IoTゲートウェイとは
デバイスとサーバの間で、中継・集約・変換をする機器

IoTゲートウェイとは

IoTゲートウェイは、IoTデバイスとIoTサーバの間に入って、データの送受信を中継する機器です。家庭や工場といった一つの場所にある多数のIoTデバイスをまとめて、IoTサーバへつなぎます。

一般的なIoTシステムは、データを集めるIoTデバイス、中継するIoTゲートウェイ、蓄積・分析してサービスにするIoTサーバの3つでできています。ゲートウェイは、その真ん中にいる要素です。

ゲートウェイの働き

ゲートウェイの仕事は、データをそのまま流すことだけではありません。主な働きは次の4つです。

1. 集約・送信タイミングの調整: 複数のデバイスのデータをまとめて送り、通信の回数と量を減らします。
2. フィルタリング: ノイズを除くなど、いらないデータを取り除いてから送ります。
3. プロトコル変換: デバイス側と WAN 側で使う通信の約束事が違うので、相互に置き換えます。
4. エッジでの処理: デバイスの最も近くで、より高度な処理や分析を行う場合もあります。

デバイス側の IoTエリアネットワークでは、ヘッダを短くした 6LoWPAN や CoAP のような、低コスト・低消費電力のプロトコルが提案されています。WAN では、一般的なインターネットと同じ TCP/IP が多く使われます。TCP/IP はヘッダの処理などの負担が大きく、エリアネットワークには向きません。この違いを吸収するのがゲートウェイのプロトコル変換です。

共通基盤の OSGi

ゲートウェイの共通基盤として、代表的に使われる技術が OSGi です。OSGi Alliance が標準化した、Java ベースのソフトウェア・コンポーネントで、次の形でできています。

• OSGi フレームワーク: Java VM の上で動く土台です。
• バンドル: JAR 形式でまとめたプログラムの部品です。プロトコル変換やメッセージ変換を行うバンドルを、追加したり外したりできます。

外部のサーバからゲートウェイへバンドルを配る機能もあるので、必要な変換のしくみを後から届けられます。

データ収集でのゲートウェイ

デバイスやゲートウェイの主導でデータをサーバへ送る方式を「アップロード方式」といい、ゲートウェイは次のように使われます。

• 一時蓄積方式: 1分ごとの計測値などをゲートウェイにためておき、1時間ごとなどにまとめて送ります。ネットワークの負荷を抑えられます。
• 区間集約方式: ためたデータの平均値などのサマリだけを送ります。ネットワークとストレージの負荷をどちらも減らせますが、急な変化や特異点は見つけられません。

試験での問われ方

IoTシステム技術検定 中級では、第2章「IoTシステムのコンピューティング技術」で出ます。もちこ道場の第2章の問題では、IoTゲートウェイを含む問題が21問あり、次のような問われ方をしています。

• 穴埋め（空欄1つ）: 「データを集めるデバイスと、送受信を中継する［　］」の空欄に IoTゲートウェイを選ぶ。選択肢には IoTノード・IoT制御装置・IoTアダプターが並びます。ほかに、「プロトコルの［　］」なら変換、「共通基盤」なら OSGi、「1時間ごとにまとめて送る」なら一時蓄積方式、と問われます。
• 穴埋め（空欄2つ）: 「エリアネットワークでは 6LoWPAN や CoAP、WAN では TCP/IP」「ノイズ除去などのフィルタリングとエッジコンピューティング」などの組み合わせを選ぶ。
• 正しい記述の組み合わせ・不適切な記述を選ぶ: 「デバイスとゲートウェイの間は WAN」「大規模データの予測はエッジ、リアルタイム処理はクラウド」のように、場所や役割を入れ替えた記述が誤りとして出ます。「バンドル間の通信は必ず OSGi フレームワークを経由する」といった OSGi の細かい誤りもあります。

似た用語との違い

「中継」の話では、名前の似た用語が選択肢に並びます。何をする機器かで見分けます。

覚え方

• ゲートウェイは「門番であり通訳」。デバイス側の言葉と WAN 側の言葉を変換し、通すデータを選んで、まとめて送ります。
• 問題文に「中継」「プロトコル変換」「集約」「OSGi」とあれば、IoTゲートウェイです。
• 処理を近くで行う考え方は「エッジコンピューティングとは」、クラウドとの違いは「エッジとクラウドの違い」にあります。

第2章のほかの用語は「第2章 IoTシステムのコンピューティング技術の要点」にまとめています。