IoTで重要となる組み込み技術とは？

IoTの普及により、近年では家電を含め多くのものがインターネットと接続できるようになりました。こうしたIoT製品の開発にはさまざまな技術が関係していますが、なかでも特に重要となるものの一つに組み込み技術が挙げられます。

この記事では、そんな組み込み技術の概要やIoT製品の開発において重要なこととあわせて、IoT機器でディープラーニングを動作できる「Qumico（クミコ）」について解説していきます。

IoTで重要な組み込み技術とは

IoTは「Internet of Things」の略称で、日本では「モノのインターネット」で知られています。IoTの目的は、産業にかかわる機器をはじめ、家電などのさまざまなモノがインターネットにつながることで「モノが今どんな状況にあるのか（気温、湿度、明度、速度など）」を把握し、最適な動作を実行できるようにすることです。具体的には、現場のデータを収集し、分析を行ったうえで、価値を持つ情報を抽出し、状況に合わせ最適且つ自動的にモノを稼働させたりすることが可能になります。

その際に欠かせないのが組み込み技術です。組み込み技術は、必要となる機能に特化した小さなソフトウエアを作成する技術のことで、作られたシステムは組み込みシステムなどと呼ばれます。組み込みシステムは、機能が特化しているため、軽量で動作も安定しており、消費電力も少ないなどの特徴があります。

IoTでは、対象となるモノにセンサーを搭載させデータ収集を行いますが、この収集されたデータの処理に、組み込みシステムが使用されます。データの処理はモノ側で行われるため、CPUやメモリが潤沢に使えるサーバ側ではなく、制限された環境で処理を実行する必要があります。そのため、組み込みシステムがもっている、軽量で安定性が高く、消費電力も少ないという特徴と合致しており、IoTにとって重要な技術になっています。

IoTの組み込み技術ではセンサーも重要に

このように、IoTでは組み込み技術のほかにもうひとつ、データを収集するセンサーを機能させるためのセンシング技術が重要になってきます。センシング技術とは、センサーによってさまざまな情報を計測したり、数値化したりする技術のことで、現在では光や音、温度、重さなど、多くの情報をセンサーで計測することが可能です。

センサーの例

たとえば、スマートフォンのタッチパネルやスポーツの動きを解析するソフトを備えたカメラなども、センサーを使ったセンシング技術になります。また、電車の空調は温度センサーによって自動で調整されているほか、ブレーキ制御として重量センサーも使用されています。

IoTは、モノが今どんな状況にあるかを把握するためのセンサーと、そのセンサーが収集したデータを解析して次のアクションにつなげる組み込み技術の両方が重要となってきます。

IoTの組み込み技術で重要なこと

では、IoTの組み込み技術ではどのような知識・スキルが必要となるのでしょうか。ここからは、IoTの組み込み技術で重要となる4つの知識・スキルについて解説していきます。

有線・無線のネットワークの知識・スキル

1つ目の重要な知識は、ネットワークに関する知識です。IoTの組み込み技術では、デバイスをインターネットにつないだり、パソコンやスマートフォンを経由させたりするシーンが多くあります。そのため、有線・無線の両方のネットワーク知識は必要不可欠だといえるでしょう。

通信方法はIoT製品によって異なり、通信するデータ量や使用する環境などの用途に応じて920MHz帯（サブギガ帯）のBLE通信等や、2.4GHz帯のWi-Fi通信等を利用するのが一般的です。最近ではLPWA（Low Power Wide Area）通信なども注目されています。しかし、どんな通信方法にも対応できるよう、ネットワークの規格や通信方法の習熟が求められます。

セキュリティの知識・スキル

2つ目の重要な知識は、セキュリティの知識です。IoTの組み込み技術では、あらゆるモノをインターネットにつなげてデータ分析・制御を行っていきます。これにより私たちの生活は便利になりますが、その反面、あらゆるモノが常に悪意のある者に狙われやすくもなります。そのため、安全に利用できる製品を開発するには「情報セキュリティ」と「組み込みセキュリティ」の両方の知識が必要になります。

