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産業用IoTの可能性を利用する
インターネットに接続されているスマートデバイスの数は、地球上の人々の数を大幅に上回っています。 スマートシティやスマート産業から、スマートビルディングやスマートホームに至るまで、IoTは常に進化しています。現在、ますます多くのデバイスがデジタル化され、ネットワークを介してインテリジェントに通信できるようになることで、我々の周りのすべての監視、コントロール、安全性が向上しています。その結果、プロセスやデータとのやり取りや、マシンが相互に通信する方法が変化しています。しかし、スマートなすべてのものを追求する中で、産業用ネットワークが産業用IoTの要求に対応するための課題が高まっています。
多くのことが危機に瀕しています。最近のNexusのサーベイによると、回答者の77％が産業IoTの最大の課題は相互運用性にあるとみています。これと他の要件の多くを考慮すると、企業は可能な限りシームレスなオペレーションを実現するためのソリューションを見つける必要があります。
この記事では、企業が産業用IoTで直面する異なる課題に焦点を当て、オペレーションの最適化とコスト削減の観点から、今後の進め方について説明します。
主な課題 ＃1：相互運用性 - 悪魔は互換性の細部に宿る
背景と課題：相互接続されたシステムにおいては、デバイスが非常に異なるフィールドで動作している場合でも、同じ言語ですべてのコンポーネントデバイスが互いに通信できる必要があります。共通のソフトウェアインターフェース、標準のデータフォーマット、および共通のコネクティビティプロトコルの欠如は、IoTの世界を複雑にしています。産業にとって、これは、異なるシステムが連携して機能できないため、産業用IoTの総経済的価値の40％がロックされたままであることを意味します。加えて、シームレスな相互運用性の推進は、最新のテクノロジーで動作するように高価な改造またはリプレースメントを必要とする従来のデバイスの長いライフスパンによってさらに複雑になります。
ソリューション：デバイスと残りのインターネット間の通信のギャップを埋めるには、データをあるプロトコルから別のプロトコルに変換することにより、ネットワーク全体の相互運用性を保証するミドルウェアまたはゲートウェイが必要となります。例えば、OPC対応の通信は、独自の制限なしにネットワーク間でデータを共有できるミドルウェアとして機能し、相互運用性の課題を克服します。OPC serverは、現場のPLCとSCADAシステム、フィールドのRTU、HMIステーション、およびデスクトップPCのソフトウェアアプリケーション間でデータを継続的に通信できます。レガシーからIPへのソリューションに関して言えば、ゲートウェイはIPイネーブルメントを簡単に行うために重要な役割を果たします。グッドニュースは、ネットワーク内の既存のデバイスを交換する必要がないことで、莫大なコストを削減できます。さらに、ネットワークデバイスとプロトコルの数が急速に増加することにより、ミドルウェアが高速なプロトコル変換を提供することが重要です。これは、ネットワークエンジニアが異なるプロトコルを効果的に統合する場合に真剣に検討する必要がある要因です。
主な課題 ＃2：信頼性 - すばらしい新世界で最後まで頑張り通す
背景と課題：IoTの成功は、信頼できるIPベースのネットワークにかかっています。また、生産的で効果的なネットワークの鍵となるのは、実証済みのデバイスです。IoTにおけるデバイスの信頼性は、石油、天然ガス、船舶、電力、鉄道業界での過酷な運用環境において特に最も重要となります。これらの業界では、リモートアクセスへの依存度が高まっているため、堅牢なデバイスを導入することが重要です。システムのバックエンドが信頼できない場合、最も適切に設計されたユーザフレンドリーなフロントエンドであっても、何の役にも立ちません。欠陥のあるデバイス、または極端な温度やその他の過酷な環境要因により故障したデバイスは、IoTの導入に悪影響を及ぼします。我々は皆、デバイスの故障が原因で起こり得る結果を注意深く認識しています。例えば、危険にさらされている人、コストのかかるダウンタイム、不正確なデータ分析などです。
