エッジでのIoT：Equipment-as-a-Serviceビジネスモデルの実現

はじめに – Beecham Research

Beecham Researchは20年以上にわたり、急速に成長するコネクテッドデバイス市場の発展に特化してきました。私たちは、エッジコンピューティングをIoT市場の進化と企業ニーズを満たすIoTソリューションにおける特に重要な次のステップと捉えています。本レポートの市場統計が示すように、エッジでのIoTは様々なユースケースにおいて新しいIoTアプリケーションを可能にしています。すでに企業戦略の重要な一部となっているアプリケーションがいくつかあり、産業企業がよりリアルタイムな運営手法を採用する必要性が高まるにつれ、この傾向は拡大していくでしょう。

エッジコンピューティングの4つの主要な利点

機器メーカーにとって、IoTは製品ユーザーに新たな価値を付加する破壊的な市場機会を表しています。なぜエッジでのIoTが新しいソリューションとサービスの重要な実現要因なのでしょうか？データがデータセンターやクラウドで処理される従来のIoTと比較して、IoTのエッジコンピューティングには、メーカーが新しいサービスを提供し、顧客との関係を変革するのに役立つ特徴がいくつかあります：

1. レイテンシ: エッジコンピューティングは、アプリケーションワークロードをエッジサーバー（ノードとも呼ばれる）に移動し、データが収集される場所の近く、そしてアクションを起こす必要がある場所の近くでデータを処理します。クラウドや遠隔のデータセンターでデータを処理する代わりに、ソースの近くでデータを処理することで、より高速な分析結果と即座の応答をトリガーする能力を実現します。

2. パフォーマンス: 意思決定と制御アルゴリズムをエッジセンサーの近くで実行することで、制御を改善し、製造業の顧客が産業資産に対するより深い洞察とより細かい制御を得ることができます。そして、エッジコンピューティングは、ネットワーク接続が限られた地域でのIoTアプリケーションの新たな可能性を開きます。

3. セキュリティ: 直感に反するかもしれませんが、デバイスが広範囲に分散していても、エッジコンピューティングはセキュリティコンプライアンスを強化できます。ソースの近くでデータを処理することで、エッジコンピューティングは機密情報の共有を削減し、高レベルのデータセキュリティとデータ主権規制への準拠を維持するのに役立ちます。

4. コスト: クラウドに送信するデータ量を削減することで、企業は帯域幅とクラウドコンピューティングへの支出を削減できます。

エッジコンピューティングの定義

エッジコンピューティングは、クラウドやデータセンターでデータを処理するのではなく、コンピューティングリソースをデータソースの可能な限り近くに移動する分散ITアーキテクチャです。

IoT環境でエッジが果たす重要性の高まりは、使用される用語の数に反映されています。これにはファーエッジとニアエッジ、シンエッジ、シックエッジに加えてネットワークエッジ、そしてフォグコンピューティングがあり、これはエッジとクラウドの間の仲介役を果たします。エッジコンティニュアムという用語は、クラウドやプライベートデータセンターからエッジシステムやデバイスまで、最適な処理のために必要なコンピューティングリソースをどのように分散できるかを表現するために使用されます。

• ファーエッジは、クラウドデータセンターから最も遠く、ユーザーに最も近い場所に展開されるインフラストラクチャです：デバイスやセンサー、そして携帯電話基地局も含まれます。ニアエッジは、ファーエッジとクラウドデータセンターの間、通信事業者の中央オフィスに近い場所に展開されるインフラストラクチャです。

• シンエッジコンピューティング（制約エッジとも呼ばれる）では、センサーデータ収集地点での処理が少なくなります。シンエッジは、トラッキングなど限られた量のデータを生成するアプリケーションに使用される、バッテリー駆動のセンサーやデバイスを含むことが多いです。

• シックエッジは、大量のデータを使用する、または重要なコンピューティング能力を必要とするアプリケーションやデバイスを指します。IoTセンサーやデバイスは、データが収集される場所の近く、つまりネットワークエッジでエッジアプリケーションを実行するネットワークノードに接続されます。

