IoTデバイスはどのように機能しますか？

ハードウェアの決定は、IoTデバイスのコスト、ユーザーエクスペリエンス、アプリケーション機能などに影響を与えます。ただし、ハードウェアの管理経験があるIoTプロダクトマネージャーは約20％にすぎません。この投稿では、スマートデバイスがデータを取得、処理、クラウドに伝達する方法を理解できるように、IoTデバイス内のハードウェアをわかりやすく説明します。

業界やバックグラウンドを超えて何百人ものプロダクトマネージャーを調査した結果、IoTで働くPMの約20％だけがハードウェアの経験を持っていることがわかりました。対照的に、76％以上がソフトウェア製品の管理に精通しています。

ただし、IoTでは、ハードウェアとソフトウェアがIoTテクノロジースタック全体で連携して機能します。また、ハードウェア製品の管理には、ソフトウェアの管理とは非常に異なるスキルが必要です。これが、IoTデバイスの構築が、新しい、さらには経験豊富なIoTプロダクトマネージャーにとって非常に困難な場合がある理由の1つです。

ソフトウェアのバックグラウンドを持っているIoTPMの場合は、この投稿の情報を身に付けてください。次回ハードウェアエンジニアリングチームと話をしたり、ハードウェア関連の課題に直面したりしたときに、喜んでいただけることでしょう。

私のIoT意思決定フレームワークに基づくと、ハードウェアはテクノロジー意思決定領域の一部です。したがって、あなたはここにいます：

推奨記事： モノのインターネットのための製品管理フレームワーク。

IoTデバイス内のハードウェアを理解する必要があるのはなぜですか？エンジニアリングはそれらの決定を下しませんか？

はい。エンジニアは、IoTデバイスのハードウェアの選択を調査、提案、実行する責任があります。ただし、プロダクトマネージャーが関与し、製品のニーズについてエンジニアリングを指導して、最適なソリューションを選択できるようにすることが重要です。結局のところ、ハードウェアの決定は、製品のコスト、ユーザーエクスペリエンス、アプリケーション機能などに影響を与えます。

IoTデバイス内のハードウェアがどのように機能するか、そのニュアンス、およびその用語を理解すればするほど、エンジニアリングチームとスマートな会話をすることができるようになります。

IoTデバイスハードウェアの4つの構成要素

まず、IoTデバイスの主要なハードウェアビルディングブロックを見てみましょう。

IoT起業家と同じ数のIoTアプリケーションがあるため、ハードウェアアーキテクチャを一般化することは不可能です。ただし、アプリケーションに関係なく、すべてのIoTデバイスは、以下に示すように、いくつかの共通点または「ビルディングブロック」を共有しています。

これらの各コンポーネントを見てみましょう。

ビルディングブロック1：モノ

私は「もの」をあなたが管理または監視したい資産として定義します。

多くのIoTデバイスは、「モノ」をスマートデバイス自体に統合します。たとえば、スマートウォーターポンプや自動運転車などの製品を考えてみてください。これらの製品は、それ自体を制御および監視します。この場合、以下に示すように、製品には4つのビルディングブロックすべてが1つのパッケージに含まれています。

ただし、「モノ」が「ダム」デバイスとして独立していて、別の製品を接続してスマートデバイスにするアプリケーションは、他にもたくさんあります。この場合、製品には以下の青色の3つのモジュールのみが含まれています。

このアプローチは、企業が既存の資産を持っており、それらをクラウドに接続することで「スマート」にしたいと考えている産業用アプリケーションで非常に一般的です。例としては、風力タービン、ジェットエンジン、コンベヤーベルトなどがあります。

この違いを指摘する理由は、選択できるさまざまなビジネスモデルがあることを認識させるためです。会社は、最初からスマートな新しいデバイスを構築することを決定できます。または、価値提案は、既存のものをスマートなものに変えて、いわゆる「ブラウンフィールドの機会」への扉を開く方法を提供することであると判断できます。

どちらでも構いません。この区別は、製品に対して行う他の多くの決定に影響を与えることを覚えておいてください。

上記の例のほとんどはB2B製品ですが、B2C製品についてはどうでしょうか。消費財の世界では、多くのIoT製品には、上記の青色の3つのモジュールしか含まれていません。それは、彼らが監視している「もの」が人間または家の環境であることが多いためです。 FitBitまたはNestサーモスタットを考えてみてください。

ビルディングブロック2：データ取得モジュール

データ取得モジュールは、「モノ」から物理信号を取得し、それらをコンピュータで操作できるデジタル信号に変換することに重点を置いています。

これは、温度、動き、光、振動などの実際の信号を取得するすべてのセンサーを含むハードウェアコンポーネントです。必要なセンサーの種類と数は、アプリケーションによって異なります。

ただし、データ取得モジュールにはセンサー以上のものが含まれています。また、センサー信号をコンピューターが使用するデジタル情報に変換するために必要なハードウェアも含まれています。これには、信号調整、アナログ-デジタル変換、スケーリング、および解釈が含まれます。

