モノのインターネット（IoT）とは何ですか？

概要はじめにモノのインターネットとは？IoTIoTアーキテクチャの主な機能IoTの通信モデルIoTの可能なアプリケーションホームコンシューマーエレクトロニクススマートカーまたは輸送システムIoTアプリケーションビルディングおよびホームオートメーション都市環境エネルギー農業農業産業医療およびヘルスケアシステムロジスティクスIoTの利点電子機器との通信その他のソフトウェアとの通信モノのインターネットです。 これは、高度な自動化と分析のインテリジェントな融合であり、ネットワーキング、センシング、ビッグデータ、人工知能テクノロジーを活用して、最適化された新時代のソリューションを提供します。 数多くの電子機器やソフトウェア技術の出現により、インターネットは単に人をつなぐP2Pフェーズから、人をデバイスにつなぐM2Pフェーズに進化し、おそらくデバイスをつなぐM2Mフェーズに到達するでしょう。簡単に言えば、モノのインターネットはさまざまなスマートを定義します。センサーやその他の電子機器が組み込まれたデバイスは、インターネットを介して相互に通信します。モノのインターネットとは何ですか？モノのインターネットは、電話、テレビ、照明、冷蔵庫、AC、自動車など、私たちの周りのすべてのものが存在する世界です。 人間の制御の有無にかかわらず、監視、検知、相互作用を行っています。 多くの人が、モノのインターネットまたはIoTをインターネットの次の技術革命と見なしています。モノのインターネット（IoT）は、インターネットに接続できる組み込みシステム（デバイス）のネットワークであり、他の組み込みデバイスやサービスに接続して対話することができます（機械または電気器具）および大規模な人々。 モノのインターネット（IoT）は、有線または無線の通信システムを介してさまざまなものやオブジェクトをインテリジェントに制御する上で最も魅力的なトレンドのXNUMXつです。これにより、いつでも、どこでも、誰とでも、任意のパスやネットワークを使用して、モノを接続または制御できます。任意のサービス。 モノのインターネット（IoT）の主な目的は、ユーザーの制御と監視のためにさまざまなタスクをはるかに簡単にすることです。モノのインターネット（IoT）、家庭またはオフィスの自動化システム、環境または生物学的監視、スマートグリッドなどの助けを借りて。 相互接続できるため、相互のパフォーマンスに影響を与える情報を相互に共有できます。IoTは、一意のIDを持ち、通信ネットワークを介してインターネットに接続されているモノまたはデバイスで構成されます。これは、埋め込まれた物理オブジェクトのネットワークを指します。電子機器、センサー、アクチュエーター、ソフトウェア、通信接続を備え、全体の配置により、データの交換、リモートセンシング、さまざまなオブジェクトやモノの制御が可能になります。PCとインターネットに接続されたデバイスこの概念は、シフトすることで任意のデバイスを接続するものと見なすことができます。そのオンとオフはインターネットに切り替わります。IoTを使用して、洗濯機、ランプ、コーヒーメーカー、エアコンなどの日常生活のすべてのオブジェクト。 は、共通のユーザーまたはマシンの目標に向けて意味のあるアプリケーションを実行しながら、リモート制御と情報交換を提供するために、識別子とワイヤレス接続を備えています。 モノのインターネットの簡単な方程式を上の図に示します。この図では、物理的なオブジェクトがモノの機能に従い、インターネットに接続されているため、インターネットを介して制御および監視できます。オブジェクト内またはオブジェクトに接続されているセンサーが接続されています。有線または無線のインターネット接続を介してインターネットに接続します。 これらのセンサーのさまざまなローカルエリア接続には、ZigBee、Bluetooth、RFID、Wi-Fiなどが含まれます。 これらのセンサーは、GSM、GPRS、3G、4Gなどの広域ネットワークも使用します。