トイレで学ぶ、IoTの仕組み

1. クラウドで、世界を、もっと、はたらきやすく
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トイレで学ぶ、IoTの仕組み
株式会社サーバーワークス
IoT担当 中村悟⼤大/@GALACTIC1969
JAWS Festa 東海道 2016
2016/10/22

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こんな軸で活動しています
IoT
BI
モノづくりによる全体最適
今⽇日は…
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こんな軸で活動しています
IoT
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モノづくりによる全体最適
今⽇日は…
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4
クラウドで始めるIoT

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アジェンダ
イントロダクション
AWSにおけるIoT (AWS IoTの紹介)
IoTで⾝身近な課題を解決! トイレ編
まとめ

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6
アジェンダ
イントロダクション
AWSにおけるIoT (AWS IoTの紹介)
IoTで⾝身近な課題を解決! トイレ編
まとめ

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中村悟⼤大 /@GALACTIC1969
サーバーワークス 新卒⼊入社 3年年⽬目
今期からIoT担当 (それまでは普通のエンジニア)
好きなAWSサービス: AWS IoT
好きな⿂魚: 養殖ブリ
⾃自⼰己紹介
7

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これまでやってきたこと
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これまでやってきたこと
9
http://blog.serverworks.co.jp/tech/2016/04/20/solar-‐‑‒powered-‐‑‒sensor/
社内にセンサーをばら撒いてみたり

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これまでやってきたこと
10
SlackのログをRedshiftに貯めて眺めてみたり

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これまでやってきたこと
11
Slackで
⼯工数管理理してみたり
http://blog.serverworks.co.jp/tech/2015/12/16/slack-‐‑‒de-‐‑‒manhour/

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こんな軸で活動しています
IoT
BI
全体最適
⾃自⼰己紹介
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ところで…

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15
IoTの勢いはまだまだ衰えません

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ハイプサイクル 2015
16
https://www.gartner.co.jp/press/html/pr20150827-‐‑‒01.html

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ハイプサイクル 2016
17
https://www.gartner.co.jp/press/html/pr20160825-‐‑‒01.html

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どんなことができる？
異異常検知、故障予測、動作把握、
遠隔制御、etc
何が⽬目的？
予防予知保全、作業効率率率Up・⾃自動化、
etc
展⽰示会等でよく⾒見見るIoTのビジネス的な売り
18

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IoTは個⼈人でも取り組めるテーマ
Raspberry PiやSORACOMの登場で
⾦金金銭的な敷居はかなり低くなった
⾝身近な課題を解決したりすると
結構⾯面⽩白い
ビジネスだけじゃない、IoT
19

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もちろんAWSにもIoTはある!
20
AWSにおけるIoT
AWS IoTとは

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re:Invent 2015で発表
IoTプラットフォーム
認証・認可
データ送受信
(MQTTS, HTTPS)
デバイスの管理理
AWSサービスとの連携
AWSにおけるIoT
21
AWS IoT

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AWS IoTのページにはちょっと難しい図が載っている
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まずはこの図に沿ってAWS IoTの説明をします
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認証・インターフェース
24
デバイスとAWSの間でデータを送受信できる
-‐‑‒ 認証はX.509証明書、IAM、Cognito
-‐‑‒ プロトコルはHTTPS, MQTTS
-‐‑‒ デバイス向けのSDKも提供されている
-‐‑‒ IAM PolicyのようなPolicyも詳細に設定可能

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データをMQTTSかHTTPSでAWSに送れる
デバイスから利利⽤用する場合、
基本は証明書による認証(MQTTS)
証明書にPolicyを紐紐付ける事で
リソースへのアクセス等を制限できる
認証・インターフェース
25

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Pub/Sub型のプロトコル
通信は必ずブローカーを経由する
ヘッダ最⼩小2Byte (HTTPは最⼩小50Byte)
省省電⼒力力・低帯域を想定したIoT向け
プロトコル
ここでMQTTの話
26

