Azure IoTとは？主要サービスや活用例、道入ステップをわかりやすく解説

Azure IoTは、物理的なデバイスをインターネットに接続し、データの収集から分析までを実現するMicrosoftの統合プラットフォームです。
IoT Hub、IoT Central、IoT Edge、Digital Twinsなど、目的に応じた多様なサービスを提供します。

Microsoftのクラウド基盤を活用し、デバイスの接続からセキュリティ、データ分析まで包括的なソリューションを実現します。産業用途からスマートホーム、農業まで、幅広い分野での活用が可能です。

本記事では、Azure IoTの基本概念から主要サービスの特徴、具体的な活用例まで、包括的に解説します。また、導入ステップやベストプラクティスについても詳しく説明いたします。

IoTテクノロジーを活用したデジタルトランスフォーメーションをお考えの方に向けて、実践的な情報を提供する内容となっておりますので、ぜひご覧ください。

Azure IoTとは

IoT（Internet of Things）とは、物理的なデバイスをインターネットに接続して、データを集めたり、分析して役立てる技術のことを指します。

例えば、家庭内のデバイス（照明、エアコン、カメラなど）がインターネットに接続され、スマートフォンや音声アシスタントで遠隔操作できるような技術です。

Azure IoTは、Microsoft Azureが提供するIoTサービスになります。デバイスを簡単に接続してデータを集め、それを分析して見える化するためのツールやサービスが揃っています。

Azure IoTイメージ

そんなAzure IoTについて以下、解説していきます。

Azure IoTの主要サービス

Azure IoTは、多様なニーズに対応するために複数の主要サービスを提供しています。ここでは、各サービスの特徴と設定手順を説明します。

Azure IoT Hub

Azure IoT Hubは、IoTデバイスとクラウドサービスをつなげる中心的なサービスです。

開発者が一から構築・カスタマイズするための強力な基盤サービスで、数百万台のデバイスとのやり取りをスムーズに行うことができます。IoTデバイスの管理やセキュリティ対策も簡単で、さまざまな通信方法や開発ツールに対応しています。

具体例　工場の機械の管理

工場内の機械がAzure IoT Hubと接続され、機械の稼働状況や温度、振動などのデータをリアルタイムでクラウドに送信されます。管理者はクラウドを通じて問題を検知し、必要に応じてリモートで操作できます。

Azure IoT Central

Azure IoT Centralは、専門知識がなくても使える簡単なSaaSプラットフォームです。

IoTの技術的な部分をシンプルにして、ユーザーが使いやすいインターフェースを提供しているので、特別な技術知識がなくても、簡単にIoTアプリケーションを構築・管理することができます。また、テンプレートやカスタマイズ可能なダッシュボードが用意されているため、短時間でIoTシステムを作ることができ、開発コストも抑えられます。

具体例 ヘルスケアデバイスの管理

病院が使う医療機器をIoT Centralで管理し、機器の稼働状況やパフォーマンスデータを簡単に確認。
故障予測やメンテナンス計画を立てやすくなり、運用がスムーズになります。

Azure IoT Edge

Azure IoT Edgeは、クラウドで行うデータ処理や分析をデバイス自体（エッジデバイス上）で実行できるようにするサービスです。

通常はデータをクラウドに送って処理を行いますが、エッジデバイスを使うと、その処理をデバイス自身で行うことが可能です。特に、インターネット接続が不安定な環境でも、クラウドに依存せず効率的に動作できるのが大きな特徴です。

具体例 スマートカーのデータ処理

自動運転車がリアルタイムで障害物を検出するなど、すぐに対応が必要な場面で役立ちます。
クラウドとの通信が遅延しても、車内のエッジデバイスで安全な運転をサポートできます。

Azure Digital Twins

Azure Digital Twinsは、現実の物理的な環境やシステムをデジタルで再現し、管理できるプラットフォームです。

センサーからのリアルタイムデータや高度な分析技術を活用することで、複雑なシステムの動作を予測したり、シミュレーションを行うことができます。

具体例

都市の交通システムをデジタル空間でモデル化すると、リアルタイムで車の流れや交通信号の動きをデジタル上で見ることができ、交通渋滞の予測や解消策をシミュレーションできます。

以上から、それぞれの違いは以下のようにまとめられます。

設定手順

上記でご紹介したAzure IoT Central、Azure IoT Edge、および Azure Digital TwinsはすべてAzureポータルから設定できます。

設定画面

Azureポータルから、「リソースの作成」をクリックし、選びたいサービスを作成してください。

Azure IoT Hubの詳細

では、このセクションではIoTサービスの中心的な役割を担うAzure IoT Hubについてさらに解説していきます。

IoT Hubの機能と特徴

Azure IoT Hubの主な機能と特徴は以下のとおりです。

• デバイスの接続
  多くの通信方法（MQTT、AMQP、HTTPSなど）をサポートしており、様々なデバイスをクラウドに接続できます。

• 双方向通信
  デバイスがクラウドにデータを送るだけでなく、クラウドからデバイスにコマンドを送ることも可能です。

• 大規模なシステム対応
  数百万台のデバイスを同時に接続でき、大量のメッセージを処理することができます。

• 他のAzureサービスとの連携
  Azure Stream AnalyticsやAzure Functions、Azure Machine Learningなどと簡単に連携できるので、データ分析や機械学習に活用できます。