プロのヒント：エンジニアリング学生向けのIoTプロジェクトの究極のリスト[中小規模および上級レベル]»»IoTの主な機能前述のように、IOTは人工知能、電子機器、ソフトウェアとネットワーキングのブレンド。これにより、システム内での自動化、分析、統合がさらに可能になります。 IOTの適切な機能を可能にする基本機能は、アクティブエンゲージメント、統合、センシングと分析、接続性、人工知能です。接続性：モノのインターネットの重要な機能は、サーバーまたはクラウドを介してXNUMXつのデバイス間の適切な接続を確立することです。適切な安全で信頼性の高い双方向通信。 必ずしも主要なサービスプロバイダーを必要としないが、安価で小規模なサービスプロバイダーでも可能である。アクティブエンゲージメント：IOTは、製品間のパッシブエンゲージメントとサービス管理からアクティブコンテンツの新しいパラダイムへのネットワーキングにおける最も重要な変更を特徴としています。 、サービスまたは製品管理。人工知能：IOTの最も重要な機能、またはむしろ成果は、私たちの周りの世界をはるかにスマートにすることです。 データ収集、アルゴリズム、ネットワークを通じて、私たちの周りのすべてのデバイスのインテリジェンスを強化します。 人工知能により、アルゴリズムは接続されたデバイス間のデータと通信を収集して、必要な結果を達成できます。センシングと分析：上記のIOTの3つの機能は、IOTの主要な機能またはコンポーネントであるセンシングと分析なしでは不完全です。 自然なパラメータを感知し、必要なデータをデバイスに提供するデバイスがなければ、実際の統合は不可能です。小規模デバイス：新しい統合テクノロジーにより、最近のデバイスはサイズが縮小し、効率と電力が増加しています。 IOTは、これらの安価で効率的かつ強力な小規模デバイスを利用して、スケーラビリティ、汎用性、精度を高めます。IoTアーキテクチャOSIモデルと同様に、IOTアーキテクチャも、各レイヤーの異なるプロトコルで構成される複数のレイヤーに分割されます。 下の図は、各レイヤーの機能に基づくIOTアーキテクチャを示しています：センサー接続とネットワークレイヤー：これは、環境からデータを収集するセンサー/リーダー、センサー/リーダーデータを収集および転送するネットワーク、および目標を達成するためのアクチュエーターで構成されますセンサーデータによる。 センサーネットワークには、Wi-Fi、イーサネット、XBee、Bluetooth、または有線ネットワークがあります。ゲートウェイおよびネットワーク層：この層は、センサー、リーダー、タグなどからの大量のデータを格納します。 これらのデータを次のレイヤーである管理サービスレイヤーに転送します。 また、さまざまなIOTデバイスのさまざまなネットワークプロトコルも担当します。 ゲートウェイは、マイクロコントローラー、組み込みOS、無線通信モジュール、またはシグナルプロセッサーおよびモジュラーにすることができます。 ネットワークは、Wi-Fi、イーサネット、LAN、またはWANにすることができます。管理サービスレイヤー：このレイヤーは、IOTデバイス分析、情報分析、およびデバイス管理を保護します。 これは、IOTデバイスをモデル化、構成、管理する運用サポートサービス、請求とレポートをサポートする請求サポートシステム、データの制御と暗号化、ビジネスルールとプロセスの管理などを行うIOT / M2Mアプリケーションサービスで構成されます。 簡単に言えば、このレイヤーは、収集されたセンサーデータから必要な情報を抽出することを可能にします。アプリケーションレイヤー：このレイヤーは、必要な目的を果たすために収集されたデータを利用します。 これには、ホームオートメーション、ヘルスケア、監視、小売、追跡、および産業オートメーションが含まれます。モノのインターネット（IoT）の概念は、通信、産業制御、およびプロセス制御の分野ですでに使用されているため、まったく新しいものではありません。 しかし、モノのインターネットの概念を最新のトレンドに実装するために、モノのインターネットの実現可能性と適用可能性を中心に多数の技術アーキテクチャが開発されています。