主要なIoTオペレーティングシステム

他のコンピューティングシステムと同様、モノのインターネット（IoT）の導入にはオペレーティングシステムが欠かせません。こうしたオペレーティングシステムにより、ユーザーはインターネット接続デバイス上で基本的なコンピューティング機能を実行できます。

本記事では、これらのIoTオペレーティングシステムを取り上げ、IoTシステムを動かすために利用されている主要なOSについて詳しく解説します。

• • オペレーティングシステムとは？
  • IoTオペレーティングシステムを利用する理由
  • IoTオペレーティングシステムの選び方
  • 主要なIoTオペレーティングシステム
  • Nucleus RTOS
  • TinyOS
  • Amazon FreeRTOS
  • Windows 10 IoT
  • Tizen
  • RIOT OS
  • Wind River VxWorks
  • 比較表：IoTオペレーティングシステム

関連記事：IoTの6つの課題と解決策

IoTオペレーティングシステムとは？

IoTオペレーティングシステムとは、開発者やビジネスチームが組み込みデバイスやシステムと連携し、その機能をプログラミングするとともに、IoTアプリケーションの一部として生成されるデータを追跡できるようにするオペレーティングシステムです。

これらのオペレーティングシステムは、安定した一貫性のある性能に必要な規模で処理能力を提供します。標準的なオペレーティングシステムと同様に、IoTオペレーティングシステムは、ユーザーが接続デバイス上でコンピューター機能を実行するのを支援します。

関連記事：エンタープライズネットワークの7つの課題

IoTオペレーティングシステムを利用する理由

デバイスやシステムの接続性が高まることで、顧客体験と業務をかつてない形で最適化できる可能性が示されているため、さまざまな業界の企業でIoT戦略がますます重視されています。

IoTの取り組みを成功させるには、開発者が個々のデバイスを利用・制御し、各デバイスのシステムや資産に適したアプリケーションを確実に実行できるようにする必要があります。IoTオペレーティングシステムは、そのための機能を提供します。

次のことを実現したい場合、IoTオペレーティングシステムが役立ちます。

• 個々のIoTデバイス上のソフトウェアとデータを管理する。
• IoTアーキテクチャで最大限の効果を得られるよう、デバイスごとのプログラミングを調整する。
• IoTハードウェア全体でリソースと電力の使用量を抑える。
• 組み込みデバイスをIoTアプリケーション、クラウドサービス、またはエッジデバイスに接続する。

関連記事：最適なネットワーク管理ソリューション 

IoTオペレーティングシステムの選び方

アプリケーションや環境に適したIoTオペレーティングシステムを選ぶには、いくつかの要素を検討する必要があります。

• ユースケース：IoTオペレーティングシステムは機能や用途がそれぞれ異なるため、ユーザーが求めるユースケースによって導入すべきIoTオペレーティングシステムの種類が決まります。
• セキュリティ：IoTセキュリティはIoTの取り組みの成否を左右する最大の要因の一つであるため、オペレーティングシステムはユーザーのアプリケーションや環境に適したセキュリティ拡張機能を提供する必要があります。脅威アクターに悪用された脆弱性やセキュリティ上の隙間は、IoTシステムに高額な損害をもたらすことが少なくありません。
• スケーラビリティ：優れたIoTオペレーティングシステムは、ユーザー環境にあるあらゆる種類のデバイスに対応できる拡張性を備えています。
• 接続性：幅広い接続プロトコルに対応するオペレーティングシステムを選ぶべきです。将来にわたって利用できるよう、関連性が高く最新のプロトコルにも対応している必要があります。
• フットプリント：ユースケースに応じて、メモリ、電力、処理能力の要件を満たすオペレーティングシステムを選ぶことが重要です。リソースに制約のあるデバイスを扱う場合、処理能力、電力、メモリのオーバーヘッドは最小限であるべきです。

関連記事：主要なエッジコンピューティング企業

主要なIoTオペレーティングシステム

Nucleus RTOS

Nucleus RTOSは、システム開発者が高度な組み込み設計における複雑な要件に対応できるリアルタイムオペレーティングシステムです。30億台を超えるデバイスに導入されており、信頼性と拡張性を重視したマイクロカーネルベースのオペレーティングシステムを提供します。カーネルの豊富な機能とツール群は、拡張可能なフットプリント、電力管理、セキュリティ、確定的な性能が求められるユースケースに適しています。

