IoT (Internet of Things)デバイスとIIoT (Industrial Internet of Things)デバイスの数が増え続けるにつれて、生成されるデータ量と速度も増加しています。これにより、データを保存、処理、分析するクラウドとデータセンターの負担を軽減するためにIoTゲートウェイが必要とされています。この記事では、産業用IoTゲートウェイについて知っておくべきことすべてと、それらを購入するための最適な情報源を提供します。
産業用IoTゲートウェイとは？
産業用IoTゲートウェイは、ネットワークのエッジにローカルに展開され、データを収集、保存、処理、分析することで、クラウドとデータセンターにかかる負担を軽減する産業用コンピューターです。IoTゲートウェイは通常、センサー、デバイス、および機械からデータを収集します。データを収集した後、IoTゲートウェイはデータを処理および分析し、処理されたデータをクラウドに送信して、リモート監視、リモート制御、および事後分析を行います。
基本的に、産業用IoTゲートウェイは、デバイスとセンサーが相互に通信し、情報をクラウドに伝達できるようにするコンピューターとして機能します。これは、ほとんどの家庭にあるルーターに似ており、デバイス間、およびデバイスとインターネット間の通信を容易にします。ただし、IoTゲートウェイは、センサーデータに近接して処理、メモリ、ストレージの容量に関して、はるかに多くのことが可能です。
産業用IoTゲートウェイを導入する主な利点は、センサーやIIoTデバイスによって生成される大量のデータを処理しなければならないというクラウドやデータセンターにかかる負担を軽減することです。データをローカルで収集、フィルタリング、処理、分析できるため、収集されたすべての生データを処理および分析のためにクラウドに送信する必要がなくなります。
データをローカルで収集および処理することにより、IoTゲートウェイを導入する組織は、クラウドに送信する必要がある生データが少なくなるため、インターネット帯域幅を大幅に節約できます。これは、使用した帯域幅に応じて料金を支払う従量制インターネットを使用している組織にとって非常に有益です。
産業用IoTゲートウェイの機能とは？
IoTゲートウェイは以下の機能を実行できます。
1. 柔軟なI/Oによる通信と制御の促進
産業用IoTゲートウェイの主な機能は、新旧両方のデバイス間の通信を可能にすることです。Premioが提供するIoTゲートウェイは、USB 3.1 Gen 2ポートを備えており、新しいデバイスやセンサーと高速で通信できるほか、レガシーテクノロジーとの通信用のCOMポートも備えているため、スマート接続のために古い機械を新しい機器に交換する必要がありません。IoTゲートウェイは、機械が他の機械、デバイス、環境とやり取りする機械間通信（M2M）も可能にします。
さらに、IoTゲートウェイはさまざまな産業用プロトコルをサポートできるため、異なるプロトコルを使用するデバイスと通信できます。IoTゲートウェイがサポートする主要なプロトコルには、Fieldbus、PROFIBUS、EtherCAT、EtherNET/IP、およびPROFINETプロトコルが含まれます。したがって、組織にクラウドに接続できないレガシーハードウェアがある場合、産業用IoTゲートウェイを使用してそのようなデバイスをクラウドに接続し、組織が機械やプログラマブルロジックコントローラーを安全かつリモートで制御できるようにすることができます。
2. 生産性の向上
産業用IoTゲートウェイは、工場の生産性を向上させることができます。これは、工場に配備されているさまざまなセンサーやデバイスから情報を収集し、そのデータを使用して生産を調整し、より高い生産量を実現することで行われます。さらに、産業用IoTゲートウェイを使用してヒューマンエラーを減らし、製造プロセスに関連する幅広い情報を取得することで、オペレーターと組織がそのような情報を使用して生産プロセスを最適化することができます。
3. 予知保全