• フォグコンピューティングとエッジコンピューティングは、どちらもソースに近い場所でのデータ処理に関するものですが、処理が行われる場所が異なります。フォグコンピューティングはクラウドコンピューティングの拡張であり、通常、地域ハブや無線アクセスネットワークなどのローカルクラウドハブに展開されます。エッジとクラウドの間の仲介役を果たします。

• エッジコンピューティングは、産業IoTソリューションにパフォーマンス、レイテンシ、コスト、セキュリティの利点をもたらします。製造業の顧客にとって、このリアルタイムデータ処理は、より洗練されたビジネスモデルを推進する重要な実現要因です。

図1：Linux Foundationが提供するエッジコンピューティングの定義。異なるソースがエッジを異なる方法でセグメント化し、代替用語を使用する場合があることに注意してください。

エッジの価値ドライバー

エッジでのIoTは、機器メーカーとエンドユーザーの両方にとってどのように価値を解放できるのでしょうか？従来のネットワーク化されていない製品を考えてみましょう：メーカーの利益は製品の一回限りの販売から生まれ、機器メーカーは顧客との限られた関係しか持ちません。メーカーと顧客が相互作用する可能性があるのは、製品が販売される時と故障する時の2回だけかもしれません。顧客は機器のパフォーマンスに対する洞察と制御が限られています。

これを、製品のライフサイクル全体を通じて洞察と制御の機会を提供するネットワーク化された製品と対比してみてください。メーカーは、顧客の優先事項と接続デバイスの提供における自身の経験に基づいて、製品と共に多くのサービスを提供できます。ほぼすべてのIoTプロジェクトの出発点は遠隔監視です。第2レベルはそのデータの分析です。例えば、潜在的な故障を予測し、予知保全を適用し、ダウンタイムを最小化することです。第3レベルは、運用上の意思決定のためにデータがほぼリアルタイムで提供されるリアルタイム意思決定支援です。

メーカーにとっての究極の機会は、製品とサービスを組み合わせたパッケージ—Equipment-as-a-Service (EaaS)—を提供することです。すべての保守と運用コストがEaaS料金に組み込まれ、CapExをOpExに変換し、顧客の初期費用削減と機器からのより多くの価値獲得を支援します。機器メーカーにとって、EaaSは製品と製品を取り巻く様々なサービスの両方の観点から競争する機会、そして製品ライフサイクル全体を通じて顧客とのより密接で継続的な関係を発展させる機会を表しています。その結果、製品とサービスをパッケージとして一緒に提供する機器メーカーは大きな商業的優位性を持ちます。

エッジは、クラウドや遠隔のデータセンターでIoTデータを処理する課題を解決するため、これらの新しい能力とビジネスモデルに必要です。エッジコンピューティングにより、IoTデータをより高速に処理でき、パフォーマンス最適化の新たな機会を解放します。ローカル制御によりセキュリティを向上させます。そして、他のビジネスアプリケーションに必要なデータのみを送信することで、ネットワーキングコストを削減します。

市場はエッジでのIoTの準備ができているか？特にそうではない。市場はそれを必要としているか？間違いなく。これは先行企業にとって自社市場での潜在的な競争優位性を表すか？非常に可能性が高い。

- Robin Duke-Woolley, CEO, Beecham Research

エッジでのIoT：ユーザーの視点

Beecham Researchは、エッジコンピューティングの使用に関するいくつかのユーザー調査の結果をレビューしました。以下のこれらの調査のハイライトは、顧客が現在この市場をどのように考えているかを示しています。

最近のユーザー調査の結果は、エッジコンピューティングの成長と業界リーダーにとっての戦略的重要性を強調しています。挙げられた利点は、処理帯域幅の増加、レイテンシ改善によるデータへの即座のアクセス、接続性、ストレージインフラストラクチャに関連するコスト削減、セキュリティ向上を含む、エッジコンピューティングの特性と一致しています。

