IoTシステム開発に必要な構成やプログラミング言語、開発の流れを解説
IoTシステム開発に必要な構成やプログラミング言語、開発の流れを解説
現代では、さまざまな機器がインターネットに接続されることで、仕事や生活の利便性が大幅に向上しており、その結果、IoTを活用したシステム開発への需要も高まっています。具体的な手順に興味を持つ方も多いかと思いますが、IoTシステムの開発プロセスはどのように進行するのでしょうか？本記事では、IoTシステム開発における基本的な構成要素から、採用されるプログラミング言語、そして開発の流れについて、包括的に解説いたします。
目次
そもそもIoTとは
IoT（モノのインターネット化）とは、身近にある家電・工業用機械などありとあらゆるものが相互に接続している状態を指しています。
時代を遡ると インターネットはPCと繋ぐものという概念がありましたが、各機器が情報の取得・活用することで、より快適な社会を築くことが可能になったのです。
IoTを用いることで実現できることの具体例として以下があります。
（1）IoTを活用して環境を知る
屋内外を問わず「温度」「湿度」「気圧」「照度」「騒音」などのデータを取得することが可能になります。「家屋内」「事務所」「工事現場」「農園」などで利用されており、「業務を行う上で適切な事務所内の温度管理」「農作物が育つ上での適切な環境構築」などに生かすことが可能です。
（2）IoTでモノの動きを知る
IoTでモノの動き（衝撃・振動・傾斜・転倒・落下・移動）を把握することが可能です。
物の動きを電子的に管理することで、異常が起きた場合にも迅速に対応が可能となります。
具体例として、工場内の生産設備として設置する「稼働状況モニター」などが有名です。
（3）IoTでモノの開閉を把握する
具体的には、IoTを活用することで外出後の戸締まり確認を遠隔で行ったり、ドア等の開閉を検知できるようにすることで人間の行動を把握することが可能です。業務では工場設備の稼働状況を知ることにも生かされています。
（4）IoTでモノの位置を把握する
IoTを活用することでモノの位置（存在検知・近接検知・通過検知）を把握できます。
具体的にはモノと受信機間の電波強度を計測することで、大まかな距離感を知ることが可能です。
「IoT」について詳しく知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。
『IoTとは？Internet of Things（モノのインターネット）の意味や仕組み、事例を解説』
IoTシステム開発に必要な基本構成
IoTを構成するものとして、主に以下の3要素が挙げられます。
センサー（デバイス）
電化製品・スマートフォン・生活の中にあるあらゆる機器を含めた人間が実際に扱う端末を「デバイス」と定義しています。「デバイス」の中でも温度・湿度・圧力・光・音などの生活の中での環境の変化をデータ化して、情報として蓄積していく「センサー」は、IoTを構成する上で欠かせない要素です。
ネットワーク（クラウド）
センサーで取得した情報を、クラウドサーバーに蓄積したり、スマートフォンに送るネットワークも必要です。基本的にはWi-Fiなどの無線通信を利用するのがスタンダードになっています。
「Wi-Fi6」について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。
『Wi-Fi 6とは？特徴や対応ルーター・スマホ・PCを紹介』
「LPWA」について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。
『LPWA（LPWAN）とは？特徴や種類ごとの比較、周波数、メリット・デメリットを紹介』
「5G」について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。
『5G（第5世代移動通信システム）とは？特徴や仕組み、事例をわかりやすく解説』
「エッジコンピューティング」について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。
『エッジコンピューティングとは？わかりやすく活用事例を紹介』
