Microsoft PowerPoint - Bluemix2014TechWS_06_IoT.ppt

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1 そこが知りたい! IBM Bluemix テクニカル セミナー IoT クラウドで拡がる Bluemix の世界 日本アイ ビー エムシステムズ エンジニアリング株式会社 メインフレーム ミドルウェア 城 健太郎 エマージング テクノロジー 橋本裕樹 日本アイ ビー エム株式会社 SWG WebSphere 事業部 佐々木志門 当セッションでは IBM IoT Foundation や IBM Bluemix など IBM が提供するクラウド上の IoT 環境について デモを交えてご紹介します 1

2 アジェンダ Internet of Things(IoT) の背景 IBM が提供するクラウド上の IoT 環境 デバイス /Bluemix アプリケーションとの連携 Node-RED によるデバイスとサービスの連携 2 アジェンダは以下のとおりです まず IoT の背景をご説明した後 IBM が提供するクラウド上の IoT 基盤についてご紹介します 後半は デバイス /Bluemix アプリケーションとの連携や Node-RED によるデバイスとサービスの連携など アプリケーション側の実装手段についてご紹介します 2

3 ご注意 この資料は日本アイ ビー エム株式会社および日本アイ ビー エムシステムズ エンジニアリング株式会社の正式なレビューを受けておりません 資料の内容には正確を期するよう注意しておりますが この資料の内容は 2014 年 09 月現在の情報であり 製品の新しいリリース 修正などによって動作 / 仕様が変わる可能性があります 当資料は 資料内で説明されている製品の仕様を保証するものではありません 従って この情報の利用またはこれらの技法の実施はひとえに使用者の責任において為されるものであり 資料の内容によって受けたいかなる被害に関しても一切の補償をするものではありません また IBM IBM ロゴおよび ibm.com は 世界の多くの国で登録された International Business Machines Corporation の商標です 他の製品名およびサービス名等は それぞれ IBM または各社の商標である場合があります 現時点での IBM の商標リストについては をご覧ください 3

4 Internet of Things(IoT) の背景 4

5 Internet of Things(IoT) の背景 モノ 500 億 デジタル社会持続可能な成長 一人ひとりのモバイル グローバルな接続性 変曲点 ヒト ヒト 場所 億 10 億 5 IoT は Internet of Things の略で 日本語では モノのインターネット と呼ばれています 携帯電話や PC に限らず さまざまなデバイスをネットワークに接続する仕組みです 近年 IoT を活用したシステムが大変注目をされており ガートナー社のリサーチ Gartner s 2014 Hype Cycle for Emerging Technologies Maps the Journey to Digital Business では IoT 関連技術がもっとも注目される技術として位置づけられています そういった注目の背景にあるのは IoT デバイスや搭載するセンターの小型化 低価格化にあります 図のグラフは 2025 年までにおよそ 500 億のデバイスがネットワークに接続されることを予測したレポートです 次頁では デバイスを活用した IoT システムの事例をご紹介します 5

6 IoT 事例 北九州スマートコミュニティー創造事業 スマートメーター スマートメーター ( 低圧用 ) コンセントレーター スマートメーター ( 高圧用 ) 地域エネルギーマネジメント システム IBM Middleware CEMS 連携モバイル システム 仕様 / 構成管理 設置 / 点検作業管理 計測情報管理 ビル 商業施設 工場など BEMS BEMS による相互接続 データ収集 大規模 データ加工 データ集積 提供 状態管理 トレーサビリティー管理 最適配置分析 交通 JEMS 住宅 HEMS HEMS IBM スマートコミュニティー情報統合基盤 IBM 蓄電池等アセット管理システム EMS:Energy Management System 6 ここでは IoT を活用したシステムについてご紹介します ここでお伝えしたいポイントは 2 つです 1IoT は すでにビジネスとして活用され始めています 2IoT は これまでの IT システムでは実現できなかった新たなエリアを開拓するものです 上記の事例は IBM がスマートコミュニティー創造事業として実施したものです 各家庭やビル 商業施設などに設置されたスマートメーターから統一されたプロトコルでセンサーデータを収集します 収集したデータは加工 / 蓄積 / 分析され 得られた知見は後段のシステムやデバイスの制御などに使用されます こうしたシステムは 多くのデバイスとセンサーを活用できて初めて実現することができるシステムです デバイスやセンサーを用いたシステムは 様々なエリアで応用可能です 例えば 物流システムにおいて車載の位置データを収集し最適な配達経路を割り出すことに活用するといったケースなども考えられます 6