産業用モノのインターネットゲートウェイは、予知保全に役立つ機能を持っています。つまり、デバイスやセンサーによって収集されたデータは、予測モデルを使用して故障が発生する前にメンテナンスを実行することにより、特定のコンポーネントやデバイスが通常いつ故障するかを予測するために使用できます。生産ラインは多くの場合、24時間年中無休で稼働しているため、機械の故障は生産を停止させ、利益の損失につながる可能性があります。
データモデルからの予知保全を導入することで、工場は機械が故障する前に修理できるため、IoTゲートウェイが提供する洞察なしでは通常経験するであろうダウンタイムを排除できます。これにより、有害で予期しないダウンタイムに関連するコストが大幅に削減または排除されます。
4. リアルタイムデータ処理と意思決定
産業用IoTゲートウェイは、データ生成元でデータをリアルタイムでローカルに処理および分析できるため、処理と分析のためにデータがデータセンターに何千マイルも移動する必要がなくなります。これにより、リアルタイムのデータ分析と意思決定が可能になり、重要なローカルワークロードを扱うアプリケーションに必要不可欠です。
現在、このようなアプリケーションは、データの送信、処理、および産業環境へのデータ返送に関連するレイテンシのため、クラウドで実行できません。IoTゲートウェイと産業用コンピューターはローカルに配置されているため、このような展開に関連するレイテンシはほとんどなく、わずか1ミリ秒でリアルタイムのデータ分析と意思決定が可能になります。
産業用IoTゲートウェイの利点とは？
産業用IoTゲートウェイは、エンタープライズインフラストラクチャに導入する際、2つの異なるタイプに分けられます。ファンレスIoTゲートウェイと堅牢型IoTゲートウェイです。ファンレスIoTゲートウェイは、極端な温度、頻繁な衝撃や振動、ほこりや破片への曝露を伴う不安定な環境に展開できるコンパクトな産業用コンピューターです。それに加えて、堅牢型IoTゲートウェイシリーズは、より堅牢な外部筐体を追加することで、耐久性と信頼性をさらに高めています。
産業用IoTゲートウェイを導入する利点をいくつかご紹介します。
1. コンパクトな設計
ファンレスIoTゲートウェイと堅牢型IoTゲートウェイは、フルサイズのデスクトップコンピューターを収容するには十分なスペースがない、限られたスペースの環境に展開できるコンパクトな設計を備えています。このコンパクトな設計は、IoTゲートウェイコンピューターをパッシブ冷却することで可能になりました。パッシブ冷却により、IoTゲートウェイメーカーはコンポーネントを互いに近づけて配置し、ヒートシンクを使用して冷却できるようになったため、コンパクトなファンレス設計が可能になりました。ヒートシンクは、内部の発熱コンポーネントから産業用ゲートウェイの外部筐体へと熱を移動させ、その熱を周囲の空気中に放散するために使用されます。
2. 広範囲温度設計
ファンレスおよび堅牢型IoTゲートウェイは、-40℃から85℃までの幅広い温度範囲に対応しており、極寒および極暑の環境での展開が可能です。そのため、真夏のラスベガス砂漠の真ん中であろうと、真冬のロシアの真ん中であろうと、堅牢型IoTゲートウェイは、改造や追加冷却なしで信頼性と最適な動作を提供します。
3. 広範囲電源設計
ファンレスおよび堅牢型IoTゲートウェイは、さまざまな電源入力シナリオとの互換性のために、9〜50 VDCの広い入力電圧を搭載しています。さらに、モノのインターネットゲートウェイには、過電圧保護、電源サージ保護、逆極性保護などの多数の電源保護機能が装備されています。
過電圧保護は、デバイスがシステムにとって安全なレベルを超える電圧の上昇を検出すると、システムへの電源を遮断します。電源サージ保護は、デバイスが安全なレベルを超える電圧の上昇を検出すると、電気を地面に流します。電源極性保護は、電源供給の逆極性からシステムを保護するために、システムへの電源を遮断して、敏感な内部コンポーネントへの損傷を防ぎます。
