IoTテクノロジースタックの5つのレイヤー

この投稿では、IoTテクノロジースタックの5つのレイヤーと、プロダクトマネージャーがそれらを製品戦略とロードマップに組み込む方法について説明します。

モノのインターネット（IoT）が私たちの生活の多くの分野にどのように革命をもたらすかについて多くのことを聞いたことがあるでしょう。そして、このような可能性をすべて備えていても、多くのプロダクトマネージャーは、IoTの基本概念と、それを使用して顧客や企業に付加価値を提供する方法を理解するのに苦労しています。

注： IoTを初めて使用する場合は、私の記事「モノのインターネットとは」をお勧めします。

IoTを使い始めると、複雑さ、専門用語、誇大広告に恐れを感じるのは簡単です。しかし、心配することは何もありません。最初のステップは、IoTをブラックボックスと見なすのをやめ、いくつかの異なるテクノロジーブロックで構成されるシステムと見なし始めることです。

私はこれらのブロックをIoTテクノロジースタックの5つのレイヤーと呼んでいます。 IoTテクノロジースタックに慣れると、IoTには魔法のようなものは何もないことがわかります。センサー、コンピューター、ネットワークを組み合わせただけです。ちなみに、すべてのIoT製品には、消費者向け製品か工業製品かに関係なく、これらの5つのレイヤーがあります。

この投稿の後半では、この概念モデルを使用してチーム、顧客、ベンダーとやり取りする方法についても説明します。ただし、最初に、IoTテクノロジースタックについて説明しましょう。

始めましょう！

IoTテクノロジースタックの5つのレイヤーの紹介

IoTプロダクトマネージャーになるための最初のステップは、IoTテクノロジースタックの5つのレイヤーを理解することです。完全なIoTソリューションをこれらの5つのレイヤーに分割することで、製品マネージャーは、各レベルおよびシステム全体で必要となるビジネスとテクノロジーのトレードオフをよりよく理解して分析できます。これらの5つのレイヤーは次のとおりです。

このIoTテクノロジースタックをコンテキストに入れるために、風力タービンの状態を監視する製品を開発していると想像してみましょう。この製品は、タービンのメンテナンスが必要になる時期を予測することで、タービンへの潜在的な損傷を数百万ドル節約し、サービスの中断を回避します。

この手法は一般に「予知保全」として知られています。

次に、風力タービンの例を使用して、IoTテクノロジースタックの各レイヤーについて詳しく説明します。

レイヤー1–デバイスハードウェア

デバイスは、モノのインターネットの「モノ」を構成します。デバイスは、物理的な世界とデジタルの世界の間のインターフェイスとして機能します。これらは、IoTテクノロジースタックの最初のレイヤーです。

最初に考慮すべきことは、製品が接続されたデバイス自体（つまり、Nestサーモスタット）であるか、製品が既存になっているのかということです。 計装を追加することにより、接続されたデバイスにデバイスを追加します（つまり、風力タービンにセンサーと通信を追加します）。この例では、風力タービンを販売しているのではなく、風力タービンに接続するデバイスのみを販売しています。言い換えれば、私たちの風力タービンの例は「ブラウンフィールド」ソリューションです。

デバイスの主な目標の1つは、データを収集することです。したがって、次に、収集するデータについて考える必要があります。したがって、それを行うために必要なデバイスハードウェアについて考える必要があります。

単純なデータ収集のニーズの場合、必要なセンサーは1つだけです。より複雑なデータ収集の場合、多くのセンサー、強力なプロセッサー、ローカルストレージ、ゲートウェイなどを収容する産業用コンピューターが必要になる場合があります。

IoTテクノロジースタックのこのレイヤーでは、コスト、サイズ、導入のしやすさ、信頼性、耐用年数などのハードウェアパラメータを理解することが不可欠です。

たとえば、スマートウォッチなどの小型デバイスの場合、システムオンチップ（SoC）用の物理スペースしかない場合があります。より要求の厳しいソリューションについては、Raspberry Pi、Arduino、BeagleBoneボードなどの組み込みコンピュータが必要になる場合があります。重要なコンピューティングのニーズには、コンパクトRIOやPXIなどの高度な産業用コンピュータが必要になる場合があります。これらのソリューションはすべて、コスト、サイズ、バッテリー寿命などに関するさまざまな要件があります。