7 IoT の特徴と通信プロトコルに求められる要件 デバイスの特徴 多種多様 膨大な数を接続する 小規模でマシンパワーが少ない 通信が不安定 通信プロトコルに求められる要件 軽量性 : コンパクトで軽量なプロトコル 拡張性 : クライアント増加に柔軟に対応 双方向性 : 双方向でN:N 型の通信 信頼性 : 確実な転送 オープン性 : 可搬性向上 開発負荷の軽減 7 IoT で使用されるデバイスの特徴と通信プロトコルに求められる要件をご説明します 前頁のケースのように IoT のシステムでは様々な種類のデバイスを多く接続します そのため 接続先のサーバやネットワークの負荷を軽減するために 使用するプロトコルは極力軽量であることが求められます また デバイスの追加 / 削除が行われた場合に 逐一運用作業やアプリケーションの改修が発生しないよう柔軟に対応できることも重要です さらに アプリケーションでの実装を考慮すると 複数のデバイスに対する同時送信なども要件として挙げられます 7

8 MQ Telemetry Transport () IoT や M2M 環境に最適化された通信プロトコル 不安定な稼動環境 低帯域 N/W 環境で使用されるセンサー / 端末向けに開発 M2M: Machine to Machine オープンな仕様 コミュニティー サイト ( で情報公開 現在は V3.1 を公開 OASIS にて標準化が進められている パブリッシュ / サブスクライブ型のメッセージング モデル トピックをベースに 通信相 を意識することなく双方向の N:N 通信が可能 クライアントパブリッシャーパブリッシュ トピック Pub/Sub ブローカー サーバー サブスクライバー クライアントサブスクライブサブスクライバー 8 プロトコル プロトコル 前頁の要件を満たすプロトコルとして注目されるのが MQ Telemetry Transport( ) プロトコルです は IoT や M2M 環境に最適化された通信プロトコルで 不安定な稼動環境 低帯域 N/W 環境で使用されるセンサー / 端末向けに開発されました 当セッションでご紹介する IoT 基盤は この を使用するために提供されたクラウド上の基盤です の一番の特徴は パブリッシュ / サブスクライブ型のメッセージング モデルです トピックをベースに通信相手を意識することなく双方向の N:N 通信が可能であり 複数デバイスに対してのデータ配信が想定される IoT と非常に相性のよいモデルです の構成は クライアントと サーバーからなります クライアントは サーバーに接続しメッセージの送信 ( パブリッシュ ) や購読 ( サブスクライブ ) を行います トピックに対しパブリッシュされたメッセージは そのトピックに対しサブスクライブしているクライアントに対して送信されます 8

9 MQ Telemetry Transport () コンパクトで単純な設計 ヘッダー フォーマットをビット単位で規定 固定 フィールド (2 バイト ) と可変 フィールド (0 12 バイト ) 単純な API(connect, publish, subscribe, disconnect) で モジュールのフットプリントも軽量 TCP/IP を前提としたプロトコル ネットワーク レベルの転送は TCP で保証 QoS(Quality of Service) クライアントの不安定な稼働環境を想定し クライアント サーバー間のメッセージ送達保証レベルを 3 種類規定 QoS = 0 : メッセージは 1 回のみ送信される ( 送信先に届くかは保証しない ) QoS = 1 : メッセージは最低 1 回は送信先に送られる ( 重複の可能性あり ) QoS = 2 : メッセージは必ず正確に 1 回送信先に送られる 9 では必要最低限のヘッダーのみが規定されおりコンパクトな設計となっています また API もシンプル (connect, publish, subscribe, disconnect) であるため モ ジュールのフットプリントも軽量です QoS では 3 種類のメッセージ送達保障レベルが規定されており 要件に応じて選択することができます 9