4. 耐衝撃性・耐振動性
ファンレスおよび堅牢型IoTゲートウェイは耐衝撃性および耐振動性を提供し、頻繁な衝撃や振動にさらされる環境に展開できます。堅牢型IoTゲートウェイデバイスは、システムに使用されるジョイント、ネジ、ケーブルの数を削減する一体型設計により、衝撃や振動への曝露に耐えることができます。これにより、故障する可能性のある可動部品が少なくなり、信頼性が向上し、衝撃や振動への曝露によりよく耐えることができます。
5. 産業用グレードのコンポーネント
ファンレスおよび堅牢型IoTゲートウェイは非常に堅牢であり、最も過酷な条件下で信頼性高く動作することがテストされ検証された産業用グレードのコンポーネントを使用して製造されているため、過酷な環境での展開に対応できます。さらに、堅牢型IoTゲートウェイの外部筐体はスチールとアルミニウムで作られており、強力な外部シェルを形成し、敏感な内部コンポーネントを保護します。
6. エネルギー効率
堅牢でファンレスなIoTゲートウェイはエネルギー効率が高く、安定した電力が常に利用できるとは限らない環境での導入を可能にします。IoTゲートウェイは、低電力で効率的なIntelプロセッサ（TDPが10ワットのIntel® Celeron® J1900など）を使用して構成されているため、通常のデスクトップPCよりも大幅に消費電力が少なく、発熱も少ないです。単一の低電力IoTゲートウェイを導入することによる節約はごくわずかですが、これらのデバイスを数十、数百、あるいは数千台導入する場合、エネルギーコストを大幅に節約できます。SoC（システムオンチップ）はソケットPCよりも消費電力が少ないですが、当然ながら計算能力は劣ります。SoC設計の小型サイズは、低電力コンピューティング性能を必要とする産業用アプリケーションやIoT導入に優れた柔軟性を提供します。
7. 豊富な接続オプション
ファンレスおよび堅牢型IoTゲートウェイは、安定した接続が常に利用できない遠隔地の環境での導入に最適です。これは、IoTゲートウェイには有線接続オプションだけでなく、ワイヤレスおよびセルラー接続も装備されており、あらゆる種類の不安定な環境でゲートウェイがインターネットに接続できるためです。
ファンレスおよび堅牢型IoTゲートウェイは、Wake-on-LANおよびPXEをサポートする最低2つのGbE RJ45ポートを介して有線接続を使用してインターネットに接続できます。さらに、Premioが提供する一部のIoTゲートウェイは、PoE+（IEEE 802.3at）を含む追加のRJ45およびM12 LANイーサネットポート用に拡張でき、1本のケーブルで電力とイーサネットを提供します。
さらに、産業用グレードのIoTゲートウェイは、Wi-Fi 6を使用してインターネットに接続でき、信頼性の高い低遅延通信を実現します。Wi-Fiは非常に柔軟性があり、組織は特定の要件に合わせてWi-Fiの範囲と消費電力を構成できます。
さらに、IoTゲートウェイにはセルラー接続が装備されており、Wi-Fiや有線接続が利用できない場合でも、モノのインターネットゲートウェイをインターネットに接続できます。セルラー接続オプションである4G、LTE、そして最終的には5Gは、超高速のセルラー接続を提供します。4Gの理論上の最大速度は100Mbpsですが、5Gの理論上の最大速度は10Gbpsです。
安定したインターネット接続が常に利用できない遠隔地の環境にIoTゲートウェイを導入したい組織にとって、セルラー接続は非常に重要であることを理解しています。さらに、IoTゲートウェイにはデュアルSIMスロットが装備されており、必要に応じてゲートウェイを2つの異なるインターネットサービスプロバイダーに接続して冗長性を確保できます。
さらに、IoTゲートウェイにはBluetooth接続が装備されており、低電力のBluetoothデバイスとの迅速かつ簡単な接続が可能です。BluetoothはWi-Fiやセルラー接続のような速度と範囲は提供しませんが、1対1または多対多のデバイス間で信頼性が高くシンプルな接続を提供します。
