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Fogとは何か 20171205

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産技高専さんで学生さん向けにお話した、Fogコンピューティングの概要説明資料です。

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Fogとは何か 20171205

  1. 1. Fogコンピューティングのご紹介 Fogコンピューティングの概要とさくらでの取り組み 2017/12/05 (C) Copyright 1996-2017 SAKURA Internet Inc さくらインターネット研究所 菊地 俊介さくらインターネット
  2. 2. さくらインターネット について 2 インターネットインフラの提供を事業ドメインとして、 ⼤阪、東京、北海道の3都市に5つのデータセンターを展開 1996年12月に現社長の田中邦裕が、 舞鶴高専在学中に学内ベンチャーとして 創業。 1999年8月に株式会社を設立。10月には、 第1号となるデータセンターを本町に開設。 2005年10月に東京証券取引所 マザーズ市場に上場。 2011年11月、北海道石狩市に国内最大級の 郊外型大規模データセンターを開設。 石狩データセンター開設2011 東証マザーズ上場2005 さくらインターネット創業1996 ・最初のデータセンター開設 1999 ・株式会社を設立 2015年11月に東京証券取引市場第一部に 市場変更。 東証一部に市場変更2015 2
  3. 3. 現在のさくらインターネットの主要業態 3 データセンター インターネット 利⽤者 コンテンツ 事業者 携帯電話 パソコン プロバイダ インターネット データの保管・処理 利⽤者はインターネットを通じサーバ上の データにアクセスしたりデータ処理をしたりする さくらインターネット 携帯事業者 インターネットを介 してデータが流れる データ お⾦の流れ データの流れ サーバ データセンターに データを預ける 3 ブラウザやアプリを通じ サーバにアクセスする
  4. 4. 講演者について 菊地 俊介 (1974年⽣まれ、東京都出⾝、品川区在住、妻⼦あり) 4 所属 さくらインターネット研究所 経歴 早稲⽥⼤学⼤学院 卒 富⼠通(株)富⼠通研究所に就職 ネットの研究やったり、SEやったり、 NICTに出向したり、トイレIoT作ったり さくらインターネットに転職 専⾨ エッジ・Fogコンピューティング (分散系システムのあたり) 趣味 家庭内IoT、ゲーム、⾞、鉄道
  5. 5. Fogとは何か Fogって何? 5 霧?
  6. 6. Fogとは何か 6 Fogコンピューティングとは - イマーシブ型の分散コンピューティング インフラストラクチャ - https://openfog.jp/about-us/のFAQより (没⼊型)
  7. 7. コンピュータシステムのアーキテクチャ 7 現在最も⼀般的なのは、クラウド型のアーキテクチャ ネットまとめ 動画ショッピング メッセージ 端末 ユーザ どこか(雲の向こう)にあるサービス データセンタ
  8. 8. クラウド型アーキテクチャの特徴 現在最も⼀般的なのは、クラウド型のアーキテクチャ 8 ネットまとめ 動画ショッピング メッセージ 端末 ユーザ データセンタ サーバの⽤意、拡張が簡単 ⼤パワー・⼤容量を使える 低コスト 遅延がある 通信量(料)がかかる
  9. 9. クラウド型がすべてではない 9 メリット・デメリット その理由 • サーバの⽤意、拡張が簡単 • ⼤パワー・⼤容量を使える • 低コスト • 遅延がある • 通信量がかかる • 仮想化技術 • 設備を⼀括して⽤意 • 空間・電⼒に余裕のある場所 • ネットワーク経由で使う クラウド型アーキ ここに対応するものがあるはず! ⾮クラウド型アーキ 課題領域
  10. 10. クラウド型がすべてではない 10 メリット・デメリット その理由 • サーバの⽤意、拡張が簡単 • ⼤パワー・⼤容量を使える • 低コスト • 遅延がある • 通信量がかかる • 仮想化技術 • 設備を⼀括して⽤意 • 空間・電⼒に余裕のある場所 • ネットワーク経由で使う クラウド型アーキ ⾮クラウド型アーキ その場で情報をやりとりして使う 課題領域