風力タービン監視製品の場合、振動データを収集するためのセンサーとして加速度計が必要です。振動が特定の範囲外である場合、それは風力タービンの整備が必要であることを意味します。これは重い産業用アプリケーションであるため、十分な計算能力があり、すでに加速度計が統合されているため、コンパクトRIOのような産業用コンピューターを使用する必要があります。

デバイスには、データをクラウドに通信するためのハードウェアも必要です。これについて詳しくは、コミュニケーションのセクションをご覧ください。

推奨記事： IoTデバイスはどのように機能しますか？

レイヤー2–デバイスソフトウェア

デバイスソフトウェアは、デバイスハードウェアを「スマートデバイス」に変えるコンポーネントです。デバイスソフトウェアは、IoTテクノロジースタックの第2層です。

デバイスソフトウェアは、「ソフトウェア定義のハードウェア」の概念を可能にします。つまり、特定のハードウェアデバイスは、実行している組み込みソフトウェアに応じて、複数のアプリケーションに対応できます。

デバイスソフトウェアを使用すると、クラウドまたは他のローカルデバイスとの通信を実装できます。リアルタイムの分析、デバイスのセンサーからのデータ取得、さらには制御を実行できます。

IoTテクノロジースタックのこのレイヤーは、現実の世界（ハードウェア）とクラウドアプリケーションの間の接着剤として機能するため、重要です。ここに配置する機能とクラウドに配置する機能の量を決定するのは、あなたとあなたのチーム次第です。

デバイスソフトウェアを使用して、ハードウェア開発のリスクを軽減することもできます。ハードウェアの構築には費用がかかり、ソフトウェアよりもはるかに時間がかかります。そのため、狭い特定の目的のためにデバイスを構築するのではなく、デバイスソフトウェアでカスタマイズできる汎用ハードウェアを使用して、将来の柔軟性を高めることをお勧めします。

この手法は、「ソフトウェア定義のハードウェア」としてよく知られています。このようにして、クラウドを介して組み込みソフトウェアをリモートで更新できます。これにより、現場の「ハードウェア」機能が更新されます。

デバイスソフトウェアレイヤーを2つのカテゴリに分けます：

デバイスオペレーティングシステム

IoTソリューションの複雑さによって、必要なデバイスオペレーティングシステム（OS）のタイプが決まります。重要な考慮事項には、アプリケーションでリアルタイム処理が必要かどうか、必要なI / Oサポートの種類、完全なTCP / IPスタックのサポートが必要かどうかなどがあります。組み込みオペレーティングシステムの一般的な例には、Linux、Brillo（縮小されたAndroid）、Windows Embedded、VxWorksなどがあります。

デバイスアプリケーション

デバイスアプリケーションはEdge OS上で実行され、IoTソリューションに特定の機能を提供します。ここで可能性は無限大です。データの取得とクラウドへのストリーミング、分析、ローカル制御などに集中できます。

風力タービンモニターの例では、加速度計が振動を測定するために頻繁にサンプルを取得します。これにより、膨大な量のデータが生成されます。ただし、そのすべてのデータをクラウドに送信する必要はありません。問題があることを示すデータだけを送信します。したがって、当社のデバイスアプリケーションソフトウェアはデータをローカルで監視し、警告とエラー状態のみを送信します。また、振動が指定したパラメータから外れた場合にタービンをシャットダウンするためのリアルタイム制御も実行します。

プロダクトマネージャーのヒント： デバイスのハードウェアとソフトウェアが連携してスマートデバイスを作成する場合、IoTテクノロジースタックでそれらを別々に表すのはなぜですか？それらは、非常に異なる要件、プロセス、およびタイムラインを使用して異なるチームによって構築されているため、別々に考えると役立ちます。デバイスソフトウェアは、アジャイルアプローチを使用してソフトウェアエンジニアによって開発されます。一方、デバイスは、ハードウェアNPIプロセスに従ってハードウェアエンジニアリンググループによって開発されます。この分離により、ロードマップを計画し、さまざまなチームと連携するときに、作業がはるかに快適になります。