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MQTTの話/Pub/Subモデル
27
Topic A
Topic B
Topic C
Topic D
Publisher Subscriber

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MQTTの話/Pub/Subモデル
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Topic A
Topic B
Topic C
Topic D
Publisher Subscriber
Topic AをSubscribe
Topic CをSubscribe

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MQTTの話/Pub/Subモデル
29
Topic A
Topic B
Topic C
Topic D
Publisher Subscriber
Topic AをSubscribe
Topic CをSubscribe
Topic AにPublish
Topic CにPublish

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Tokyo/RoomA/Temperature
Tokyo/RoomA/Humidity
Osaka/RoomB/Temperature
Osaka/RoomB/Humidity
MQTTの話/Topicは階層構造になっている
30
※Topicに作成⼿手続きや制限等はなく、⾃自由に決めて勝⼿手に送って良良い
※ただし、「$」で始まるTopicはAWSによって予約済み
Topicの例例

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# (以下の階層全部)
Tokyo/#
東京オフィスの全部屋の全ての値
+ (その階層全部)
Osaka/+/Humidity
⼤大阪オフィスの全部屋の湿度度
MQTTの話/Topicを指定する時はワイルドカード(#, +)が使える
31

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認証・インターフェース
32

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ルールエンジン
33
ルールエンジンを使って⾊色々できる
-‐‑‒ データのフィルタリング
-‐‑‒ データの加⼯工
-‐‑‒ 他のAWSサービスとの連携
-‐‑‒ SNSのTopicにPublishしたり
-‐‑‒ Lambda Functionを起動したり
-‐‑‒ Kinesisにデータを流流したり…

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特定の条件時に他のAWSサービスと連携
する機能
条件を指定するQueryと、連携を指定
するActionの２つで構成される
ルールエンジン
34

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QueryはSQLのように書ける
JSONをパースできて、Queryの中で
JSONの属性にアクセスできる
(データはJSONで送ったほうが良良い)
ルールエンジン/クエリ
35
SELECT * FROM ʻ‘Tokyo/RoomA/temperatureʼ’
WHERE temperature > 30

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QueryはSQLのように書ける
ルールエンジン/クエリ
36
SELECT * FROM ʻ‘Tokyo/RoomA/temperatureʼ’
WHERE temperature > 30
このTopicを受信した時に
Queryが実⾏行行される
この条件がTRUEの時に
Actionが実⾏行行される
JSONの属性
「temperature」を参照し
ている

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四則演算やTimestampの発⾏行行等も可能
ルールエンジン/クエリ
37
SELECT (temperature*1.8)+32 as fahrenheit, timestamp() as ts
FROM ʻ‘Tokyo/RoomA/temperatureʼ’
WHERE temperature > 30

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四則演算やTimestampの発⾏行行等も可能
ルールエンジン/クエリ
38
SELECT (temperature*1.8)+32 as fahrenheit, timestamp() as ts
FROM ʻ‘Tokyo/RoomA/temperatureʼ’
WHERE temperature > 30
数式を書いて
摂⽒氏を華⽒氏に変換
タイムスタンプを発⾏行行
(ミリ秒表記のUnixtime)

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アクションで他サービスとの連携を指定
ひとつのルールに複数設定できる
連携できるサービスは沢⼭山
ルールエンジン/アクション
39

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ルールエンジン/アクション/AWS IoTと連携できるAWSサービス達
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通知
SNS
DB
DynamoDB, Redshift(Kinesis経由)
分析
Machine Learning, Kinesis,
CloudWatch, Elasticsearch Service
ルールエンジン/アクション/AWS IoTと連携できるAWSサービス達
41

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ストレージ
S3
コンピューティング
Lambda
アプリケーション
SQS
ルールエンジン/アクション/AWS IoTと連携できるAWSサービス達
42

