IoTシステム技術検定(中級)合格に向けて 第1回

# 第1章 IoT概要

## 1-1. IoT概論

### IoT出現の背景

+ インターネットの普及
+ 技術的革新
+ ビジネス革新への期待

#### インターネットの普及

+ 1990年代後半から今に至るまで急速に「インターネット」環境が進化した。

私は1996年にWindows96のノートPCが初めて触れたPCだった。
ピーヒョロロロとかいって、電話回線を使ってネットに繋がってた時期が懐かしい。
あとあのときはコンピュータウイルスを何故か必要以上に恐れていた気がする。

+ スマートフォンが普及し、個々人のデータを活用したサービスが広まったこともIoT出現に寄与している。

#### 技術的革新

+ センサ、カメラなどのデバイスの高度化、小型・省電力化、低コスト化

生活、社会、産業に関連するあらゆる"モノ"から用意にデータを取得できる環境が整ってきた。

+ ネットワーク技術の高度化
+ 高度でスケーラブルな分散処理を可能にする仮想化技術の出現
    + 機械学習やAI分析などに使用できる

#### ビジネス革新への期待

既存ビジネスの生産性向上だけでなく、データを使った新たなビジネスも可能という認識が広まった。

IoTで**データ分析に基づく価値の再発見**が可能。

##### 既存ビジネスの改善

+ 効率化
+ 高機能化
+ 高性能化
+ 省力化
+ 省エネ化
+ 見える化

##### ビジネスモデルの革新、新規ビジネスの創出

+ データ収集能力向上
+ 大規模データ活用
+ AI分析(機械分析)

#### 生産性の向上と新たな価値の創出

IoT技術は大きく分けて、2つの方向に活用することができる。

+ カイゼン
    + 従来システムの延長セイン上にある生産性向上
+ イノベーション
    + データ活用による新たな価値創出

### IoTを取り巻く世界の動き

各業界でIoTの標準化、デファクトスタンダード化やプラットフォーム構築の主導権を競って、多くの業界団体が設立されている。

+ あらゆる業界でIoTの標準的なインターフェース、データ形式の規格化が重要になっている。
    + 業界を跨ったデータ融合、アプリケーション連携など

#### 製造業

+ ドイツ「第４次産業革命」
+ IIC(Industry Internet Consortium)
    + 米国GE社がIndustry Internet構想の普及を進める

#### 家電製品

+ AllSeen Alliance
    + 各社のデバイスやサービス相互運用のためのフレームワーク開発

### 標準化の動向

+ oneM2M
    + 2012年に欧州、米国、アジアの電気通信標準化組織7団体により設立(2015年にインド加入で8団体)
    + 共通サービスプラットフォームの普及を目指す
    + 技術使用書群
        + リリース1: 2015年1月
        + リリース2: 2016年8月
+ 3GPP
    + 移動体通信システムの第3世代移行の標準化プロジェクト
    + NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)の標準化作業
        + LPWA(Low Power Wide Area)技術の構築中
+ IEEE-SA(IEEE Standards Association)
    + IEEE2413を発足
    + 業界横断的な相互接続の枠組み策定中
+ ITU-T
    + 分かれていたSG(Study Group)を集めてSG20を設立。議論を集約化。
    + IoTとスマートシティ・スマートコミュニティを含むアプリケーションについて
+ ISO/IEC
    + JTC1 WG10を設立
    + IoT参照アーキテクチャを検討中

### オープンイノベーション

オープンソースが広がり、開発がスムーズに行えるようになった。
ソフトウェアだけでなく、ArduinoやRaspberry Piなどのハードウェアもオープンに開発されだした。

IoTを書くにしたデータの有価値化がとても重要。

## 1-2. IoTシステム分析

### データ中心のシステム構成

+ データを収集するIoTデバイス
+ データを再活性化するIoTサーバ
+ IoTデバイスとIoTサーバーを結びつけるIoTゲートウェイ
    + IoTサーバへの送信
    + デバイスからのデータのフィルタリング
    + デバイスからのデータ集約

