目第 1 分冊

次学習のねらい ............................................................................ 1

第 1 週 IoT の基礎知識 ............................................................................. 3
1.1 IoT 概論 ....................................................................................................... 4
1.1.1 IoT（Internet of Things）................................................................... 4
1.1.2 IoT の 3 つの重要要素 ........................................................................... 5
1.1.3 IoT に繋がる考え方 ............................................................................... 6
1.1.4 IoT サービスの事例 ............................................................................... 7
1.2 IoT の構成と基本アーキテクチャ................................................................. 8
1.2.1 IoT の構成 ............................................................................................. 81.2.2 IoT の基本アーキテクチャ .................................................................... 81.3 IoT の基本構成要素...................................................................................... 91.3.1 IoT の基本的な構成要素 ........................................................................ 91.3.2IoT デバイス ...................................................................................... 10
1.3.3 IoT ゲートウェイ ................................................................................ 10
1.3.4 IoT サーバ ........................................................................................... 111.4 IoT の標準化動向 ....................................................................................... 131.5 IoT の実現要件 ........................................................................................... 14『まとめと練習問題』................................................................................. 15
第 2 週 IoT デバイスと IoT ゲートウェイ................................................... 172.1 IoT デバイスとは ....................................................................................... 18
2.1.1 IoT デバイスの役割 ............................................................................. 18
2.1.2 センシング機能 ................................................................................... 182.1.3 フィードバック機能 ............................................................................ 182.1.4 コネクティビティ ................................................................................ 192.1.5 IoT デバイスの基本構成 ...................................................................... 192.2 センサ技術の基礎....................................................................................... 202.2.1 センサの種類 ....................................................................................... 202.2.2 センサの構成 ....................................................................................... 242.2.3 センサ・モジュール ............................................................................ 252.2.4 電子部品の特性，用途 ......................................................................... 252.2.5 センサの電気信号増幅 ......................................................................... 272.2.6 電気信号のアナログ／デジタル変換.................................................... 28
2.3 制御装置 ..................................................................................................... 29〜i〜2.3.1 CPU（Central Processing Unit）..................................................... 30
2.3.2 OS（Operating System）.................................................................. 31
2.3.3 入出力 ................................................................................................. 33
2.4 IoT ゲートウェイ ....................................................................................... 37
2.4.1 直接通信方式 ....................................................................................... 37
2.4.2 デバイスゲートウェイ方式 .................................................................. 37『まとめと練習問題』................................................................................. 39第 3 週 ネットワークとプロトコル............................................................ 41
3.1 ネットワーク .............................................................................................. 42
3.1.1 ネットワークの役割 ............................................................................ 42
3.1.2 WSN（ワイヤレスセンサネットワーク）............................................. 44
3.1.3 WSN のネットワーク接続形態 ............................................................ 45
3.1.4 同期通信，非同期通信 ......................................................................... 46
3.2 IoT デバイスの通信方式............................................................................. 47
3.2.1 IoT デバイスにおける通信方式 ........................................................... 47
3.3 WAN (Wide Area Network)..................................................................... 48
3.3.1 固定回線 .............................................................................................. 48
3.3.2 無線通信回線 ....................................................................................... 48
3.4 LAN(Local Area Network) ...................................................................... 50
3.4.1 無線 LAN ............................................................................................. 50
3.4.2 有線 LAN ............................................................................................. 51
3.5 PAN(Personal Area Network) ................................................................ 52
3.5.1 Bluetooth (IEEE 802.15.1) ............................................................ 52
3.5.2 IEEE 802.15.4 ................................................................................... 58
3.5.3 NFC..................................................................................................... 60
3.6 通信プロトコル .......................................................................................... 61
3.6.1 デバイス・ゲートウェイ・サーバ間接続............................................. 61
3.6.2 HTTP .................................................................................................. 62
3.6.3 WebSocket ........................................................................................ 66
3.6.4 MQTT ................................................................................................. 68
3.6.5 CoAP .................................................................................................. 70『まとめと練習問題』................................................................................. 72
第 4 週 IoT サーバサービス ..................................................................... 75
4.1 IoT サーバとは ........................................................................................... 76
4.1.1 IoT サーバ ........................................................................................... 76
4.1.2 IoT プラットフォーム ......................................................................... 76
4.1.3 クラウド .............................................................................................. 77
4.2 データ処理 ................................................................................................. 80
4.2.1 分散バッチ処理 ................................................................................... 81
4.2.2 ストリーム処理 ................................................................................... 81〜 ii 〜

