IoTにおけるネットワークを徹底解剖｜役割・種類・業界ごとの活用術

IoTにおけるネットワークとは

IoTは、あらゆる「モノ」や「デバイス」がインターネットを通じて接続され、情報を交換する仕組みを指します。IoTを構成する要素には、センサー、デバイス、クラウドなどがありますが、その中でも「ネットワーク」とは、これらが相互に通信し、データを送受信するための通信経路や技術のことです。

IoTにおけるネットワークが果たす役割

IoTにおけるネットワークは、デバイス同士が通信を行うための「道」として機能します。IoTデバイスが情報を送信し、クラウドや中央サーバーにそのデータが届くことで、システム全体が効率的に機能します。

ネットワークは主に以下の役割を果たします。

・データ転送
IoTデバイスが収集した情報は、ネットワークを通じてクラウドや他のデバイスへ送信されます。この転送の速度、信頼性、セキュリティが重要です。

・遠隔操作
IoTデバイスがネットワークを利用して遠隔操作されることにより、離れた場所でもデバイスの制御が可能になります。例えば、工場の機械をリモートで操作したり、スマートホームシステムで家電をコントロールしたりできます。

・デバイス間の相互作用
IoTデバイスはネットワークを通じて他のデバイスと情報を交換し、連携します。これにより、システム全体が効率的に連動し、複雑な作業の自動化や最適化が実現できます。

IoTにおけるネットワークの構成要素

IoTネットワークは、多くの異なるデバイスやシステムが連携し、情報を交換するための基盤です。

このネットワークを構成するための基本的な要素には、IoTデバイス、ゲートウェイ、通信技術が含まれます。それぞれが重要な役割を果たし、全体のシステムの機能性や効率に大きく影響します。

IoTデバイス

IoTネットワークの中で最も基本的な構成要素がIoTデバイスです。IoTデバイスは、温度、湿度、振動などを測定できるセンサーが組み込まれており、環境や設備の状態をリアルタイムで計測し、そのデータを取得する役割を担います。

IoTデバイスは、ネットワーク内で発生するデータの収集の起点となるため、その精度や信頼性は、IoTネットワーク全体の効率や品質に大きく影響を与えます。

IoTゲートウェイ

センサーから取得したデータをネットワーク内でやりとりするために必要な中継装置がゲートウェイです。ゲートウェイは、異なる通信プロトコルを持つデバイス同士を繋ぐ橋渡しの役割を果たし、センサーからのデータをインターネットやクラウドに送信します。

ゲートウェイは、IoTシステムのスケーラビリティやデータのセキュリティを保つために重要な役割を担っています。例えば、ローカルネットワークのデータ処理を行うエッジコンピューティングの機能を持つゲートウェイもあります。

通信技術

センサーとゲートウェイを含む各デバイス間でデータを送受信するために使われる通信技術は、IoTネットワークの構成要素の中で最も重要な部分です。通信技術によって、ネットワークの速度、容量、セキュリティ、消費電力が決まります。

適切な通信技術を選択することで、IoTネットワークの効率性や信頼性を向上させ、特定の業務ニーズに最適なパフォーマンスを実現することができます。

IoTにおけるネットワークの種類

IoTにおけるネットワークは、短距離通信と長距離通信に大別され、それぞれに多くの種類があります。各ネットワークの特徴や利点を理解するために、表形式で説明していきます。

短距離通信

短距離通信は、デバイスが比較的近い距離で通信を行う方式です。この方式は、通信距離が数メートルから数十メートルの範囲に限定され、低消費電力やコスト効率が重要な場合に適しています。

長距離通信

長距離通信は、より広範囲にわたるデバイス同士の通信を実現する技術です。通信距離は数百メートルから数キロメートルに達し、より多くのデバイスが広い範囲で通信する場合に使われます。

LPWAにはLoRaWAN、Sigfox、LTE Cat.M1、NB-IoT、Wi-Fi HaLow、Wi-SUN、ZETA、ELTRESなどがあります。

通信技術	特徴	利点	課題
LPWA	– 長距離通信（数キロメートル～数十キロメートル）が可能 – 低消費電力で長期間の運用が可能 – LoRaWANやNB-IoTが代表的	– 長距離通信が可能 – 低消費電力でバッテリー寿命が長い – 屋外や広域のIoTアプリケーションに最適	– データ転送速度が遅く、大量データのやり取りに不向き – 通信遅延が大きい場合がある
5G	– 次世代モバイル通信規格 – 超高速データ転送、大容量通信、低遅延、高密度通信を実現 – スマートシティや自動運転に適用	– 非常に高速なデータ転送（最大10Gbps） – 極めて低い遅延（1ミリ秒以下） – 大規模デバイス接続が可能	– インフラ整備にコストがかかる – 高消費電力 – 屋内や地下では電波が届きにくい