ソリューション：産業用IoTの成功は、堅牢でハイパフォーマンスなバックエンドインフラストラクチャに大きく依存しています。ワイド動作温度範囲、より高いMTBF、レベル4 EMS保護、デュアル電源、およびデュアルLANテクノロジーを装備した堅牢な産業用グレードデバイスへの投資は、過酷な環境で動作する業界にとっては頭を悩ます必要がありません。
それに加えて、迅速なネットワークリカバリを保証するために、いくつかの冗長テクノロジーが利用可能です。しかし、RSTPのようなオープンプロトコルは、独自のプロトコルほど高速ではありません。 トレードオフは、独自のプロトコルが相互運用できないことです。過去数年にわたって、Turbo RingおよびTurbo Chainなどの冗長テクノロジーの進歩により、RSTPやその他のネットワークとの相互運用性が実現し、両方の世界でベストのものを提供しています。
主な課題 ＃3：セキュリティ - 他人に見せるものではない
背景と課題：ますます多くの産業ユーザがインターネットに接続されたすべてのデバイスおよびクラウドベースのサービスにリモートアクセスできることが期待されるようになったため、サイバー攻撃への露出はかつてないほど大きくなっています。最近まで、サイバーセキュリティは限られた数のエンドポイントに焦点を当ててきました。しかし、産業インターネットの出現に伴い、セキュリティはその焦点を拡大して、物理世界と仮想世界を大規模に含める必要があります。
ソリューション：デバイスレベルの認証やアプリケーションのセキュリティからシステム全体の保証まで、サイバー物理スタック全体に及ぶ新しいセキュリティフレームワークの再設計は、交渉の余地がありません。一般に、IoTソリューションの信頼性は、最も弱いコンポーネントと同じです。そのため、IEC-62443などの業界のサイバーセキュリティ規格に準拠したファイアウォール保護を装備したデバイスでセキュリティを強化することが重要です。ファイアウォールは、デバイスによって処理されたアクティビティの追跡、記録、および報告する機能が大きく異なる可能性があるため、デバイスが最も包括的で使用可能なアクティビティロギングおよびアラート機能を提供していることを確認する必要があります。安全なリモートアクセスに関しては、ファイアウォールにVPNサポート(open VPN暗号化)が必要です。また、Layer Two Tunneling Protocol(LZTP) とInternet Protocol Security(IPSec)は、デバイスのリモートアクセスを保護するための信頼できる機能です。
物理的なセキュリティに関しては、オペレータは、Video Always-Onテクノロジーを備えたネットワークで実行される堅牢な産業用IP監視カメラを使用して死角を防ぐことができます。
主な課題 ＃4：ネットワークパフォーマンス - 大きく詰め込む
背景と課題：多くのネットワークは、拡大するIoTの課題に直面するように設計されていません。トレンドは、マルチシステム統合とビデオ監視に向かっているため、ビデオ、音声、データ、およびコントロールコマンドの組み合わせには、高帯域幅の統合ネットワークが必要となります。従来のレガシーの監視ツールはすでに限界に達しています。数十億のデバイスが指数関数的に大量のデータポイントを生成するため、ネットワークはより多くの帯域幅を提供するという、より大きなプレッシャーを受けるでしょう。これらはすべて収集して分析する必要があります。この量のデータをインターネット経由で移動すると、新しいレベルの帯域幅が消費されます。そうでなければ、ネットワークはボトルネックに悩まされます。
ソリューション：特定のアプリケーションのネットワークテクノロジーを選択する際の重要な考慮事項は、データ転送レートです。4G(LTE、LTE-A)や5Gなどのテクノロジーはデータ転送率が高いため、IoTアプリケーションに有利です。
将来のハイスピードネットワークを構築するために、他の多くのオプションが利用可能です。ギガビットレベルのバックボーンは、ネットワークエンジニアが中断のないハイスピードの必要性に対処する1つのソリューションです。見逃せないのは、シームレスなvideo-over-wirelessのために最大300 MbpsおよびMIMOを提供するIEEE 802.11n規格の開発です。さらに、マルチキャストテクノロジーは、特にミッションクリティカルなマルチサービスネットワークにおいてオペレーションを最適化するために、ネットワークのコア層、エッジ層、およびアクセス層に存在する必要があります。モーションや物体の検出またはアラートゾーンを通じてビデオストリームを識別し、優先順位を付けるインテリジェントなビデオ解析により、ビデオシステムがネットワークをより効率的に使用することで、ネットワークのパフォーマンスをさらに向上させることができます。