レイヤー3–通信

通信とは、デバイスが世界の他の地域と情報を交換するさまざまな方法を指します。通信は、IoTテクノロジースタックの第3層です。業界によっては、IoTテクノロジースタックのこのレイヤーを「接続性」と呼ぶ人もいます。この投稿では、より一般的な用語「コミュニケーション」を使用していますが、同じことを指します。

通信には、物理​​ネットワークと使用するプロトコルの両方が含まれます。通信層の実装がデバイスハードウェアとデバイスソフトウェアに見られるのは事実です。しかし、（実装モデルではなく）概念モデルから、チームの他のメンバーとの話し合いを容易にするために、コミュニケーションを独自のレイヤーとして維持することを好みます。

適切な通信メカニズムを選択することは、IoT製品戦略の重要な部分です。クラウドとの間でデータを送受信する方法（たとえば、Wi-Fi、WAN、LAN、4G、5G、LoRAなどを使用）だけでなく、同じ建物。

たとえば、スマートビルディングのシステムはBACnetプロトコルを使用して相互に通信するのが一般的です。デバイスがビルディングオートメーションに関与している場合は、デバイスが建物内の他のデバイスと通信するかどうかがまだわからない場合でも、デバイスがBACnetサポートを提供することをお勧めします。

通信戦略は、システムの全体的なトポロジに影響を与えます。たとえば、IoTソリューションに10個のセンサーがある場合、各センサーはクラウドと直接通信する必要がありますか？または、データの集約と長距離送信のために中央ゲートウェイと通信する10個のより単純な（そしてより安価な）センサーが必要ですか？

これらの決定は、純粋に技術的なものではありません。これらは、ソリューションのコスト、展開、および技術的な複雑さへの影響を考慮しながら、プロダクトマネージャーが行う必要のあるビジネス上の決定です。

私の風力タービンモニターの例では、最初の傾向は、デバイスをローカルエリアネットワークに接続することかもしれません。しかし、風力発電所はどこにもありません。あなたが持っているのは近くの携帯電話の塔だけです。そのため、セルラー通信を介してクラウドに接続する必要があります。

この決定は、デバイスのハードウェアとソフトウェアの選択、および接続に対して携帯電話サービスプロバイダーに支払う必要があるため、コストに影響を与えます。この追加コストは、デバイス内のセンサーデータを事前分析し、加速度計によって生成されたデータセット全体を送信するのではなく、実用的な洞察のみをクラウドに送信するという私たちの決定もサポートします。送信するデータが多いほど、コストも高くなります。 。

レイヤー4–クラウドプラットフォーム

クラウドプラットフォームは、IoTソリューションのバックボーンです。 SaaSオファリングの管理に精通している場合は、IoTテクノロジースタックのこのレイヤーの役割をよく知っています。

クラウドプラットフォームは、これらの重要な領域をサポートするインフラストラクチャを提供します。

データの収集と管理

スマートデバイスは情報をクラウドにストリーミングします。ソリューションの要件を定義するときは、日次、月次、および年次ベースで収集するデータの種類と量をよく理解する必要があります。

IoTアプリケーションの課題の1つは、膨大な量のデータを生成できることです。アーキテクトが最初から適切なデータ管理ソリューションを決定できるように、スケーラビリティパラメータを定義する必要があります。

推奨記事： ビッグデータ：すべてのプロダクトマネージャーが取り組むべき6つの重要な領域

アナリティクス

アナリティクスは、IoTソリューションの重要なコンポーネントの1つです。分析とは、データの処理、パターンの検索、予測の実行、機械学習の統合などの機能を指します。ソリューションを価値あるものにするのは、データだけでなく、データから洞察を見つける機能です。分析は、データの集約と表示のように単純な場合もあれば、機械学習や人工知能を使用する場合のように複雑な場合もあります。ここには正しいことも悪いこともありません。顧客のニーズは、顧客のニーズを解決するために実行する必要のある分析の種類を通知します。