「クラウドコンピューティング」について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。
『クラウドコンピューティングとは？仕組みやメリット、課題を徹底的に紹介！』
データ分析（アプリケーション）
センサーで取得した情報を人間が可視化しやすい形で提供する役割を担うのがアプリケーションです。取得したデータをどのように分析するかもIoTシステム開発において必要な観点といえるでしょう。
IoTシステム開発に必要なプログラミング言語
IoTシステム開発を行うためには、プログラミング言語に関連する知識も求められます。数あるプログラミング言語がある中で、利用頻度の高いプログラミング言語について見ていきましょう。
アセンブリ言語
アセンブリ言語は、コンピューターが直接的に解釈しやすい機械語に1対1で対応した言語です。一般的には「低級言語」とも呼ばれており、細かい動作まで定義できるメリットがあります。
CPUの種類に応じて記述方法が変化するため、扱いづらい部分もありますが、各CPUに特化した仕様によって一定の速度が求められる場合に力を発揮するのです。
IoT開発で用いられることは少ないのですが、システム解析業務などで幅広く利用されていることから、IoT開発を理解する上で覚えておきたい言語です。
C言語（C++言語）
プログラミング言語として長い歴史を有しており、処理が簡易的なIoTシステムの開発に適しているのが「C言語」です。
C言語の特徴は、ハードウェアに近い次元で動作することから、要件が単純であるほど高速な処理を安定して実行できます。
C++言語は、上記C言語にオブジェクト指向要素を取り入れて、機能拡張を施した言語です。IoT開発の組み込み系においては「C言語」「C++言語」の両方が用いられることがあり、両者の互換性もあることから、使い分けながら開発を進められます。
C++言語は、C言語よりも大規模で複雑に要素が絡むプログラミングが得意です。その他、「デバック」「改修」が容易であることから、保守管理で活用しやすいメリットも有しています。
Java
Java言語は、プログラミング言語の利用シェアの中でも高い傾向を維持しており、多くの開発案件でも利用されています。
「高いセキュリティ」「実行速度が速い」「ライブラリ・APIが豊富に用意されている」「コードが安定している」など多数のメリットがあり、人気です。
その他にも「Windows」「macOS」「iOS」「Linux」などのプラットフォームに依存しない汎用性の高さが特徴であり、Javaを利用して開発すると、社内への移植がしやすいこともありIoT開発では人気を誇っています。
Python
比較的制約が少ない上に、汎用性が高いことが特徴のプログラミング言語です。
コードも短いことから無駄のないプログラミングが可能であり、データ処理や分析を効率的に行えるライブラリも充実していることで、作業効率化にも適しています。
「人工知能(AI)」「機械学習」の開発に適しており、IoTデバイスに組み込まれたセンサーから取得した情報を解析・分析を行ってデータを可視化することにも利用可能です。
「C言語」「Java」などと比較すると「Python」を扱えるエンジニア数は少ないことから、スキルを身に付けられると「IoT開発」において、重宝される人材になれます。
R言語
オープンソース利用が可能であり、「データ解析」に特化したプログラミング言語です。
「java言語」「C言語」と比較すると汎用性は低く、インターネット上にR言語のライブラリが公開されているものの、多言語よりも取得しにくいとも言われています。
しかし、IoTの登場によって「ビッグデータ統計処理・解析」などに利用するプログラミング言語として、Pythonとともに注目を集めるようになりました。
データ解析が重要な意味を持つ「IoT分野」において、学習しておきたい言語と言えるでしょう。
IoTエンジニアにおすすめの資格
IoTエンジニアとして働く際には資格を持っていなくても問題ありません。しかしながら、適切な資格を持つことによって以下の利点が得られます。
求められる知識とスキルの証明
IoTに関連する資格を取得することで、専門知識を有していることを証明できます。企業側も採用時の基準として活用し、IoTエンジニア志望者にとっては面接でも有利に働く可能性が高まります。