モノのインターネットモデルによるスマート環境。 次の図は、モノのインターネット（IoT）ドメインの簡略化されたアーキテクチャを示しています。図に示すように、モノのインターネットモデルのアーキテクチャは、さらにXNUMXつの主要なレイヤーに分割できます。 最下層はハードウェアコミュニティで構成されており、これもXNUMXつのデバイスグループに分けられます。最初のデバイスグループは、リソースと機能が制限されているため、他のデバイスに依存して一部のプロセスを実行する制約付きデバイスです。 外部デバイスは、クライアントに機能を公開する脅威を持っているスマートゲートウェイです。デバイスのXNUMX番目のグループは、プロセスを実行するために必要な十分な機能とリソースを備えた制約のないデバイスです。制約のないデバイスに実行に必要な機能がない場合でも特定のプロセスでは、プラットフォームまたはサードパーティのクラウドサービスを介してクライアントに直接機能を提供するミドルウェアコンポーネントがあります。モノのインターネットのアーキテクチャの次の層または中間層は、オープンソースをサポートするソフトウェア層です。プラットフォーム。このレイヤーのタスクは、センサー、アクチュエーター、プロセス処理などのハードウェアの機能を定義およびセットアップするメカニズムを提供することです。 また、サービス（単純または複雑）を構築するためにそれらを整理します。ソフトウェアレベルには、必要なプロトコル、接続ドライバー、および通信標準を実装するタスクもあります。アーキテクチャの最後の層は、モノのインターネットです。ユーザー層です。 この層は、ソフトウェア層によって提供されるサービスを利用するクライアントで構成されます。 クライアントには、スマートフォン、テレビ、ラップトップ、スマートマシン、家電製品などがあります。IoTの通信モデル以下に、IOTで使用されるさまざまなタイプの通信モデルを示します。パブリッシュサブスクライブ通信モデル：このモデルには、パブリッシャー、ブローカー、コンサルタント、および消費者が含まれます。 パブリッシャーはデータのソースであり、ブローカーによって管理されているトピックにデータを送信します。 消費者はコンサルタントからのトピックにサブスクライブし、発行者とは直接の関係はありません。要求応答モデル：クライアントとサーバー間の双方向通信が含まれます。 クライアントはサーバーにリクエストを送信し、サーバーはリクエストを処理し、リソースからデータをフェッチし、準備してクライアントに応答を送信します。プッシュプルモデル：パブリッシャーとコンシューマー間の直接通信を含み、データはキューによってキューにプッシュされます。パブリッシャー、およびコンシューマーによってキューからプルまたはフェッチされます。 キューはバッファとして機能し、製造元と消費者間の通信を可能にします。排他的ペアモデル：クライアントとサーバー間の状態が完全な双方向の二重通信であり、クライアントとサーバー間の接続設定は、要求が送信されるまでそのまま残ります。クライアントが接続を閉じるので、上記の説明に基づいて、Internet ofThingsシステムが実際にどのように機能するかを簡単に理解しましょう。データはセンサー/デバイスによって環境から収集されます。 ここで、センサーは、スタンドアロンセンサー、またはスマートフォンなどのセンサーが組み込まれたデバイスにすることができます。 このデータは、温度や距離の読み取りなどの単純なデータでも、ビデオフィードなどの複雑なデータでもかまいません。収集されたデータは、Wi-Fi、衛星、Bluetooth、LANなどの接続チャネルを介してクラウド（インターネットストレージ）に送信されます。特定のIOTアプリケーションに応じて、消費電力、範囲、帯域幅などのさまざまなパラメーター間のトレードオフ。データがクラウドによって受信されると、ソフトウェアプログラムによって処理されます。 これには、受信したデータから必要な情報を抽出することが含まれます。 