クラウドAPI

モノのインターネットとは、デバイスを接続してデータを共有することです。これは、クラウドレベルまたはデバイスレベルでAPIを公開することで実現できます。 Cloud APIを使用すると、顧客やパートナーはデバイスを操作したり、データを交換したりできます。 APIを開くことは技術的な決定ではないことを忘れないでください。それはビジネス上の決定です。

推奨記事： APIのビジネス：プロダクトマネージャーが計画する必要があるもの

プロダクトマネージャーは、技術チームが適切なクラウドアーキテクチャを決定できるように、チームにIoTソリューション全体の明確な方向性を提供する必要があります。プロダクトマネージャーは、ビルドと購入の分析を通じて、クラウドプラットフォームの開発のコストと複雑さを評価する必要もあります。

すべての技術チームは、ゼロから完全なソリューションを構築する傾向があります。ただし、チームがそれを実行できるかどうかに関係なく、プロダクトマネージャーは、クラウドプラットフォームの構築が開発の観点からだけでなく、総所有コスト、保守、サポート、信頼性、および市場投入までの時間。

多くの場合、既存のPaaS（Platform as a Service）を活用する方がよい場合があります。市場には多くのものがあるので、IoTテクノロジースタックのクラウドプラットフォームレイヤーをさらに深く掘り下げるために、私の記事をお勧めします：

推奨記事： IoTプラットフォームとは（およびその選択方法）

風力タービンの監視の例では、保存する必要のあるデータの量について考えてみましょう。 1つのタービンからのデータはそれほど多くないように見えるかもしれません。しかし、何年にもわたって、それは合計されます。さらに、クラウドプラットフォームは、何千もの風力タービンからのデータをサポートする必要があることを忘れないでください。やがて、これは膨大な量のデータになるため、クラウドインフラストラクチャでは、このデータの柔軟なストレージと処理を可能にする必要があります。

さらに、クラウドアナリティクスでは、受信データをリアルタイムで処理して傾向を検出し、タービンのサービスが必要になる時期を予測できるようにする必要がある場合があります。この情報をアプリケーション層に表示するには、APIを開く必要がある場合もあります。

レイヤー5–クラウドアプリケーション

IoTテクノロジースタックのこの第5層は、製品チームと経営幹部が最も簡単に理解できます。エンドユーザーアプリケーションは、顧客が表示および操作するシステムの一部です。これらのアプリケーションはほとんどの場合Webベースであり、ユーザーのニーズに応じて、デスクトップ、モバイル、さらにはウェアラブル用に個別のアプリが必要になる場合があります。

スマートデバイスに独自のディスプレイがある場合でも、顧客はソリューションとの主要なやり取りのポイントとしてクラウドアプリケーションを使用する可能性が非常に高くなります。これにより、いつでもどこでもスマートデバイスにアクセスできるようになります。これは、デバイスを接続するという目標の一部です。

プロダクトマネージャーは、ユーザーと製品の「実行すべき仕事」を理解する必要があります。エンドユーザーアプリケーションを設計するときは、ユーザーが誰であるか、および製品を使用する主な目的を理解することが非常に重要です。産業用IoTアプリケーションの場合、おそらく複数のユーザーがいることに注意してください。

アプリケーションは、顧客向けアプリと内部アプリに分けることもできます。通常、顧客向けのアプリケーションが最も注目されますが、IoTの場合、内部アプリケーションも同様に重要です。これには、デバイスのリモートプロビジョニングとトラブルシューティング、デバイスフリートの状態の監視、パフォーマンスと予知保全に関するレポートなどのアプリケーションが含まれます。

これらの内部アプリケーションには、外部および内部の顧客を深く理解する必要があり、適切な優先順位付けとリソースを使用して、顧客が亀裂に陥らないようにする必要があります。これらはIoTソリューションの重要なコンポーネントであるため、それらを確実に実行するのはプロダクトマネージャーの責任です。

私たちの風力タービンモニターの場合、考えられるアプリケーションの1つは、中央制御室で作業する風力発電所のオペレーターが使用するWebアプリです。このアプリは、彼らが管理している何千ものタービンに関する情報と傾向を表示し、特定のタービンがサービスを必要とするときにそれらに警告します。オペレーターはこの情報をリアルタイムで取得し、サービスチームを派遣して予防保守を実行し、費用のかかる修理やサービスの中断を回避できます。

