IoTとは？活用シーンや関連技術、普及にともなう課題について

最終更新日:2024/04/05

IoTとは、あらゆるモノがインターネットにつながることを意味しています。IoTは身近な家電から、産業用機器、スマートシティーまで活用されており、それにともなってビジネスチャンスやDX推進の可能性が広がっています。

本記事ではIoTとは何か、その仕組み、活用メリット、導入にあたって課題になる事柄、IoTを支える中核技術（エッジAI、5G、LPWA）、活用シーンなどを解説します。自社の生産性向上や新製品開発などの参考にしてください。

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IoTとは

IoT（Internet of Things：モノのインターネット）とは、あらゆるモノがインターネットに接続されることです。例えば、各種のセンサー、カメラ、車の精密機器、炊飯器などの家電など、さまざまなモノがインターネットにつながることを意味しています。

2020年代には、約450億台ものIoT機器がインターネットに接続されるようになると予想されています（※）。そしてIoT活用が進むほど、私たちの生活や社会が大きく変わると言われているのです。

身近な例を挙げれば、次のような製品がすでに実用化されています。

電気ポットの使用状況をモニターして、離れて暮らす高齢者を見守る
帰宅途中でエアコンの電源を入れる

また、産業においても、

IoT×工場：在庫管理の最適化、機器の故障予測など
IoT×交通：交通状況をカメラやセンサーで解析して、交通渋滞を回避する

などのように、幅広い分野でIoT活用が進んできました。

IoTの仕組み

IoTの通信は、主に以下の3つの機器・技術で構成されます。

機器・技術	概要
IoT機器	センサーやカメラなどの小さな機器
ゲートウェイ	通信中継機（※直接通信する場合は不要）
クラウドサーバ	・IoT機器の情報を集める・IoT機器を制御することもある

つまり、「IoT機器⇔ゲートウェイ⇔クラウドサーバ」という通信によって、IoTを実現しているわけです。

「IoT機器⇔ゲートウェイ」の通信手段には無線と有線がありますが、IoTでは無線が主流です。そして多くのケースで重要になるのが、IoT機器が充電なしに長時間稼働できることです。

このため、IoT機器の通信では、以下のような仕組みが採用されています。

ナローバンド（狭域帯）
低速通信
低消費電力

これらの特徴を満たした無線通信技術の総称を「LPWA（Low Power Wide Area）」と呼んでいます。LPWAについては後ほど詳しく解説します。

IoTで実現できること

IoTで実現できることは、大きく分けると次の3つです。

モノを操作する
モノの状態を知る
モノ同士が対話する

一見するとパソコンやリモコン操作と変わらないようにも思った方もいるかもしれません。しかし、小さなセンサーやカメラがインターネットにつながると、今までになかった機能を実現できるようになるのです。それぞれの機能について、具体例を挙げながら解説します。

1. モノを操作する

離れた場所からモノを操作できます。リモコン操作などと違うのは、IoT機器がインターネットにつながっているため、原理上、距離に制限がないことです。遠隔操作できる家電は「スマート家電」と呼ばれ、私たちの暮らしのなかに広がりつつあります。

【具体例】

帰宅中に自宅のエアコンのスイッチを入れる
出張先から自宅の監視カメラでペットの様子を観察する
デジタルサイネージの広告を更新する

2. モノの状態を知る

さまざまなモノの状態を、通信を介して把握できます。従来のセンサーは機器の表示器やランプで状態を示すだけでしたが、IoT機器ならもっと詳細な情報を、リアルタイムで取得できます。しかも、センサー自体が通信できるため、小型化が可能です。

【具体例】

ウェアラブル端末で患者の心拍数や血圧などをモニターして健康管理に役立てる
農地に設置したセンサーで、温度・湿度・日照量などのデータを収集する
工場の機器の異常を管理センターに通知する

3. モノ同士が対話する

IoT機器同士がデータを送受信して、動作を連携できます。モノ同士で最適な動作を判断できるため、主に自動化の分野で活用が期待されています。従来の機器間通信「M2M（Machine to Machine）」と違うのは、インターネット経由で通信するため、距離の制限がなく、複数の機器とつなげられることです。

【具体例】

自動車と信号機のIoT機器が連携してスピードをコントロールする
AIスピーカー経由でお風呂を沸かす操作をする
センサーと各設備をネットワークでつないで空調・照明などの動作を最適化する

