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IoTの組み込み技術とは?スキルを身に付けて生活を便利にする機能を開発しよう!

2022.01.05更新

IoTの普及に伴い、家電などがインターネットに繋がることが当たり前になる時代がすぐそこまで来ています。 日々様々なIoT製品の開発が行われていますが、その中でも重要な技術の一つが「組み込み技術」です。本記事では、IoTに関わりたいエンジニアに向けて、組み込み開発で必要となるスキルを、IoTの概要を交えながら詳しくお伝えします。

IoTとは?

loT(アイオーティー)は「internet of Things」の略であり、日本では「モノのインターネット」と呼ばれる技術です。もともと、インターネットは主にPCやサーバーなどコンピュータ間を接続するために使われていましたが、通信技術やCPUの進化に伴い、家電などの「モノ」もインターネットに接続できるようになりました。

あらゆる「モノ」がインターネットに接続することで、モノの使われ方や外部環境などの情報を詳しく取得できることから、「新しい価値をもつサービスを提供できる」ため注目が集まっています。

IoTの生活への適応例

それでは、loTが実際に私たちの生活でどのように活用されているのか、いくつか例を見ていきましょう。

家電の遠隔操作

身近なところで挙げられるのが、家電の遠隔操作です。たとえば、外出先でスマートフォンなどから自宅のエアコンを操作し、家に帰るまでに部屋を暖めておくことが可能です。冷蔵庫の場合は、食材の購入日や経過日数を記録した食材管理や、扉の開閉数を記憶・通知することにより電気代の節約が行えます。

高齢化社会への対応

家電に無線通信機を搭載し、離れて暮らす高齢者家族の使用状況を確認することで、安否確認や生活リズムを把握し、健康状態がわかります。また、ベッドを使ったバイタルサインの取得や、時計・スマホなどによる転倒・落下検知も可能です。

産業分野への応用

生産機械にIoTを取り付けることで動作をチェックし、生産管理を簡単に行えます。また、わずかな動作の違いから、機械の故障を事前に把握して修理することで生産性を向上することも可能です。

組み込みエンジニアの特徴

IoT付きの機械に搭載されるソフトウェアのことを「組み込みシステム」と呼び、IoTの開発には欠かせない技術です。ただ、組み込みシステムは「家電や機器などの独立した機械に搭載する制御システム」のことで、IoTのない機械の開発でも必要となります。まずは、一般的な組み込みシステムの開発を行う際、求められる技術についてお伝えします。  

信頼性の高さが求められる

組み込みシステムは、自動車や産業機械などに使われるため、不具合が起きると人命に関わる危険性があります。安全面に影響のない不具合でも、機械は通信機能を持っておらず、回収してソフトウェアアップデートを行う必要があるため、販売停止や大規模なリコールが生じる可能性があります。

そのため、組み込みシステムの開発では絶対にエラーを起こさない、信頼性の高いプログラミング技術が必要です。

使えるリソースが限られる

組み込みシステムで使われるマイコンはコストを下げるため、メモリ容量やメモリ性能などのリソースが最低限に抑えられていることが多いです。また、ハードウェアは設計変更が難しいことから、組み込みシステムの設計中にリソース不足が明らかになった場合、基本的にはソフトウェア側で解決する必要があります。

そのため、エンジニアには限られたリソースの中でデバイスの動作を満たす、創意工夫を凝らしたプログラミングが求められます。

ハードウェアの知識も必要

組み込みシステムを設計する場合、ハードウェアの知識もある程度必要です。PCやスマートフォンなどの開発と異なり、家電などではハードウェアの設計も同時に行うため、ハードウェアの仕様に合わせてソフトウェアを設計することになります。

不具合が発生した際、ハードウェアとの連携に問題が生じる場合もあるので、回路図やブロック図などを正確に読み解くスキルが求められるでしょう。

IoTの開発において組み込みエンジニアに求められるスキル

組み込み開発を行う際に必要となる技術についてお伝えしましたが、loTを使用する場合はさらに異なるスキルも求められるようになります。

センサーに関する技術

loTでは、機械の状態をチェックするためにセンサーを多数取り付けるため、センサーに関する技術が必要です。

センサーの例

  • 光センサー(人感センサーなど)
  • 音センサー(スマートスピーカーなど)
  • 温度、湿度センサー(自動空調など)
  • 速度、加速度センサー(カメラの手ぶれ補正など)

センサーは種類や製品ごとで接続方法やデータ処理方法が異なるので、正確に情報を取得し、活用するスキルが求められるでしょう。

ネットワーク技術

loTではデータ送受信のために通信を行うことから、ネットワークに関する技術も必要となります。通信には無線LANを使うことが多いですが、通信量などに合わせて5GやWI-FI、BLE通信など使用する帯域を変えるため、さまざまな通信規格への理解が求められるでしょう。

