今知っておきたい、IoT(モノのインターネット)について

コネクテッドカー、バーチャルアシスタント、インテリジェント冷蔵庫、スマートロボット。IoT(モノのインターネット)は、日常生活のあらゆる場面に影響を及ぼします。しかし、それは、実際には何を意味するのでしょうか。そして、IoTのメリットや課題は何でしょうか。

毎朝、指定した時間にシャッターが開き、自動で洗面所の暖房のスイッチが入り、コーヒーメーカーは朝のコーヒーを用意し始めます。出勤するときには、車庫のドアが自動で開いて、警報システムが作動します。職場に向かって走行していると、コネクテッドカーが渋滞情報を受信し、新しい経路を提案します。会社の生産設備は、受注システムや物流システムと直接通信して、適切な製品を確実に生産できるようにしています。これらの接続されたスマートなデバイスや機械は、すべてIoTの一部を構成しています。

IoT とは何でしょうか?

IoT(モノのインターネット)は、物理的なモノと仮想世界とを統合したものです。高度なデバイスや機械が相互に接続され、インターネットとも接続されます。周囲の環境に関する情報を収集し、さらに分析し、結合します。デバイスは、このデータに基づいて決められたタスクを実行します。たとえば、 センサーが屋外の気温を計測し、そのセンサーを装備したスマートデバイスがそれに反応して暖房の温度を上げます。ユーザーが何もしなくても、すべてが自動的に行われます。ユーザーは、必要があれば、自分のスマートフォンのアプリを使って、IoTデバイスを遠隔から制御することもできます。

これは、接続されたコンポーネントの相互の連携によって実現しています。たとえば、マイクロコントローラやセンサー、アクチュエータが、電気信号を圧力、動作、温度、その他の機械的パラメータに変換します。IoTシステムは複雑です。個別のデバイス、データベース、ゲートウェイを組み合わせて、複数のネットワークを相互に結合しています。さらに、通常は無線インターフェイスを通じてインターネットに接続され、データを送ったり、コマンドを受け取ったりします。

IoTにおいて、センサーは、なぜ重要なのでしょうか?

IoTにおいて、センサーは、なぜ重要なのでしょうか?

人間は、自分の感覚によって環境を認識することができますが、機械の場合は、そのためにセンサーが必要です。だからこそセンサーは、IoTにおいて最も重要なデータ供給元なのです。センサーにはさまざまな種類があります。たとえば、温度、湿度、動作、光、圧力、CO2濃度、超音波、気圧などを計測します。物体に取り付けられたセンサーがその周囲環境を把握し、システム内のマイクロコントローラが収集されたデータを処理します。次に、そのデータがネットワーク経由でソフトウェアアプリケーションに送られます。センサーをBluetooth経由でスマートフォンアプリに接続すれば、ユーザーがそのデータを読むことができます。あるいは、インターネット経由でクラウドプラットフォームに送って、そこでデータを分析することもできます。たとえば、外が暗くなってきたことをスマートホームのセンサーが検出すれば、シャッターを閉めます。製造業では、温度センサーを使って、加熱バルブまたは冷却バルブを精密に制御することができます。室内または工場内がどの程度暑いか、寒いかを計測して、それに応じてバルブを動作させます。

IoTの起源 – すべてはトースターから始まりました

IoTは、2000年代に技術インフラとして出現しました。しかし、それ以前にも状態を無線で送信できる生活用品はありました。1982年に米国ピッツバーグで、コンピュータサイエンスの学生が、インターネットの先駆けとなるものを使って飲料自動販売機の商品在庫状況をモニターしました。ネットに接続された最初の家電製品は、1990年、ワールドワイドウェブの初期の頃に登場しました。これは、1991年にできた最初のウェブサイトよりも前のことです。米国のソフトウェアおよびネットワーク専門家ジョン ロムキー氏と、オーストラリアのコンピュータサイエンス学者サイモン ハケット氏が、会議中にトースターをインターネットに接続し、オンラインでスイッチをオン/オフしました。今では、このトースターが史上初のIoT機器であるとみなされています。

