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IoTの仕組みを図解。各機器の通信はどのようにして行われている?

IoTとは「Internet of Things」の略で、モノをインターネットにつなげて通信を可能にする技術全般を意味します。どのような仕組みのテクノロジーなのかを改めて考えてみましょう。

IoTの仕組みとは?

IoTはどんな仕組みでインターネット通信を実現しているのかを分かりやすく解説します。

インターネット通信を可能にする仕組み

インターネットを介した主な通信端末と言えば、パソコン、スマホやタブレットが挙げられます。これらはインターネットにつながることを前提として利用する人がほとんどでしょう。

しかし、近年注目を浴びているIoT家電はどうでしょう。家電がインターネットにつながると言われても、いまいちピンと来ない人もいるのではないでしょうか。

従来の家電には、インターネットは関係ありませんでした。冷蔵庫ならば飲食物を冷蔵保存する、テレビなら映像や音声を再生するといったように、家電本来の役割を遂行する機能を持ちあわせているだけで十分でした。

しかし、そうした生活を便利にする機能に加えて、インターネットを介して情報伝達や本体操作を可能にしたのが、IoT家電です。

◯IoT家電の例

冷蔵庫
在庫情報が確認できる、家庭に合わせた節電対策ができる
エアコン
遠隔操作で電源のON・OFFができる、好みに合わせた快適運転ができる
洗濯機
遠隔操作で選択完了を知らせる、選択履歴をもとに最適な選択コースを提案
テレビ
インターネット上のテレビ番組に参加できる、WEB動画配信サービスを利用できる
照明
遠隔操作で電源のON・OFFができる、天気などに合わせて明るさや色を自動調整できる

IoTサービスの技術要素(どんな技術が使われているか)

IoTサービスは、次の4つの技術から構成されています。

モノからデータを”取得する”技術
モノをネットワークに”接続する”技術
データを”収集する”技術
データを”活用する”技術

それぞれについてもう少し詳しみていきます。

モノからデータを”取得する”技術

IoT家電は、データを取得する技術が用いられます。

データ取得で重要な役割を担っているのが、センサー(IoTセンサー)です。人間で言えば目などの感覚器官に当たる部分で、見たり感じたりしたものを電気信号に変換します。

具体的には、以下のようなセンサーがあります。

GPS:現在位置を特定する
温度センサー:温度を測定する
湿度センサー:湿度を測定する
加速度センサー:傾き、動き、振動、衝動を検出する
光センサー:明るさを検知する
圧力センサー:圧力を計測する
音センサー:音圧振動を検出する
ジャイロセンサー:傾き、角度や角速度を検知する

IoT家電には、目的に応じた最適なセンサーが搭載されています。場合によっては複数のセンサーを組み合わせ、複雑な状態を検知することもあります。

また、センサーの他にも、自動認識機器により情報を取得することもあります。

バーコード
2次元コード
カメレオンコード

今後はセンサーや自動認識機器を組み合わせ、より複雑な情報を取得することができるIoT家電が増えていくことでしょう。

モノをネットワークに”接続する”技術

一般的なIoT家電は、通信手段に無線機能を用います。馴染みのあるWi-Fiを思い浮かべてもらえばいいでしょう。

なおIoT家電の場合、通信データ量は小さなものが大半ですが、同一エリア内で多数接続が可能な無線技術が求められます。アクセスが集中すると、通信速度が低下したりシステム自体がダウンしたりする可能性があるからです。

そのため一般的なIoT家電は、多数接続が可能なナローバンド無線という技術が使用されています。

データを”収集する”技術

機器から取得したデータを蓄積したり管理したりする技術も、IoT製品によっては重要です。デバイス内に保存したり、必要に応じてサーバーにデータを送信したりします。

データを”活用する”技術

そうして集められたデータは、さまざまなモノやサービスに活用されます。データを解析し、傾向を探ったり次に必要になりそうなものを予測したりします。

IoTサービスの構成要素(何で構成されているか)

IoTのサービスを実現させている構成要素は下記のように分類することができます。

  • デバイス
  • ネットワーク
  • サーバー
  • アプリ

これらが正常に稼働することで、下図のようにIoTサービスが利用可能になります。

大まかな流れは下記のとおりです。

  • デバイスのセンサーがデータを取得
  • ネットワークを介して取得データをサーバーに送信
  • サーバー内のストレージにデータを蓄積
  • アプリによる可視化、分析、予測
  • PCやスマホで連携したデータ利用

デバイス、ネットワーク、サーバーについて、もう少し詳しく解説します。

デバイスの役割

デバイスは、IoT家電本体のことを指します。センサーにより取得したデータを電気信号に変換し、ネットワークを介してサーバーに送信します。

余談ですがスマホにはGPSをはじめとして、実に多くのセンサーが搭載されています。スマホの機能が多岐に渡るのも、複数のセンサ―が搭載されているからです。

ネットワークの役割

ネットワークは、IoT家電の情報伝送を可能にしている設備です。インターネットのことだと思ってもらえばいいでしょう。

端末
IoT家電、PC、スマホ、タブレット、など
機器
ルーター、ハブ、無線アンテナ、LANケーブルなど

これら機器をネットワークに接続して、下記の規格を用いてインターネット上で情報の伝達を行います。

Wi-Fi
3G、4G(LTE)、5G(移動通信システム)

サーバーの役割

IoT家電から送信されたデータは直接スマホ等に送信される場合もありますが、大抵の場合、サーバーに送信されます。

このサーバーの役割は下記の2つです。

データの保存(ストレージ)
可視化、分析予測、制御(アプリケーション)

サーバーは、蓄積されたデータを基に利用者の要求に答えます。つまり、操作した通りの動きをするのです。

可視化:モノが取得したデータを画像データに変換
制御:IoT機器の操作
                 など

スマホ等の端末でIoT家電の機能を使用できるのも、このサーバーの働きがあればこそなのです。

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