実務での活躍が期待
資格の取得は、自身の知識レベルを客観的に示す手段となります。経験の浅いIoTエンジニアであっても、成長が見込まれるIoT市場では、高信頼な知識を持つ人材として価値が高まります。
ここでは、IoTエンジニアにおすすめの3つの資格を紹介します。
エンベデッドシステムスペシャリスト（国家資格）
エンベデッドシステムスペシャリストとは、私たちの日常生活に欠かせない家電や車などの様々な機器に内蔵されたシステムを指します。このエンベデッドシステムスペシャリストは、組み込み系のエキスパートです。
国家資格としてIPA（独立行政法人 情報処理推進機構）によって認定されており、以下のような能力を証明します。
・IoTを含む組み込みシステムの開発基盤構築能力
・システム全体の設計、構築、製造、評価能力
エンベデッドシステムスペシャリストの資格取得により、既存の組み込みシステムに限らず、「IoT」「AI」「ビッグデータ」など、一般のエンジニアよりも幅広い領域で活躍することができる能力を身につけることができます。
「エンベデッドシステムスペシャリスト」について詳しく知りたい方はこちらの記事をご覧ください。
『エンベデッドシステムスペシャリストとは？試験の難易度と過去問、勉強法を紹介』
IoTシステム技術検定（民間資格）
IoTシステム技術検定は、MCPC（モバイルコンピューティング推進コンソーシアム）が運営し、IoT技術の普及と技術者の成長を目指した資格です。
この検定は以下の3つのレベルに分かれています。
（1）基礎検定：IoTに関する基本知識を証明する
（2）中級検定：IoTシステムの構築に必要な基本技術を認定する
（3）上級検定：高度なIoTシステムや業界横断的なサービスの構築に関する実践的な専門知識を認定する
「IoTエンジニア」や、IoTシステムの構築に関わる方々にとっては、この資格取得が有益です。しかしながら、IoTシステムに関連する他分野の技術者にとっても、取得をおすすめします。
「IoTシステム技術検定」について詳しく知りたい方はこちらの記事をご覧ください。
『IoTシステム技術検定（基礎・中級・上級）とは？内容や資格取得メリット、試験範囲、難易度、過去問など解説』
IoT検定（民間資格）
IoT検定は、2016年に設立され、2018年から開始された新しい試験プログラムです。
この資格は、IoTに関する知識やスキルを明確に示すために設けられた民間資格です。
IoT技術だけでなく、「マーケティング」「サービス」「スキル要件」などの広範な知識が求められるため、サービス提供者とサービス利用者の両方の視点からの知識を獲得することができます。
ユーザー試験（パワー・ユーザー）とレベル1試験（プロフェッショナル・コーディネーター）の2つのレベルがあり、受験資格は必要ありません。
IoTスキルを今後磨いていきたい方にとって、未来への一歩として取得してみる価値のある資格と言えます。
「IoT検定」について詳しく知りたい方はこちらの記事をご覧ください。
『IoT検定（一般ユーザー・プロフェッショナル）とは？内容や資格取得メリット、試験範囲、難易度、過去問など解説』
IoTシステム開発の流れ
「IoTシステムの構築は別会社に任せる予定」だとしても、要望を相手に伝えるためには開発の流れは最低限押さえておく必要があります。
IoTシステムを開発する上でのフローを見ていきましょう。
1. 要件定義
導入・運用方法・予算・開発期間などシステム開発を進める上で必要な要件を決定していきます。
システム開発は、この要件定義で決めた内容をベースにして進んでいくことから、トラブルが発生しないように認識を合わせておくことが必要です。
IoT開発においては、「IoTシステムの性能・機能」「運用方法」「予算」「人員」「期間」などの要素を決める必要があります。
2.外部設計
要件定義の工程で決めた内容をベースとして、ユーザーから見える部分(インターフェイス)を決定する工程です。具体的にはシステムを使用するユーザーの視点からシステムに必要な機能を詳細に洗い出していきます。
外部設計で決定したことが、ユーザーの使い勝手に大きく影響を与えていくことから、ユーザビリティの高いIoTシステムにするために重要なプロセスです。
3.内部設計
