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5GでIoTはどう変わる?
先進的なIoT実現のための
ソリューションとは

「モノのインターネット」と呼ばれるIoTは、日常生活だけでなく企業の製造現場や自動車の自動運転など、多様な場面で活用されている技術です。さらに2020年にサービスが開始した5Gのテクノロジーを取り入れることで、さらに活用範囲が広がると期待されています。
本記事では、5GとIoTについて解説します。

IoT分野でも注目。MVNOからフルMVNOの移行で何が変わるのか

5Gとは

5Gとは、第5世代移動通信システム(5th Generation)を略した名称です。移動通信システムとは、その名のとおり持ち運べる機器を使った通信技術のことであり、1980年代に登場した第1世代から約10年ごとに世代が変わり、2020年3月に5Gの商用サービスが開始しました。

第1世代は音声をアナログ変調方式で送信する方式で、音声のみの通信でした。第2世代になりデジタル方式が採用されデータ通信が開始。2000年以降に登場した第3世代ではデータ容量が増え、カメラ付き携帯電話や「iモード」に代表されるような通信接続・アプリ環境が普及し、「ケータイでインターネット」が当たり前になりました。さらに第4世代ではより通信が高速化してインターネットへの常時・高速接続が実用的なレベルで可能になったほか、動画視聴が当たり前になるなど、世代を経るごとに、より大量のデータをより高速に扱えるようになりました。

第5世代(5G)の特徴は、高速・大容量(eMBB:enhanced Mobile Broadband)、超低遅延(URLLC:Ultra-Reliable and Low Latency Communications)、同時多数接続(mMTC:massive Machine Type Communication)の3つです。

4Gと比較して速度は10倍以上、LTEとでは100倍以上になったことで、2時間の映画コンテンツを3秒でダウンロードすることが可能になります。また通信の遅延がほとんどなくなり、ほぼリアルタイムになることで、遠隔地にあるロボットアームをタイムラグなく操作できるようになります。さらに1キロ平方メートルあたり100万台もの端末が同時接続可能になったことで、IoT分野での活用にも大きく影響します。

5Gの技術的な特徴としては、高速・低遅延・多数接続性能を従来から飛躍的に向上させるため、今までとは異なる周波数帯を利用している点が挙げられます。

5Gでは、高速通信を実現するためにNew Radio(NR)と呼ばれる新たな無線技術が用いられています。4Gで使われていた3.60GHz帯に対し、5Gではミリ波と呼ばれる波長が10ミリメートル以下の28GHz~300GHzの高周波数帯と、sub6帯と呼ばれる3.6GHz~6GHz未満の帯域を使用します(2019年に事業者へ割り当てられたのは3.7/4.5GHz帯、28GHz帯)。現状ではミリ波の環境が整っていないことからsub6による通信が主流になります。

5Gは現時点ではサービス提供地域が限られるものの、携帯電話事業者各社の計画を合わせると2024年時点で全国98%の地域で基盤展開される予定です。また政府は5Gの利活用を推進する目的で、既存4Gの周波数帯で5Gを利用できるよう制度化を進め、2020年8月27日に電波法施行規則等の一部を改正する省令を施行しました。

5Gの実現により飛躍するIoTとは

IoTとは、家電やオフィス機器、建物、工場機械など、今までインターネット接続されていなかったモノをネットワークに接続してデータのやりとりや操作を行う技術です。

IoTは、製造業、農業などの産業分野だけでなく、サービス分野や日常生活まで、さまざまなところで活用されています。IoTの技術を活用して、以下のようなことが実用化されています。

  • スマートロック:ドアにセンサー付きの機器を設置し、スマートフォンでカギを操作します。カギの締め忘れ防止や操作履歴を確認できるなどのメリットがあります。
  • HEMS:エアコンや照明器具など自宅内の機器を一括管理し、電力の使用状況を見える化します。エネルギー利用の最適化が実現します。
  • ファクトリーオートメーション:センサーを設置した工場機械の稼働状況や故障検知を遠隔で行います。業務効率化や生産性向上、人員の適正化などが実現します。
  • 空き状況の見える化:商業施設の店舗やトイレにセンサーを設置し、空き状況をデジタルサイネージやスマホアプリに表示します。利用者の利便性向上、施設の差別化に役立ちます。
  • ビッグデータの収集と活用:各家庭にある家電製品の動作状況に関する情報をインターネット経由で収集・蓄積し、個人情報に関わる部分を除去した上で処理を行い、製品・サービスの改善などに利用します。