「IoT」というのは、英国の研究者ケビン アシュトン氏が1991年に作った言葉です。アシュトン氏は、マサチューセッツ工科大学のセンサーおよび識別技術の専門家で、パッシブ型RFIDタグを説明するのにこの言葉を使いました。RFID(無線周波数識別装置)は、機器が非接触方式でタグのデータを読み書きできる技術です。つまり、この場合にも、狭い作動範囲ではありますが、物理的なモノが仮想世界に接続されています。その少し後の2000年には、電子機器メーカーLG社が、インターネット冷蔵庫というアイデアを発表しました。冷蔵庫内のチーズ、バター、卵がなくなると、所有者に通知するようになっています。

それ以来、ネット接続は大幅に発展しました。ネットワーク専門企業シスコ社は、2008年までに、地球の人口よりもインターネットに接続された機器のほうが多くなると予測しました。その中には、スマートフォンやコンピュータだけでなく、あらゆる種類のモノが含まれています。将来は、スマートな機器がますます多くなるでしょう。市場調査会社ガートナー社によれば、2020年には、200億個の生活用品がインターネットに接続されると予想されています。

IoTのメリットおよびアプリケーション分野

今では、スマートデバイスは、住宅、工場、自動車、医療分野、都市で見られます。その目的は、日常生活を便利にし、生産プロセスを効率化し、効率向上によって電力消費を削減し、さらには、環境を保護し、交通 量を最適化し、巨大都市の生活をシンプルにすることです。

インダストリー4.0

インダストリー4.0は、第4次産業革命です。蒸気機関、電力、生産のコンピュータ化があって、その次に、機械、製品、システムのネットワーク化が始まっています。バリューチェーン全体がデジタル化されて、効率的になりつつあります。大規模に自動化されたプロセスの中で、製品が機器と通信して、製品自体が次の生産工程を起動することができます。機械は、自力で故障を検出し、保守作業を要求します。生産ロボットや運搬車両は、自動的に在庫物流システムと通信します。これにより、大幅な効率向上だけでなく、従業員の安全性向上も推進されます。フォークリフトや機械がセンサーを装備していれば、周囲環境を認識して、事故が発生する前に停止することができます。データの取得および分析という、まったく新しいサービスが生まれているのです。企業は、製品ポートフォリオの柔軟性を高めて、IoTの助けを借りて他の新しいサービスを提供することができます。

私たちは、近い将来、スマートマシンと一緒に生活するようになっているでしょう。それは、今日のスマートフォンと同じように当たり前になっていると思われます。

インフィニオンCEO、ラインハルト・プロス

インダストリー4.0の接続されたインフラにおいては、プロセスをより容易に計画でき、製品をより迅速に生産できます。これにより、時間を節約し、保管費用を削減できます。監査法人PwCの調査によれば、今後5年間のうちに、企業では平均19%の効率向上が見込まれます。さらに、新製品を市場に出すまでの時間は、平均17%短縮され、製造コストは、約13%削減される見込みです。

スマートホーム

照明のスイッチが夜になると自動的にオン/オフし、スマート電気メーターが消費電力を記録して調節します。スマートホームでは、コーヒーメーカー、洗濯機、冷蔵庫、サーモスタット、照明スイッチなどの生活用品がネットに接続されます。さまざまな機器が、ハブまたはゲートウェイと呼ばれる中央制御ユニットで連結され、さらにインターネットに接続されています。IoTデバイスは、スマートホームでの利便性拡大と省エネルギーだけでなく、安全性の向上も実現します。接続された監視カメラや煙探知器は、ユーザーのスマートフォンに自動的に情報を送信し、さらに必要があれば、緊急サービスに直接通報します。また、ユーザーがデジタルアシスタントに音声コマンドで指示して、スマートホームの照明や音楽を制御したり、天気予報やニュースを流したり、オンラインで商品を注文したりすることもできます。

eヘルス

フィットネスリストバンド、スマートウォッチ、フィットネストラッカーなどのウェアラブル機器は、身体に装着して、脈拍や血圧などの健康データを記録できます。そのデータをアプリで分析して、わかりやすいグラフや図表で提示します。ペースメーカーや血糖値監視システムのように、すでに利用されているスマート医療機器もあります。問題を検出すると、直ちにユーザーまたは緊急サービスに警報を発します。このように、eヘルス機器は、老人や患者が自宅でより安全に生活できるようにします。スマートピルボックスは、患者が薬を服用したかどうかを確認し、カーペットの転倒検出センサーは、人がつまずいたことを検出します。コネクテッド医療機器は、病院でも使われます。たとえば、スマートベッドが、在床率に関する情報を提示します。実験室での結果やさまざまな機器からの計測値が、中央装置に集められ自動的に記録されます。.