  11. 11. クラウド型アーキでの構造上の課題 すべての情報をクラウドに集めて処理する 現場のノード間の通信でもクラウド折り返しになる 現場の状況は把握しにくい 出したくない情報もある 11 ここのやり取りをするのにも クラウド折り返し クラウド 端末 端末 現場の状況は 把握しにくい 出したくない情報も 出さざるを得ない
  12. 12. クラウド型アーキでの構造上の課題 すべての情報をクラウドに集めて処理する 現場のノード間の通信でもクラウド折り返しになる 現場の状況は把握しにくい 出したくない情報もある 12 ここのやり取りをするのにも クラウド折り返し クラウド 端末 端末 現場の状況は 把握しにくい 出したくない情報も 出さざるを得ない もっとこっちで やろうよ
  13. 13. Fogコンピューティングとは 現場にあるデバイス(ノード)によるコンピュータシステムのアーキ (⼈間の活動に寄り添ったシステムとも) 13 Fogコンピューティングの特徴 (=Fogっぽさ) 現場にある様々なノードを組み合わせて使う ノード間で通信して連携 ノードの⼊れ替わりがある クラウドも使って良い
  14. 14. Fogの特徴 - 8ピラー 14
  15. 15. Fogでできること Fogでできること 15
  16. 16. Fogっぽい例1 イベント⼈流分析 (CEATEC、2017年) ユーザの移動状況をヒートマップで表⽰ • CEATEC会場の“アツい”場所をリアルタイムで可視化、ビーコン導⼊で⼈流 解析 • https://internet.watch.impress.co.jp/docs/event/1084342.html • eventplus – イベント即時分析ソリューション • https://pinmicro.com/eventplus/ja/index.html 16
  17. 17. Fogっぽい例1 現在の(クラウドでの)やり⽅ 17 サーバ ストレージ クラウド イベント企画者 会場 ユーザ 位置情報 ワンテンポ遅い反応、ネットワーク帯域消費
  18. 18. Fogっぽい例1 Fogでのやり⽅ 18 サーバ ストレージ イベント企画者 会場 ユーザ その瞬間の情報参照、アップロード帯域不要 あっち 混んでたよ こっち⾏こう
  19. 19. Fogっぽい例2 ⾃律運転⾞による合流 19 ぶつからないように合流したい それぞれの⾞の位置をクラウド 経由で交換していたのでは、ぶ つかってしまう 低遅延での情報交換が必要
  20. 20. Fogっぽい例3 ルンバの協調 20 広い部屋を複数台のルンバで分担 して掃除したい (現状やるなら)カメラ付きハイエンド 機でクラウド経由でマップを共有 1台だけがマップ作成し、他のルンバ に指⽰を出す マッピング結果 を伝達 1台だけがマッピング実施 ネットワーク不要、間取り情報公開不要
  21. 21. Fogっぽい例4 複数カメラによる死⾓なし撮影 21 クラウド 互いに資格になって いる部分だけ送信 他とかぶる場合 は送らない 複数台のドローンで対象を撮影 できればドローン台数は最⼩限にしたい (現状やるなら)対象に⼗分な数のドローン を張り付かせ、全データをクラウドに送信、 全周画像を合成 対象が激しく動く場合、追従(最適ドロー ン台数算出、位置決定)が間に合わない • ドローン間で協調して最適位置決定(低遅延) • 最⼩の画像伝送でよい(低帯域)
  22. 22. Fogの構造 Fogの構造 22
  23. 23. Fogの作り⽅ 残念ながら... 現時点ではFogのスタンダードな作り⽅(OSS等)は存在していない 23 →作り⽅を議論していく標準化団体が存在
  24. 24. Fogコンピューティングの標準化団体 - OpenFogコンソーシアム フォグ コンピューティングのテクノロジー、イノベーション、 市場拡⼤に関与 相互運⽤性と拡張性の実現に必要なフォグ コンピューティング 向けのオープン アーキテクチャを開発 フォグ コンピューティングに関する⾼度なテクノロジーについ て、ベスト プラクティスの特定、共有、適⽤に取り組む 24
  25. 25. Fogコンピューティングの標準化団体 - OpenFogコンソーシアム 25 OpenFog 57 2017 6 2017年6⽉時点での加⼊メンバー
  26. 26. さくらとFogのかかわり OpenFogコンソーシアム加⼊のプレスリリース https://cloud.watch.impress.co.jp/docs/news/753016.html 26 グリーン・グリッドフォーラム フォグ・コンピューティングが及ぼすインパクトとは https://www.thegreengrid.org/ja/グリーン・グリッドフォー ラム-1