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「エッジ」はどうですか？

おそらく、IoTと並んで「エッジ」という用語が使われているのを聞いたことがあるでしょう。エッジとは「エッジコンピューティング」を指します。これは、センサーが存在する場所の近くで分析やその他の計算作業を実行する機能です。

私がよく受ける質問は、IoTテクノロジースタックのレイヤーの1つとしてエッジを含めなかったのはなぜですか？それは素晴らしい質問です！そして答えはただ：シンプルさです。

この投稿では、すべての利害関係者や顧客との会話に役立つIoTテクノロジースタックの概念モデルを紹介します。

この一般的なモデルは、IoTソリューションの正確なエンジニアリング表現として意図されたものではありません。それは複雑さを増し、シンプルなコミュニケーションツールを持つという目的を打ち破るでしょう。

もう一つの理由は、「エッジ」の定義が誰と話しているかによって変わることです。たとえば、ベンダーによっては、エッジは次のようになります。

• デバイス自体
• ゲートウェイ
• クラウドに接続する前にデータを収集するオンプレミスサーバー
• セルラーネットワークのエッジ、または通信プロバイダーと通信している場合は「Telcoエッジ」
• 公益事業者と話している場合は、電力網の端（つまり、スマートメーター）

ご覧のとおり、定義と解釈はさまざまです。シンプルに保ち、IoTテクノロジースタックのこれらの5つのレイヤーを使用することをお勧めします。

ただし、わかりやすくするためにエッジを追加する必要がある場合は、ダイアグラムを変更して、ソリューションをより適切に表すために必要なレイヤーを追加できます。目標は、すべての利害関係者とのコミュニケーションに使用できる概念モデルを用意することです。

IoTテクノロジースタックはコミュニケーションツールです

IoTテクノロジースタックの5層のこのモデルをどのように使用する必要がありますか？ コミュニケーションツールとして使用してください。

プロダクトマネージャーとして、私たちは組織内の多くの人々、そして顧客やパートナーと交流する必要があります。最初の課題は、全員を同じページに表示することです。そこで、このツールが役立ちます。

新しいグループと話すたびに、IoTテクノロジースタックをフラッシュして、IoTまたはエンドツーエンドのIoTソリューションと言うときに私が話していることをすべての人が理解できるようにします。これは、さまざまな構成要素を参照するための参照フレームと共通言語をすべての人に提供します。 IoTへの「ブラックボックス」アプローチを排除し、誰もが理解できる言葉で表現します。

私はこのIoTテクノロジースタックをほとんどのプレゼンテーション（内部および外部）に含めています。多くの場合、全員を5つのレイヤーに配置し、次にこの会議で焦点を当てる特定のレイヤーに配置することで、すべての会議を開きます。

技術チームだけでなく、営業、マーケティング、経営幹部、設計、データサイエンス、コンプライアンス、ベンダーなどとの話し合いを定着させるのに役立ちます。

IoTテクノロジースタックに精通しているので、IoT意思決定フレームワークに関する私の記事を読むことを強くお勧めします。構造化された方法でIoT製品管理にアプローチするための次のレベルのツールを提供します。

推奨オンラインコース： IoTプロダクトマネージャー証明書プログラム

結論

モノのインターネットが成長し続けるにつれて、世界にはIoTに精通したプロダクトマネージャーの軍隊が必要になります。そして、これらのプロダクトマネージャーは、IoTテクノロジースタックの各レイヤーと、それらすべてが完全なIoTソリューションにどのように適合するかを理解する必要があります。

プロダクトマネージャーは、製品の成功を確実にするために、各レイヤーで戦略的なビジネスおよび技術的な決定を行う必要があります。

迅速な好意。この記事を楽しんだら、他の製品関係者と共有すると非常に役立ちます。

ここからどこへ行くの？次の投稿を読んでください。ここでは、IoT意思決定フレームワークを共有しています。私のフレームワークは、IoTテクノロジースタックの上に構築されており、IoT製品の戦略とロードマップを開発するための構造化された方法を提供します。