IoTエッジの重要性と採用の拡大

Eclipse FoundationのIoTとエッジ商用採用調査には、複数のセクターからの300の企業からの回答が含まれています。結果は、IoTとエッジの両方が重要性と採用の両面で成長していることを示しています。

図2：調査対象企業の86%が現在IoTソリューションを展開中、または今後24ヶ月以内に計画している。

調査によると、調査対象企業の30%が2020年に10万ドルから100万ドルの間の支出を予測していると回答し、これは2019年の2倍の増加です。これらの投資の規模は、調査対象企業の半数以上が100人未満の従業員を雇用していることを考えると、さらに重要です。

さらに、これらのエッジ投資はITではなく、ビジネスによってますます主導されています。約35%の組織が、意思決定が上級幹部レベルのスタッフによって推進されていると回答し、これは前年のほぼ2倍の率であり、IT担当者による主要な意思決定は2019年の26%から2021年の21%に減少しました。

5GとエッジコンピューティングがIoTの価値を向上

Forrester Researchの2020年レポート、5GとエッジコンピューティングがIoTの価値をどのように向上させるかは、エッジコンピューティングを実装している1,000人以上の従業員を持つ企業の200人以上のグローバルモビリティ意思決定者を調査しました。

調査対象者は、5GがIoT、自動化、エッジコンピューティングのユースケースを強化すると述べています。超低レイテンシと超高帯域幅を使用して、接続デバイスの隣での処理を可能にし、サポートされるエッジコンピューティングユースケースの幅と多様性を拡張します。

エッジコンピューティングは、これらの企業が物理/デジタル分野にわたるリアルタイムAIなどのソリューションを採用することで、以前は解決困難だった問題を解決するのに役立っています。そして製造業者にとって、この能力はスマートファクトリーアプリケーションと価値提供を通じて生産と収益の増加を推進します。

エッジ破壊者は補完技術を採用

2021年、IBM Institute for Business ValueはOxford Economicsと共同でエッジコンピューティングの優位性を発表しました。これは22の業界と21の国にわたる1,500人の幹部の調査です。このレポートは、140の化学、石油、工業製品の回答者に焦点を当てています。

調査では、主要企業が現在エッジを活用していることがわかりました。これらのエッジ破壊者は、IoT、クラウドコンピューティング、ロボティックプロセスオートメーションを含む補完技術を採用しています。技術が成熟するにつれ、採用は急速に拡大すると予想されます：ほぼすべての回答者が、組織が今後5年以内にエッジコンピューティングを実装すると述べています。

調査では、「エッジ破壊者」と呼ばれる回答者のサブセットを特定し、共通の特徴として：

• エッジコンピューティングが組織の応答性にプラスの影響を与えると期待している；
• エッジ投資が今後3年間で15%から70%のROIをもたらすと期待している；そして
• 破壊者は現在、技術予算の割合としてエッジコンピューティングに同業他社の2倍以上投資している（2.7%と比較して6.3%）。その結果、彼らはエッジコンピューティングの旅でより先に進んでいます。

これらのエッジ破壊者は、ユースケースを超えてビジネス目標と整合させることを目指しています。また、より困難な決定を行うためにインテリジェントマシンを使用することを期待しています。そして、エッジを補完する技術に投資するため、より多くのリターンを得ています。

エッジでのIoT：ベンダーの視点

詳細な市場調査のため、Beecham Researchは、業界セクター全体に広く分散した顧客にサービスを提供し、エッジソリューションのすべてのコンポーネントに精通しているソリューションプロバイダーにインタビューしました。インタビュー対象者は、上級ビジネスリーダーからニッチな技術専門家まで、幅広いポジションを持っていました。彼らが言ったことのサンプルは以下の通りです。

1. レイテンシとプライバシーがエッジの主要ドライバー

レイテンシと帯域幅は、リアルタイムアプリケーションにおいて非常に重要であり、IoTデバイスは非常に高速に成長し、大量のデータを生成しています。低レイテンシアプリケーションの展開と配信の簡素化、および異なる地域とプロバイダー間でエッジネットワークを接続する能力に大きな需要があります。