  27. 27. OpenFog リファレンスアーキテクチャ - レイヤ構造 27
  28. 28. Fogの要素をコンポーネントに分解して捉える 28 WiFi LTE Android(OS) App サーバHW Linux (OS) Hypervisor VM サーバ プロセス App VM サーバ プロセス App クラウドとの対⽐
  29. 29. クラウド型システムの要開発コンポーネント 必要な⼿段は概ね揃っている 29 WiFi LTE Android(OS) App サーバHW Linux (OS) Hypervisor VM サーバ プロセス App VM サーバ プロセス App 通信⽅式 アプリロジック 開発環境 サーバプロセス デプロイ・管理 サーバロジック 開発環境
  30. 30. Fogコンピューティングの要開発コンポーネント 30 現場側が複数ノードに変わる WiFi LTE OS App サーバHW Linux (OS) Hypervisor VM サーバ プロセス App HW サーバ プロセス App BLE WiFi LTE Android(OS) App BLE
  31. 31. Fogコンピューティングの要開発コンポーネント 多くの部分に⾒直し必要 31 WiFi LTE OS App サーバHW Linux (OS) Hypervisor VM サーバ プロセス App 通信⽅式 アプリロジック 開発環境 サーバプロセス デプロイ・管理 サーバロジック 開発環境 HW サーバ プロセス App BLE WiFi LTE Android(OS) App BLE ノード側技術の拡張クラウド側技術のノードへの拡張
  32. 32. Fogのコンポーネントの⾒直し1 通信⽅式 ノード間での直接通信が、既存の⽅式ではうまく適合しない 既存の⽅式(規格化中のものも含む) • WiFi (IP) • BLE - 6LoWPAN (IPv6) • BLE – Advertising(iBeacon) • Bluetooth 5 • LPWA(LoRa等) • WiFi HaLow (802.11ah) • NB-IoT • Thread 検討ポイント • 消費電⼒と通信帯域(通信可能時間、通信データ量)のバランス • 1:1だけでなく、メッシュ接続できるか • ノードのディスカバリは? 32 WiFi LTE OS A p p サーバHW Linux (OS) Hypervisor VM サーバ プロセス A p p 通信⽅式 サーバプロセス デプロイ・管理 HW サーバ プロセス A p p BLE WiFi LTE Android(OS) A p p BLE アプリロジック 開発環境 サーバロジック 開発環境
  33. 33. Fogのコンポーネントの⾒直し2 33 WiFi LTE OS A p p サーバHW Linux (OS) Hypervisor VM サーバ プロセス A p p 通信⽅式 サーバプロセス デプロイ・管理 HW サーバ プロセス A p p BLE WiFi LTE Android(OS) A p p BLE アプリロジック 開発環境 サーバロジック 開発環境 サーバプロセス デプロイ・管理 ノードへのジョブのデプロイ⽅法がない 既存の⽅式 • Docker + Kubernates • Apache Mesos + Marathon • AWS IoT Device Management 検討ポイント • デプロイ先ノードを明に指定できるか • ノードの持つリソースの記述の⾃由度 • 動的な構成変更への対応能⼒
  34. 34. Fogのコンポーネントの⾒直し3 34 WiFi LTE OS A p p サーバHW Linux (OS) Hypervisor VM サーバ プロセス A p p 通信⽅式 サーバプロセス デプロイ・管理 HW サーバ プロセス A p p BLE WiFi LTE Android(OS) A p p BLE アプリロジック 開発環境 サーバロジック 開発環境 アプリロジック開発環境(アプリの書き⽅) 簡単に開発するためのライブラリやIDEなどがない 既存の⽅式 • AWS GreenGrass • MS Azure IoT Edge • NPM(Node.js) 検討ポイント • ノード-ノード間とノード-クラウド間を区別なく扱えるか • ノードの固有ハードウェアを扱えるか • ミドルウェア層も必要(分散型ファイルシステム、認証基盤...)