10 IBM が提供するクラウド上の IoT 環境 10

11 IBM が提供するクラウド上の IoT 環境 クラウド環境上の IoT 基盤 (IoT ファンデーション ) の 3 要素 IBM Internet of Things Foundation IBM Bluemix IoT Service Node-RED IoT ファンデーションを利用するメリット IoT アプリケーションのプロトタイプを即座に実 可能 準備済み 基盤を利用することで アプリケーションの開発に注 IoT ファンデーション 準備済み 基盤 11 アプリケーション開発者 デバイス 当セッションでは IBM が提供するクラウド上の IoT 環境 (IoT ファンデーション ) の 3 要素をご紹介します 続く頁にて それぞれをご紹介します IBM Internet of Things Foundation IBM Bluemix IoT Service Node-RED IoT ファンデーションを利用するメリットは 基盤を用意することなしに IoT アプリケーションを実行できる点にあります 例えば の基盤を用意するためには IBM 製品ですと WMQ などが該当しますが サーバーの準備 ネットワークの準備 ソフトの導入と確認 など様々なステップが必要です クラウド上に準備済みの基盤を使用することで そういった準備なしにアプリケーションの作成に注力することが可能です 11

12 IBM IoT Foundation と IBM Bluemix IBM IoT Foundation クラウド上で サーバー機能を提供 デバイス / アプリケーションは プロトコルを使用し IoT Foundation に接続 IBM Bluemix ブラウザ ベースのコーディネーション ツール Node-RED を提供 Node-RED は IoT サービスを利用して IoT Foundation に接続 クライアント IBM IoT Foundation IBM Bluemix IoT サービス クライアントアプリケーション サーバー アプリケーション アプリケーション アプリケーション 12 IoT ファウンデーションの全体像と それぞれの位置づけをご紹介します IBM IoT Foundation は クラウド上で サーバー機能を提供します デバイス / アプリケーションは プロトコルを使用し IoT Foundation に接続します IBM Bluemix は ブラウザ ベースのコーディネーション ツール Node-RED を提供します Node-RED は IoT サービスを利用して IoT Foundation に接続します もちろん Bluemix 上の Liberty や Node.js といったランタイムから直接 IoT Foundation に接続することも可能です 12

13 IoT Foundation IoT Foundation(Beta) クラウド上で サーバー機能を提供 デバイスの認証機能を提供 IBM ID を使用しサイン イン後 認証トークンを発 Web API 経由での登録も可能 Beta 版では使用可能なデバイスを 10 に制限 Quickstart にてデバイスからの接続を認証なしで確認可能 データ参照用 GUI センサーシミュレーターを用意 Beta 版として提供 (2014 年 9 月現在 ) 認証トークンを用いて接続 認証トークンを発 デバイス IoT Foundation サーバー Quickstart データ確認用 GUIを提供 13 認証なしでも接続可能 IoT Foundation についてご紹介します 前頁でもご紹介しましたが IoT Foundation はクラウド上で サーバー機能を提供します また デバイスの認証機能も提供します IoT Foundation にて発効した認証トークンを持つ クライアントのみ接続を許可する構成が可能です 認証なしの サーバーとして Quickstart も用意されています Quickstart ではデータ参照用 GUI センサーシミュレーターも用意されています 2014/9 現在 Beta 版であるため 使用可能なデバイスや 機能が制限されています 13

14 デモ 1:Quickstart ダッシュボードデモ構成 元の環境センサーで取得したデータ ( 温度 湿度など ) を IoT Foundation の サーバーへ送り そのデータを GUI で確認 デモで使用するデバイス TEXAS INSTRUMENTS SensorTag 環境情報 ( 気温や湿度など ) を収集 クライアント センサー パブリッシュ IBM IoT Foundation サーバー ブラウザー HTTP Quickstart UI 14 Quickstart ダッシュボードのデモをご用意しました Bluemix2014TechWS_06-1_IoT.mp4 をご覧ください 手元の環境センサーで取得したデータ ( 温度 湿度など ) を IoT Foundation の サーバーへ送り 送信されたデータを GUI で確認します 14

15 IoT Foundation が提供する接続 ( 認証 ) 種別 IoT Foundation は以下の接続 ( 認証 ) 種別を提供 以下を登録時に auth-token( 認証コード ) を発 Devices IoT Foundation に接続するデバイスを登録する Device Type, Organization, Device ID(Mac アドレス ) を登録 API Keys IoT Foundation に接続する (Bluemix を含む ) アプリケーションを登録 15 IoT Foundatin が提供する接続 ( 認証 ) の種別です デバイス用 (Devices) とアプリケーション用 (API Keys) の認証種別が提供されます それぞれ 登録時に auth-token が発効されます 15