IoTが普及するメリット

IoTが普及すると、以下のようなメリットがあります。

居住空間の快適性が向上する

IoT機器が連携する住宅（コネクテッドホーム）やスマートビルディングによって快適な居住空間を実現できます。コネクテッドホームについては、後ほど詳しく紹介します。

予防医療の発展によるメリットを享受できる

ウエアラブルデバイスによって負担をかけることなく体の状態変化をモニターできます。場所を選ばず連続的にデータを取得できることから、予防医療が大幅に進むと期待されています。

生産・物流技術の向上

生産設備などに設置したIoTで、あらゆる稼働情報を見える化することで、工程管理を改善できます。また、物流においても「RFID（小型ICチップ）」によって在庫確認を効率化したり、トラックのGPSデバイスによって配車を最適化したりするなどの技術が導入されています。

公共安全性の向上

IoT機器を活用することで洪水や地震などの災害検知から避難誘導までのスピードが高まっています。また、IoT技術を応用して交通状況をモニタリングして事故を減らすなどの試みもおこなわれています。

IoTの普及にともない発生する課題

IoTが普及するほど、必然的に企業もIoTを導入せざるを得なくなります。実際、IoTやAIなどの先進技術を活用して、既存の業界やビジネスモデルを破壊的に革新する「デジタル・ディスラプター」も増えてきました。

しかし、自社にIoTを導入するとなると、多くの企業は次のような課題を抱えます。

IoT機器を使いこなす人材の不足
管理運用コストの増加
データ通信環境の整備

IoTは業務フローやビジネス環境を大きく革新する可能性があるだけに、これらの主要な課題への対応策を考えておく必要があるのです。

IoT機器を使いこなす人材の不足

2018年の総務省の調査によると、AI・IoTの導入にあたっての課題として「IoTの導入を先導する組織・人材の不足」と回答する割合が多くを占めました（※）。この割合は諸外国に比べて2倍近いため、日本企業の大きな課題と言えるでしょう。
出典：特集　人口減少時代のICTによる持続的成長｜総務省

この背景にあるのは、IoTを活用するにはハードウェア、ソフトウェア、ネットワーク、セキュリティ（サイバー攻撃対策）などの広範囲をカバーできる人材が必要になるためです。また、AIとの連携が必要なケースも多く、AIに関する知識、技術を持つ人材も求められています。

根本的な解決は自社で人材を育成することですが、既存の製品、サービスを適時活用することも重要になっています。

管理運用コストの増加

同じく総務省の調査によると、企業が抱える課題として多かったのが、「インフラ整備や維持管理に関わるコスト」です。

これはほかに挙げられた次のような主要課題と重なる部分があることを考えますと、かなり負担が大きいことがわかります。

ネットワークに接続されたモノが第三者に乗っ取られるリスク
リアルタイムデータやプライバシー情報の保管
既存情報のシステムとの接続性の確保・統合

IoTは企業の日々の業務やビジネスモデルを大転換する可能性を持った先進技術です。それだけに、長期的なビジョンのもとに大規模な投資が必要なケースが多くなります。

データ通信環境の整備

IoT活用のボトルネックになっているのが、電力供給とネットワーク負荷の2つです。

大量のIoT機器を使えば、個々の消費電力が小さくてもトータルの電力は大きくなってしまいます。だからこそ、後述するような低消費電力で長距離の通信が可能な通信技術（LPWA）が求められているわけです。

また、膨大な数のIoT機器がインターネットに接続されれば、現在のネットワークシステムでは通信混雑による問題が起きると予想されています。

このため、次の2つの技術が導入されています。

IoT機器単体の処理を増やして通信を減らす（エッジAI）
高速通信の採用（5G）

上記2つと、IoTの通信技術（LPWA）については、次項で解説します。

IoTの普及を支える3つの技術要素

IoT普及を支えている主要な技術は以下の3つです。

エッジAI：IoT機器にAIを搭載する技術
5G：高速、低遅延、同時多数接続を実現できる通信規格
LPWA：低消費電力、長距離通信、低コストを実現できる通信規格

これらは、あらゆるモノがネットワークにつながり、情報をやり取りするために必須の技術です。

エッジAI

エッジAIとは、IoT機器にAIを搭載することで、端末単体で動作の判断や状況の推測などを可能にする技術です。

エッジAIの主なメリットは以下のとおりです。

IoT機器単体で処理する量が増えるため、通信量を少なくできる
通信遅延が発生しにくい（リアルタイム性を確保できる）
通信傍受によるセキュリティリスクが少ない

一方、処理量を増やすとIoT機器の消費電力が大きくなったり、大型化してしまったりする問題もあります。また、搭載できる機能には限界があり、技術力も必要です。

エッジAIの活用事例としては次のようなものがあります。

自動走行のドローン
顧客の購買行動を追跡するカメラ
設備の異常を検知して自動停止するセンサー

なお、エッジAIと対照的な技術がクラウドAIです。こちらはIoT機器からデータを収集して、サーバ上のAIが一元的に動作を制御します。

5G

5Gとは、高速で同時多数接続を実現できる第5世代移動通信システムです。スマートフォンの次世代通信として有名ですが、IoTと5Gを組み合わせる技術も注目を集めています。

