用Beyond5G/6G与进一步进化的IoT设备，构建DX·GX基础的IIoT系统（后篇）
以实现可持续的富裕社会为目标，通过数字化转型（DX）和绿色转型（GX），推进社会系统和商业的改革。为将此目标付诸实践，作为数字信息活用基础的IIoT（工业IoT）系统的活用必不可少。东京大学中尾教授的研究范围覆盖从基本技术到具体应用的IIoT系统各个方面，而村田制作所的下前则负责下一代信息通信相关业务的策划工作。两位就符合时代需求的IIoT系统的现状以及目前和今后的所需技术进行了讨论。作为对话的后篇，在本期中我们将聚焦边缘方面所需的技术及其进化方向，介绍两位分别从研究者和实际开展业务的企业方的不同视点的讨论内容。
在前篇中，我们说到为了实践数字化转型（DX）和绿色转型（GX）的信息基础即IIoT（工业IoT）系统的构建，通信基础设备的完善必不可少，并对下一代技术的开发展望进行了介绍。但是，为了更有效地解决社会问题并创造商业价值，通信基础设施以外的关键技术也有待进一步发展。
在后篇中，东京大学研究生院工学系研究科系统创成学专业的中尾教授将就IIoT系统的架构、以及设置与边缘的终端所需要的技术要求进行了解说。而村田制作所技术开发部门的下前经理则介绍了村田为实现这一目标所采取的措施。
利用边缘计算，实现实时性和可靠性
在信息处理系统的发展中，我们经常听到“边缘计算”这个词。
一般来说，在IIoT系统中首先通过设置于现场（边缘）并已搭载传感器的IoT设备进行数据收集，再经由网络将其传送到数据中心等云端系统。通过对其中积累的大数据进行解析处理，提取有价值的信息。由于大部分信息处理在云端进行，可以有效地利用丰富的计算资源，从而实现更高度的分析和优化。
与此相对，边缘计算则是一种专用于在边缘进行信息处理的系统架构。这一架构基于某种合理性，在各个边缘和云端进行信息处理的理想分担方式。
中尾教授说明道，在IIoT系统中导入边缘计算的优点在于“实现低延迟反馈和计算资源的分散化。从低延迟的观点来看，特别是在以本地5G为基础的IIoT系统中，通过在基站附近配置自己的计算资源，可以实现能够迅速应对状况变化、自主调整运作条件的工厂、产业设施及社会基础设施等。另外，如果将计算资源集中于云端等之上，则可能引起SPOF（Single Point of Frailer），即因1点故障而导致系统整体瘫痪，或由于集聚（数据集中在1处而造成拥挤的状态）而容易发生故障。利用边缘计算来分散计算资源，可实现具有高度信赖度的可靠系统。并且，通过限制向公司外的公共云的数据传输，也具有能够保护隐私和机密信息等益处”。正是由于这些优点，在智能城市、智能工厂、无人化商店、自动驾驶汽车等需要处理实时性和可靠性的应用程序方面，边缘计算成为重要的解决方案。
东京大学研究生院工学系研究科系统创成学专业教授、东京大学校长特任辅佐中尾彰宏教授
1993年毕业于东京大学研究生院工学系研究科信息工学专业硕士课程。在美国IBM Texas Austin研究所和IBM东京基础研究所等任职后，进入美国普林斯顿大学研究生院信息科学系取得硕士学位及Ph.D。2005年起在东京大学执教，2021年4月起任现职。
从技术合理性及社会合理性的观点，洞察理想的IIoT系统
在IIoT系统中，根据连接边缘终端、接入点、服务器等设备的网络速度、延迟时间及可同时连接的终端数量，实际的数据传输速度会有很大的变化。随着连接边缘终端的手机基础设施从4G发展为5G，进而进入6G，这些性能都能有所提高。因此，有人可能会认为，随着通信基础设施的发展，即使不特意去利用边缘计算，也能将所有的信息处理集中到云端上。
而实际上，可缩短的延迟时间是有限的。并且，从安全性和隐私等观点来看，即使在技术上能够集中于云端，从数据治理的观点来看，一般也会希望避免将数据放置在海外的数据中心。从业务连续计划（BCP）的角度考虑，也会希望在云端和本地上同时保存相关数据。
中尾教授表示：“因为IIoT系统是社会基础，所以不仅要从技术合理性的角度出发，还要从社会合理性的角度来选择理想的架构。因此，边缘计算必须满足IIoT系统所需要的多方面要求。”制造商的工作是开发构成IIoT系统的关键技术，提供系统构建不可缺少的零件和技术，因此也需要从这些多角度的技术来进行选定。下前说：“基于多年来与通信行业客户交往的经验和技术积累，村田可以按照技术合理性来预测未来的技术。但是，要做到在进行判断的同时考虑社会合理性，其实并不简单，必须与具有广泛知识经验的大学、其他企业及研究机构等进行合作，这一点非常重要。”
另外，中尾教授还说“在Beyond5G中，由于可以瞬间收集和传输庞大的数据，所以有可能会发生无意中侵犯隐私的事态。不仅是大学工学系的研究者，还需要从伦理、法律制度、公共政策等广泛的观点探讨社会实施技术的妥当性的体制。”据说该教授的研究室已经在富士山的登山道上设置了本地5G的基站，通过匿名传感器，进行了不特定个人信息，就能把握登山道上来往的人数的技术的实证实验。
