IoT開発は難しい？使用するプログラミング言語や専門知識、必要不可欠なスキルなども解説
IoTとは、モノに情報を収集させ、インターネットで送受信する技術です。ハードウェアとソフトウェアの両方の開発が必要なため、難しいと感じられることもあります。
しかし、JavaやC言語の経験があれば、IoT開発に参加できる可能性もあります。
本記事ではまずIoT開発の難しさを解説し、その後で開発に必要な要素や流れについて紹介します。ぜひこの記事を参考にして、自分自身のキャリアアップに向けた明確な道筋を見つけてみてください。
目次
IoT開発とは
IoT（Internet of Things）とは、モノをインターネットに接続させ相互に情報交換できるようにする技術です。
インターネットはパソコンやサーバーが接続する考えが主流でしたが、モノの状態情報の重要性が高まったことによりIoTの考えが広まりました。
IoT開発ではさまざまな機械やデバイスにセンサーを取り付けて情報収集を可能にさせ、インターネット経由で送信できるようにします。
例えばドアや機械でIoT開発をすると、開閉状態や機械の調子を発信するようになり事故や故障を未然に防ぐことができるでしょう。
こうしたモノの状態をセンサーを取り付けることで取得し、遠隔操作でインターネットを介したモノのコントロールを実現させる課題解決がIoT開発です。
IoT開発が難しいといわれる理由
IoT開発が通常のソフトウェア開発と比較し難しいとされる理由は、モノに応じて専用の開発が必要になるためです。
情報収集のためのデータベース構築や機能充足のための組み込みシステム開発など、多領域にまたがる知識が必要となります。
それぞれのモノで取得したい情報も取得する目的も異なるため、要件定義の段階から通常のソフトウェア開発とは異なる手順を踏むでしょう。
こうした知識領域の広さに加え、ハードウェア開発とソフトウェア開発を同時に行なうためにハードウェア設計に欠陥が見つかるたびにソフトウェア開発に差し戻しが発生します。
これらのIoT開発の難しさを段階的に学ぶことで、実際の開発にも対応できます。
- 幅広いIT知識が求められる
- ソフトとハードを同時に設計・開発する必要がある
IoT開発を難しくしている要素を学び、具体的なイメージを描きましょう。
幅広いIT知識が求められる
IoT開発ではフロントエンド開発とバックエンド開発に加え、IoTデバイスの操作と制御のためにファームウェア開発もします。
それぞれで使われる言語が異なるため、幅広いプログラミングの知識が求められるでしょう。
ハードウェアに近い次元で動作するC言語やOSに依存しないJavaだけでなく、データ処理を効率的に行えるPythonの知識も必要になります。
IoTは情報収集が主目的であるため、データ分析のためのライブラリが充実しているPythonは重宝します。
また、アセンブリ言語の知識が必要になる場合もあるでしょう。アセンブリ言語はそれぞれのCPUに特化した記述ができるため、細かい要望に応えることができます。
このようにIoT開発には多くのプログラミング言語の知識が求められます。
ソフトとハードを同時に設計・開発する必要がある
IoT開発は通常のソフトウェア開発と異なり、ソフトウェア開発とハードウェア開発を同時並行して進めます。その際、ソフトウェアとハードウェアは異なるOSで稼働するでしょう。
IoT開発は上流から下流へ順次開発を進めるウォーターフォールモデルの選択があります。物理デバイスで予期せぬエラーが発見されると、ソフトウェア開発側も差し戻しが発生しコードを書き直す事態に直面するでしょう。
このエラーはOSやハードウェア特有のバグである可能性もあり、ハードウェアは製品ごとに仕様も異なるためスケジュールに遅れが生じます。
このような予期せぬ事態の発生やその対処方法に知識が必要なことが、IoT開発が難しいと言われる理由です。
IoT開発に必須の要素
IoTはモノをインターネットに接続し情報を送受信させる技術で、機能実現のために3つの要素が必要です。