温度または距離の読み取り値が許容範囲内にあるかどうかを判断するのと同じくらい簡単な場合もあれば、受信したビデオ情報を使用してオブジェクトを識別するのと同じくらい複雑な場合もあります。データがソフトウェアによって処理されると、最終結果が電子メール、テキスト、または通知。 結果によっては、ユーザーが必要なパラメーターを変更してシステムに影響を与える場合があります。 たとえば、家の温度の読み取り値が低すぎる場合、ユーザーはヒーターの温度をリモートで上げて、熱さの度合いを上げることができます。 また、場合によっては、人間の介入ではなく、指定されたパラメーターが自動的に調整されて、目的の結果が得られることがあります。IoTの可能なアプリケーションさまざまな技術者、書籍、調査研究では、モノのインターネット（IoT）の可能なアプリケーションについてさまざまな見解があります。 一部の研究では、IoTのアプリケーションをXNUMXつのドメインに分割しています。 個人–スマートリビング向け業界–効率的なビジネスオペレーション向けインフラストラクチャ–スマートシティ向け各ドメインで考えられるIoTの多くのアプリケーションのリストを以下に示します。IoTアプリケーションスマートリビングを可能にする個々のアプリケーションの場合、IoTのアプリケーションのセットは次のようになります。さらにXNUMXつのカテゴリに分けられます。 それらは、ホームセキュリティシステム、監視システム、警報システム（煙、動き、ガスなど）照明、サーモスタット、家電製品、エネルギーメーターなどのエネルギー監視システムモーター制御、レベル制御、スプリンクラーシステムなどの水管理システムオーディオなどのホームエンターテインメントシステム、ビデオ、プロジェクターなど血圧、糖尿病、ECGなどの個人の健康監視システム消費者向け電子機器高品質の生活のための時計などのウェアラブルデバイススマートな生活のためのフィットネスの監視と追跡子供、高齢者、ペットの安全な生活のための監視高品質の生活のためのレジャーとエンターテインメントスマートカーまたは輸送システムドライバーレスまたは自律運転交通情報エンジン、オイル、ブレーキなどの車両診断GPSなどのロケーションベースのサービス業界がビジネスを効率的に運営するための、プロセスを制御および整理するためのインテリジェントシステム。 産業に関連する可能性のある市場のいくつかを以下に示します。農業には、灌漑、生産、牛、家畜などが含まれます。工場では、自動化、ロボット工学、機械およびプロセス制御などの概念。建設および土木工事には、スマートな建物およびオフィス、暖房が含まれます。 、空調、換気、HVAC、照明、エネルギー監視など通信製造健康セクター、健康監視、臨床および研究所、診断、治療、保険スマートショップには、自動販売機、ATM、電子販売拠点、スマート小売ユニット、ホスピタリティが含まれますスマート環境には、汚染に対する空気と水の監視と監視が含まれます。水グリッド、エネルギーグリッド、ガスと石油のパイプラインなどのスマートグリッド。スマートな都市とコミュニティを構築および開発するための主要な要素は、スマートインフラストラクチャです。 スマートシティのインフラストラクチャで可能なアプリケーションは次のとおりです：スマート教育セキュリティ、防衛、災害管理公共の安全には救急車、警察、消防、監視が含まれます公共交通機関には電車、バス、飛行機、貨物、スマート車両などが含まれます高速道路には照明、駐車場が含まれます、通行料、メーターなどIoTアプリケーションモノのインターネット（IoT）は、家庭、エネルギーシステム、農業、健康、産業、ロジスティクス、環境など、さまざまなアプリケーションに使用できます。IoTの最も著名なアプリケーション分野のいくつかについて説明します。未満。 特定のアプリケーションドメインに基づいて、IoT製品は主にスマートウェアラブル、スマートシティ、スマートホーム、スマート環境、スマートエンタープライズに分類されます。建物とホームオートメーションスマート照明は、照明を周囲条件に適合させ、調光またはオン/オフを切り替えることでエネルギーを節約します。