8. セキュリティ
IoTゲートウェイの主な目的はセンサーからのデータをやり取りすることであり、そのため産業用IoTゲートウェイはTPM 2.0を搭載した強化されたセキュリティを備えています。TPM 2.0はハードウェアベースのセキュリティを提供するセキュアな暗号プロセッサであり、IoTゲートウェイを改ざんから保護します。
TPM 2.0ハードウェアセキュリティの利点についてさらに詳しく知る
産業用IoTゲートウェイのユースケースの例とは？
ここでは、実際の産業用IoTゲートウェイ導入事例をいくつか紹介します。
1. スマート農業
産業用IoTゲートウェイは、スマート農業においてIoTセンサーからの情報を収集・管理するために使用されます。これらのセンサーは、作物の環境における気象条件、土壌の質、作物の成長状況などの情報を収集します。このすべての情報は、IoTゲートウェイによって収集、処理、分析され、農家に貴重な洞察を提供します。これにより、農家は、作物を最適な効率で成長させるために必要な肥料の量など、情報に基づいた意思決定を行い、作物の最適な成長を確保するために、その運用の他の側面も改善できます。
さらに、IoTゲートウェイは、生産の出力と予測を可能にするために使用でき、栽培者が収穫できる作物の量をかなり正確に見積もることができるため、製品の流通をより適切に計画できます。さらに、IoTゲートウェイがさまざまなIoTセンサーによって収集された大量のデータを処理および分析することで、農家はより高品質の作物を生産できます。
スマート農業で最も人気のあるIoTデバイスには、畑全体に配置された農業センサーを利用した気象観測所が含まれ、気象に関するさまざまな情報を収集し、作物を改善する方法について貴重な洞察を得るために分析します。
さらに、IoTデバイスとIoTゲートウェイは、温室で照明、温度、土壌状態、湿度などの生育条件に関するリアルタイム情報を収集するために頻繁に使用され、農家が最適な作物生育のために条件を調整できるようにします。
PremioのIoTゲートウェイが屋内のスマート農業生産を監視、改善、自動化するためにどのように使用されたかについて詳しくはこちらをご覧ください。
2. スマート交通
IoTゲートウェイは、スマート交通システムを可能にするために頻繁に使用されます。IoTゲートウェイは、コンピューター、電子機器、その他のセンサーを相互に、そしてクラウドに接続します。IoTゲートウェイによって収集される情報には、車両情報、車両位置情報、道路情報、およびその他多くの種類の情報が含まれ、交通システムのパフォーマンスを改善する方法に関する貴重な洞察を提供するリアルタイム交通システムを構築します。
例えば、産業用コンピューターがある道路が特定の時間帯に閉鎖されるか交通渋滞が頻繁に発生すると予測した場合、システムは交通を回避するために車両のルートを調整でき、それによってシステムの効率が向上し、貴重な時間と燃料などのリソースを節約できます。さらに、IoTゲートウェイによって収集されたデータは、予知保全に利用できます。
つまり、IoTゲートウェイは、交通システムの一部またはコンポーネントがいつ故障するかを予測し、故障が発生する前にオペレーターにメンテナンスや部品交換を行うように警告することで、予期しない修理に伴うダウンタイムを排除できます。
Premioのエッジコンピューティングソリューションがどのように交通会社によって利用され、旅行者にリアルタイムの旅行情報を提供したかについて詳しくはこちらをご覧ください。
3. 工場自動化
産業用IoTゲートウェイは、工場自動化において非常に重要な役割を果たします。なぜなら、数十、数百、あるいは数千ものIoTデバイス、工場機械、工場設備間の通信、およびこれらのデバイスとクラウド間の通信を容易にするからです。IoTゲートウェイは、工場資産のリモート監視と制御を可能にします。
