IoTの仕組みとは？構成要素や実現できる機能を解説【2024年最新版】

さまざまなデバイスをインターネットに接続し、データの送受信を叶える技術であるIoTは「モノのインターネット」とも呼ばれています。近年の技術進歩によって消費者の生活にIoTの仕組みが用いられたシステム・家電製品が浸透し、利便性の向上に大きく貢献しています。しかし、中には「IoTの機能や構成要素はよくわからない」「具体的な仕組みを理解していない」という人も少なくないのではないでしょうか。
そこでこの記事では、IoTの構成要素や仕組み、実現できる機能などについて詳しく解説していきます。

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IoTの仕組みは複数の要素によって実現されるものですが、具体的にはどのような要素で構成されているのでしょうか。ここからは、IoTの構成要素について表を交えて解説します。

IoTのデバイスは「モノのインターネット」の基盤となる物体・ツールのことで、データ生成から収集、送受信の機能を備えているのが一般的です。IoTデバイスにはセンサーが組み込まれており、特定の情報収集や制御を実行しています。IoTデバイスにはスマートフォンやタブレットが該当するほか、それらを用いて操作できる家電や空調機器、照明なども当てはまります。

センサーとは音や光、温度などの情報を検知するものを指します。デバイスとの連携によってヒトやモノの状態や動きなどを検知するのがIoTにおける役割ですが、その種類は多岐にわたります。

・温度センサー
周囲の温度を検知して照明の調整やエアコンの制御などに用いられるのが一般的
・湿度センサー・気圧センサー
気象情報の収集や農業における散水のタイミングの判断に役立てられている
・振動センサー・音響センサー
機械の異常検知を目的とした監視、セキュリティのアラームとしても利用されている

このほかにも、位置情報を取得するGPSセンサーやモノの動きや位置を検出する赤外線センサーなど特定の用途向けのセンサーも多数。センサーをIoTデバイスに組み込むことで高度な自動化や予測といった機能が実現可能となっています。センサーはIoTにおける「目」や「耳」のような役割を持つと考えるとわかりやすいかもしれません。

アプリケーションとは、収集されたデータを解析・可視化・操作するためのソフトウェアのことで、目的や用途に合わせたサービス・機能を提供するものです。わかりやすい例としては、照明やエアコン、セキュリティを1つのアプリから制御できるスマートホームアプリケーションがあげられます。
また製造業では機械の動作データのモニタリングデータにもとづいて、異常検知やメンテナンスの必要性を予知するのにアプリケーションが活用されています。さらに、人工知能や機械学習を用いたデータ収集の効率化やプロセスの自動化に役立てられている例もあるようです。

IoTにおけるネットワークは、接続されたデバイスやセンサー間での通信や情報のやりとりを支える役割を担うものです。IoTでは大きく2種類の通信方式が用いられています。
・直接通信方式
IoTデバイス同士がが直接通信する方式で、中継機器を必要としないのが特徴。デバイスが分散しているケースに適していると言われています。
・デバイスゲートウェイ方式
デバイスゲートウェイがIoTデバイスとクラウドの通信を中継する方式のことで、IoTデバイスが集中している際に用いられるのが一般的です。主に利用される技術としては、BluetoothやLPWA（Low Power Wide Area）、Z-Waveなどがあげられます。

IoTの仕組みは、デバイスに搭載されたセンサーやカメラなどで取得・収集した情報を、インターネット経由でヒトやモノへ伝送することで成り立っています。クラウド上のデータベースに蓄積されたデータをアプリケーションによって解析・可視化することで、リアルタイムでの状況把握やそれに応じた操作が可能です。
たとえば農業では土壌の湿度や気温、日照時間といった情報をセンサー経由で収集し、そのデータにもとづいて散水の実感や量、収穫時期の判断などに活用しています。また、スマートホームデバイスでは室内の温度・湿度や照明の状態などをリアルタイムで把握し、エネルギー効率に優れた生活をサポートする機能を利用できます。IoTの仕組みは法人・個人を問わず、課題の解決や生活品質の向上に役立つものだと言えるでしょう。