通过IoT设备的小型化、低功耗化，收集更高附加值的信息
为了实现IIoT系统的活用和进化，还有一个十分重要的技术开发课题，即IoT设备的小型化和低功耗化。为了能够在想要收集数据的场所安装更多的IoT设备，这一方面的进化是必不可少的。
为了收集具有价值的信息，在任何场所确保必要数量的IoT设备的安装和运用，这一点是非常重要的。但是，如果IoT设备的体积较大或耗电量大，则会对设置产生限制。
例如，设想一下用于工业机器人移动臂前端机械手、检测振动和温度等的IoT设备。如安装体积较大的IoT设备时，可能会妨碍机器人本身的动作，因此必须实现小型化。同时，如果能够推进IoT设备的小型化，人便能够随身携带并毫无违和感地生活，也能够在汽车等移动工具、家电产品，大楼和办公室设备等所有场所进行设置，并且不产生违和感和异物感。如能够实现IoT设备的小型化，甚至让人忘记其存在，则其利用价值也会进一步提高。
要实现IoT设备的小型化，就必须实现搭载零件的小型化。下前说：“除了在电容器、电感器、滤波器、功率放大器、传感器等IoT设备上搭载的各种零件之外，村田还积极参与将其组合起来的模块的开发和制造，并积累了各类技术。我们将努力通过进一步发展至今所积累的设计和制造技术，继续推进IoT设备构成中不可或缺的零件的小型化和高性能化。”
实现500亿台IoT设备的低功耗化
并且，为了在世界各类场所设置大量的IoT设备，还需要实现低功耗化。
到2030年为止，可能将有500亿台IoT设备投入安装和使用。即使与目前已广泛普及的电子设备代表产品，即智能手机的普及台数相比，可能会翻好几番。如此大量的电子设备同时运转的话，需要消耗巨大的电力。中尾教授强调了低功耗化的重要性，他说：“实现碳中和，这是全世界应团结一致共同努力的课题。为了实践GX，需要充分使用IoT设备，而如果其本身会消耗大量的电力，进而成为增加CO₂排放量的主要原因的话，那就本末倒置了。因此，我们需要通过各种手法，采取相关对策。比如，传感器和个人电脑等硬件本身的低功耗化自不必说，还需要在通信协议方面努力减少无用的通信，并通过智能化的控制来引进高度的电源管理等。”
为了推进IoT设备的低功耗化，必须从零件开始采取对策。下前表示：“村田正在探索一种可将每一台的功耗降到超低水准，同时高效进行数据收集的技术。例如，RF电路在无线功能是必不可少的，其中的功率放大器的功耗较多。为了减少其中因此造成的损失，村田还进行了多方面的改善工作，包括在研究理想的工艺和设计方法的同时，通过并购合并了美国ETA Wireless公司。该公司持有效率改善的手法之一即数字封套跟踪技术。”
努力实现无需维护的理想的IoT设备
从理想上来说，为了构建能够收集并利用富有价值的信息的IIoT系统，需要引进小型且无需维护的IoT设备。一般来说，在人类难以进入的场所和时间内收集的数据往往具有更高的附加价值。因为这些是至今为止人类无法获取的未知数据。采用小型且无需维护的IoT设备，则能够使其进入人类无法置身的严酷环境或机器内部，甚至大海中或天空中，实现从任何地方稳定地进行实时数据的收集。
为了实现这一理想，将光、振动、温度差等周边环境中内藏的能源转换为电力来加以利用，即能量采集（环境发电）技术的利用目前备受瞩目。下前表示，这一技术具有极高的市场价值。他说：“能源采集技术尚处于发展阶段，市场仍处于萌芽期，但如果这一技术能够得到充分运用，将不仅能够生产可长时间连续运行的机器设备，还可在智能住宅、智能网格、智能社区、智能工厂、智能保健等各类领域创造富有全新价值的服务。可以说，潜在的市场规模是非常大的。”
同时，作为实现零能源可活用的IoT设备相关技术，被称为反向散射通信的技术也开始受到关注。所谓反向散射通信，即不在发送数据的一侧产生载波，只需通过开关将天线的阻抗切换为高速即可发送数据的技术。也就是说，其自身不发射电波，而是通过天线来反射、吸收电视、Wi-Fi等环境中存在的电波，以开通/关闭电波的方式来进行数据的传输。因为发送侧终端无需放大器，所以可用极低的电力发送数据。但是，这项技术目前还未达到实用化水准，尚为未来的技术。中尾教授说：“为了实现反向散射通信，无线相关的高度技术是不可或缺的。在这方面，期待拥有丰富实绩的村田制作所早日实现。”
5G和Beyond5G/6G等通信基础设施、在边缘方面使用的IoT设备等，这些在DX和GX实践中不可或缺的IIoT系统的技术关键正在稳步实现并不断进化。通过DX和GX的发展实现可持续的富饶社会，主要依靠这些技术关键点的进一步发展和在社会中的实际运作。
为您介绍村田制作所的设备和解决方案如何帮助实现各类人、物、事互动的Smart Society。