IoTデバイスはモノがインターネットとつながるために必要です。また円滑な通信とデータの蓄積を可能にするために、ネットワーク環境とプロトコルを決めます。
加えて、データ蓄積のために仮想サーバーやエッジコンピューターの導入を決めます。
- IoTデバイス
- 通信ネットワーク
- クラウド・データ分析基盤
これら3つの要素を学び、IoTの技術構成を整理しましょう。
IoTデバイス
IoTデバイスには、センサーとゲートウェイの2つの機器が必要です。
センサーとは情報収集をするためにモノに取り付けるための機器で、モノによって温度や湿度など収集する情報は変わります。そのため、取り付けるセンサーをモノに応じて変える必要があるでしょう。
ゲートウェイとはネットワーク通信を中継する役割を持つIoTデバイスで、取り付けることで端末とサーバー間でデータの送受信が可能となります。
センサーで集めた情報をゲートウェイが通信可能なプロトコルへ変換し、モノはインターネットに接続可能な状態となります。
通信ネットワーク
インターネットへ接続可能にするだけでは、IoTは正しく情報を集約できません。センサーの用途に応じた通信方式の正しい選択が、IoT開発では求められるでしょう。
通信ネットワークは大きく直接通信方式とデバイスゲートウェイ方式に分類されます。
直接通信方式とはセンサーがサーバーやクラウドと高速大容量の通信を行なう方式で、消費電力の多さがデメリットです。
デバイスゲートウェイ方式はゲートウェイが通信を中継し、消費電力を押さえられる通信方式です。
近距離通信に適したBluetoothや長距離通信が可能なLPWA（Low Power Wide Area）が主に選択されるでしょう。
クラウドとデータ分析基盤
IoTにはセンサーを通じて得た情報を蓄積する場所が必要です。サーバーやクラウドだけでなく、エッジコンピューターも利用するでしょう。
エッジコンピューターとは、IoTデバイス周辺に設置する情報蓄積と情報処理を専門に行う端末です。
IoTデバイスから受け取った情報を、サーバーやクラウドに送るデータとエッジコンピューター内部で処理するデータを分けます。
内部処理により送信情報が小さくなるため、送受信の回数が減り高速処理が実現できるでしょう。導入コストと導入期間を考慮し、情報の蓄積場所が選択されます。
IoTによるシステム開発の流れ
IoT開発の基本的な流れは、通常のソフトウェア開発の流れと変わりません。
一方、本来ユーザーインターフェースを決める外部設計でIoTデバイスの色などを決めるでしょう。
また、実装過程ではハードウェアとソフトウェアを橋渡しするファームウェア開発が必要になります。
- 要件定義
- 設計
- 実装
- テストと運用・保守
通常のシステム開発の流れとの違いを踏まえたうえで、IoT開発の流れを見ましょう。
要件定義
システム開発の予算や開発期間など、プロジェクトに必要な要素をすべて決定するフェーズです。
通常のシステム開発同様に、以下の4つを決定します。
- 導入目的
- 運用方法
- 開発予算
- 開発期間
そのうえで、IoT開発では取得する情報や処理方法も決定します。
- 収集情報の種類
- 情報の処理方法
- 情報の蓄積場所
- 通信ネットワークの種類
- IoTデバイスに関するセキュリティ対策
決定したこれらの要素に基づき各フェーズの作業を行なうため、漏れなく慎重に決めましょう。
設計
設計フェーズは外部設計と内部設計に分かれるでしょう。
外部設計とは、ユーザーから見える部分に関する要素を決定する工程です。内部設計は、外部設計の内容を実現するためのコーディング設計書を作成する過程です。
通常の開発フローではこのような流れをたどりますが、IoT開発の外部設計ではデバイスの外観も決めます。
このように、IoT開発では外部設計に基づきデバイスの設計書も作成するでしょう。
実装
実装とはプログラミングのことです。内部設計で作成した設計書に基づき、コーディングをします。