IoTの構成は、クラウド環境が主流となっており、データを取得するデバイス(センサー)、データを集めて中継するゲートウェイ、それにインターネット上でデータを蓄積・分析して結果を返すサーバーから構成されます。スマホのようにデバイスとゲートウェイを兼ねている機器もあり、その場合は直接デバイスからサーバーまでデータを送信します。

5Gの実現によりIoTにもたらす効果

IoTに5Gのテクノロジーを掛け合わせることで、大きな効果が期待できます。それを理解するために、まずは従来のIoT通信について説明します。

IoTにおける通信は、2種類あります。1つは、デバイスからゲートウェイまでの通信、もう1つは、ゲートウェイからサーバーへの通信です。

①デバイスからゲートウェイまでの通信

多くのセンサー機器は、インターネット接続機能を備えていません。そのため、まずはセンサーからゲートウェイまでデータを送信します。その際に利用される通信は、Bluetooth、Wi-Fi、ZigBee、そしてLPWAと呼ばれる無線通信です。

LPWA(Low Power Wide Area)とは、少ない消費電力で長距離の通信ができる通信方式の総称です。ボタン電池1つで数年もつほどの省電力性で、IoTに適した通信としても知られています。免許不要の方式として、Sigfox、LoRaWAN、Wi-SUN、ZETA、既存の携帯電話網を利用し免許が必要な方式として、LTE-M、NB-IoTなどがあります。特に免許不要の方式は、通信費が安価なため低コストでIoTを実現することが可能です。

②ゲートウェイからサーバーへの通信

ゲートウェイ機器からインターネット上にあるサーバーへとデータを送信します。その際に利用される通信は、イーサネット(有線)のほか、Wi-Fi、携帯電話網(LTE)などがあります。

5Gが登場したことで、IoTにとってどのような影響があるのでしょうか。

1つは、5Gの特徴である超低遅延を活かした自動運転や遠隔治療分野での実用性の向上です。従来の通信では遅延が発生するため、リアルタイムで判断・制御を行うのは困難でした。5Gによって、自動運転時に地図情報をすばやくダウンロードし、外部のセンサー情報を瞬時に共有できます。遠隔医療でも、遠隔地にいる患者の聴診音をリアルタイムに聞くことができ、自分の操作と同じタイミングで遠隔地のロボットを操作して手術を行うことも可能になります。

もう1つは、多数同時接続が実現することで、膨大な量のデバイスが接続できるようになります。従来デバイスと基地局間の通信では、基地局側から通信許可を得てから通信を開始するため通信が煩雑で同時多数がアクセスすると接続できなくなる(輻輳する)リスクがありました。5Gではグラント・フリーと呼ばれる技術により事前許可なく通信ができるため、輻輳が起きにくくなります。この技術によりIoTはさらに拡大すると予測されています。

5G×IoTのリスクとデメリット

IoTで5Gを活用することでいくつものメリットがありますが注意すべきリスクもあります。

まずIoTのすべての通信において5Gが最適というわけではないことです。IoT機器のなかには、速度は遅いものの低コスト、超省電力で接続できるLPWAのほうが適している場合もあります。目的、用途によって使い分けが必要です。

また5Gは非常に高い可能性をもつ通信規格ですが、通信網の整備に時間とコストがかかる点に注意が必要です。海外では基地局を共用化するなどの取り組みが進むものの、国内では地方の一部でインフラシェアリングの実証実験が行われている程度です。そのため通信事業者は個別に基地局を整備する必要がありますが、大容量超高速通信が実現するミリ波帯では通信距離が非常に短いため、基地局の数が多数必要になる点が課題です。

次に機器のセキュリティリスクが高まることです。5Gによって同時接続代数が増え、大量のIoT機器が利用されるようになると考えられます。安価なセンサーデバイスには十分なセキュリティ対策が行われていない可能性があり、サイバー攻撃を受ける危険があります。また、それぞれが扱うデータ量は少なくても、機器の数が増えればデータ量も比例して増加します。あまりにも膨大な通信量になると、監視もより困難になるのです。DDoS、ボットネット、盗聴、中間者攻撃などからネットワークを守るため、5G環境を整備する際には同時に適切なセキュリティ対策を施す必要があるでしょう。

