギーが増えます。

バッテリー自体も、長い年月のうちに変化します。自己放電によって毎年容量の一部が失われ、低温ではデバイスが使える容量が下がります。そのため、机上ではよく見える設計にも余裕を持たせる必要があります。推定値で設定を比較し、そのうえで現場の試作機で確認してください。