産業システム、航空システム、医療機器、自動車など、安全性とセキュリティに厳しい要件がある非常に要求の高い市場で、Nucleusは導入に成功しています。

主な差別化要因

• マルチコア対応：Nucleus RTOSは、uAMP、sAMP、SMPアーキテクチャ向けに32ビットと64ビットのソリューションを提供し、広範なマルチコア対応を実現します。
• プロセスモデル：Nucleusは、ソフトウェアとサブシステムを分離する空間ドメイン分割を提供することで、プロセスモデルを活用して信頼性を高めています。
• 低消費電力設計：Nucleus Power Management Frameworkにより、Nucleus RTOSは組み込み開発者に最新の省電力機能を提供します。開発者はこのフレームワークを使って、組み込みシステムの低消費電力要件を満たす電力効率を考慮したアプリケーションを作成できます。
• 多様な接続ソリューションへの対応：Nucleusは、最適化されたUSB 2.0および3.0、SDIO 2.0および3.0、802.15.4、Bluetooth Low Energy（BLE）およびBluetooth、Wi-Fi、PCIeなど、幅広い接続ソリューションに対応します。

TinyOS

TinyOSは、学術界と産業界にまたがるコミュニティによって利用されている、低消費電力ワイヤレスデバイス向けの組み込みオープンソース・コンポーネントベースのオペレーティングシステムです。ユビキタスコンピューティング、ワイヤレスネットワーク、スマートメーター、スマートビル、パーソナルエリアネットワークなどで使われる低消費電力ワイヤレスデバイスに対応します。

TinyOSは環境から受け取るイベントに依存するため、イベント駆動型のオペレーティングシステムです。メモリ最適化機能により、TinyOSは開発者の間で広く利用されています。

主な差別化要因

• センサーネットワークのメモリ制約に合わせた最適化：TinyOSのアプリケーションは、Cプログラミング言語の方言であるnesCで記述されており、センサーネットワークのメモリ制約に合わせて最適化されています。
• 共通の抽象化インターフェースとコンポーネント：TinyOSは、ルーティング、パケット通信、アクチュエーション、センシング、ストレージなどの標準的な抽象化に対応するインターフェースとコンポーネントを提供します。
• アルゴリズムとプロトコルのシミュレーション：TinyOSは、アルゴリズムや通信プロトコルの大規模なシミュレーションに貢献します。そのため、ワイヤレスセンサーネットワーク向け通信プロトコルの開発に適しています。

Amazon FreeRTOS

Amazon FreeRTOSは、リソースに制約のあるデバイス向けのオープンソース・リアルタイムオペレーティングシステムです。小型・低消費電力のエッジデバイスにおけるプログラミング、導入、セキュリティ、接続、管理を簡素化します。クラウドに依存しないこのオペレーティングシステムは、高速で応答性と信頼性に優れたカーネルを特徴とし、40を超えるアーキテクチャに実装されています。これにより開発者は、パッケージ化されたソフトウェアライブラリと組み合わせるハードウェアを幅広く選択できます。

FreeRTOSのユースケースには、データのローカル収集・処理、複数の業務用機器タスクの管理、デバイスのリモート更新などがあります。

主な差別化要因

• 接続性：FreeRTOSデバイスは、Wi-Fi管理などのローカル接続ライブラリを使用し、イーサネットやWi-Fi経由でローカル接続を維持できます。FreeRTOSはクラウド接続にも対応しており、ユーザーはIoTアプリケーションや他のAWSクラウドサービスで利用するデータを簡単に収集し、マイクロコントローラー搭載デバイスを操作できます。
• AWS IoTの機能とサービスへの対応：Amazon FreeRTOSは、AWS IoT Core Device ShadowやAWS IoT Device Defenderなど、AWS IoTの機能とサービスに対応しています。
• 無線経由の更新：FreeRTOSをAWS IoT Device Managementと併用することで、無線経由の更新ソリューションを実現できます。FreeRTOSにより、マイクロコントローラー搭載デバイスへの無線経由の更新を、メモリ使用量を抑えて導入できます。

Windows 10 IoT

Windows 10 IoTは、開発者向けツール、エンタープライズグレードのセキュリティ、長期サポートを提供し、開発者がWindows 10の性能を活用してIoTソリューションを迅速かつ安全に構築できるようにします。Windowsは、IoTソリューションを作成・導入するための信頼性の高いオペレーティングシステムを提供します。Azure IoTを使ってデバイスをクラウドに接続し、インサイトを活用してパーソナライズされた体験を提供し、顧客エンゲージメントを深め、ビジネス成果を向上させることができます。

Windows 10 IoTには、Windows 10 IoT CoreとWindows 10 IoT Enterpriseの2つのエディションがあります。

主な差別化要因

• Windows 10 Enterprise：Windows 10 IoT Enterpriseは、小売店のPOS、スマートゲートウェイ、ロボット、キオスクなどの専用デバイスで利用するために、Windows 10 Enterpriseの性能をフルに提供します。
• セキュリティ：IoTの普及に伴いデジタルデバイスの管理と保護に対する需要が高まる中、Windows 10 IoTは数多くのセキュリティ機能を備えています。Windows 10 IoTは、Trusted Platform Module（TPM）、セキュアブート、BitLocker、Device Guard、Device Health Attestationなどのデバイスセキュリティ技術を提供します。
• 開発ツール：Windows for IoTは、IoTデバイスの作成と管理に利用できる、効果的で使い慣れた開発ツールを提供します。
• オープンクラウドプロトコル対応：Windows for IoTは、オープンクラウドプロトコルと、AzureのインテリジェンスをWindows for IoTに提供するすぐに使えるエクスペリエンスに対応しています。