その他のドライバーは、セキュリティ、データ主権、GDPRなどのプライバシー規制への準拠です。時には、特定の国や地域でデータを処理・保存する必要があり、エッジはそれに最適です。

特にネットワークがより複雑になり、分散ソリューションがインフラストラクチャを近代化するにつれ、接続性を補完する組み込みおよびエッジ能力には強力な技術的根拠があります。

最も普及している傾向は、レイテンシの削減です。コンピューティングとデータを物理的にユーザーに近づけることで、レイテンシを削減できます。

- グローバルデータネットワークとエッジを専門とするスタートアップのコンピューティングサービス・ディレクター、開発者製品・関係担当

2. 製造業には価値あるIoTエッジコンピューティングユースケースがある

エッジは多くの垂直市場、産業オートメーション、ビルオートメーション、小売オートメーションで優位性を持っています。製造業では、資産健全性監視、予知保全、機械の保全アクション計画が特に価値あるユースケースです。

従来のユースケースは孤立したオンサイトソリューションですが、分散処理ソリューションの配列は急増しています。

- STMicroelectronics、システム検証エンジニア

3. エッジからクラウドへのコンティニュアムがデジタル変革の鍵

エッジコンピューティングはいくつかの主要な利点を提供します。ローカルで生成されたデータがソースの近くで処理されるため、顧客はもはやデータをクラウドにアップロードしてから後で洞察をダウンロードする必要がありません。これにより、中央集権システムの負荷が軽減され、接続要件が低下し、コストが改善される可能性があります。長期保存のため、または他のビジネスアプリケーションと統合するために必要なデータのサブセットは、容易に利用できます。

エッジは、IoTソリューションが価値を提供するための新しい機能を可能にします：エッジコンピューティングは、リアルタイムでデータをクリーニングし、価値ある処理済み洞察を抽出し、反応時間を短縮し、ローカルデータ規定に準拠し、全体的にエネルギーとデータコストを削減できます。

しかし、完全にどちらか一方というわけではありません：接続デバイスを持つ多くの企業にとって、クラウドとエッジはハイブリッドクラウド/IoT環境で共存します。さらに、エッジはITとOTコミュニティがIT対象者ではなくビジネスユーザー向けの新しいソリューションで協力することを可能にします。

展開の容易さ、多くの場合、クラウドは非常に有用で役立ちます。世界中どこにでも送信できますが、エッジは運用においてより多くの柔軟性/反応性を提供します。エッジはITとOTが融合する場所です。例えば、ネットワーク仮想化では、機能するためにITとOTが一緒になる必要があります。

- エッジコンピューティング仮想化・オーケストレーション会社、最高執行責任者

4. エッジでのAIとMLが自動化を推進

自動化は現在、AIによって作成または可能になる第一のドライバーです。AIとMLは異常検知に価値があります：ショップフロアにある機械からデータを収集し、パターンを見て、機械が異常な方法で動作していることを示すパターンのために機械学習モデルを訓練できます。

私たちは、温度センサーと振動センサーを備えた機械で、AIとMLが大量のデータを取得しているのを見ています。AI/MLシステムで実行することで、機械が故障する可能性が高いかどうかを判断できます。

- エッジソフトウェアソリューション会社、最高技術責任者

5. プライベートネットワークと5Gの両方が接続性を推進

エッジでのIoTを検討している企業は、現在主にプライベートネットワークで作業していますが、5Gは企業が利用できるスペクトラムと帯域幅を改善する観点から、帯域幅に大きな影響を与えるでしょう。この点で、5Gはブロードバンドのようになるでしょう。