通常のソフトウェア開発では、バックエンド開発とフロントエンド開発に分かれて作業するでしょう。
IoT開発では加えて、ハードウェアとソフトウェアをつなげるファームウェアの開発を行います。
通常のソフトウェア開発ではハードウェアのことは考慮しないためファームウェア開発は行いません。IoT開発では、IoTデバイスの動作すべてを決定する箇所で重要なフェーズです。
これらは内部設計どおりに実装できない場合があるため、注意が必要です。
テストと運用・保守
開発フェーズが完了したらテストを行います。テストは4段階あり、まず単体テストでモジュール毎にテストします。
単体テストで不具合が見つからない場合は、それらのモジュールを組み合わせてサブシステムを構築するでしょう。サブシステムの連携テストを結合テストと呼びます。
結合テストで確認された問題が解消されると、要件定義どおりに動作するかを確認するシステムテストを行います。
システムテストを終えると、本番環境でシステムを運用し使用感を確認するでしょう。この運用テストを終えると、テストは終了し実際に運用します。
運用開始後は保守として、定期的な確認が必要です。不具合の修正や定期的なアップデートも重要ですが、IoT開発では特にセキュリティ対策を重視するでしょう。
IoT開発で使用されるプログラミング言語
IoT開発に必要な三要素ごとに使われるプログラミング言語が変わります。
IoTデバイスのセンサー用ファームウェア開発ではハードウェアに近い次元で動くC言語やC++が使われるでしょう。
一方、IoTゲートウェイの開発ではOSに依存しないJavaが用いられます。
またIoTは大量の情報を処理するため、データの扱いに長けたPythonが人気です。
- C言語やC++
- Python
- Java
IoT開発で用いられる各言語の特徴を学びましょう。
C言語やC++
C言語はハードウェア制御に適した低級言語です。
メモリの操作が可能であるためハードウェアを操作しやすく、センサーの処理を効率的に実行できるでしょう。
IoTの情報収集は、一瞬でしっかりとしたレスポンスが求められます。このリアルタイム性を実現するうえでもC言語は有効でしょう。
C++はC言語にオブジェクト指向を取り入れた言語で、保守性が高くデバッグも容易です。どちらの言語も互換性があるため、片方だけでも使えるようにしましょう。
Python
Pythonはデータ処理に優れた言語で、IoTが取得する大量のデータを扱うために必要です。
Pythonは豊富なライブラリが用意されており、これにより少ない学習時間で複雑な情報処理が可能となるでしょう。
異常検知につながる情報などをその場で可視化したり機械学習を用いた危険予測分析をしたり、IoTが特に注意すべきセキュリティの分野で活躍します。
Java
Javaはゲートウェイ開発を含めたシステム全体で用いられます。
その理由はJava仮想マシン（JVM）の実行環境にあり、OS間の違いを吸収してくれるからです。
IoTのような異なるデバイス間がつながり、システムでは重宝するでしょう。
特にゲートウェイはIoTデバイスとサーバーやクラウドをつなげる役割を持つため、高い互換性が役に立つでしょう。
加えて豊富なライブラリやフレームワークを備えているため、開発効率の高さからほかのシステム開発にも用いられます。
すでにJavaを習得しているならば、IoT開発に参入できるかもしれません。
テクニケーションはJavaを得意とし、多くの案件でJavaスキルを活かせる環境を整えています。
案件選択制により、あなたのスキルや希望に合わせて適切なプロジェクトを自由に選べるため、Javaの経験を活かして着実にキャリアアップが可能です。
さらに、単価給与連動制による高還元と、資格取得支援制度による安心感のあるサポート体制がエンジニアの成長を後押しします。
Javaのスキルを伸ばし、次のステップに進みたい方は、ぜひテクニケーションのカジュアル面談でご相談ください。
IoT開発に役立つ資格や専門知識