主な課題 ＃5：拡張性 - 有線の環境を破る
背景と課題：すでに何十億台ものデバイスが接続され、今後数十億台が増える中、大規模なデバイスが追加されることにより何百万もの潜在的なイベント障害が発生するという厳しい現実があります。そこで、産業システムは、拡張可能な拡張性を備えたインフラストラクチャを準備をしなければなりません。IDCは、2020年までに "Connected Things" の総数が2,000億を超えると予測しています。また、今後、モバイル、断続的な接続、低電力のデバイスが増え、変化する環境と対話する必要があります。
ソリューション：IoTシステムは、ソフトウェアや追加機能を通じて、適応性と拡張性を備え、ソリューション全体に容易に統合できる必要があります。Turbo Chainなどの新しい冗長性テクノロジーにより、産業用IoTアプリケーションをサポートするための柔軟で大規模な拡張性が実現します。また、大規模なネットワークの信頼性を常に確保します。モバイルネットワークにおいて、LTEは多数のモバイルデバイスがリアルタイムの対話や重要なデータのトランザクションを実現するための高度な機能を提供できる設計がされています。また、スマートCPUを搭載した低消費電力デバイスは、十分な処理能力を有し、エネルギー効率に優れているため、ネットワークの拡張を大幅に容易にします。
主な課題 ＃6：マネージメント - オールインワン
背景と課題：産業用IoTは、メンテナンスとアップデートを念頭に置いて構築する必要があります。相互接続されたデバイスの絡み合ったwebが形成されると、システムオペレータは元のシステムを管理するだけでなく、すべての新しいシステムを管理する必要があります。
エンジニアは、長い学習曲線に直面しています。多くのマネージメントソフトウェアのユーザインターフェイスは、産業オートメーション用に設計されていません。そのため、マネージメントタスクが異なる場合は、異なるツールが必要となります。さらに悪いことに、ネットワークを手動で設定すると、人為的ミスや長時間労働が発生する可能性があります。また、コントロールルームでエンジニアを雇い、訓練してタイムリーにエラーに対応するためには、追加費用がかかります。
ソリューション：最新のマネージメントソリューションを使用すると、ネットワークエンジニアのジョブは、以下のツールを装備することで、よりシンプルとなります：
- インストレーション、オペレーション、メンテナンス、診断を含む統合ネットワークマネージメントスイート
- デバイスを迅速に構成および導入するための生産性向上ツール
- 定期的なメンテナンスルーチンに頼るのではなく、故障を避けてメンテナンスが必要な時期を判断するためにセンサを使用してマシンを継続的に監視する予知メンテナンス
- エンジニアがデバイスのリアルタイムのステータスの確認、およびイベント通知を受信することを可能にするアプリを介したモバイルマネージメント
- Application Program Interfaces (API)は、デバイスまたはシステムマネージメントのアプリケーション開発を簡素化する強力なツール
Moxaのソリューション
Moxaには、前述の課題に対応する複数のソリューションがあります。例えば、Turbo Chain、Turbo Ring、 AeroLink保護、V-ONなどの評判に優れたネットワーク冗長性テクノロジーは、迅速なネットワークリカバリを保証します。さらに、産業用ネットワークマネージメントプラットフォームであるMXviewは、リアルタイム、ポートレベルトポロジー、SCADA統合などの IAフレンドリー機能をサポートしています。MXview ToGo appは、エンジニアがリアルタイムのステータスの確認をしたり、いつでもどこでもイベント通知を受け取ることができます。産業用IoT向けソリューションの詳細については、以下の技術情報/資料をご覧ください。
技術情報
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