  35. 35. まず⼿近なところから 35 最初から全部⼊りの完成形を作るのは難しいし、その必要もない ⾯⽩そうな部分部分から作って⾏こう 作りながら使い、改善していく(アジャイル開発で)
  36. 36. まとめ • あまりにクラウドが普及しすぎていて、そのデメリットに気が 付きにくくなっている(→クラウドに毒されている) • 現場でのコンピューティング、というFogコンピューティングの 考え⽅ • その特徴は、現場ノードの利⽤、現場ノード間通信、ノードの 動的な組み換え • 実体は、まだ影も形もない • ⼀緒にFogを作ってみませんか 36
  37. 37. Fogを作ろう 37 (おまけ) 個⼈的には こんなものを作りたい
  38. 38. 作りたいもの1 38 Sisyphus • https://youtu.be/WayE2edzU5M
  39. 39. 作りたいもの1 39 Sisyphusは単⼀ノード構成なので、それをFog版に拡張する • ライフゲーム / セル・オートマトン • https://ja.wikipedia.org/wiki/ライフゲーム • - ライフゲームとは、⽣命の誕⽣、進化、淘汰などのプロセスを簡易的なモデルで再 現したシミュレーションゲーム - • https://ja.wikipedia.org/wiki/セル・オートマトン • ライフゲームの実装例 • http://misohena.jp/art/js_lifegame/ • https://bitstorm.org/gameoflife/
  40. 40. 作りたいもの2 まず始めるならこのあたりから 40 光る名札 互いに近づくと発光 Fog型室温計測 ばらまいた計測ノード間で計測値を交換 https://www.fabshop.jp/nameplatefabshop/より ⾊でステータスを交換するなどの発展も
  41. 41. 作りたいもの3 41 スマートビルプラットフォーム (居室⾼度化システム) Physical Infrastructure Fog Communication / Management Fog Services (Platform) Application 出退勤 管理 ドアロック 自動解錠 エレベータ 呼び出し 空調 制御 照明点灯 転倒 検出 通路の 使用 状況 人の 密度検出 トイレ (個室) 使用状況 ゴミ箱の 使用量 把握 発言度 記録 議事録 作成 ホワイト ボード 記録 スライド 投影 オフィス環境の管理 個人環境の管理打ち合わせの高度化 Personal Identification (個人特定) Location Tracking (位置追跡) People/Object Extraction (物体/人物抽出) Spatial Recognition (空間認識) Personal Condition Tracking (個人状態把握) Facility Condition Tracking (設備状態把握) Video Camera Depth Sensor Build MGNT Microphone Projector Temp./Humid. Sensor WiFi LAN Inter-Node Communication (ノード間通信) Node Detection (ノード検出) Node Election (ノード選択) Function Deploy (機能配備) Node – Outside Communication (ノード-外部通信) Node (Processing, Storage) Cloud Node (High Performance, Consistency) L1 L2 L3 Raw Data I/O (デバイス入出力) Data Storage (データストレージ) Smart Lock
  42. 42. モック試作案 42 番号 内容 難易度 Fogらしさ 1 イベント会場 状況把握 中 帯域使⽤量低減 2 ⾃⽴運転⾞の協調動作 ⾼ 低遅延 3 ルンバ協調動作 中 セキュリティ 帯域使⽤量低減 4 複数カメラ死⾓なし撮影 ⾼ 低遅延 帯域使⽤量低減 5 ライフゲーム(マイクロマウス協調動作) 中 6 光る名札 低 7 センサばらまき 低 8 居室⾼度化システム ⾼ 低遅延 帯域使⽤量低減
  43. 43. 付録 43
  44. 44. Fogっぽい例 付録1 44
  45. 45. Fogっぽい例 付録1 ドローン編隊⾶⾏(Perdix(うずら))(⽶国防総省、2017年) • ⽶国防総省による試験が成功。各機⾃律⾶⾏しつつ指令に従い協調 動作 • http://japanese.engadget.com/2017/01/11/103/ • https://youtu.be/ndFKUKHfuM0?t=188 • 記事より:⾶⾏テストはカリフォルニア州チャイナレイクの上空で昨年10 ⽉に実⾏されました。F/A-18スーパーホーネット3機からバラバラと放出 された⼤きさ30x16cm、重さ230gほどの「Perdix(うずら)」ドローン群 は、それぞれが互いに通信し⾃律的な⾶⾏をしつつも中央からの共通の指 令に従い協調して⾶⾏する「分散型仮想ブレイン」を搭載します。 45
  46. 46. Fogっぽい例 付録2 46
  47. 47. Fogっぽい例 付録2 Kilobot (ハーバード⼤学、2014年) • 超⼩型群ロボットによる⾃⼰組織運動 • https://youtu.be/cHbgrnv_8Nk?t=16 • https://youtu.be/ZD1H70aQc7U?t=39 • 記事より: • どんなパターンを構成すべきか教えられているのは最初の数個のロボットだけ で、他のロボットはその後について動き始める。 • 最初の「リーダーロボット」は⼀組となって⾚外線を発光する。他のロボット はその⾚外線に引き寄せられてリーダーに向かって動き出す。⼀定のロボット が集まるとロボット同⼠が通信して正しい位置に移動する。 • 故障したり道に迷ったりしたロボットはそれを仲間に伝えることができる。正 常に動作するロボットは故障したロボットを無視して作業を続けることができ る。 47
  48. 48. Fogっぽい例 48 ⾃律分散型、群体のロボットの着想は新しいものではない 元祖と思われるもの スタニスワフ・レム『砂漠の惑星』(あるいはその原題『無敵』)1964年。

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