4.2.3 アドホック処理 ................................................................................... 82
4.2.4 データフォーマット ............................................................................ 82
4.3 データ分析 ................................................................................................. 864.3.1 分析方法 .............................................................................................. 86
4.3.2 可視化処理 .......................................................................................... 86
4.3.3 分析方法 .............................................................................................. 87『まとめと練習問題』................................................................................. 92
SETP UP .............................................................................................. 94
参考文献................................................................................................ 95
練習問題の解答 ....................................................................................... 96
索 引................................................................................................... 98〜 iii 〜

第1週

IoT の基礎知識【学習のポイント】

IoT という言葉がなぜいま大きな注目を浴びているのか，その考え方を紐解きながら，その概念や基本的な構成要素について学びます。

〜3〜

第 1 分冊

1.1.3

IoT 基礎IoT に繋がる考え方IoT という言葉が使われるようになるよりも前の 1980 年代に，ユビキタスネットワークというモノとネットワークを接続しようという概念が提唱されていました。
ユビキタスネットワークとは，コンピュータや家電が有線・無線通信により常に相互に接続される環境を構築することにより，人がいつでもどこにいても様々な情報やサービスを利用できるようにするという考えです。
IoT とユビキタスネットワークは，多くの点で考え方が共通していますが，ユビキタスネットワークが対象としていたのは主にコンピュータや家電などに通信機能を埋め込むことにより，人がそれを利用するといったことが主眼でした。
それに対して IoT は，人やモノを意識せずに，人とモノやモノ同士など様々なつながりを想定しており，より幅広いサービスが期待されているとともに，より実現可能な技術として想定されています。
2010 年 代 に な る と，M2M（ エ ム・ ツ ー・ エ ム：Machine to Machine） と い う，機器と機器が通信で繋がり連携するという IoT に繋がる概念が出てきました。
これまで個々で稼働していた機器同士をつなぐことにより，機器同士が相互に情報をやりとりできるようなりました。
これにより，各々の機器で生成されたデータをリアルタイムで統合，制御し，様々な用途に活用することができるシステムが出来るようになりました。
IoT と M2M との関係は，とても密接な関係です。技術的な点で考えると機器をモノに置き換えれば，センシング機能，フィードバック機能については現在のところほぼ同じと言えます。違いは，IoT では取得した情報を受け取る人へのサービスまでを考慮したものであるということです。そのため，M2M は IoT の一部分と考えることが出来ます。
ユビキタスネットワーク，M2M，IoT よりも大きな概念として，実世界（物理的な空間）にある多様なデータをセンサネットワークなどにより収集し，サイバー空間を構築することにより，実世界とサイバー空間が相互に連携した社会を CPS（CyberPhysical System）といい，実現に向けての研究開発が進められています。

〜6〜

IoT の基礎知識

実世界アクチュエータ

図 1.3

1.1.4

サイバー空間ゲートウェイ

センサ第1週サーバ（クラウド）

実世界とサイバー空間（情報の流れ）

IoT サービスの事例

IoT サービスは現在様々なものが開発されています。その具体的な事例としては，次のようなものがあります。
・Fitbit(Fitbit 社 )Fitbit のセンサから，歩行数や心拍などのデータを収集することにより，健康管理のサポートを提供しています。
・Streetline（Streetline 社）
駐車場に設置されるセンサ情報を利用したモバイルアプリによるスマートパーキン
グシステムを提供しています。これにより車の有無や空き状況を管理することができ，ドライバーは駐車場の空き具合をリアルタイムで把握できます。一方，駐車場オーナは駐車場を探しているドライバーに連絡を取り，直接予約を受けることが出来ます。
・車両故障診断機（Allcardia）
自動車に備わっている自己診断機能（OBD）と接続することにより，車両事故についての自己診断情報を取得するシステムです。取得したデータはクラウドに集められ，自動車整備や中古車業者が作業をするために使用することが出来ます。

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