IoTデバイステレメトリとは？

背景

従来のテレメトリの例として以下のようなものがあります：

• 人工衛星からのデータ監視
• アニマルトラッキングデバイス
• 燃料レベル、エンジン熱、車速などの自動車用センサー
• 心臓モニター（心電図）
• 電子監視
• 健康モニタリング機器（ウェアラブル端末など）

テレメトリでは、離れた場所から対象のデータにアクセスすることが可能です。このような場所は、アクセスが困難であったり費用がかかったり、電力や物理的なネットワークへのアクセスが制限されていることが非常に多いのです。

モノのインターネット

IoTの台頭は、市場に革命をもたらしています。IoTの最大のユースケースの1つは、接続されたデバイスと遠隔管理・監視、つまりテレメトリです。IoT市場の成長を促進するために集約された技術には、以下のようなものがあります。

• IoTデバイスやネットワーク通信の電力を、10年以上充電せずに供給できるバッテリー技術
• 複雑なアプリケーションに対応できるハードウェアと組込みシステムの小型化
• 人工知能・機械学習によるデータ解析
• IoTデバイスが他のローカルデバイスと通信し、IoTデバイス自身にローカルな分析を実行できるM2M（Machine to Machine）機能
• 数千から数百万台のデバイスからデータを取り込み、ほぼリアルタイムで統合・分析し、クラウドに送信することができるクラウドエッジテクノロジー
• Wi-Fi、5Gセルラー、Bluetooth、Li-Fi、および低消費電力で多数のデバイスをサポートする新しいワイヤレスのLANやWAN技術

市場規模

IoTの市場規模は世界で2.5～3.7兆ドルと予想されています。

IoTデバイスの導入台数は、本記事発行の数年後（2019年）には500億台を超えると言われています。そして、テレメトリ技術の利用は、1850年から今日まで指数関数的に伸びています。

IoTテレメトリープロトコル

IoTデバイスは、いくつかのネットワークプロトコルを用いて通信を行います。リモートセンサーなどのテレメトリに使用されるIoTデバイスには、以下の要件があります。

• 低消費電力 - 多くのIoTデバイスは、内蔵バッテリーから電力を供給されています。新しいバッテリー技術は電池寿命を10～20年とします。
• ローコードフットプリント - IoTデバイスは可能な限り小さくすることが求められています。そのため、重い演算処理や無線伝送の電力要件を必要としない軽量のプロトコルが必要です。
• 低帯域幅 - 高帯域幅の伝送には、より高い電力と追加のハードウェアフットプリントが必要です。
• ローカル・インテリジェントIoTゲートウェイ - このシステムがIoTデバイスに近いほど、この受信システムに送信するために必要な電力は低くできます。

機器と受信システム間のIoTテレメトリ通信は、いくつかのプロトコルによって行われます。各プロトコルには利点と欠点があります。

• MQTT - Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) プロトコルはTCP/IP上で動作し、限られた組み込みコンポーネントと低電力要件を持つ組み込みハードウェアデバイス向けに設計されています。このプロトコルはパブリッシュ・サブスクライブ方式を採用しており、トランスミッションとデータ取得の間は非アクティブになります。MQTTは、インテリジェントなIoTゲートウェイを必要とします。
• CoAP - Constrained Application Protocol (CoAP) は、低電力で損失の多いネットワークで制約のあるデバイス上で動作するように設計されました。このプロトコルはUDPで動作し、HTTPに簡単に変換することができます。CoAPはIPネットワーク上でルーティング可能で、他のIoTデバイス間のM2M通信のためのIPマルチキャストをサポートしています。
• HTTP - このプロトコルは、しばしばRestful APIプロトコルと組み合わされ、インターネット上でルーティング可能ですが、安全ではありません。
• HTTPS - このプロトコルは安全で堅牢ですが、データトラフィックを暗号化するために必要な電力と処理能力が高く、証明書のリモート管理が必要です。
• 代替プロトコル
  • XMPP - IMベースのプロトコル、シンプルなアドレス体系
  • AMQP（Advanced Message Queuing Protocol） - サーバー to サーバー
  • STOMP（Simple (or Streaming) Text Orientated Messaging Protocol）
  • DDS（Data Distribution Service）- デバイス to デバイス
  • OPC UA
  • WAMP（Web Application Messaging Protocol）