コネクテッドカー

大部分のクルマには、すでに数百個の電子制御ユニット、およびレーダーセンサーを含む半導体が搭載されています。これらは、速度や距離を計測して、他の物体や人にどれだけ接近しているかを検出します。2018年4月以降、EUのすべての新車は、“eCall”を搭載しています。これは、組込みSIMカードによって、事故発生後に自動で救助を要請することができる緊急通報システムです。コネクテッドカーは、WiFiまたはモバイル通信経由でも接続されています。たとえば、運転者は、交通渋滞の通知を受け取ることができます。また、車両の整備は、クルマを整備工場に持っていかなくても、ネットによるソフトウェア更新(SOTA)を活用して、インターネット経由で迅速に実施できます。

将来は、車の自動運転も実現するでしょう。そのためには、さまざまなセンサーが必要です。超音波センサーが障害物を識別し、レーダーセンサーが他の道路利用者を検出してその速度と位置を計測し、さらに、ビデオセンサーがその他の情報を提示します。コネクテッドカーは、特に、交通安全の向上を目指しています。ボッシュの調査によれば、安全システムおよびクラウドベースの機能によって、ドイツ、米国、中国だけでも26万件の傷害事故を防ぐことができます。

スマートシティ

国連の予測では、2050年には、世界人口の3分の2が都市部に住んでいると見込まれています。そして、2030年には、人口1,000万人を超える巨大都市は、43に及ぶだろうと言われています。これによって、たとえば、インフラや大気汚染に関する課題が発生するでしょう。その結果として、未来の都市は、生活の質を向上させるために、より持続可能で安全でなければなりません。「スマートシティ」というバズワードは、コネクテッド技術によって実現されるアイデアや概念を含んでいます。  この技術は、エネルギー、モビリティ、都市計画、行政、通信など、さまざまな分野に由来するものです。消防車やバスが接近すると、必要な車線の交通信号が青に変わります。街路灯は、必要に応じて自動的に点灯または消灯し、内蔵カメラとあわせて安全性を向上させます。デジタルシステムは、地域の公共交通インフラだけでなく、上下水道やリサイクルシステムのインフラも制御します。行政機関は、市民へのサービスをオンラインで提供することにより、時間と紙を節約できます。

機械はどのようにして相互に通信するのでしょうか

機械はどのようにして相互に通信するのでしょうか

IoTのプロセスを自動化するためには、デバイスが人間の介入を必要とせずに、相互に通信できなければなりません。マシンツーマシン(M2M)インフラによって、車両、システム、機械、コンテナ、および電気、ガス、水道のメーター、ロボットが相互に、あるいはコントロールセンターとの間で、情報を交換できるようになります。M2Mでは、データエンドポイント(DEP)、すなわち、デバイスまたは機械、通信ネットワーク、およびサーバなどのデータインテグレーションポイント(DIP)が必要です。その一例を示します。生産設備が製品を製造して、原材料使用量をWiFi経由でサーバに送ります。サーバは、機械が整備を必要としているのか、あるいは原材料の補給が必要なのか、について遠隔からモニターします。通信を実現するためには、デバイスは、センサーを装備するだけでなく、通信ネットワーク経由、すなわち、モバイル通信、WiFi、固定電話網、Bluetooth、衛星通信、RFIDを経由してデータを送信するトランスミッタも必要です。レシーバは、サーバなどの中央システムです。情報を収集し、処理し、対応する動作を開始します。

IoTにおける課題

IoT においてスマートデバイスが、どのように日常生活を便利にしているかを示す事例がたくさんあります。しかし、そこにはさまざまな課題があることも忘れてはなりません。

ビッグデータおよびIoTセキュリティ

世界中で収集されているデータの量は、飛躍的に増加しています。市場調査会社IDC社によれば、2016年には16.1ゼタバイトでしたが、2025年には10倍の163ゼタバイトになると予測されています。IoTにおけるデバイスがそのかなりの部分を占めるでしょう。これらのデバイスは、大量のデータを収集します。そのため、データ保護およびセキュリティに関する課題が発生します。データセキュリティは、データに対する不正アクセスに重点を置いていますが、データ保護は、プライバシー保護に関連します。