Bluetoothや有線LANを使うこともあるため、loT製品の特性や状況に合わせて通信方法を選ぶネットワークの知識や技術が求められます。

セキュリティ技術

loT製品に関しては、セキュリティ対策の重要性も訴えられています。従来ネットワークがない機械にIoTを搭載してネットワークを追加したため、IoTに対するセキュリティ意識が低く、脆弱性が多数放置されているのが現状です。

「Mirai」というウイルスが有名ですが、実際にサイバー攻撃によってウイルスに感染し、悪用されるケースも多発しています。リソースの少なさからセキュリティ対策ソフトの導入も難しいので、ウイルスへの感染を防ぐセキュリティの知識や技術への需要は非常に高いといえるでしょう。

デバイスを動かす技術

最後に、実際にデバイス(モノ)を操作するための知識や技術も重要です。IoT付きの機械では、取得したデータを活用し、リアルタイム制御を行うことで、より質の高いサービスを実現できます。さらに、遠隔操作を行うなどデバイスを操作するシーンは爆発的に増えることから、さまざまな動作を正しく行うための制御を組み込む技術が必要となるでしょう。

組み込みで扱うプログラミング言語

C言語

現在、もっともIoTのプログラミングに使われているのがC言語です。処理速度が速くファイルサイズもコンパクトであることから、loTシステムの構築に適しています。また、長年使われている言語なので開発資産が多く互換性も高いこと、汎用性が高くC言語のプログラマーも多いことから、組み込みエンジニアの業務使用率が非常に高い言語です。プログラミング初心者には難解で挫折しやすい言語ともいわれますが、現状では他の言語がC言語に置き換わり主流となる可能性は低いでしょう。

Java

「Java」は世界的にも人気のあるプログラミング言語です。セキュリティ面が強いことに定評があり、特にloTのネットワーク環境で積極的に活用されています。また、JavaはOSに依存せず、記述したプログラムを自由に移植できる特徴も持っており、さまざまなハードウェアに使える点でもIoT向きといえるでしょう。動作速度の遅さやリソースを多めに使うことから組み込みデバイスにはあまり使われてきませんでしたが、最近はマイコンの機能向上に伴い、使われるシーンが増えてきています。

Python

「Python」はオランダ出身のプログラマーによって開発された、コードが非常に短いのが特徴のプログラミング言語です。C言語やJavaよりも柔軟性があり汎用性が高いこと、また、コードが短い分エラーの発見が容易で、コード追加も簡単にできることから、さまざまな分野で利用され始めています。PythonはAIや機械学習などで特に利用されており、IoT分野でも活躍することが期待されます。

組み込み以外でIoTに求められるスキル

データ収集技術

loTの普及により、集められるデータ量は爆発的に増えましたが、データを活用するためには、データを使いやすい形で集めることが欠かせません。

データ収集技術の例

  • データ形式を整える
  • データの日時、単位などメタ情報を追加する
  • データ量の急増に対応する
  • システム障害時、過去データの再取得が行えるようにする

最近では、データを集約する「データハブ」方式など、効率的にデータ収集・管理を行う技術が提唱されていますが、エンジニアも正しい知識を得ておく必要があります。

データ分析技術

データ分析は、IoTにおいて最も重要といえる技術です。ビッグデータは、企業が持つ経営課題を解決できる可能性があることから、非常に注目が集まっています。ただ、IoTで収集したビッグデータは、そのままでは活用できないため、ビッグデータの中から価値のある情報を抜き出す必要があります。

データの分析自体は、AI(人工知能)を使いコンピューターが自動で行う場合が増えていますが、有用なデータを得るにはエンジニアがAIを上手く活用することが欠かせません。このデータ分析技術はIoT分野でも特に需要が高いので、スキルを身につけることでエンジニアとしての価値がより高まるでしょう。

IoTを理解するエンジニアの需要は高い

ITエンジニアの需要は全体的に増加しており、組み込みエンジニアの需要も同様に高いです。また、IoTは5G通信の普及などにより、爆発的な増加が見込めることから、IoTの組み込み技術を有しているエンジニアは特に高い需要が見込めます。

ただ、組み込みエンジニアにはハードウェアの知識やエラーを起こさないプログラミング技術など、特殊なスキルや知識が必要であり、C言語の取得難易度も高いことから、エンジニア数は増えにくいのが現状です。このように、IoTの組み込みエンジニアになるためには学ぶことが多いですが、一度スキルを身に付ければ多くの企業に求められる人材となるでしょう。

組み込み技術はIoT化に欠かせない

今回は、loTの組み込み技術の特徴と、エンジニアに求められるスキルについてお伝えしました。loTの組み込み技術は、限られたリソースで信頼性の高いプログラミングを行うスキルはもちろん、ネットワークやセキュリティに関する技術が必要です。

IoTの組み込みエンジニアには、自分が開発したシステムを搭載した商品が世に出回るなど、最先端で活躍できる面白さがあります。特殊なスキルが必要な職種ではありますが、その分やりがいを一層感じられるのも、組み込みエンジニアの魅力です。

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