産業用IoTゲートウェイは、最新のプロトコルを利用する新しい機械だけでなく、古いプロトコルを利用するレガシー機械も接続できます。IoTゲートウェイがサポートするプロトコルには、Fieldbusプロトコル、PROFINETプロトコル、EtherNET/IP、EtherCATプロトコルなどがあります。IoTゲートウェイは、これらのデバイスから情報を収集し、処理し、分析することもできます。これにより、工場オペレーターは、運用効率を最大化し、工場設備の予知保全を介してダウンタイムを最小限に抑えるための貴重な洞察を得ることができます。
産業用PCがIndustry 4.0のITからOTインフラストラクチャにおけるIoTゲートウェイとしてどのように利用できるかについて詳しくはこちらをご覧ください。
4. 地上および地下採掘
産業用IoTゲートウェイも重要であり、鉱業に大きなメリットをもたらし、鉱山事業者が採掘プロセスを最適化してより良い結果を出すことを可能にします。IoTゲートウェイは、センサーを通じて収集された情報を収集、処理、分析するのに優れており、リアルタイムで分析することで、事業者が最適な行動をとれるようにします。
さらに、IoTゲートウェイを使用すると、鉱業事業者はデータを使用して作業員と機器を戦略的に配置し、効率を向上させることができます。また、IoTゲートウェイは、コンポーネントや車両の故障時期を予測することで予知保全を可能にし、鉱山事業者が予防保守を実施できるようにすることで、予期せぬ車両故障によるダウンタイムを削減します。
さらに、IoTゲートウェイは鉱山労働者の安全を向上させる能力を持っています。これは、IoTセンサーをIoTゲートウェイに接続して、鉱山内の不安定な領域を監視できるためであり、坑道が崩壊したり極度に不安定になったりした場合に、鉱山労働者に警告を発することができます。
Premioの産業グレードコンピューティングソリューションが、鉱山操業の安全性と効率性をどのように向上させたかについて、詳しくはこちらをご覧ください。
産業用IoTゲートウェイを購入するのに最適な情報源はどこですか？
Premioは、エントリーレベルのデータ処理と分析に適した低電力ながら効率的なゲートウェイから、強力なパフォーマンスを必要とするより複雑なワークロードに適したより強力で堅牢なIoTゲートウェイまで、さまざまな産業用IoTゲートウェイを提供しています。Premioは30年以上にわたり米国でプレミアム産業グレードIoTゲートウェイを製造しており、世界の最も不安定な環境で信頼性の高いパフォーマンスを保証するためにテストおよび検証されたプレミアム製品を提供しています。堅牢なIoTゲートウェイは、極端な温度、衝撃、振動、ほこり、破片、さらには水にさらされる環境でも展開できます。特定のワークロードに適したIoTゲートウェイデバイスの選択については、当社のプロフェッショナル向け産業用IoTゲートウェイのいずれかにお問い合わせください。喜んでお手伝いさせていただきます。
よくある質問（FAQ）
1. IoTゲートウェイの主な機能は何ですか？
IoTゲートウェイの主な機能は、デバイスとマシンを相互に接続し、それらをインターネットに接続することです。IoTデバイスやその他のデバイスによって生成されたすべてのデータは、ゲートウェイ自体で処理されるか、処理と分析のためにクラウドに送信されます。
2. IoTデータが価値を持つのはなぜですか？
IoTゲートウェイによって収集されたデータから導き出される洞察は非常に価値があります。これは、その情報がプロセスを改善し、効率を高め、コストを削減するために使用できるためです。
3. IoTゲートウェイはクラウドと通信できますか？
はい、IoTゲートウェイには複数の接続オプションがあり、IoTゲートウェイがインターネットに接続してデータをクラウドにオフロードできます。データの相互運用性とクラウドへのデータテレメトリーを確実にするための最良の方法は、主要なクラウドプロバイダーとそのツールと連携することを確認することです。 Microsoft AzureとAmazon AWS Greengrassは、IoTゲートウェイを制御および管理するためのダッシュボードを提供しています。