データ取得モジュールの場合、焦点を当てるべき重要な考慮事項は次のとおりです。

• どのような実世界の信号を測定する必要がありますか？ （つまり、どのタイプのセンサーが必要ですか）
• 各タイプのセンサーはいくつ必要ですか？
• 実際の信号をどのくらいの速さで測定する必要がありますか？ （つまり、サンプルレート）
• 測定にはどのくらいの精度が必要ですか？ （つまり、センサーの解像度）

これらの質問への回答は、データ取得モジュールの要件を通知するだけでなく、デバイスが生成するデータの量についてのアイデアを提供します。

おすすめ記事 –データ取得：IoT製品マネージャーのための入門書

ビルディングブロック3：データ処理モジュール

IoTデバイスの3番目の構成要素は、データ処理モジュールです。これは、データを処理し、ローカル分析を実行し、データをローカルに保存し、エッジでその他のコンピューティング操作を実行する「コンピューター」です。

このモジュールについてエンジニアリングチームとしっかりと会話するために、コンピュータアーキテクチャの専門家である必要はありません。あなたの役割は、製品の包括的な目標を理解し、チームを適切な決定に導く適切な質問をすることです。焦点を当てるべき2つの最も重要な考慮事項は次のとおりです。

• 処理能力（つまり、エッジでどのくらいの処理を実行しますか？）
• ローカルデータストレージの量（つまり、ハードドライブのサイズ–エッジに保存する必要のあるデータの量）

あなたとあなたのチームが下す決定は、パフォーマンス、機能、コスト、デバイスのサイズ、耐用年数などと直接的な相関関係があります。これらの各質問について詳しく説明しましょう。

どのくらいの処理能力が必要ですか？

デバイスに必要な処理能力を判断するには、デバイスが実行する必要のあるさまざまなタスクをすべて理解することから始める必要があります。

決定に影響を与える項目は次のとおりです。

• センサーをいくつ読み取る必要がありますか？ （センサーが多いほど、より多くの処理能力が必要になります。）
• リアルタイム制御を実行する必要がありますか？ （これにより、必要な処理能力が向上します。）
• アプリケーションはエッジで分析を実行する必要がありますか？ （これにより、必要な処理能力も向上します。）
• 将来のソフトウェアのアップグレード/リリースをサポートするのに十分な処理能力がありますか？ （新しく改良されたソフトウェアのアップグレードには、より多くの処理能力が必要になる可能性があります。）
• デバイスのサイズの制約は何ですか？ （たとえば、Fitbitには非常に多くのスペースしかないため、コンピューターのサイズと処理能力が制限されます。）

どのくらいのローカルストレージが必要ですか？

必要なローカルストレージの量は、データ保持ポリシーによって異なります。取得する必要のあるデータの量、頻度、クラウドに送信する量を定義したら、計算を実行するための一時的なストレージとして、または万が一の場合に備えてバッファーとして機能するために必要なローカルストレージの量を計算できます。クラウドへの接続が失われます。

IoTデバイスがオフラインで動作することが予想される場合は、接続なしで動作する期間を定義する必要があります。したがって、ローカルに保存できる必要があるデータの量を定義する必要があります。一部のアプリケーションでは、Cloud Analyticsがデータのギャップを処理できないため、またはデータの継続性についてお客様と法的な合意があるため、データの中断を必要としません。

ビルディングブロック4：通信モジュール

デバイスのハードウェアの最後の構成要素は、通信モジュールです。これは、クラウドプラットフォーム、およびローカルまたはクラウド内のサードパーティシステムとの通信を可能にする回路です。

このモジュールには、USB、シリアル（232/485）、CAN、Modbusなどの通信ポートが含まれる場合があります。 Wi-Fi、LoRA、ZigBee、3G、5Gなどの無線通信用の無線技術も含まれる場合があります。

通信モジュールは、他のモジュールと同じデバイスに含めることも、通信専用の別のデバイスにすることもできます。このアプローチは、「ゲートウェイアーキテクチャ」と呼ばれることがよくあります。

たとえば、クラウドにデータを送信する必要がある部屋に3つのセンサーがある場合、それらのセンサーを同じ部屋の1つのゲートウェイに接続し、ゲートウェイがこのデータを統合してクラウドに送信することができます。そうすれば、必要な通信モジュールは3つではなく、1つだけです。

結論

IoTプロダクトマネージャーは、IoTテクノロジースタックのすべての分野の専門家である必要はありません。ただし、主要なコンポーネントと、エンドツーエンドのIoTソリューションがどのように組み合わされているかをしっかりと理解する必要があります。

私の推奨事項は、IoTテクノロジースタックのすべてのレイヤーをできるだけよく理解することです。スタックの他のすべてのレイヤーについては、今後の記事で取り上げます。以下のニュースレターを購読して、これらの投稿を見逃さないようにしてください。