■LPWAの種類

技術	特徴	用途
LoRaWAN	– オープンな標準規格 – ISMバンドを使用し免許不要 – 長距離通信（最大数十km）、低消費電力 – 双方向通信やADRをサポート	スマートシティ、農業、物流の監視システム
Sigfox	– 専用ネットワークを利用 – 消費電力が非常に低い – 低通信速度、データサイズ最大12バイト	盗難防止デバイス、遠隔監視、スマートメーター
NB-IoT	– LTE通信網を利用 – 高セキュリティと信頼性 – 屋内・地下でも通信可能 – 電力消費やや高め	スマートメーター、インフラ監視、資産トラッキング
LTE-M	– LTE基盤でNB-IoTより高い通信速度 – 音声通信や移動中デバイスに対応 – 電力消費はLPWA中で高め	追跡デバイス、モバイルIoT機器、ヘルスケアモニタリング
Wi-Fi HaLow	– IEEE 802.11ah規格 – Sub-GHz帯を使用し1km程度の通信範囲 – 高速通信かつ省電力 – 多数デバイス接続可	スマートホーム、産業用IoT、農業モニタリング
Wi-SUN	– IEEE 802.15.4g規格 – メッシュネットワークで冗長性確保 – Sub-GHz帯を使用し数キロ通信可能	スマートグリッド、公共インフラ、エネルギー管理システム
ZETA	– UNBを採用した独自技術 – 長距離通信と低消費電力 – サーバーレス通信で低コスト – 大規模接続が得意	スマートメーター、環境モニタリング、資産管理
ELTRES	– ソニー開発の独自技術 – GNSSで位置情報送信 – 高速移動中でも安定通信 – データ容量は小さい	物流トラッキング、車両・ドローンの位置情報管理

用途に合ったネットワークの選び方

IoTシステムを構築する際、目的に応じて適切なネットワークを選ぶことが、効率的かつ効果的な運用に繋がります。

ネットワークの選定では、以下の5つの要素を考慮することが重要です。

通信距離

ネットワークの通信距離は、データが伝送される範囲を示し、設置する場所や目的に応じて最適な選択をする必要があります。

近距離通信は限られた範囲で高い通信品質を提供し、屋内環境やデバイス間接続に向いています。一方、長距離通信は広範囲をカバーし、地域全体や遠隔地でのデータ伝送に適しています。選定時は、カバレッジが必要なエリアを正確に見積もることが重要です。

データ転送速度

データ転送速度は、ネットワークが1秒間に転送できるデータ量を示します。アプリケーションによって求められるデータ転送速度は異なります。

例えば、リアルタイムの映像や音声を送信するような用途では、非常に高速な通信が求められます。これに対して、定期的な環境データの収集やセンサー情報の送信では、それほど高い速度は必要ありません。

適切な通信速度を選ぶことで、必要な帯域幅を確保し、データの遅延や輻輳を防ぐことが可能になります。

消費電力

IoTデバイスの長期間の運用において、消費電力は非常に重要な要素です。特に、バッテリー駆動のデバイスでは、低電力で長時間運用できるネットワークが必要です。消費電力の抑制により、定期的なバッテリー交換や充電の手間を減らし、メンテナンスコストを削減することができます。

さらに、電力効率の高い技術を選ぶことで、エネルギーコストの削減にもつながります。消費電力の要件を考慮して、適切なネットワーク技術を選ぶことが、運用効率の向上をもたらします。

コスト

ネットワークのコストも、選定において非常に重要な要素です。初期導入費用、運用コスト、デバイスの価格などを総合的に評価し、予算に合った選択をすることが必要です。高機能な通信方式は一般的に高コストですが、特定の用途や環境ではその投資が長期的な利益を生むこともあります。

セキュリティー要件

IoTデバイスや通信経路におけるデータの保護は、情報漏洩や不正アクセスを防ぐために不可欠です。

セキュリティの要件は、データの機密性、整合性、可用性を確保することに加え、システム全体の信頼性を高める役割を果たします。特に、機密性の高い情報を扱う用途では、強固な暗号化や認証機能を持つネットワークが必要です。