外部設計で決まった内容を「どのように実現していくか」を固めるのが内部設計です。
搭載する予定の機能をモジュールごとに分割して、具体的な実装を想定した「機能仕様書」「データフロー図」「データベース物理設計書」など開発側の視点で内容を詰めていきます。
次工程のプログラミングに進むために必要な内部設計書を用意していく工程です。
4.プログラミング
外部設計・内部設計によってシステムの全体像を落とし込んだ上で製造工程に入ります。内部設計で作成した詳細設計書を元にして、開発会社のSEとプログラマーがプログラミング作業を行っていくのです。
5.単体テスト
プログラミングが完了した後は、問題なく作動するのかをテストします。
まずはモジュール単位でテストした上で、不具合が見つかった場合には随時修正し、テスト結果のフィードバックを行いながらプログラムの質を高めていくのです。
6.結合テスト
モジュール単体のテストを行って不具合が全て解消された後には、複数のモジュールを組み合わせることで機能を実現しているサブシステムに不具合が起きないか、各サブシステムのインターフェースにずれがないか、連携が上手くできているかなどを確認します。
複数のモジュールが結合することでテストパターンも膨大になることから、サブシステム内の連携をチェックする「内部結合テスト」とサブシステム外の連携チェックを行う「外部結合テスト」に分ける場合もあることを覚えておきましょう。
7.システムテスト
結合テストで問題が全て解消された後は、システムテストを行います。
システムテストは全体に不具合がないかを確認するテストであり、全てのプログラムが要件定義通り動作するかを確認する他、アクセス超過時の耐久性から処理速度の速さまであらゆる視点と角度でテストを行うのです。
8.運用テスト
実際にシステムを運用する環境で、不具合が発生しないかをチェックします。
クライアントの要望を満たした上で、その機能が正常に機能しているかはもちろんのこと、誤作動が発生しづらい仕様になっているか、操作性をより向上できないかなど、システムを利用するユーザー側の目線で細かいチェックが必要です。
運用テストはリリース前の最後のテストになることから、システム品質に関わる重要な工程となります。
9.リリース対応
開発したシステムをリリースする場合には、旧システムから新システムに移行する工程が必要です。業務に支障が発生しない休日・深夜帯など、時間制限がある中で移行します。
新システムにデータを移行しても想定通りの動作をするように、さまざまな懸念点を把握しながら移行手順書を作成。システム移行作業がスムーズに進むように準備が求められます。
システム移行方法としては、旧システムから新システムに一気に切り替える「一斉移行」と、機能ごとに徐々に切り替えを進める「順次移行」があるのです。
10.運用・保守
実際に新システムに切り替えてからも、何かしらの不具合が発生する可能性はあります。
「運用・保守」はサーバーダウンなどのトラブルが発生した場合に、対応手順書に沿って処理したり、システムの改修・アップデートが発生した場合に、変更を加える作業です。
「保守・運用」の目的は「システムの安定稼働」であり、各担当者の連携が求められます。
まとめ
この記事では、IoTシステム開発に必要な構成から各種プログラミング言語の特徴、IoTシステム開発をする上での流れについて解説しました。
少子高齢化によって「人手不足」が深刻になっていく中で、IoTを活用したシステムが従来の作業負荷を軽減する役割を担う可能性が高く、今後さらに需要が伸びていくことが予測されています。
「IoT領域」は求められる需要に対して人材供給が追いついていないことから、IoT関連のエンジニアを目指していくこともおすすめです。
IoTBiz編集部
2015年から通信・SIM・IoT関連の事業を手掛けるDXHUB株式会社のビジネスを加速させるIoTメディア「IoTBiz」編集部です。 DXHUB株式会社 https://dxhub.co.jp/ 京都本社 〒600-8815 京都府京都市下京区中堂寺粟田町93番地KRP6号館2F 東京オフィス 〒151-0053 東京都渋谷区代々木1-25-5 BIZ SMART代々木 307号室
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