IoT デバイスの複雑なシステムの説明

ネットワーキングにおける IoT の台頭は、IoT デバイス (SIoTD) の複雑なシステムを含む、この分野の重要なイノベーションを引き起こしています。このガイドでは、この新たな概念の基本とその応用について説明します。

SIoTDとは？

モノのインターネットは、近年主流になる最もエキサイティングな新技術の 1 つです。次世代の民生用電子機器から高性能の産業用デバイスまで、何百ものアプリケーションがあります。

IoT デバイスのシステムは、統一された目的のために連携する、接続された IoT デバイスのネットワークです。このような IoT ネットワーキング システムの重要な機能は、ネットワークを構成するデバイス、コンポーネント、およびプロセスのすべてのレイヤーを含む IoT アーキテクチャです。

これらの IoT デバイスのシステムには、さまざまなデバイスを含めることができ、それぞれが異なるデータにアクセスし、ネットワーク内の異なるデバイスと通信します。この好例は、消費者のライフスタイル IoT デバイスのシステムです。

今日、多くの消費者は、スマート スピーカー、スマートフォン、スマートウォッチ、スマート アプライアンス、さらにはスマート カーなど、独自の個人用 IoT ネットワーキング システムを所有しています。これらのデバイスは、さまざまな方法で消費者と通信したり、相互に通信したりできますが、消費者の日常生活を簡素化および自動化するという共通の目的を果たします。

より産業的な設定では、IoT デバイスのシステムは少し異なって見えますが、同じように機能します。ネットワーキングで IoT を使用する製造施設は、IoT 品質管理センサー、製造ロボット用の IoT センサー、スマート在庫モニター、スマート セキュリティ カメラ、倉庫ロボットなどのスマート倉庫設備などのテクノロジを採用する場合があります。

どちらのシナリオでも、IoT デバイスの複雑なシステムは、さまざまなレイヤーと処理プロトコルを使用して、さまざまな方法で設計できます。

ネットワーキングにおける IoT のレイヤー

ほとんどの IoT デバイスは同様の方法で動作します。センサーは、温度などの状態をデバイスに通知し、その情報をコントローラーに中継します。コントローラーは、センサーからの情報を条件または考えられる応答のコレクションに対してテストします。センサー データに対する適切な応答を特定すると、デバイスのアクチュエーターに何かを実行するよう「指示」します。たとえば、電気信号を送信して電球をオンにしたり、電化製品をオフにしたりします。デバイスはネットワーク (ほとんどの場合、インターネット) にも接続され、他のデバイスと通信してデータを収集します。

IoT デバイスの複雑なシステムでは、各デバイスのこれらのコンポーネントは、ネットワークの構成方法であるより大きな IoT アーキテクチャの一部です。これが「複雑」な理由の一部です。 IoT デバイスの大規模なシステムでは、数十または数百のセンサー、コントローラー、アクチュエーターのプロセスが同時に進行し、すべてが相互に通信している可能性があります。

IoT ネットワーキングでは、すべてのアーキテクチャにいくつかの標準的なコンポーネントまたはユニット (アプリケーション、分析、統合、セキュリティ、およびインフラストラクチャ) が含まれています。これらのコンポーネントは、SIoTD 内の各デバイスまたはプログラムを分類できるさまざまなカテゴリと考えることができます。さまざまな IoT アーキテクチャは、「レイヤー」を通じてさまざまな方法でコンポーネントを編成します。

アーキテクチャの種類

主な IoT ネットワーク アーキテクチャには、3 層、4 層、5 層の 3 つがあります。 3 層は最も単純です。これは、認識層、アプリケーション層、およびネットワーク層から構築されています。

最初のレイヤーである認識には、ネットワーク内の IoT デバイスが環境や相互に関する情報を収集するために使用するすべてのセンサーが含まれます。 2 番目の層であるネットワークは、関連するすべてのデバイスとプログラムを接続し、それらの間でデータを送信する神経系です。 3 番目の層であるアプリケーションは、彼らが達成しようとしていた実際の目標に対する認識とネットワーク プロセスの現れです。