IoT開発ではプログラミング言語の知識以外にも専用の知識が必要とされます。ハードウェア開発が必要となるため、電気電子分野の知識が求められるでしょう。
さらに無線通信でインターネット接続するため、電波などの基本的なネットワーク知識が必要となります。
またIoTはインターネットに常時接続するため、セキュリティが甘いとハッキングの踏み台にされるかもしれません。そのため、セキュリティの専門知識を持つ人材が求められます。
さらに取り扱う情報量が膨大であるため、通常のシステム開発では取り扱わない法令が影響します。
- 情報セキュリティマネジメント
- コンプライアンス
- 電気電子
- 無線通信
これらの内容を学び、勉強の方向性を決めましょう。
情報セキュリティマネジメント
IoTはインターネットに常時つながる性質によりハッキングの踏み台にされる可能性もあります。
脆弱性を突かれて、マルウェア感染による不正操作や会話データなどの流出が起きるでしょう。
このようなセキュリティ脅威への対策は、情報処理推進機構（IPA）が以下の項目を掲げています。
- 脆弱性対策
- セキュア開発
- 多要素認証
- フィルタリング
- DoS対策
- 仮想パッチ
- 通信路の暗号化
- ホワイトリスト制御
セキュリティはひとつの対策だけでは防げないため、複数組わせることが基本です。IoTごとに考えられるインシデントを想定し、多層的な防御を構築しましょう。
コンプライアンス
産業用IoT（IIoT）は守らなければいけない司法が多くあります。
- EU サイバーセキュリティ法
- 2020 年の IoT サイバーセキュリティ改善法（米国）
- ENISA IoT セキュリティ標準
- 一般データ保護規則（GDPR）
EUサイバーセキュリティ法は欧州の認証スキームの枠組みを定めている規制で、市場参入に伴う問題回避のために遵守は必須でしょう。
IoTサイバーセキュリティ改善法は、米国の連邦各機関が仕様する最低限のIoTデバイスのセキュリティ基準を定めた法律です。
ENISA IoT セキュリティ標準は、IoTデバイスのセキュリティ確保のガイドラインです。ファームウェア更新やデバイスの認証化、暗号化が特に重視されているでしょう。
一般データ保護規則は個人データに関する取り決めです。IoTが扱うデータが特定個人に関連するものか見極めなければ、コンプライアンス違反となるでしょう。
これらの欠かせない標準を知らなければ、システム開発の予期せぬ障害が起きるかもしれません。
電気電子
電気電子分野とは、電気工学と電子工学を合わせた学問です。電気工学はエネルギーとしての電気の活用を学び、電子工学は情報伝達に用いる電子の流れを学びます。
電気電子分野を学ぶことで、IoTデバイスの電子工作が可能となるでしょう。具体的には、要件定義を満たすための部品の選定や総消費電力の計算が行えます。
電気工学の知識で電源設計を行い、電子工学の知識で電子回路を設計すればIoTデバイスを組み立てられます。
無線通信
無線通信を扱う際は、無線局免許不要の帯域を知りましょう。国内の電波法では無線を扱うには免許が必要な端末と、不要な端末があります。
テレビやラジオのような受信のみのアプリケーションは免許が不要ですが、スマートフォンなどの双方向の通信を行なう端末は無線局免許が必要となります。
これを踏まえIoTデバイスも以前は無線局免許を考慮する必要がありました。しかし、2011年に規制緩和がなされ、周波数920MHz帯は無線局免許不要の帯域となりました。
IoTを開発する際は、免許が必要かどうか考慮に入れましょう。
IoT開発に求められるスキル
IoT開発の各フェーズでは具体的に求められるスキルが異なります。また、ハードウェア開発とソフトウェア開発が並行して行われるため、それぞれの開発手法への適応が求められるでしょう。
またIoT開発では、フルスタックエンジニアの存在が重要となります。
- IoT開発の各フェーズの実務理解
- ハードとソフトで異なる開発手法への適応力
- フルスタックエンジニアとしてのスキル
IoT開発で実際に求められるスキルをイメージしましょう。