Tizen

Tizenは、オープンソースガバナンスの下で開発者コミュニティが設計した柔軟なオペレーティングシステムであり、アプリケーション開発者、デバイスメーカー、モバイル事業者など、モバイルおよび接続デバイスのエコシステムに関わるさまざまなステークホルダーのニーズに特化して対応します。開発者はTizenを使って強力なアプリケーションを構築し、幅広いデバイス上で実行できます。

Tizen Studioを通じてTizenネイティブアプリケーションやWebアプリケーションを作成するための、包括的なツールセットを提供します。Tizen Studioは、統合開発環境（IDE）、ツールチェーン、エミュレーター、サンプルコード、ドキュメントで構成されています。

主な差別化要因

• 複数のプロファイル：Tizenオペレーティングシステムは、さまざまな業界要件に対応する複数のプロファイルを提供します。Tizenのプロファイルには、Tizen IVI（車載インフォテインメント）、Tizen TV、Tizen Mobile、Tizen Wearableがあります。Tizen 3.0以降、これらすべてのプロファイルは、Tizen Commonと呼ばれる共通インフラストラクチャ上に構築されています。
• オペレーティングシステムのカスタマイズ：Tizenを使用すると、デバイスパートナーとモバイル事業者は協力してオペレーティングシステムとユーザーエクスペリエンスをカスタマイズし、それぞれの顧客セグメントが抱える固有のニーズを満たせます。
• ネイティブアプリケーション開発：Tizenは、柔軟なHTML5対応により、アプリケーション開発者や独立系ソフトウェアベンダーにネイティブアプリケーション開発の力を提供します。アプリケーション開発者は、Tizenを搭載したスマートデバイスへと対象範囲を広げられます。

RIOT OS

RIOT OSは、産業界、ホビイスト、学術界にまたがるグローバルコミュニティによって支えられた、無償のオープンソース・オペレーティングシステムです。大半の低消費電力IoTデバイスや外部デバイスに対応し、8ビット、16ビット、32ビットのマイクロコントローラーアーキテクチャにも対応します。データ構造、暗号ライブラリ、シェルなどを含むマイクロカーネル、ユーティリティ、ネットワークスタックを提供します。主な対象は、Linuxを実行するには制約が大きすぎるシステムです。安全で堅牢な接続型モノのインターネットを実現する、適用可能なオープン標準すべての実装を目指しています。

主な差別化要因

• 接続性：RIOT OSは、アプリケーションのニーズに適応し、サイロ化を解消するモジュール方式を採用しています。標準的なネットワーク技術とインターネット標準のすべてへの対応を目指しています。
• セキュリティ：RIOTは、DTLSセキュリティ、IEEE 802.15.4暗号化、セキュアファームウェア更新、数多くの暗号パッケージ、暗号学的に安全な要素に対応し、安全なIoTアプリケーションを実現します。
• コード品質：RIOTコミュニティは、確立されたツールを使ってコードを継続的にテストし、最高水準のコード品質を維持しています。

Wind River VxWorks

Wind River VxWorksは、ユーザーの重要インフラストラクチャに組み込まれたコンピューティングシステムを稼働させるために、最高水準の性能、信頼性、セキュリティ、安全性を実現する機能を提供するリアルタイムオペレーティングシステムです。低レイテンシーで、ジッターを最小限に抑えた、優先度ベースのプリエンプティブRTOSです。アップグレード可能であるだけでなく、将来の要件にも対応できるアーキテクチャを基盤として構築されており、市場やテクノロジーの変化するニーズに顧客が対応できるようにします。

VxWorksは、コンテナによるアプリケーションの導入にも対応しています。この最新のRTOSアプローチにより開発者の生産性が高まり、組み込みアプリケーションやセーフティクリティカルなアプリケーションを自信を持って導入できます。

主な差別化要因

• 広範なマルチコアおよびマルチプロセッシング対応：VxWorksは、Arm、Intel、RISC-V、Powerアーキテクチャに基づく32ビットおよび64ビットのマルチコアプロセッサに対応し、ユーザーがハードウェアの能力を最大限に活用できるようにします。
• OCIコンテナ：ユーザーは、ITに近いツールと手法を使ってアプリケーションをパッケージ化し、高速に導入できます。アプリケーションを標準コンテナレジストリにプッシュし、導入済みのVxWorksベースデバイスからプルすることも可能です。
• セキュリティ機能：VxWorksは、包括的で急速に進化するセキュリティ機能を統合し、アーキテクトがユースケースや環境における攻撃対象領域と脅威に適したレベルのセキュリティを設計できるようにします。

比較表：IoTオペレーティングシステム