Raspberry piによるIoTネットワーク開発！成功する開発とサービス戦略

Raspberry Piを活用したIoTシステムの基本構成と必要な機材

Raspberry Piを中核としたIoTシステムは、比較的容易に構築でき、費用も抑えられます。ここでは、基本的な構成要素と必要な機材について説明します。

IoTシステムは、大きく分けて以下の3つの部分から構成されます。Raspberry Piは、その中心となるデータ処理を担います。

まず、Raspberry Piの機種選定が必要となります。CPU性能やメモリ容量に応じて、Raspberry Pi ZERO、3、4、5があります。32ビット版と64ビット版がありますが、今後の流れとしては64ビット版をおすすめします。VNETプラスでは、全ての機種で64ビット版の使用が可能です。

次に、Raspberry Pi OSをインストールするためのmicroSDカードが必要です。OSは、Raspberry Pi Imagerを用いて書き込めます。

次に、電源が必要です。公式のUSB（Type-C）電源アダプターが推奨されています。Raspberry Pi ZEROは、USB給電が可能なため、用途によっては有効なモデルです。

システムに必要な機材は、実現したい機能によって異なります。温度データを収集したい場合は温度センサー、文字を表示したい場合はLED表示器が必要です。

低コストでシステム開発を行うための具体的な方法

IoTシステム開発は、費用面が課題となるケースが多くあります。しかし、工夫次第でコストを抑えながら効果的なシステムを構築することが可能です。Raspberry Piを例に、低コストでシステム開発を行うための具体的な方法を解説します。

無料のオープンソースソフトウエア

無料でも優秀なオープンソースソフトウエアが多く存在します。適切な選定を行うことで、高価な商用ソフトウエアを購入せずとも安定した動作が可能なことが多く、コストを大幅に削減可能です。

ハードウエア

安価な汎用部品や中古品を積極的に活用することで、初期投資を抑えられます。たとえば、Raspberry Piは低価格でありながらIoTゲートウエイとしての十分な性能を備えています。ほかにもセンサーやアクチュエーターなども、仕様をよく確認し、必要最低限の性能をもつ安価な製品を選択してください。

開発期間の短縮

開発期間を短縮することは、結果的に大きなコスト削減につながります。Raspberry piにVNETプラスが適用されていると、インターネットを意識する必要がなくなるので、アプリケーションの開発に専念でき、結果的に大幅な開発期間の短縮が可能になります。

ドローンに適したアプリケーション

ドローンにはセンサーやカメラを搭載できるため、例えば、

• 農業（空中からの農薬/肥料散布、農作物の生育状況のモニタリング）
• 測量（空撮画像を利用した2D/3D地図の制作）
• 警察（事件や事故現場の見取り図の作成）

などへの応用が考えられます。

ただし、ドローンを飛ばす際には、場所と方法に応じて許認可が必要となる場合があるので注意が必要です。

安定した通信環境の確保

市販のドローンは地上局とドローンが固定接続のものもあります。しかし、ここではドローンを汎用のネットワーク環境（モバイルネットワークやWi-Fi）に接続して制御する方法を述べます。

ドローンの航空範囲内には安定した無線の通信環境があることを確認してください。万が一通信環境を外れてしまった場合は、ドローンに搭載したRaspberry piにより、自律的に元の場所まで戻るようにする仕組みを検討してください。

バッテリー駆動時間との関係

Raspberry piを駆動するためにもドローンにはバッテリーを搭載する必要があります。一般にはバッテリー駆動のドローンだと航続時間は30分程度と言われています。この時間内にできる作業を考えないといけません。バッテリーが切れると、戻って来られなくなるので、ここでもRaspberry piが自律的に判断して、バッテリーが切れる前に帰還する仕組みが必要です。

ネットワークの切り替えに対する対処

ドローンは場所を移動するためネットワークの切り替え（例えばWi-Fiとモバイルネットワークの切り替え）ができると便利です。ネットワークが切り替わるとIPアドレスが変化するため、何も手を打たないと基地局との通信が切れてしまう可能性があります。

その点VNETプラスは移動透過性（ネットワークが切り替わっても通信を継続する機能）を有しているので、電波がドローンに届く限り基地局との通信が切れる心配はありません。

セキュリティへの配慮

ドローンの制御を他者に乗っ取られないような仕組みが必要です。また通信内容は暗号化されている必要があります。

VNETプラスが適用されていると、全ての通信が暗号化され、通信グループの定義により他者が関与できない仕組みが備わっているのでこの点でも安心です。

AIにより可能になるアプリケーション

AIの得意分野は以下のとおりです。このような機能がエッジデバイスでも実現できるようになります。

• 画像認識・分析・処理（顔認証システム、医療画像による診断支援、不良品の検出作業など）
• 音声認識・分析・処理（多言語間の通訳、音声での文字入力、議事録の自動作成など）
• 文章の画像認識、自然言語処理（自動翻訳機能、テキストマイニング、テキスト要約など）

AIのネットワーク接続

AIを分散化して互いに繋がり合う新しいアプリケーションが期待されます。このときのネットワーク接続はどのようにしたらよいでしょうか。

これまでのようにクラウド上にサーバを置いてデータの中継をさせるような方式だと、セキュリティ面での問題や、処理ネックの問題が発生するので対応できなくなることが想定されます。

VNETプラスがエッジデバイスに適用されていると、エッジデバイスをプライベート空間に設置でき、そのうえで直接の相互通信ができます。

プライベート空間に置けることから、セキュリティ面での不安が解消されます。クラウド上のサーバを経由させる必要がないことから、クラウドサーバの運用方法や処理ネックに悩まされる心配がなくなります。

AIを利用したシステムの開発

AIどうしがネットワークで接続されたシステムを開発するにはどうすればよいでしょうか。これまでは必ずクラウドサーバを経由させる必要があり、クラウドサーバがどのような処理を分担するか、運用開始後の管理をどのようにするかという検討作業が必須でした。この作業は全体の開発負荷のうちの相当な部分、場合によっては全体の半分ほどの時間を割く必要がありました。

しかし、VNETがエッジデバイスに適用されていると、インターネットとLANの違いが隠ぺいされます。そのためクラウドサーバに係る検討作業が不要となり、運用開始後のクラウドの管理負荷も不要となります。