ネットワーク・アーキテクチャー

IoTテレメトリーアーキテクチャは、以下のコンポーネントが含まれます。

• IoTデバイス - IoTデバイスは、IPネットワークを介して、または多くの場合、IoTゲートウェイシステムと直接通信する独立したネットワークノードです。
• M2M IoT - プロトコルは、ローカルIoTゲートウェイ、または中央のデータセンターまたはクラウド拠点と交互に通信します。
• IoTゲートウェイ - インテリジェントなIoTゲートウェイは、以下のような一連の機能を実行します。
  • M2M IoTプロトコルと、中央データセンターおよびクラウドアプリケーション間のプロトコルとの変換
  • アップストリームIoT通信をWANに最適化したデータ通信に集約
  • ほぼリアルタイムの解析とイベント管理。IoTデバイスは、低レイテンシーのネットワーク接続でゲートウェイと通信します。タイムクリティカルなイベントに対して、計算処理やその他のリソース集約的な分析をローカルで実行することができます。
  • IoTゲートウェイは、安全で暗号化されたプロトコルを使って通信します。
• IoTエッジセキュリティ - IoTデバイスは（設計上）公開された脆弱なものであり、ファイアウォールのディープパケットインスペクションなどを含むセキュリティ技術を必要とします。侵害されたIoTデバイスは、できるだけ早く検出し、隔離する必要があります。IoTデバイスのエッジセキュリティは、IoTゲートウェイと中央データセンターまたはクラウドの接続ポイントの両方で提供する必要があります。
• データセンター - 収集したIoTデータは、多くの場合、以下によって処理されます：
  • テレメトリデータを監視し処理するビジネスアプリケーション。複数拠点からのIoTデータは、すべてのデバイスの全体像を把握した上で一元的に分析されます。
  • 受信したデータストリームを様々なビッグデータリポジトリに格納し、長期保存と分析を行います。
  • オーケストレーション、ソフトウェア/ファームウェアのアップデート、ヘルスモニタリング、全体管理を提供するIoTデバイス管理ソフトウェアシステム。新しいIoTデバイスを展開し、集中管理システムに組み込まれます。

A10のソリューション

A10は、何百万もの同時セッションをリアルタイムで処理する高性能なネットワークおよびセキュリティシステム向けの製品を提供しています。A10の顧客には、世界最大のネットワーク通信事業者やクラウドサービスプロバイダーが含まれています。

同社の製品ポートフォリオは、ネットワークエッジコンピューティング、分散パケットコア処理、セントラルオフィスインフラからパブリッククラウドまで、エンドツーエンドのネットワークサービスプロバイダーのインフラをカバーする幅広いものです。

このように単一ベンダーの幅広い製品群により、導入・運用・管理コストを削減し、TCOを削減することができます。

A10ネットワークスは、5Gインフラに対して独自の競争優位性を持っています。

1. サービスプロバイダー向け製品のポートフォリオ
2. 高性能VNF
3. インプロセスでのサービスファンクションチェイニング
4. VNFスケールアウトクラスタリング
5. クラウドに最適化されたアーキテクチャ
6. 業界標準のハードウェアサーバー最適化

参考文献

CoAP - Constrained Application Protocol -
https://en.wikipedia.org/wiki/Constrained_Application_Protocol

MQTT- M2M Internet of Things 接続プロトコル -
https://mqtt.org/

AWS IoTのコア機能-
https://aws.amazon.com/iot-core/features/

IoT (Internet of Things) 技術とソリューション。PaaSとSaaS-
https://learn.microsoft.com/en-us/azure/iot-fundamentals/iot-services-and-technologies

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