基本的には、データは、IoTの基盤となります。データの評価と分析は、日常生活をスマートにするために不可欠です。しかし、デバイスがインターネットに接続されると、攻撃に対する脆弱性も発生します。サイバー犯罪者が制御権を奪って、データを盗聴したり、工場生産を妨害したりする可能性があります。2015年には、侵入の容易さを示すことを目的に、2人の攻撃者がコネクテッドカーのインフォテインメントシステムに侵入し、エンジンを切ったり、ラジオをつけたりしました。最悪の場合には、犯罪者は、ある地域または国全体のインフラを麻痺させることもあります。2016年末にリベリアでは、インターネットが遮断されるという事態が発生しました。報道によれば、ハッカーは、何百万ものIoTデバイスをボットネットに取り込んで、分散型サービス妨害(DDoS)攻撃を実行しました。このDDoS攻撃では、サーバが過負荷となり応答できなくなるまで、多数のデバイスからの要求が同時にサーバに送られます。攻撃者は、監視カメラの制御を奪ってユーザーをひそかに監視したり、データ送信を停止したりすることもあります。スマートホームで使われるIoTデバイスの保護は、この分野で一貫性のあるセキュリティ規格がないため、多くの場合不十分です。犯罪者がスマートマシンを麻痺させたり、機密データを盗んだりした場合、企業は生産停止という危機に直面します。

また、データ保護についても、新しい課題が発生しています。問題は、すべてのデータに何が起こるか、そしてどこにそれを保管するか、ということです。たとえば、フィットネストラッカーのメーカーは、収集した情報から詳細なユーザープロファイルを作成し、他のデータと結合しています。製造業の場合と同様に、その情報は、許可のない人によるアクセスから確実に保護されていなければなりません。そうでなければ、データを盗まれるリスクがあります。犯罪者が、個人ユーザーや特定の従業員になりすまして、銀行口座や電子メールにアクセスする可能性もあるのです。

しかし、どうすればそのような攻撃を阻止できるのでしょうか。デバイスとサーバの間の通信は、セキュアであることが不可欠です。効果的な保護手段としては、セキュリティ認証による信頼性の高いアクセス管理、および通信データの暗号化があります。したがって、スマートデバイス、コネクテッドカー、インダストリー4.0の工場は、データ盗難、詐欺、改ざん、その他の攻撃に対して効果的に対抗するために、稼働中は常時保護されていなければなりません。

互換性の欠如および性能要件の引き上げ

IoTデバイスメーカーにとって、その他の課題としては、マルチデバイス、マルチプラットフォームアプリケーションを開発することです。現時点では、多くの場合、センサー、プラットフォームまたはオペレーティングシステムは、特定のシステムだけで動作します。したがって、デバイスの個々の部品への要件は、さまざまです。理想的には、特定のアプリケーションのための限定されたソフトウェアだけでなく、クロスプラットフォームのハードウェアおよびソフトウェアソリューションが必要です。また、デバイスに対する要求は拡大しており、メーカーにとって課題が増えています。センサーや半導体は、さらに強力でスマートでセキュアになると同時に、すばやく動作することを期待されています。また、消費電力を低減すること、小型化してできるだけ目立たなくすることも求められています。

IoTに貢献するインフィニオン

IoTのコネクテッドデバイスは、スマートで、省エネで、保護されていることがきわめて重要です。これは、インフィニオンのような半導体メーカーが開発し、推進する技術を使って初めて実現できます。たとえば、センサーは、環境から重要なデータを収集するので、IoTの基盤となるものです。これに対して、パワー半導体は、データを電気信号に変換し、マイクロコントローラは、システム全体を管理します。

インフィニオンのさまざまな半導体は、IoTの多くの分野で利用されています。たとえば、インフィニオンのLED技術は、スマートシティの業務用照明システムに役立っています。センサーやマイクロコントローラは、スマートなインフラや輸送システムだけでなく、スマートホームでも利用されています。インダストリー4.0では、特殊センサー、マイクロコントローラ、パワーモジュールの他にも、セキュリティチップが産業界の高い要求に応えています。これらは、スマート工場のシステムやデバイスを攻撃から保護するのに役立ちます。また、インフィニオンは、コネクテッドカーにも、たとえばレーダーセンサーを供給しています。半導体技術は、認証や暗号化データ通信にも利用されています。