5Gスタンドアロンデータインフラストラクチャは、パフォーマンスと容量のバーを大幅に引き上げるソフトウェア定義ネットワークです。エッジコンピューティングアプリケーションにとって最も重要な3つの汎用サービスがあります。大規模Machine Type Communication（mMTC）サービスを通じたナローバンドインターネットアクセスにより、5Gは1平方キロメートルあたり最大100万台のデバイスをサポートできます。拡張モバイルブロードバンド（eMBB）を通じた高帯域幅インターネットアクセスにより、毎秒10ギガビットでデータを送信できます。そして、超信頼低レイテンシ通信（URLLC）により、低エラー率で非常に低い（サブミリ秒）レイテンシを提供します。

これらの実現技術により、5Gオペレーターは、より良い使いやすさとより少ない複雑さで、エンドカスタマーに付加サービスを提供し、IoTとエッジコンピューティングソリューションの両方のエンドユーザー採用を加速できるでしょう。

製造業と産業IoTの観点から、5Gとエッジコンピューティングは、高密度環境で数百または数千のデバイスの低レイテンシネットワーキングを可能にするため、勝利の組み合わせを提供します。

4G LTEは、フリート管理のユースケースでよく利用されています。5Gは、工場で数百のロボットが一緒に作業するような、より高密度の環境に特に適しているでしょう。

- エッジインフラストラクチャ、エクスペリエンスデザイン・ディレクター

6. セキュリティと企業の準備状況が主要な課題

専門家は、エッジコンピューティング採用の2つの主要な課題を挙げています：デバイスの物理的セキュリティと企業の準備状況です。

物理的セキュリティは、デバイスがほとんど遠隔地にあるため最高の課題であり、企業はハッキングやマルウェアを避けるためにセキュリティを考慮する必要があります。

エッジデバイスを採用する企業の準備状況について、企業がIoTを成長させ、試験を開始した時、時々困難に遭遇します：デバイスは多数の互換性問題と一緒に動作するでしょうか？オペレーティングシステムはIoTエッジアプリケーションをサポートできるでしょうか？

エッジはITとOTが融合する場所です。例えば、ネットワーク仮想化では、機能するためにITとOTが一緒になる必要があります。私たちは、組織のITとOTの利害関係者と協力し、プロジェクトを展開する前に彼らが整合し、合意していることを確認する必要があることを認識しています。

- エッジコンピューティング仮想化・オーケストレーション会社、最高執行責任者

エッジでのIoT：リアルタイム企業の実現

調査と市場調査により、エンドユーザーがエッジでの低レイテンシデータ収集と処理の価値を認識していることが示されました。今日の経済は、顧客が望むものを、いつ、どこで望むかを提供する能力、つまりリアルタイムの洞察とアクションに基づいています。ビジネスプロセスの経過時間を根本的に削減することで、企業はビジネスに影響を与える事象により迅速に感知し、対応できます。

絶えず増大するデータ量は真に課題です：IDCは、2020年に59ZB（ゼタバイト）のデータが作成されたと推定しており、これは59兆ギガバイトに相当します。企業は、このデータを効率的に取得、処理、行動に移す方法を探しています。

エッジは、企業がデータを実用的な情報に、これまで以上に高速で、大規模に変換するのに役立ちます。IoTデータのより高速な処理により、企業は機器、フリート、その他の「モノ」がリアルタイムでどのように動作しているかを見ることができます。さらに重要なことは、標的を絞った介入でシステムパフォーマンスを向上させることができることです。

その結果、エッジはIoTのコア機能を、従来クラウドで実行されていた役割である監視と報告から、ローカル制御と自動化にシフトしています。エッジで処理されるIoTデータにより、企業は現在、インテリジェントデバイス、インテリジェントシステム、インテリジェントネットワークで構成されるリアルタイム環境で動作する結果主導のソリューションを採用できます。

IoTとインテリジェントエッジ

IoTの価値は、パラメータとイベントデータを取得し、それを洞察に処理する能力に基づいています。情報をインテリジェンスに変換することは、クラウドだけでなくエッジでの機械学習（ML）と人工知能（AI）技術の展開からますます生まれています。小型で電力効率が良く、コスト効果の高いAIチップセットを、IoTエッジハードウェアに組み込むことができるようになりました。これにより、小さなローカルデータセンターのインテリジェントネットワークとして機能し、大量のデータをローカルで処理できるようになり、運用と管理の決定の基盤となる情報量を増やします。