16 ( 参考 ) IoT Foundation への Quickstart 接続 検証デバイスやアプリケーションからの接続を確認可能 デバイスは MAC アドレスにて識別される デバイスは MAC アドレスで識別される デバイスから送信されたデータがグラフ化される 16 デモ 1 でもご紹介いたしましたが IoT Foundation への Quickstart 接続で デバイスから送信されたデータを確認することが可能です デバイスは MAC アドレスで識別されます 16

17 ( 参考 ) IoT Foundation への接続チュートリアル 検証デバイスの接続チュートリアルを提供 検証デバイス向けにサンプル プログラムも提供される Texas Instruments や Rasberry pi など 17 こちらは IoT Foundation への接続チュートリアルです Rasberry pi や Texas Instruments など検証用デバイスから IoT Foundation への接続のためのステップが解説されています また 接続用のサンプル プログラムも提供されます 17

18 Bluemix IoT Service IoT Service(Beta) Bluemix からデバイスにアクセスするための Bluemix サービス IoT Foundation への認証情報を登録 Node-RED アプリケーション ( 後述 ) が認証情報を利用 Beta 版として提供 (2014 年 9 月現在 ) IBM IoT Foundation サーバー IBM Bluemix IoT サービス アプリケーション アプリケーション 認証トークンを登録 18 Bluemix IoT Service をご紹介します こちらは Bluemix 上の Node-RED アプリケーション ( 後述 ) がデバイスにアクセスするために使用する Bluemix サービスです 現在 Beta 版として Free で提供されています IoT Service は Bluemix 上で のサーバーが稼動するのではなく Node-RED アプリケーションに認証情報を提供するためのサービスです 18

19 Bluemix IoT Service Internet of Things サービスの作成 API Key を登録 19 認証トークンを登録 Bluemix IoT Service の構成例です サービス作成時に IoT Foundation で発効した API Key と認証トークンを登録します 19

20 デバイス /Bluemix アプリケーションとの連携 20

21 デバイス /Bluemix アプリケーションからの接続 クライアントから IoT Foundation に接続 クライアント ライブラリを利用して接続 代表的な クライアント IBM Mobile Messaging and M2M Client Pack MA9B IBM 提供の クライアント ライブラリ Java C JavaScript(for browser) をサポート Eclipse Paho Clients オープンソースの クライアント C, C++, Java, JavaScript(for browser), Python and Go をサポート.js Node.js 用 クライアント (JavaScript) 21 デバイス /Bluemix アプリケーションからの接続方法をご紹介します クライアントは クライアント ライブラリを利用して IoT Foundation に接続します ここでは 代表的な クライアントをご紹介します 21

22 IoT Foundation への接続要件 IoT Foundation への接続要件 バージョン : V3.1 (V3.1.1 推奨 ) 接続先ホスト名 IoT Foundation <orgid>.messaging.internetofthings.ibmcloud.com orgid: Bluemix アカウントにて使用する Organization ID IoT Foundation Quickstart messaging.quickstart.internetofthings.ibmcloud.com クライアント ID や接続先トピックも接続種別ごとに規定されている 詳細は Internet of Things Recipes を参照 その他の制約 QoS=0 のみをサポート メッセージサイズは 4096 バイトまで (Quickstart) トピックのサブスクライブが不可 (Quickstart) 22 IoT Foundation に接続する際に 考慮が必要な接続要件を解説します バージョンは V3.1 (V3.1.1 推奨 ) に限定されます 接続先ホスト名は 認証の有無 (Quickstart の使用有無 ) で異なります 現在 の以下機能に制限されているため ご注意ください QoS=0のみサポート メッセージサイズは4096バイトまで(Quickstart) ピックのサブスクライブが不可(Quickstart) 22

23 デモ 2:Bluemix アプリケーションデモ構成 Bluemix 上のデモ アプリケーションから IoT Foundation の サーバーへ接続し センサーから送られたデータを Web ページで利用 環境情報 ( 気温や湿度など ) を収集 太陽光発電のパワコン情報を収集 ( デモではダミー データを送信しています ) クライアント センサー センサー ( ダミー ) ブラウザー パブリッシュ HTTP WebSocket IBM IoT Foundation サーバー IBM Bluemix Node.js アプリ サブスクライブ クライアント 23 センサーから得られたデータは DB に蓄積し ブラウザー画面へ一定間隔で反映 (WebSocket を使用しています ) MongoDB 家庭用太陽光発電システムのダッシュボードを模したデモ アプリケーション デモ 2 では デモ 1 でご紹介したセンサーデータを Bluemix 上のアプリケーションで活用する例になります Bluemix 上のデモ アプリケーションから IoT Foundation の サーバーへ接続し センサーから送られたデータを Web ページで利用します Bluemix2014TechWS_06-2_IoT.mp4 をご覧ください 23