インフィニオンは、これらのソリューションに、SiC(シリコンカーバイド)などの革新的な材料を使っています。これらの材料は、高負荷、高電圧を扱うことができ、消費電力も少なくてすみます。

将来におけるIoTの展望

IoT(モノのインターネット)は、発展し続けるでしょう。将来は、コネクテッドカーが最も早くて安全な経路を探してくれるでしょう。コネクテッド街路灯は、交通量、安全、照明、さらには大気に関するデータを記録します。コネクテッドエアタクシーが、市内のA地点からB地点まで人を乗せるようになるでしょう。この開発は、より高速でより安定したデータ通信を実現する、新しい高速モバイルネットワーク5Gの発展によって推進されます。相互に通信するデバイスが増えれば増えるほど、より大量のデータが存在するようになるので、それは必須の技術です。5Gモバイルネットワーク規格は、そのデータの激流に対応し、クラウドでデータを処理できるようにします。

また、エッジコンピューティングも、重要性が高まり、発展しそうです。これにより、データを生成したIoTデバイスで直接データを処理できるようになります。すなわち、クラウドで処理するよりも高速に、たとえば、コネクテッドカーの中でデータを分析することができます。人工知能(AI)も、モノのインターネットを発展させるでしょう。コンピュータおよびアルゴリズムは、自動的に問題を処理して、ますます改善されていくようになります(「機械学習」)。製造企業は、すでに10社に4社の割合で、デジタル製品開発のためにデータ分析およびAIを利用しています。したがって、モノのインターネットは、人工知能と結び付けることによって初めて、その可能性を最大限に発揮するでしょう。企業は、データ分析によって製品を改良する方法についてすでに知っています。しかし、機械とアルゴリズムが、自動でパターンを検出することができれば、その能力をさらに拡張できます。

IoTの最重要点に関するQ&A

IoT(モノのインターネット)は、物理的なモノと仮想世界とを統合したものです。スマートなデバイスや機械が相互に接続され、またインターネットとも接続されます。センサーの助けを借りて、周囲の環境に関する情報を収集し、さらに分析し、結合して、ネットワークで利用できるようにします。デバイスは、このデータに基づいて何らかのタスクを実行します。

スマートホームの生活用品、さらには、コネクテッドカー、健康データを記録する医療機器は、モノのインターネットの一部を構成しています。IoTは、スマートシティの概念も含みます。製造設備や機械が生産および事業活動においてネットに接続されているということを表す用語が、インダストリー4.0またはインダストリアルIoT(IIoT)です。

IoTは、生産性を向上し、生活全般をより便利で効率的にすることを目的としています。コネクテッドデバイスおよび機械は、関連するデータを環境から自動的に収集し、分析します。ユーザーおよび企業は、これによって新しい情報を取得して、時間を節約し費用を削減できます。デバイスは、スマートホームで暖房や照明をオン/オフすることから、インダストリー4.0における製品をジャストインタイムで生産するに至るまで、さまざまなタスクを自動的に実行します。

デバイスや機械がインターネットに接続されると、ウェブからの攻撃を受ける可能性があります。したがって、個人ユーザーや企業は、犯罪者がデバイスの制御権を奪ってデータを盗んだり生産を妨害したりしないように、保護する必要があります。また、デバイスは、きわめて大量のデータを収集します。これを保管する際には保護が必要です。しかし、現時点では、IoTデバイスのための一貫性のあるセキュリティ規格、あるいはその互換性に関する規格がありません。センサーは、さらに強力でスマートでセキュアになると同時に、できるだけ少ないエネルギーで動作することを期待されています。

将来は、ますます多くのデバイスや機械が、ネットに接続されるようになるでしょう。次世代のモバイル通信である5G、および人工知能の進歩によって、モノのインターネットはさらに発展するでしょう。その結果として、企業は、改良された新製品を開発することができます。また、多くのユーザーの日常生活は、より便利で安全になります。

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