必要に応じてライト。 このスマートな照明は、ソリッドステートライト（LEDライトなど）とIP対応ライトを使用して実現されます。環境の変化と人間の動きを検出することで、スマートデバイスを使用してライトを制御します。 モバイルアプリやウェブアプリケーションなどのIoTアプリケーションは、これらのワイヤレス対応およびインターネット接続ライトのリモートコントロールを可能にします。家庭内のスマートアプライアンスは、独自のコントロールやリモートコントロールを備えたアプライアンスよりもはるかに簡単に管理および制御できます。 モノのインターネットにより、ユーザーはステータス情報とリモートコントロール機能をリモートで取得できます.IoTに基づいて動作するアプライアンスには、スマート冷蔵庫（RFIDタグを使用して保存されたさまざまなアイテムを追跡する）、温度を制御するスマートサーモスタット、スマートなどがあります洗濯機/乾燥機、スマートテレビなど侵入検知システムは、侵入を検知して警報を発するために、さまざまなセンサー（PIRやドアセンサーなど）とセキュリティカメラを使用します。 家庭のIoTデバイスは、SMSまたは電子メールの形式で侵入アラートをユーザーと近くの警察に提供します。侵入システムはUniversal-Plug and-Playテクノロジーに基づいており、画像処理技術を使用して侵入メッセージを生成します。侵入対象を認識して抽出します。家や建物の煙とガスの検出器は、煙（火災の初期兆候）と有害ガス（一酸化炭素、LPGなど）を検出します。これらのスマートセンサーは、アラートを発し、電子メールを送信できます。またはSMSをユーザーまたは地域の安全部門に送信します。CitiesSmartトラフィックおよびパーキングシステムは、IoTベースのセンサーと回路を使用してインターネット経由でデータを転送します。 センサーは空いている駐車スロットの数を検出し、それに応じてインターネットを介してメインデータベースに情報を送信します。その後、スマートフォン、タブレット、カーナビゲーションシステムのスマートパーキングアプリケーションは、駐車情報をドライバーに継続的に表示します。同様に、道路の交通渋滞道路上の情報を感知し、インターネットを介してメインサーバーに情報を伝達できるセンサーネットワークの分散システムを採用することで削減できます。スマート照明は、道路、公園、建物などの照明を制御することでエネルギーを節約します。 これらのスマートライトはインターネットに接続され、リモコン、照明スケジュール、照明強度制御を実現します。ライトに取り付けられたセンサーは、周囲の状況に応じて照明を制御でき、他のライト（回路）と通信してinformation.Smart監視システムは、インフラストラクチャ、公共交通機関、イベントを監視することにより、安全性とセキュリティを確保します。 このシステムは、中央のクラウドベースのストレージシステムに情報を送信する多数のインターネット接続および分散ビデオ監視カメラで構成されています。EnvironmentIoTベースの気象監視システムは、さまざまなセンサーデータ（温度、圧力、湿度など）を収集してに送信します。クラウドベースのアプリケーション。クラウドによって収集されたデータは、モバイル、コンピューター、その他の表示デバイス上のIoTベースの気象監視アプリケーションでさらに分析および視覚化されます。 また、クラウドベースのアプリケーションからサブスクライブしたユーザーに気象アラートを送信します。IoTベースの大気および騒音公害監視システムは、さまざまなセンサーを使用して、自動車や工場によって引き起こされる空気中の有害ガスや、特定の環境の騒音レベルを監視できます。 。ガスおよび計測センサーは、大気汚染を監視するために使用され、いくつかの分散監視ステーションに配備されています。 これらのステーションはすべて、マシンツーマシン通信を使用して相互に接続されています。同様に、ノイズ監視システムの場合、さまざまな分散型ノイズ監視ステーションがさまざまな場所に配置され、そこからノイズデータがサーバーまたはクラウドに集約されます。