IoT開発の課題を解決する新たな開発プラットフォーム

IoTの普及と見えてきた現状の課題

長年にわたり議論や推測が行われてきましたが、あらゆるデータが示唆しているのは、2017年はモノのインターネット(IoT)が一段と多くの注目を集めるようになった年であるということです。調査会社のIHS Markitは2018年1月に報告書を発表し、年末までに接続デバイス数が15%増加し、合計で200億個に達するとの予測を発表しました。

IoTによる経済的、物流的、環境的利益が得られる可能性が見込まれ、急速な普及が期待される多種多様な分野が存在します。高度な自動化を導入することで、安全で高効率、高信頼性、スマート、省エネを追求した住居や、作業を軽減しながらより便利な患者介護を可能にする産業プロセスを実現できるでしょう。

かなり早い段階から、半導体メーカーはIoT実装を効果的に導入するのに、どのIoT実装が必要になるかを明確に把握していました。

IoTノード数が数十億個にも達し、多くのケースで関連するアプリケーションが比較的コストに敏感なことを考えると、各ノードの関連部品のコストを第一に考慮すべきです。加えて、膨大な数のIoTノードが、電力線が存在しない遠隔地に設置されるため、各ノードの消費電力も考慮する必要があります。したがって、(電池を交換するためにエンジニアを現場に派遣する時間と費用を避けるために)バッテリ駆動動作こそが唯一実用的な選択肢であり、バッテリ寿命をできるだけ長くすることが重要です。また、アプリケーションに設定された基準に応じて、IoTノードにさらに影響を及ぼすスペースの制約、厳しい使用環境などの側面が存在する場合もあります。

IoTに必要な構成要素

IoTを展開するうえでは、無線と有線で異なる通信プロトコルが採用されることになるでしょう。それらの中には、しっかりと確立されているプロトコルもあれば、未だ発展途中のものもあります。有線プロトコルの中にはビル・オートメーション用KNXや工業用CANまたはイーサネットがあります。

一方、無線通信プロトコルの大部分は、短距離、超低電力動作を重視しています。例として、Wi-Fi、ZigBee、Z-Wave、Bluetooth Low Energy(BLE)などがあります。その他の無線オプションとしては、長距離、低データ量に対応しながらも電力をほとんど消費しない低電力広域ネットワーク(LPWAN)プロトコル(SIGFOX、LoRaなど)が挙げられます。「低消費電力」プロトコルに代わるものとして、LTE-M、Narrow-Band IoT(NB-IoT)、数年後には5Gといった広域ネットワーク(WAN)カバレッジ用セルラー方式のプロトコルもあります。

IoTを実際に動作させるのはセンサ/アクチュエータです。捕捉したデータはすべて、センサを通じて分析することができます。逆に、アクチュエータを使用してモータの駆動や照明の点灯などを行うことができます。ここでは、センサとアクチュエータの組み合わせが(サポート・コネクティビティと併せて)真価を発揮する例がいくつかあります。

住宅/ビル・オートメーション・アプリケーションでは、パッシブ赤外線(PIR)検出器のネットワークが人間の動きを判別し、それに応じてLEDドライバが部屋の照明をつけることができます。大規模な園芸場などの産業用途では、周囲光、温度、湿度、土壌水分などを監視するために、多数の異なるセンサを利用できます。特定のパラメータが許容される設定しきい値内にない場合は何らかの処置を講じることがあります。例えば、温度が高過ぎるので低くする必要がある場合は、モータを始動して温室の窓を開けることができます。また、作物収量を最大限に増やすのに光レベルが最適でない場合は、接続されたLEDドライバを使用して調整することも可能です。

スペース、コスト、電力バジェットに課される制約を組み合わせてみると、IoTノードは相当効率の良い設計コンセプトに従う必要があり、快適にサポートできる以上の機能は装備しないことになります。そのため、低価格帯にあり、過剰な電力を消費したり、広いボード面積を占有したりしないようなマイクロプロセッサやメモリICの仕様が必要です。したがって、ノードの機能不足を埋め合わせるために、クラウドベース・サービス(データの処理と分析が可能)へのアクセスが不可欠です。

クラウドを介して関連アプリを利用できるようになるので、IoTシステム設計がノード・レベルの制限から解放され、捕捉した貴重なデータをフルに活用できるようになります。これによって、より高いデータ処理能力とストレージ能力の達成が可能になります。