### IoTシステムの基本構成

+ インテリジェントデバイス・・・通信機能を持っているデバイス。
+ ノンインテリジェントデバイス・・・通信機能を持っていないデバイス。通信機能を持っているプロセッサとセットで使用する。

IoTサーバとデバイス間に、IoTゲートウェイを挟む構成と、挟まない構成の２パターンが考えられる。
IoTゲートウェイを挟む場合、ゲートウェイ下でIoTエリアネットワークを構成し、複数デバイスをゲートウェイが管理する。

IoTデバイス、IoTサーバ、IoTゲートウェイで役割分担の最適解を見つけるのが重要。
サーバ上での分析手法とデータ収集方式がマッチすると、新たな価値の創造に結びつく。

#### IoTゲートウェイ

データを集約するゲートをどこに持つかが重要。
ゲートを介して大規模なデータを収集・分析でCPSを構築

> CPS(Cyber-Physical System)
実世界とサイバー空間の相互連関が社会のあらゆる領域に実装され、大きな社会的価値を生み出していく社会のこと

+ スマートフォン
+ 検索エンジン
+ 購買履歴
+ 映像データ

また、異種のデータを組み合わせた分析のため、複数サービス・システム間での連携が重要。

## 1-3. IoTシステム構築技術

### IoTの適用分野

使用する技術分野は広い。

+ センサによるデータ収集
+ ゲートウェイの中継等の処理
+ ネットワーク接続
+ ビッグデータ分析
+ 異業界、異分野を跨ったデータの組み合わせ

業界を跨るので、他の業界の知識も必要。

+ センサ技術からクラウド上でのAI分析技術まで幅広い技術
+ 業界を跨ってデータを活用するための業界知識、データを有効化するデータサイエンティスト技術

#### IoTシステム事例

+ HEMS(Home Energy Management System)、BEMS(Building Energy Management System)
    + 電力の使用量を可視化、節電するエネルギー管理システム
+ スマート工場
+ 産業機械の運転状況の監視
+ ウェアラブルデバイスを活用した作業員の作業効率化
+ センサを活用して設備老朽化対策
+ 防災などの社会インフラ監視システム

#### IoTシステム構築技術

+ 大規模センサデータ処理
    + 頻繁に発生しする小容量のセンサデータの通信方式
    + データフィルタリング
    + クラウド上での分析に効果的なサンプリング周期
+ データ収集の方式
    + スマートデバイスなどモバイル型ゲートウェイ
    + ウェアラブルデバイスなどのセンシング技術
    + 移動体とのセンサ連携技術
+ センサデータの分析
    + クラウド上でのデータ分析手法
    + クラウド環境知識
+ 無線技術の効率的な設計
    + 省電力通信方式
    + エナジーハーヴェスティング(電力の自給自足)
    + センサからのデータ受信方式
+ セキュリティ/プライバシー
    + IoT固有のセキュリティ対策
    + データ活用におけるプライバシー保護、匿名化技術

#### 情報セキュリティ対策とプライバシー保護

IoTが発展していく上で必要不可欠。
個人の行動履歴や、購買履歴などのデータはマーケティング分析やアドバタイジングに有益だが、取扱に注意が必要。

##### 危険要因

+ セキュリティ対策を施していないIoTデバイスを個人で容易に作成できる
+ 取得したデータで個人が特定できなくても、データの組み合わせで特定出来る場合もある

#### IoTプロトタイピング

センサデータの採取、データ分析に適した分析手法などを試作することで、ビジネスリスクを大いに軽減することが可能。
センサを制御するためのArduinoやRaspberry Piなど、安価で多様な製品も出揃い始めた。
開発環境もクラウド上にオープンソフトとして提供されている。

#### 構築例

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IoTサーバ(GCP, Azule, AWS, Google Drive, M2X, Parse)
  |
  | 広域通信網(通信プロトコル: HTTP, REST MQTT, TCP/IP)
  |
IoTゲートウェイ(Arduino, Raspberry Pi)
  |
  | ローカル通信(通信プロトコル: ZigBee, BLE, Wi-Fi)
  |
IoTデバイス
```