IoTベースのフォレスト火災検知システムは、森林のさまざまな場所に配置されている多数の感覚ノードまたは監視ノードを使用します。 このシステムは、ノードでさまざまなセンサーデータ（温度、光レベル、湿度など）を検出することにより、火災の早期検出を実現します。EnergySmartグリッドは、さまざまな電気グリッドから収集されたデータを収集および分析し、それに応じてユーティリティに予測情報と推奨事項を提供します。企業。 IoTベースのセンシングおよび測定技術を使用して、機器の状態とグリッドの整合性の監視を評価できます。スマートメーターは、さまざまな顧客からのリアルタイムのエネルギー消費をキャプチャでき、データをメインサーバーにリモートで転送し、リモートでオン/スイッチを入れることができます。必要に応じて電源をオフにし、電力の盗難を防ぎます。さまざまな再生可能エネルギー源をグリッドに相互接続するポイントに変圧器を備えたIoTベースのシステムは、さまざまな電気変数を決定するのに役立ち、グリッドの安定性と信頼性の問題を回避します。作物の収穫量を向上させながら、水と電力を供給します。 土壌水分センサーとIoTデバイスが土壌水分量を測定し、それに応じて灌漑ポンプを回転させます。また、このスマート灌漑システムは、サーバー上で土壌水分データを継続的に収集し、散水スケジュールの計画に利用できます。業界IoTは重要な役割を果たします。機械の動作状態を監視し、障害時の機械の予測と診断を行い、必要に応じて機械をリモート制御するための産業用アプリケーションで。センサーとアクチュエーターを備えたIoTデバイスは、製造サプライチェーンネットワークとその生産のリアルタイム最適化を提供します。医療およびヘルスケアシステムウェアラブルIoTデバイスは、緊急健康通知システムとリモート健康監視システムを提供するさまざまな生理学的パラメーターを継続的に監視できます。これらのウェアラブルデバイスは、体温、脈拍数、心拍数、血圧などのセンサーを備えています。 健康パラメータデータを収集し、異常を判断し、それに応じてユーザーまたは医師にアラームまたは通知を生成します。ロジスティクスIoTデバイスは、車両とドライバーまたはユーザー間の相互接続を実装することにより、さまざまな輸送システムを効果的に駆動できます。高度なルートガイダンス、車両ルーティングを提供できます。車両の可用性に基づいてルートパターンと輸送スケジュールを組み合わせることによるスケジューリング。 スマートトランスポートシステムには、車両追跡、自動料金徴収、安全性、道路支援システムが含まれます。IoTの利点デバイス通信を促進するため、効率が低下し、品質が向上し、透明性が高まり、必要な最終結果が得られます。 、自動化が現実のものとなり、その結果、高速でタイムリーな出力が実現しました。IOTは、特に現実世界のシナリオからの幅広い情報への扉を開き、迅速な意思決定を可能にします。IOTを使用すると、追跡が可能になります。効果的な監視を通じてより正確で正確なデータを取得し、監視されたパラメータに基づいて迅速な対応を可能にします。IOTはより現実的な情報を提供し、リソースの効果的な管理につながる可能性があります。IoTの短所互換性：現在、IOT対応デバイスには互換性に関する一貫した基準がありません。共通の標準で動作するように、それらの間で。セキュリティ： ネットワークを介して通信する頻繁に接続されるデバイスのエコシステムでは、データは侵入者やハッカーによる攻撃を受けやすくなります。複雑さ：複雑な設計、展開、保守により、IOTは複数のテクノロジーと多様性を使用するため、非常に複雑になります。自動化では、多くの熟練労働者が職を失うリスクが高く、失業の問題につながります。結論一言で言えば、モノのインターネットは、得られた情報を最大限に活用し、ライフスタイルを向上させ、強化することで、効果的に活用されると恩恵を受けることができます。私たちの知識。

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