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連携できるサービスはかなり広い
SNS, Kinesis, Lambdaを経由することで
連携の幅がさらに広がる
ルールエンジン/アクション/AWS IoTと連携できるAWSサービス達
43

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例例えば…
IoTのデータをRedshiftに溜溜める
異異常検知(ML)したらSNSでメール送る
Kinesis Streamに投げてLambdaで
データを加⼯工する
ルールエンジン/アクション/AWS IoTと連携できるAWSサービス達
44

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ルールエンジン
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デバイスレジストリ
46
デバイスの管理理ができる
-‐‑‒ マネコンに仮想的なデバイス「Thing」を作れる
-‐‑‒ 最⼤大50組のKey/ValueをThingに紐紐付けられる
-‐‑‒ ThingにJSONを保持させられる(Shadow)

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デバイスシャドウ
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Device Shadowで⾮非同期なコミュニケーション
-‐‑‒ 通知、Diff機能が付いたJSON置き場
-‐‑‒ APIでもMQTTでもアクセス可能
-‐‑‒ このJSONを通して⾮非同期にコミュニケーションを⾏行行える
-‐‑‒ デバイスの状態とアプリからのリクエストをそれぞれ
JSONで保持して、差分があればそれを検知できる

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Thingに紐紐づくJSON
MQTTS, HTTPS, SDKでアクセス可
ReportedとDesiredの２つの状態(属性)を
持つ
デバイスシャドウ
48

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デバイスシャドウ/JSON構造
49
{
“state”: {
"reported": {
“switch”: “on”
},
“desired”: {
“switch”: “off”
},
“delta”: {
“switch”: “on”
}
}
}
Reported
-‐‑‒ デバイスから報告された状態
Desired
-‐‑‒ デバイスがなるべき状態
Delta
-‐‑‒ ReportedとDesiredの差分

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デバイスシャドウ
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51
これが、AWS IoT

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52
アジェンダ
イントロダクション
AWSにおけるIoT (AWS IoTの紹介)
IoTで⾝身近な課題を解決! トイレ編
まとめ

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53
IoTで⾝身近な課題を解決!
トイレ編

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54
ここから流流れが
ちょっと変わります

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40:2
55
0
10
20
30
40

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圧倒的トイレ不不⾜足
56
0
10
20
30
40
社員数(男性) トイレの個室の数
※事務所衛⽣生基準規則の第17条はクリアしている

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14時過ぎのいつもの光景
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どうすればよいのか？
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そこでAWS IoT!
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IoTとはいっても…
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IoTで解決できそうな課題を考える

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IoTとはいっても…
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考えた結果、課題が２つ⾒見見えてきた

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課題1: 遠すぎる
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課題1: 遠すぎる
63
🚽
😩

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課題2: 執務室で出待ちできない
64

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課題2: 執務室で出待ちできない
65
🚽
😩

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遠すぎて頻繁に⾒見見に⾏行行くのが⾯面倒くさい
トイレから執務室に⾏行行く道が2本あるため
いつ空いたかわからない(出待ち出来ない)
⾒見見えてきた課題
66

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遠すぎて頻繁に⾒見見に⾏行行くのが⾯面倒くさい
トイレから執務室に⾏行行く道が2本あるため
いつ空いたかわからない(出待ち出来ない)
⾒見見えてきた課題
67
この課題を解決できれば混雑が少し緩和されそう

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⼿手段1
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トイレの状態をRaspberry Piで
可視化してみた

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⼿手段1: トイレの状態をRapsberry Piで可視化
69
無線モジュール
リードスイッチ
加速度度センサー(ボツ)

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⼿手段1: トイレの状態をRapsberry Piで可視化
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⼿手段1: トイレの状態をRapsberry Piで可視化
71
💡

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⼿手段1: トイレの状態をRapsberry Piで可視化
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⼿手段1: トイレの状態をRapsberry Piで可視化
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効果:
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効果: 少し近くなった
75
🚽
😄
💡