チップセット技術の進歩により、エッジに展開されるデバイスのコンピューティングリソースが向上しました。これにより、インテリジェントエッジコンピューティングは、以前はクラウドなどの中央施設で行われていたデータ分析タスクを実行できるようになりました。例えば、セキュリティ侵害が発見された場合、リアルタイムで機能をオフにする能力がミッションクリティカルな要件になります。さらに、エッジコンピューティングにより、企業はエンドユーザーにより近い場所で認証タスクを実行でき、これは本質的により安全です。

上記で説明した革新はすべて技術に関するものです。エッジでのIoTによって推進される関連する発展は、企業における情報処理と意思決定の構造の変化です。私たちはこれをIT-OT収束と呼んでいます：企業全体のコンピューティングとデータ処理を処理する情報技術システム（通常はバッチ更新）と、産業運用をほぼリアルタイムで管理・制御する運用技術システムの統合です。ITとOTの融合により、組織は企業全体でIoTデバイスとエッジコンピューティングによって生成されるデータをより有効活用できます。このプロセスは、既存の企業ITシステムと並行して動作する新世代の運用技術を展開することで可能になっています。

エッジからクラウドへのモデル

ネットワークのエッジに向けたインテリジェンスのシフトにより、中央集権的なクラウドを計算集約的なタスクに使用できるようになります。これらのタスクには、より広範囲のソースからのより大きなデータセットの分析と、トレンドに関する情報を得るための高度な分析の採用が含まれます。したがって、エッジとクラウドコンピューティングは補完的で共生的な役割を果たします。

エッジデバイスは、ローカルで処理されたデータからの結果のみを提供する必要があり、その後通常は破棄されます。有用な後処理情報のみがクラウドに送信され、保存されます。クラウドは、リアルタイムIoT情報をCRMやERPなどの企業アプリケーションからの最新情報と融合するために使用できます。

企業は必要に応じてクラウドリソースを迅速に立ち上げることができるため—コンピューティング、ストレージ、データベースなどのインフラストラクチャサービスから、IoT、機械学習、データレイク、分析まで—企業は新しいアイデアを実験・テストする能力が向上します。さらに、クラウドコンピューティングにより、ビジネス活動のピークレベルを処理するためにリソースを事前に過剰プロビジョニングする必要がありません。リソースは、変化するビジネス要件に応じてスケールアップまたはダウンできます。

エッジとクラウドの能力を組み合わせることで、企業は「エッジコンティニュアム」を使用して、企業全体でIoT情報を収集、処理、統合、行動するためのオプションを拡張できます。

エッジでのIoTが新しいサービスとビジネスモデルを可能にする方法—Cumulocityの対応

Beechamは、企業がエッジコンピューティングとその利点に向かうのを支援するトレンドと技術実現要因を提示しました。もはや監視と報告に限定されず、IoTソリューションは現在ローカル制御と自動化を可能にします。調査は、エッジでのIoTが企業運用でIoTを変革する刺激的な方法を指摘しています。

私たちの経験では、機器メーカーは、製品開発サイクルを加速し、顧客がより効果的に運用できるよう支援し、収益を多様化するサービスを提供するために、IoTのこれらの進歩を適用することを熱望しています。要するに、IoTにより、彼らはよりスマートな製品を作り、より迅速に価値を生み出すことができます。これらのメーカーにとって、エッジは産業IoTにおける6つの典型的な課題を克服します：

1. リアルタイムパフォーマンス

機械データに基づくリアルタイムアクションは、機械のダウンタイム、高い修理コスト、または製品品質の低下を避けるために不可欠であり、クラウドへの往復は成功した結果のための時間窓よりも長くかかる可能性があります。エッジコンピューティングは、低ネットワークレイテンシと高速応答時間を提供でき、ダウンタイムの1分ごとのコストが急速に価値を減衰させる高価値資産を扱う際の重要な優位性です。

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