  こちらの記事も参考にしてみてください。

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• データの振り分け
  デバイスから受け取ったデータを、指定したエンドポイント（他のサービスやデータベースなど）に自動的に振り分ける機能があります。

デバイス管理とセキュリティ

Azure IoT Hubは、デバイスを安全に管理するための機能が充実しています。以下は、その主な特徴です。

1. デバイスの認証
   それぞれのデバイスに固有の認証情報を割り当て、安全に通信できるようにしています。

2. デバイスツインズ
   デバイスのメタデータ（設定情報）や状態を管理し、リモートから設定変更も可能です。

3. 自動デバイス登録
   大量のデバイスを自動的に登録し、認証も自動化します。

4. 安全な通信
   TLS（暗号化技術）を使って、デバイスとクラウド間の通信を暗号化し、データを安全に守ります。

5. アクセス制御
   Microsoft Entra IDと連携して、誰がどのリソースにアクセスできるかを細かく管理できます。

メッセージングパターン

Azure IoT Hubは、さまざまなデバイスとクラウド間の通信方法をサポートしており、以下のようなメッセージングパターンを提供しています。

1. デバイス→クラウド テレメトリ（デバイスからクラウドへのデータ送信）
   デバイスからクラウドにセンサーデータや状態情報を送ります。
   例: 温度センサーのデータをクラウドに送信。

2. クラウド→デバイス メッセージング
   クラウドからデバイスにコマンドや通知を送ります。
   例: デバイスに「今すぐ再起動」を指示。

3. ファイルアップロード
   デバイスからクラウドに大きなファイル（画像やビデオ）をアップロードできます。
   例: 監視カメラの映像をクラウドにアップロード。

4. ダイレクトメソッド
   クラウドからデバイスに即座に指示を出し、すぐに結果を受け取ることができます。
   例: 照明のオン・オフを即時操作。

5. デバイスツインズ同期
   デバイスの状態情報をクラウドと常に同期させ、リモート管理を行います。
   例: デバイスの設定変更や状態確認。

Azure IoTのアーキテクチャと実装

ここで、IoTシステムの基本構成とそのデータの流れについてご説明します。

Azure IoTアーキテクチャイメージ(参考：マイクロソフト)

IoTソリューションの基本構成

AzureのIoTサービスは、以下の主要な部分で成り立っています。

• デバイス
  温度、湿度、動作などのデータをリアルタイムで収集します。たとえば、工場内の温度センサーが環境データを集めます。

• エッジコンピューティング
  データをデバイスの近くで部分的に処理します。こうすることで、リアルタイムな対応が可能で、クラウドへのデータ送信を効率化します。例えば、異常な温度を検出した場合、すぐにアラートを発することができます。

• クラウド
  エッジで処理されたデータを使って、長期保存や詳細な分析、機械学習モデルのトレーニングに利用します。例えば、温度データの履歴を保存し、トレンドを分析して将来の異常を予測します。

• アプリケーション
  ユーザーはアプリケーションを通じて、クラウドで処理・保存されたデータやリアルタイムの状況を確認し、必要に応じて機器をリモートで操作したり、対応策を実行します。たとえば、アプリで温度の異常を検知し、冷却装置を遠隔操作でオンにするなどします。

デバイスからクラウドへのデータフロー

データフローは次のとおりです。

1 デバイスがデータを収集。
2 エッジコンピューティングで処理し、一部はリアルタイムに対応します。
3 クラウドにデータを送信して保存・分析。
4 アプリケーションでデータを確認し、リモート操作や意思決定をサポート。

Azure IoTの料金体系

さて、ここからは各サービスの料金構造を説明します。

IoT Hubの料金モデル

Azure IoTの他のサービスの料金は様々ですが、ここではAzure IoT Hubの料金についてご案内します。Azure IoT Hubの料金体系には、主にBasicレベルとStandardレベルという2つのプランが用意されています。

• Basicレベルは、クラウドにデバイスからデータを送信することに特化しており、シンプルなユースケースに向いています。
• Standardレベルは、デバイスとクラウドの双方向通信やデバイス管理をサポートしており、より高度なIoTソリューションに向いています。