「IoT×5G」のメリットは、次のとおりです

高速、大容量の通信を実現できる
通信遅延のリスクが小さい（1ミリ秒以下の低遅延を実現できる）
膨大な数のIoT機器を接続できる

一方、コストが高いため、低速通信でよいなら、次の見出しで紹介するLPWAが向いています。

5Gの活用事例としては次のようなものがあります。

手術の遠隔操作（画像や操作の遅延が少ない）
農業機器の自動運転
スマートファクトリー（膨大な数のIoT機器を連携できる）

なお、キャリア通信のイメージが強い5Gですが、特定の空間で使える「ローカル5G」もIoT活用ではよく用いられます。

LPWA

LPWA（エル・ピー・ダブリュー・エー）は、「Low Power Wide Area」の略で、「低消費電力」かつ「長距離」通信を実現できる無線通信技術の総称です。

LPWAのメリットは次のとおりです。

低消費電力でIoT機器のバッテリーの持ちがよく、数年間稼働できる
1台のゲートウェイで数キロメートルの長距離通信が可能
通信量が少なく、通信コストも削減できる

一方、LPWAは高速で大容量の通信ができないため、このような用途では5GやWi-Fiなどを用いることになります。

LPWAの活用事例は以下のとおりです。

ビニールハウス内で温度・湿度・CO2濃度などのデータを収集
ゴミ箱の量をリアルタイムで監視して、ゴミ回収作業を効率化
高齢者の見守りのために、ドア開閉情報を送信

LPWAはシンプルかつ低コストの通信規格であるため、農業、住宅、交通、介護など幅広い分野で活用が期待されています。

IoTの活用シーン

ここでは以下の3つのケースを取り上げます。

産業プロセスにおける生産性向上
居住空間における快適性の追求
公共安全の維持

IoTの活用シーンは多岐にわたりますが、活用イメージをより具体的にできるでしょう。

【インダストリアルIoT】産業プロセスにおける生産性向上

インダストリアルIoTとは、産業分野に特化したIoTのことです。生産設備、産業用ロボット、パイプラインなどをネットワーク接続することで、生産力向上を図れます。

具体的には、以下のような分野でIoTが活用されています。

分野	概要
機械や機器の状態を見える化する	振動や熱、湿度などをIoT機器で計測して資源を最大限に活用する
異常、劣化の検知	生産設備に各種センサーを取り付けて、未然にトラブルを防ぐ
品質向上	製造機器、製造環境、人の動きなどのデータを収集し、品質向上に役立てる

日本では労働力人口が年々減少していることから、インダストリアルIoTの導入に取り組む企業が増えてきました。IoTによって自動化・省人化を進めれば、少ない人員でも増産が可能になり、価格面での競争力も維持できます。

【コネクテッドホーム】居住空間における快適性の追求

コネクテッドホームとは、空調設備、照明、防犯設備、家電などがネットワークにつながることで快適な居住空間を実現できる、次世代型の住宅です。

コネクテッドホームで実現できる一例を挙げると次のとおりです。

AIスピーカーに帰宅したことを伝えると、照明やエアコンが起動し、お風呂を沸かしてくれる
留守中にドアが開錠されると、防犯カメラが録画を開始し、ホームセキュリティー業者に連絡する
太陽光発電システムや全館空調システムと連動して、自動的に省エネ運転をおこなう

SDKI Inc.の調査によると、コネクテッドホームデバイス市場は2022～2031年の間に12%成長すると見られています。コネクテッドホームを提供する企業のほかにも、照明機器、スマート家電、警報システム、AIスピーカーなど、多くの分野で需要が高まることが予想されます。

参考：コネクテッドホームデバイス市場｜PR TIMES

【商用IoT】公共安全の維持

公共安全を維持するためのIoT活用も進んでいます。例えば、交差点の変更の影響は、ビデオやセンサーから集めたビッグデータをもとに、数日間でAI解析できるようになっており、公共事業に役立てられています。また、リアルタイムで交通情報を監視し、異常を検知するとスタッフを現場に派遣するシステムも実運用されるようになってきました。

そのほかにも、以下のようなシステムを実現するためにIoTが活用されています。