IoTゲートウェイとは
IoTゲートウェイとは、異なるデバイスやセンサーからのデータを収集し、それらを適切な形式に変換してクラウドやデータセンターへ送信する機器です。
また、逆にクラウドやデータセンターからの指示を受け取り、対象デバイスへ適切な命令を伝達します。これにより、IoTシステム全体の効率性や安全性が向上し、よりスムーズな運用が可能となります。
近年、インターネットに接続されたデバイスが急速に増え続け、さまざまな産業や生活においてIoT (Internet of Things) 技術が一般的になってきました。このIoT技術を利用するためには、デバイス間の通信やデータの収集・解析が不可欠であり、その役割を担う重要な機器がIoTゲートウェイです。
IoTゲートウェイの使用用途
IoTゲートウェイはさまざまな分野でIoTシステムを支えています。代表的な使用用途を4つ紹介します。
1. 農業
農場では、土壌センサーや収穫ロボットなど、多くのIoTデバイスが利用されています。これらのデバイスはIoTゲートウェイを通じて収集したデータをクラウド上に送信します。
これにより農家は土壌情報や生育状況を遠隔監視できるため、農作業の効率化に役立てることができます。
2. 交通
インテリジェントトランスポーテーションシステムでは、道路に設置された様々なセンサーからのデータを収集・分析する必要があります。IoTゲートウェイがこれらのセンサーとネットワークを仲介し、交通管理センターでは道路交通データをリアルタイムに把握が可能になります。
3. エネルギーインフラ
発電所や変電所には、重要な設備を監視するためのセンサーネットワークが導入されています。IoTゲートウェイを使って収集したデータをもとに、エネルギー供給の状況が管理・制御されています。
4. 工場
工場の生産ラインでは品質管理を徹底するためにIoTセンサーが多用されます。生産機器の稼働状況や製品品質データはIoTゲートウェイを通じて収集され、工場の管理システムで監視・分析されています。これにより、工場の自動化と効率化が進められています。
IoTゲートウェイの原理
1. データ受信
IoTゲートウェイは、デバイスやセンサーから送られてくるデータを受信します。このとき、デバイスやセンサーは、BluetoothやWi-Fi、ZigBeeなどの無線通信技術や、RS-232やRS-485などの有線通信技術を用いてIoTゲートウェイと接続されています。
2. 変換
IoTゲートウェイは、受信したデータを適切な形式やプロトコルに変換します。例えば、Bluetoothで送られてきたデータをTCP/IPに変換できます。
また、IoTゲートウェイは、受信したデータに対してフィルタリングや集約などの処理を行うことが可能です。例えば、不要なデータを除外したり、複数のデバイスやセンサーからのデータを1つにまとめたりができます。
3. 保護
IoTゲートウェイは、受信したデータに対してセキュリティや信頼性を向上させることができます。暗号化や署名などの手法を用いてデータを保護したり、エラー検出や訂正などの手法を用いてデータの品質を確保したりできます。
4. データ送信
IoTゲートウェイは、処理したデータをクラウドやオンプレミスのサーバーに送信します。
IoTゲートウェイのその他情報
1. IoTエリアネットワーク
IoTエリアネットワークとは、比較的近距離に存在するIoTデバイス同士を接続するネットワークのことです。一般的には100m程度の範囲内にあるデバイスを接続対象としています。
IoTエリアネットワークにより接続されたIoTデバイスは、IoTゲートウェイを介してインターネットに接続されます。IoTゲートウェイがIoTエリアネットワークとインターネットの橋渡しを行います。IoTエリアネットワークでは、通信規格としてZigbeeやBluetooth、ThreadなどのIEEE802.15.4規格が採用されることが多いです。
これらの規格はIoTデバイスに適した省電力で低速な通信方式として開発されています。一方で、IoTゲートウェイとインターネットの間ではWi-FiやEthernetなどの高速な規格が使われます。IoTエリアネットワークを活用するメリットは、インフラコストの削減と電力消費の最適化です。
個々のIoTデバイスがインターネットに直接接続されると多大なトラフィックが発生し、電力も大量に消費されます。IoTエリアネットワークによってIoTデバイス群をまとめて管理して、これらの問題を回避できます。
2. エッジコンピューティング
エッジコンピューティングは、分散処理型のコンピューティング環境の概念の1つです。
初期のIoTシステム
当初、IoTシステムはサーバー集中型のシステムで、すべてのフィールドデータは直接、もしくはIoTゲートウェイを介してIoTサーバーに集まります。IoTサーバーは集まったデータを集約し、必要な処理を行います。
サーバー集中型のシステムの場合、総てのフィールドデータの情報を処理する必要があります。さらに、サーバー機能も行うため、大規模になればネットワーク負荷やデータ蓄積・処理にリソースを占有される問題がありました。
最新のIoTシステム
IoTデバイスやIoTゲートウェイで使用されるハードウェアの性能の向上で、エリアネットワークの管理、プロトコル変換機能だけでなく、様々な機能を持たせることができるようになってきました。そこで、フィールドデバイスに近いところで可能な前処理を行い、IoTサーバーとのやり取りを必要最低限にして、ネットワークへの負荷、通信するデータの最適化などが行えるようになってきました。
このようにフィールドデバイス、またはその近くに配置するIoTゲートウェイに、従来のネットワーク中継機能に加えてより高度なデータ処理機能、分析機能などを与え、ネットワークを含めたIoTシステム全体を効率的に動作させるためにエッジコンピュータは使われています。