詳細については、こちらをご確認ください。

その他のサービス料金

その他のサービス料金については、以下をご参照ください。

1. Azure IoT Central
2. Azure IoT Edge
3. Azure Digital Twins
4. Azure Time Series Insights

Azure IoTのユースケースと活用例

ここでは、具体的な業界や用途での活用例をご紹介します。

産業用IoTの実装例

産業分野ではIoTを活用して以下のような効率化やコスト削減がなされています。

• 予知保全
  工場の機械のセンサー情報をAzure IoT Hubで分析し、故障前にメンテナンスを実施。

• 生産ラインの最適化
  自動車の組立ラインにIoTデバイスを設置し、Azure IoT Centralで監視して生産速度を調整。

• エネルギー管理
  化学工場がAzure IoT Edgeを使い、エネルギー消費をリアルタイムで調整してコスト削減。

スマートホームとコネクテッドデバイス

スマートホームにIoTを導入することで、便利で効率的な生活が可能になっています。

• スマートサーモスタット
  サーモスタットメーカーがAzure IoT Hubを使って、遠隔操作やデータ分析を実現。

• ホームセキュリティシステム
  セキュリティ企業がAzure IoT Centralで複数の家庭のセキュリティを一元管理し、異常を検知して対応。

• スマート家電の連携
  家電メーカーがAzure Digital Twinsを活用して、家電の使用状況をデジタルで管理し、最適な使い方を提案。

農業とスマートシティでの活用

Azure IoTは、農業やスマートシティのような分野でも重要な役割を果たしています。以下はその具体的な活用例です。

• 精密農業
  センサーやドローンを使って、作物の成長状態をリアルタイムで監視し、最適な栽培条件を整える。

• スマート交通システム
  Azure IoT HubとAzure Stream Analyticsを使用してリアルタイムに交通データを分析し、信号機や交通ルートを最適化することで渋滞を減少させます。

• 廃棄物管理
  スマートゴミ箱にセンサーを設置し、Azure IoT Centralを使ってゴミの満杯状況を監視します。

• エネルギー管理
  Azure Digital Twinsを使って都市全体のエネルギー使用をモデル化し、電力供給をリアルタイムで最適化します。

Azure IoTの導入ステップとベストプラクティス

では、最後にIoTを使用するためのデバイスとセキュリティ上のベストプラクティスをご紹介します。

デバイスの選択と接続

次のステップを踏むことで、効率的で安全なデバイスの選定と接続ができるでしょう。

1. デバイス選定
   プロジェクトの用途に最適なセンサーやアクチュエーターを持つデバイスを選びます。Azure IoT認定デバイスを使用すると、Azureとの互換性が保証され、セットアップが簡単です。

2. 接続プロトコルの選択
   デバイスの特性に応じて、MQTT、AMQP、HTTPSなどの通信プロトコルを選択します。

3. デバイスSDKの活用
   Azure IoT Device SDKを使うことで、デバイスとIoT Hubを簡単に接続し、複雑なコードを省略した迅速な開発が可能になります。

4. エッジコンピューティングの検討
   デバイス近くでのデータ処理が必要な場合、Azure IoT Edgeを利用して、クラウドに送信する前にローカルで処理を行う仕組みを導入します。

5. デバイスプロビジョニング
   大規模なデバイス展開を行う際は、Azure IoT Hub Device Provisioning Serviceを活用して、手作業なしでデバイスの設定や接続を自動化します。

セキュリティとコンプライアンスの確保

以下のような方法で、安全でコンプライアンスに準拠したAzure IoTを構築しましょう。

1. デバイスセキュリティ
   各デバイスに固有の認証情報を割り当て、セキュアブートを使用してデバイスが正しく起動しているかを確認します。
   
   

2. 通信セキュリティ
   全てのデバイス間、クラウドとの通信はTLS（Transport Layer Security）で暗号化し、通信の安全性を確保します。
   
   

3. クラウドセキュリティ
   Microsoft Entra IDでアクセス権を細かく制御し、Azure Security Centerでセキュリティを監視します。
   
   【関連記事】
   ➡️Microsoft Entra IDとは？その機能や料金体系をわかりやすく解説！
   
   

4. データ保護
   重要データを暗号化し、不要なデータは削除してリスクを低減します。
   
   

5. コンプライアンス対応
   GDPRなどの規制に対応し、Microsoft Purview Compliance Managerで状況を管理します。
   
   

6. 監査とモニタリング
   Azure Monitorでセキュリティとシステム動作を監視し、定期的な監査を行います。
   
   【関連記事】
   ➡️Azure Monitorとは？導入目的やメリット、料金体系を解説
   
   

まとめ

本記事では、Azure IoTの全体像から具体的な実装方法、そして将来の展望まで幅広く解説しました。

Azure IoTは、IoTソリューションの構築と運用を包括的にサポートするプラットフォームであり、多様な業界で革新的なアプリケーションの実現に貢献しています。主要サービスであるIoT Hub、IoT Central、IoT Edge、Digital Twinsの特徴と用途を理解し、適切に組み合わせることで、効果的なIoTソリューションを構築できるでしょう。

ぜひデジタルトランスフォーメーションを加速させる重要なツールとしてIoT技術を活用してみてください。本記事が皆様のお役に立てたら幸いです。