IoTの仕組みは、ビジネスや消費者の生活に新たな可能性を生み出すものです。ここからは、IoTの仕組みによって実現できる代表的な機能について解説します。

IoTの代表的な機能とも言えるのが、遠隔地にあるモノを操作できる機能です。物理的な距離や時間の制約なくリアルタイムでのコントロールが可能で、例としては自宅のドアやシャッターの開閉、エアコン・照明といった家電の操作などがあげられます。ただ電源のON／OFFだけでなくエアコンの温度や風量も手軽に調整できるので、消費者の生活の利便性の向上に貢献していると言えます。
また、近年は外出先からスマートフォンでペットの様子をリアルタイムで確認できるだけでなく、給餌も可能な見守りカメラも登場しています。

遠隔地であってもモノや周囲の状態・状況をリアルタイムで把握できるのも、IoTの仕組みによって実現した機能です。現地にいなくても状態・状況やデータを確認できるため、必要に応じた対処が叶います。工場の生産ラインにIoTを導入すれば、センサーを通じて各機器の動作状況や温度・湿度といった情報を監視でき、異常が発生した際はアラートによって側鎖に対応が可能です。
スマートシティの取り組みでは街のエネルギー消費や交通量、環境データなどをモニタリングすることで効率的かつ持続可能な都市運営を実現しています。多くの分野における効率化や最適化、リスク低減につながる機能だと言えるでしょう。

センサーやカメラが搭載されたモノ（IoTデバイス）は、その位置や動きから現状を知ることができます。電車やバスといった公共交通機関では運行状況や混雑状況の把握に用いられ、バス停で待つ人々に目的の車両が「1つ前の停留所を出発した」「あと○分で到着する」などの情報が提供されています。この機能は自動車の自動運転にも活用されているほか、建設現場では機器や資材の動きの監視を通じて安全性向上の取り組みが進められています。このようにモノの動きから現状を把握できる機能は、さまざまな業界における業務の効率化や新たなサービスの創出にも役立てられています。

ここまで紹介した3つの機能が集約されたような機能が、モノとモノの間でのデータ送受信によって複数機器を自動で動作させる機能です。たとえば自宅内の温度が一定温度を下回ると暖房機器が自動で動作し、常に最適な温度を維持するといった連携・設定が例としてあげられます。工場の生産ラインで1つの機器に故障や異常が検知された際に、ほかの機器にもその情報を伝えれば自動で生産停止や修復作業が実行されるといったことも可能です。モノとモノの間でのデータ送受信・連携はより効率的な運用を実現できるため、システムの利便性・柔軟性を向上させるのにも重要な要素を担っていると言えます。

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IoTによるデータ収集・解析や自動化はさまざまなメリットをもたらすことから、場面を問わず活用が進んでいます。IT専門の調査会社であるIDC Japanの調査によると国内のIoT市場は2027年に8兆7,000億円を超えると予測（※）されており、今後も多くの企業や自治体での導入が見込まれます。中でも組み立て製造やプロセス製造、官公庁はIoT関連の支出額の高い分野で、事例が増加しているようです。また、流通業・サービス業における在庫管理の最適化や、顧客購買行動分析に向けた支出が拡大すると予測されています。このようにIoTの仕組みは今後も幅広い業界・業種での導入が予測されているため、注目し続けるべき分野だと言えるでしょう。

※ 出典：IDC Japan 株式会社「国内IoT市場は産業分野では製造業、技術分野ではソフトウェアを中心に成長」　https://www.idc.com/getdoc.jsp?containerId=prJPJ50846223

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この記事では、IoTの仕組みや構成要素、実現できる機能を解説してきました。IoTの仕組みは今後もさまざまな業種・業界での活用が見込まれる一方で、適切かつ効率的な開発・運用を叶えるためには専門的な知識や技術が必要なのも事実です。社内にIoTに精通した人材がいない場合は、専門の会社への依頼も視野に入れるとよいでしょう。
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