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遠すぎて頻繁に⾒見見に⾏行行くのが⾯面倒くさい
トイレから執務室に⾏行行く道が2本あるため
いつ空いたかわからない(出待ち出来ない)
効果…あれ？
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効果…あれ？
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⼿手段2
78
Slackでトイレを予約できる
システムを作った

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
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データ受け取り・蓄積
-‐‑‒ Redshiftにデータを溜溜める
-‐‑‒ トイレが空いた時に次の⼈人を呼ぶLambdaを起動する

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
83
{
“devicePlace": "ToiletRoomRight",
"timestamp": "2016-‐‑‒10-‐‑‒22 12:16:54",
"state": 0,
"change": false
}
devicePlace: トイレの個室の場所
timestamp: ⽇日時
state: トイレの状態(空室・満室)
change: トイレの状態が変わったかどうか
センサーからJSONを30秒間隔で送る

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
84
{
“devicePlace": "ToiletRoomRight",
"timestamp": "2016-‐‑‒10-‐‑‒22 12:16:54",
"state": 0,
"change": false
}
devicePlace: トイレの個室の場所
timestamp: ⽇日時
state: トイレの状態(空室・満室)
change: トイレの状態が変わったかどうか
センサーからJSONを30秒間隔で送る

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
85
⼀一時的なデータの保持
-‐‑‒ 現在のトイレの状態 (Shadow)
-‐‑‒ 現在トイレに並んでいる⼈人の列列 (DynamoDB)

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
86
{
"reported": {
"ToiletRoomLeft": {
"state": 0,
"change_̲time": "2016-‐‑‒10-‐‑‒21T09:48:40.643Z",
"change": false
},
"ToiletRoomRight": {
“state": 1,
"change_̲time": "2016-‐‑‒10-‐‑‒21T09:59:08.858Z",
"change": true
}
}
}
Shadowに保持しているJSON

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
87
Slackとのインターフェース
-‐‑‒ API Gateway + Lambdaのサーバーレス構成
-‐‑‒ LambdaからShadowやDynamoDBにアクセスし
てトイレの情報を取得したり、予約したりする

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
88

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⼿手段2: Slackでトイレを予約できるシステムを作った
89

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効果:
90

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効果1: トイレを⾒見見に⾏行行く必要がなくなった
91
😄
🚽

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効果2: トイレが呼んでくれるので、出待ちしなくてよくなった
92
😄
🚽

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遠すぎて頻繁に⾒見見に⾏行行くのが⾯面倒くさい
トイレから執務室に⾏行行く道が2本あるため
いつ空いたかわからない(出待ち出来ない)
効果
93

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IoTで課題を解決できた! めでたしめでたし
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とはいえ、課題はある
95
空き待ちは出来ても物理理的にロックできない
トイレから通知が来てトイレに
⾏行行ってみたら既に先客が⼊入っていた…

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とはいえ、課題はある
96
空き待ちは出来ても物理理的にロックできない
トイレから通知が来てトイレに
⾏行行ってみたら既に先客が⼊入っていた…
トイレにAkerunを設置すれば…!?

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アジェンダ
イントロダクション
AWSにおけるIoT
IoTで⾝身近な課題を解決! トイレ編
まとめ

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98
まとめ
IoTは安く簡単に始められる!
AWSにも専⽤用のサービス「AWS IoT」が
⽤用意されている! しかも超⾼高機能!
IoTで⾝身近な課題を解決してみましょう!

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99
まとめ
IoTは安く簡単に始められる!
AWSにも専⽤用のサービス「AWS IoT」が
⽤用意されている! しかも超⾼高機能!
IoTで⾝身近な課題を解決してみましょう!
きっと、あなたの⽣生活が少し豊かになるはず

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クラウドで、世界をもっと、はたらきやすく
Thank
you
100