5Gのメリットを享受しつつ安全にIoTを利用する選択肢の1つとして、ローカル5Gがあります。これは企業や団体が敷地内だけで利用できるエリア限定の5G規格です。利用するためには事前に免許申請が必要ですが、携帯電話事業者が基地局を整備するのを待たずに5Gを利用できます。サービス開始時は28.2~28.3GHz帯を利用可能で、周波数帯の拡大も計画されています。帯域によっては隣接周波数帯域での無線局との共用や衛星通信システムとの共用が発生するため、使用条件が設定される場合があります。

ローカル5Gを導入することで、工場内で自動運転するロボットが稼働するスマートファクトリーや、建設現場で建機の遠隔制御を行ったり、大学構内で自動走行車両が運行したりすることも可能です。Wi-Fiと異なりSIMを利用するため、外部の第三者がネットワークに侵入することが困難で、セキュリティ上安全性が高いというメリットもあります。

政府でも、スマート農業や遠隔医療に必要な環境を早期に整えるため「ICTインフラ地域展開マスタープラン」を策定したほか、ローカル5G導入に関するガイドライン案を策定するなど、地方におけるローカル5G推進に力を入れています。

5GによるIoT実現の先進例

5G利活用によりIoTで実現される先進的な事例5つを紹介します。

【交通】

5Gの活用により自動運転技術が飛躍的に進み、より安全で高精度な自動運転が実現します。また人口不足の影響で地方での移動手段が減少するなか、公共交通機関が少ない地域でも不便なく移動できる自動運転システムの実現が期待されています。

【インフラ】

河川の水位計にセンサーを設置し、遠隔で水位を測定して防災に役立てたり、信号機や道路に設置したカメラの映像を用いて自動運転車両の遠隔監視などを行ったりすることが可能です。事故や災害の防止に役立ちます。

【スマートシティ】

都市がもつ課題をIoTやAIなどのIT技術で解決し、最適化された都市がスマートシティです。ドローンでの遠隔監視、街中に設置されたカメラ画像から災害情報を把握する、といった安全で事故・災害に強く、持続可能性の高い都市が実現します。

【生産拠点(スマートファクトリー)】

製造業はIoT活用に積極的な業界の1つです。工場機器に設置したセンサーが稼働状況データを取得し、故障検知や生産の最適化を行います。IoTやAIを取り入れて自動化を進め、業務効率化、品質・生産性の向上を行う工場をスマートファクトリーと呼びます。

【農業】

AIやロボット、IoTなどを活用した農業のことをスマート農業と呼びます。農機具を遠隔から操作して省人化、効率化するほか、センサーで農作物の状態をチェックしてデータをAIで分析、害虫予防や生産の最適化を実現します。

NTTコミュニケーションズの
5G・IoTソリューション

ローカル5Gは、多くの企業・自治体などにとって非常に大きなメリットがある技術です。しかし免許やSIMが必要なため、パートナーとなる企業が欠かせません。NTTコミュニケーションズでは、ローカル5G関連のサービスを各種提供しています。サービス開始当初から実証実験を行い、多くのノウハウを蓄積しているのが強みです。

2020年6月には、「ブリヂストン」と共に実証実験を実施。同社敷地内でローカル5G環境を構築し、大容量データの送受信などを行いました。製造業においてスマートファクトリーの実現は競争力を獲得するために欠かせないものです。早期にローカル5Gの可能性を共同検証することで、他企業へもローカル5Gをスムーズに提供できます。

すぐに利用可能なソリューションとしては、IoTの活用により社用車の運行管理を行う「Vehicle Manager®」(https://www.ntt.com/business/services/iot/iot/iot/vehicle-manager.html)を提供しています。これはセンサー付きの機器を車に設置して運行データを自動取得することで、遠隔から運行状況を管理できるだけでなく、今まで人が作成していた運行日報の自動化も実現するものです。

5GによるIoT実現を加速する
NTTコミュニケーションズ

NTTコミュニケーションズでは、ネットワーク、SIM、クラウド接続、アプリケーションなどデータを活用するために必要な機能をワンストップで提供しています。なかでも「Smart Data Platform」(https://www.ntt.com/business/sdpf.html)は企業内で点在するデータを集約することで、膨大なデータを有効なものとして利活用できるようにします。
また、IoTを導入するために必要な機能をプログラミング不要で短期間に実現する「Things Cloud®」(https://www.ntt.com/business/services/iot/iot/iot/things-cloud.html)は、業務の効率化や新たな付加価値を見いだすためのスケーラビリティを備えています。
5GやIoTによる今後の企業パフォーマンス向上のために、ぜひNTTコミュニケーションズが提供するサービスをご検討ください。

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