IoT開発の各フェーズの実務理解
IoTデバイス開発の実務を理解しましょう。ここでは、製造業や事業所で使われるカスタマイズや小ロット生産のIoTデバイスを想定します。
チームには、メカ部分の設計者と回路の設計者が必要です。それに加えてプログラマーが必要となるでしょう。
要件定義ではIoT化するモノと集めるデータを決めます。設計ではハードウェア形状と、センサの数と位置を決めます。この時にソフトウェアの設計も同時に行うでしょう。
設計を終えたら、ソフトウェアと同時にハードウェアの試作をします。さまざまな使用条件を想定し、耐久性を評価します。
テストを終えたら、ハードウェアの生産ラインを組みます。機能面ではなく生産ライン上で問題が発生しても、設計にフィードバックし作り直しとなるでしょう。
製品を納品した後もメンテナンスが必要となります。ソフトウェアの保守同様、定期的な部品交換をするでしょう。
テクニケーションでは、JavaをはじめPythonなどのプログラミング言語を活用できる案件をご用意しています。
案件選択制により、あなたのスキルやキャリアプランに合わせてプロジェクトを自由に選択可能です。
また、単価給与連動制による高還元と、経験豊富なメンバーと協力できるチーム制がエンジニアの成長をしっかり支えています。
IoT開発の各フェーズを理解しながら、実務経験を積んでキャリアアップを目指したい方は、ぜひテクニケーションのカジュアル面談でお気軽にご相談ください。
ハードとソフトで異なる開発手法への適応力
IoTデバイスのような量産化を伴う流れは、概念実装（PoC）が必要となります。概念実装とはアイデアの実現可能性の検証のことで、ハードウェアの試作品製造に用いる考えです。
ソフトウェアは何度も作り直すことができますが、ハードウェアは試作品ですら資金や時間をコストとして消費するでしょう。
そこで関係者間で合意に至ったアイデア以外は使わないようにします。一度量産化を始めると設計変更が困難となるため、試作品のテストマーケティングも行います。
こうした段階を踏む手順に適応できなければ、チームに軋轢をもたらすかもしれません。
フルスタックエンジニアとしてのスキル
フルスタックエンジニアとは、システム開発に必要なスキルを多く兼ね備えているエンジニアです。厳格な定義は存在せず、チームに多大な貢献をもたらすマルチスキルのエンジニアが当てはまるでしょう。
IoT製品は通常のシステム開発と異なり、ハードウェアからソフトウェアまで幅広い分野にまたがる製品です。そのため、フルスタックエンジニアの価値もより高くなります。
フルスタックエンジニアに求められるのは、以下のスキルです。
- OSやミドルウェアの知識
- AWSのようなクラウドに関する知識
- フロントエンド開発
- バックエンド開発
- アプリケーション開発
特に重要なスキルが、OSとミドルウェアに関する知識です。フルスタックエンジニアとして扱われたいならば、必須の知識です。
特にIoT製品はハードウェアからソフトウェアまで多岐にわたるため、フルスタックエンジニアの価値が高まります。
必要なスキルとしては、OSやミドルウェアの知識、AWSなどのクラウド技術、フロントエンド・バックエンド開発の経験が挙げられます。
これらの経験をお持ちの方には、Javaをはじめ多彩な案件を取り扱うテクニケーションが適切です。
案件選択制により自分に合ったプロジェクトを自由に選べるほか、単価給与連動制による高還元、経験豊富なメンバーと協力できるチーム制がエンジニアの成長を強力に支えます。
フルスタックエンジニアとしてIoT開発の現場でキャリアを築きたい方は、ぜひテクニケーションのカジュアル面談でお気軽にご相談ください。
IoTの活用事例や将来性
IoTデバイスは産業用が多く具体的なイメージを抱きづらいでしょう。この章では以下のようなIoTデバイスの活用事例を紹介します。
- スマート工場やスマートハウス
- 自動運転
- ヘルスケア
IoTデバイスが実社会に多く浸透していることを学びましょう。