・情報セキュリティ・・・なりすまし、盗聴対策など

・組み込みセキュリティ・・・制御の乗っ取り、BOT化、個人情報の漏洩など

IoT製品のセキュリティ対策を考えるうえでは、IoTに特化したセキュリティ知識が求められます。たとえば、IT機器のセキュリティ対策にはセキュリティソフトがありますが、IoT製品についてはプロセッサーやメモリのスペックがかなり低くなるため、セキュリティソフトを動かすことができません。

また、IoT製品はIT機器に比べて買い替えサイクルが長く、購入当初は最新だったセキュリティ対策が、いつの間にか陳腐化してしまう可能性もあります。そのため、IoTにおけるセキュリティ技術の価値は、これまで以上に高騰する可能性があります。

デバイスを操作する組み込みの知識・スキル

3つ目の重要な知識は、実際にモノを操作する知識です。IoT製品を開発する場合、ハードウェアに近いセンサーやデバイス、組み込んだソフトウェアなどを操作していく必要があるため、ハードウェアとソフトウェアの両方の知識が必要になります。

場合によっては、センサーと基盤をケーブルでつなぐなどプログラムとは全く違った工程もあるため、幅広い知識はもちろん、ある程度の経験も求められるでしょう。

組み込みに向いているプログラミング言語の知識・スキル

最後はプログラミングの知識・スキルです。ここまでの知識・スキルの土台として、組み込みに向いているプログラミング言語を習得している必要があります。

2020年現在IoTの開発に向いているとされるプログラミング言語は「Python」「Java」「C言語」の3つです。その中で最も使われているのがC言語と言われています。

C言語は、アセンブラレベルと同等の処理を簡単に記述できるほか、暗黙のコード生成やバックグラウンドで動く処理もありません。つまり、プログラマが意図したコードだけが生成されるため、無駄がなくコンパクトで処理速度も速い、という特徴があります。

Qumicoを使えば・・・

最近では、IoTとAIを組み合わせた製品が増えており、組み込み技術も複雑さを増しています。そして、開発時の大きな問題となるのがプログラミング言語です。C言語が主流となっているIoTに対し、AI分野ではPythonが使用されることが多いことから、開発者はPythonとC言語の両方を習得している必要があります。しかし、実際に「両方習得している」という人はなかなかいるものではありません。

そんなとき活用したいのがQumico（クミコ）です。Qumicoはパソナテックが独自開発したフレームワークで、IoTをはじめロボットやAI家電など、デバイス側でディープラーニングが動作することを容易に実現します。なぜなら、QumicoではPythonを使って作成した学習済みのニューラルネットワークを、C言語に自動変換することが可能だからです。そのため、言語にとらわれず開発を進めることができます。

Qumico/クミコ（組込機器でディープラーニングを実現）

複雑化するIoT製品に組み込み技術は必要不可欠！

「モノのインターネット」と呼ばれるIoTでは、さまざまなモノをインターネットにつなげることで、最適な動作が可能になります。IoT製品の開発にはさまざまな技術が関連してきますが、その中でも特に重要になるのが組み込み技術です。最近はIoTだけではなく、IoTとAIを組み合わせた製品開発が主流になりつつあるため、組み込み技術は複雑さを増しているといえるでしょう。

しかし、Qumicoを利用すれば、IoTをはじめロボットやAI家電などのデバイス側でディープラーニングを動作させることができます。Pythonで学習済みのニューラルネットワークをC言語に自動変換できるほか、業界標準フレームが対応していないボードでもエッジAIを動作させることができるため、かなり効率的に開発を進めることが可能です。

Qumicoはオープンソースでいつでもソースコード を入手可能です。興味がある方はぜひ一度ご確認ください。

GitHub:PasonaTech-Inc/Qumico