このアーキテクチャを単純に考えると、人間の体に似ています。知覚層は、触覚、嗅覚、視覚などの感覚のように機能します。体の感覚が拾った情報は、ネットワーク層である脳に送られます。ここでは、情報を処理して決定を下します。その決定は、身体の運動能力である応用層を使った行動につながります。

4 層と 5 層のアーキテクチャは同様の方法で機能しますが、プロセスが少し複雑になります。 4 層アーキテクチャでは、ネットワーク層とは別の特定のデータ処理層が追加されます。これは、認識層とネットワーク層の間にあります。多くの場合、認識レイヤーのデータが実際のネットワークに送信される前に、データまたはユーザーの信頼性が確認されるセキュリティ レイヤーとして機能します。集中的な SIoTD 研究が強調しているように、これらの大規模で複雑なネットワークではサイバーセキュリティが大きな課題であるため、これは重要です。

5 層アーキテクチャは、処理層とビジネス層を追加することで、さらに一歩進んでいます。名前が示すように、ビジネス層はビジネス SIoTD アプリケーションに特に役立ちます。組み込みのネットワーク管理プログラムとして機能し、ビジネス モデルやユーザーのプライバシーなどを整理します。

複雑な SIoTD のアプリケーション

家庭用電化製品から大規模なサプライ チェーン プログラムに至るまで、ネットワーキングには IoT の多くのアプリケーションがあります。どのニッチまたは業界のアプリケーションでも、上記のアーキテクチャのいずれかを使用できることに注意することが重要です。適切なアーキテクチャは、特定のアプリケーションに関するものです。したがって、コンシューマ アプリケーションは、製造アプリケーションほど複雑ではないという理由だけで、必ずしも 3 層アーキテクチャを使用するとは限りません。特定のアプリケーションのニーズによって、使用するアーキテクチャが決まります。

SIoTD の優れた使用例の 1 つは、サプライ チェーンの監視と管理です。たとえば、今日の運送会社は、需要の高いサプライ チェーンとドライバーの不足とのバランスを取る必要があります。これには、荷物の集荷から最終的な配達、そしてその間のすべての停車まで、あらゆる段階でますます正確な最適化が必要になります。

ロジスティクス管理者は、特定の輸送のための最も効率的なルートを計画する際に、多くの要因を考慮に入れる必要があります。 IoT デバイスのシステムを使用して、トラック輸送車両全体のリアルタイム データを収集し、道路上のコースを調整して、より戦略的で情報に基づいたルートを計画できるようにします。たとえば、IoT センサーは、燃料消費量、移動時間、アイドル時間を監視して、より効率的なルートを特定するのに役立ちます。

ネットワーキングにおける IoT の人気が高まっているもう 1 つのユース ケースは、スマート ウェアハウスです。トラック運送会社と同じように、今日の倉庫は、非常に速いペースの需要に対応する必要があります。 IoT を使用して倉庫を自動化することの多くの利点の中には、可視性の向上と生産性の向上があります。

倉庫管理者は、IoT デバイスを使用して、在庫レベルの監視などを行うことができます。これにより、在庫が不足している、またはすぐに期限切れになる可能性があることを常に把握できます。 IoT は、ナビゲーションと通信に依存する倉庫ロボットの重要なテクノロジーでもあります。中央ハブは、これらすべてのロボットが倉庫のどこにいるかを追跡し、すべてがスムーズに実行されるようにします。

IoT デバイスのシステムによる革新

ネットワーキングにおける IoT の役割は年々大きくなっています。これらのデバイスは、その機能、インテリジェンス、およびアプリケーションにおいて進化を続けています。自動化された次世代倉庫から今日の最新のスマートホームに至るまで、あらゆる種類の業界で SIoTD のメリットが見られます。 IoT デバイスの複雑なシステムの内部動作を理解することは、複雑さを少し軽減するのに役立ち、これらの信じられないほどのデバイスの新しいアイデアと新しいアプリケーションへの扉を開きます。