通信内容を第三者から保護するために、TLSなどの暗号化プロトコルを使用した通信の暗号化や、認証とアクセス制御の仕組みも重要です。

IoTネットワークがもたらすメリット

IoTネットワークは、複数のデバイスやセンサーを接続し、リアルタイムでデータを収集・分析・共有することで、ビジネスの運営方法を大きく変えています。IoTネットワークがもたらすメリットを以下で紹介します。

業務効率化

IoTネットワークの導入により、リアルタイムでデータが収集され、自動的に処理されることで、従来手作業で行われていた業務の負担を軽減できます。これにより、業務の迅速化や精度向上が実現し、全体の生産性が向上します。

コスト削減

IoTネットワークを活用することで、設備や機器の稼働状況をリアルタイムでモニタリングし、効率的な運用が可能になります。これにより、エネルギー使用の最適化や過剰な設備稼働の防止が実現でき、運用コストを大幅に削減できます。

また、設備の状態を正確に把握することで、必要なメンテナンスを計画的に行い、人的リソースや時間を最適に活用できます。これにより、全体の維持費用や運用経費の削減が期待できます。

予知保全

IoTにおけるネットワークでは、各デバイスやセンサーから得られるデータを基に、設備の異常や劣化を早期に発見できます。これにより、設備の故障やダウンタイムを予測し、計画的なメンテナンスを行うことが可能になり、予知保全の実現に繋がります。

業界ごとの活用例

さまざまな業界でネットワークの活用が加速し、効率化、コスト削減などのメリットを得ています。業種別にネットワークの活用例を見ていきましょう。

製造業

・生産ラインの自動化
IoTネットワークを活用することで、製造ラインの各工程におけるデータ収集と情報共有がリアルタイムで行われ、ライン全体の自動化が実現します。

ネットワークでつながったセンサー、機械設備が連携し、必要な情報を即座に交換し、適切なアクションを導き出します。これにより、作業者の手動操作を減らし、より少ない労働力で高効率な生産が可能になります。

・予知保全
IoTネットワークを活用することで、製造設備に組み込まれたIoTセンサーが機器の状態をリアルタイムで監視し、異常の兆候を早期に検出します。これにより、定期的なメンテナンスに依存せず、実際の状態に基づいて最適なタイミングで保守作業が行えます。

データは中央の監視システムに集約され、AIや機械学習を用いて異常の予測が行われるため、ダウンタイムを未然に防ぎ、生産ラインの稼働率を向上させます。

物流業

・在庫管理
IoTネットワークを活用することで、倉庫内の在庫状況をリアルタイムで把握し、効率的な在庫管理が可能になります。IoTセンサー、RFIDタグ、バーコードスキャナーを使用して、物品の入出庫や在庫の更新を自動化することができます。

これにより、手作業での在庫管理に伴う誤りや時間の浪費を削減し、正確な在庫情報を即座に取得することが可能になります。

・温度管理
IoTネットワークを活用することで、生鮮食品や医薬品など温度管理が必要な商品の状態をリアルタイムでモニタリングできます。温度センサーを用いて商品の温度を常時監視し、異常が発生した場合には即座に通知される仕組みを構築することができます。

これにより、温度の変化による品質劣化や不良品の発生を早期に発見し、適切な対応を取ることができます。

農業

・作物の生育モニタリング
IoTネットワークを活用することで、畑や温室に設置したIoTセンサーが土壌の水分量、温度、日照量などをリアルタイムで計測し、作物の生育状態を常時監視できます。

収集されたデータを基に、自動的に適切な灌漑や施肥が行われるため、作物に必要な環境が維持され、品質の向上が期待できます。このような精密な環境管理により、過剰な水分や肥料の使用が抑えられ、資源の効率的な利用が可能となります。

・機械の遠隔管理
IoTネットワークを活用することで、トラクターやドローンなどの農業機械をネットワークを介して遠隔操作でき、作業状況をリアルタイムで把握することが可能になります。

これにより、作業の効率化が図られると同時に、遠隔地からでも機械の状態を監視し、異常が発生した場合には迅速に対応することができます。

まとめ

IoTにおけるネットワークは、製造業、物流業、農業などのさまざまな分野での活用が進んでいます。ネットワークの通信技術、選び方のポイントを理解し、用途に適したネットワークを選定することで、効率的な運用に繋がるでしょう。