24 Node-RED によるデバイスとサービスの連携 24

25 Node-RED とは Node-RED とは デバイス, API, オンライン サービスのコーディネーション ツール IBM Emerging Technology が開発 異なるイベント ソースの処理を簡素化 ブラウザベースの UI で処理フローを作成し 直接実 環境にデプロイ Node.js 上でツールやランタイムが動作 デバイスでの実 も想定された Light-weight なランタイム Bluemix の Node.js でも実 環境を提供 Node-RED Starter もしくは Internet of Things Boilerplates で使用可能 作成したアプリにて ROUTES: の URL から UI にアクセス 25 Node-RED とは IBM Emerging Technology によって開発された デバイス, API, オンライン サービスのコーディネーション ツールです IoT システムでの利用を目指し HTTP,, Twitter などの外部サービスなど 異なるイベント ソースからの処理を比較的簡単に実装することができます 開発はブラウザベースの UI で行い 直接実行環境にデプロイします ランタイムは Node.js 上で動作するため Node.js が稼動する環境であれば Node- RED を導入可能です Bluemix 上の Node.js でも Node-RED の実行環境を提供します Node-RED Starter もしくは Internet of Things Boilerplates から使用可能です 25

26 Node-RED フロー Node-RED フロー開発の流れ 処理ノードをパレットから選択しフローに接続 各ノードにて動作を設定後 Deploy ボタンをクリック シートにドラッグ & ドロップし処理順にノードを結合 デプロイボタンをクリック 各ノードの動作を設定 処理ノードをパレットから選択 26 Node-RED の開発画面とフロー開発の流れをご紹介します 画面左のパレットには 処理ノードが用意されています 中央のシートでは 処理ノードを配置し結線することで処理を実装します 右上の Deploy ボタンをクリックすると Node.js のランタイムにデプロイされます 26

27 ( 参考 ) Node-RED フロー 幅広いタイプの処理ノードを提供 Input/Output: HTTP, TCP, UDP,, WebSocket twilio, etc.. functions:javascript 関数, delay 制御, パーサー (HTML, CSV, JSON, XML), etc.. social: Twitter, IRC storage: Cloudant, mongodb, redis インプット アウトプット関数 ソーシャル ストレージ 分析 analysis: 感情分析 デフォルトのノードを追加することも可能 27 Bluemix 上の Node-RED 環境で提供される処理ノードをご紹介します これらのノードに対し 処理ノードを追加することも可能です 27

28 デモ 3:Node-RED アプリケーションデモ構成 Bluemix 上の Node-RED アプリケーションから IoT Foundation の サーバーへ接続し センサーから送られたデータをフローで利用 環境情報 ( 気温や湿度など ) を収集 クライアントセンサーパブリッシュ IBM IoT Foundation サーバー サブスクライブ ブラウザー HTTP WebSocket IBM Bluemix クライアント Node-RED フロー HTTP 外部サービス Twitter 28 Cloudant 気温 湿度から不快指数を計算し その結果に基づいてツイートするデモ フロー デモ 3 では デモ 1 でご紹介したセンサーデータを Node-RED を利用し外部のサービスに連携する例です Bluemix 上の Node-RED アプリケーションから IoT Foundation の サーバーへ接続し センサーから送られたデータから不快指数を計算します 得られたデータは Twitter に連携されます Node-RED にてアプリケーションの開発する様子も含めてご紹介します Bluemix2014TechWS_06-3_IoT.mp4 をご覧ください 28

29 まとめ IoT ファウンデーションによる IoT のためのクラウド環境 IBM IoT Foundation クラウド上で サーバー機能を提供 IBM Bluemix ブラウザ ベースのコーディネーション ツール Node-RED の実 環境を提供 クラウド上に準備済みの 基盤を利用することで サーバーなどを用意することなく アプリケーションの開発に注 することが可能 29 IoT ファウンデーションによる IoT のためのクラウド環境をご紹介いたしました クラウド上に準備済みの 基盤を利用することで サーバーなどを用意することなくアプリケーションの開発に注力可能なことが IoT ファウンデーションの大きなメリットになります 是非 IoT ファウンデーションをお試しください 29

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