スマート工場やスマートハウス
工場内にIoTデバイスを設置し、生産情報をリアルタイムに監視できる工場をスマートファクトリーと呼びます。
トヨタは工場内に設置したIoTとAIを活用し、設備の故障を未然に防いでいます。さらに生産情報をリアルタイムに監視して、生産ラインのコスト削減につなげているでしょう。
スマートハウスとはIoTを用いて、家庭内の機器や設備を遠隔操作できる家です。トヨタホームは多くの住宅をスマートハウスで建てています。
自動運転
自動車にもIoTが活用されています。日産は自動ブレーキシステムや衝突防止アラートをIoTで制御したコネクテッドカーを販売しています。
コネクテッドカーは運転手の運転情報をリアルタイムに収集し、分析して事故リスクの低減も可能にするでしょう。
コネクテッドカーによって安全性だけではなく、運転効率の向上により燃費が改善されます。そのため、環境によい車両です。
ヘルスケア
ヘルスケアにもIoTは使われています。テルモの遠隔医療IoTシステムは、血圧計や体温計が収集したデータを供給し遠隔診断するサービスです。
患者さんのバイタルデータがIoTデバイスを通してクラウドにリアルタイムで保存されます。異常の早期検知が可能となり、健康状態を常にチェックできるようになりました。
患者さんは医療費や交通費を削減でき、医療従事者は必要な情報を取得できるため負担が軽減されるでしょう。
IoT開発のスキルや経験を身につけるためのコツ
IoT開発に必要なスキルや経験を身につけるには、3つの方法があります。
1つ目は、教材を用いた独学です。昨今は質の高い動画や書籍にアクセスできる機会が増えました。マイコンも手頃な価格で購入できるため、勉強する環境の構築は難しくないでしょう。
2つ目は、プログラミングスクールに通うことです。IoT専用コースを用意しているスクールも増えているため、現実的な選択肢のひとつでしょう。
3つ目は、転職し実務経験を積むことです。経験者を求める傾向が高いため、プログラミングに関して一切の経験がない場合は非現実的な選択になるかもしれません。
IoT開発で求められるプログラミング言語は、JavaやC言語といったメジャーな言語が中心です。これらの言語を仕事で使った経験があれば、すぐにでもIoT開発の現場に挑戦できる可能性があります。
テクニケーションはSES事業を展開し、エンジニア一人ひとりの希望やスキルを丁寧にヒアリングしたうえで、高単価な案件をご紹介しています。
また、自由に案件を選べる案件選択制や、成果に応じて報酬がアップする単価給与連動制、経験豊富な仲間と切磋琢磨できるチーム制といった強みがあり、キャリア形成に真剣に取り組みたい方に適切な環境を提供しています。
まずはテクニケーションのカジュアル面談で、あなたのキャリアプランについてお気軽にご相談ください。
IoT開発をキャリアアップに活かすために
本記事ではIoT開発の内容と難しさの理由、開発に必須の要素と開発フローを解説しました。
IoTは、モノをインターネットに接続させ情報の送受信を可能にする技術です。
IoTを開発するにはソフトウェアの知識だけではなく、ハードウェアの知識も求められます。
具体的にはデータ収集を可能にするデバイスと通信ネットワーク構築、それから情報の保存場所が必要となるでしょう。
しかし開発プロセスは基本的な開発フローを踏襲しており、プログラミングの実務経験者ならば開発現場への参加も非現実的ではありません。
高単価SES企業であるテクニケーションは、IoT案件をはじめ先端技術の高単価案件を豊富に取り扱っています。
案件選択制により、自分のスキルや希望に合った案件を自由に選べるため、効率的にスキルアップしながら高単価の案件に挑戦可能です。
また、単価給与連動制による高還元や、経験豊富なメンバーからのサポートを受けられるチーム制など、エンジニアが成長しやすい環境を整えています。
JavaやC言語の経験を活かし、IoT開発でキャリアアップを目指す方は、ぜひテクニケーションのカジュアル面談でお気軽にご相談ください。
