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FIWARE - スマートサービスを支えるオープンソース

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FIWARE - スマートサービスを支えるオープンソース

  1. 1. FIWARE – スマートサービスを支えるオープンソース FIWARE Technical Steering Committee Member, FIWARE Evangelist Kazuhito Suda
  2. 2. Source: GovDelivery 現状のスマートサービスの情報は各サイロに蓄積 スマート シティ スマート ロジスティクス スマート エネルギー スマート インダストリ スマート 農業畜産 スマート ホーム スマート リテール スマート 港湾 2
  3. 3. FIWAREは、スマートサービスを支えるオープンソース • スマートサービスの基盤となる複数のオープンソースから構成 • 情報サイロを打破するためのオープン標準APIを採用 • 各種スマートサービスの情報を横断的に活用可能 Smart Factory Smart Bank Smart Retail Smart Home Smart City Virtual Shared Data Space Smart Services オープン標準 API 3
  4. 4. スマートサービスは、様々なソースからたくさんの情報を収集して、 何が、いつ、どこで、なぜ起きているかを把握し、実世界の姿を描き出す 4
  5. 5. “スマート”であるためは、まず ”アウェア” であることが必要 5 • スマートサービスは実世界の変化を容易に気付ける必要がある • 実世界のモノ・コトのコンテキストを収集して管理する機能が必要 Ship Truck Container 実世界のモノ・コト スマートサービス Shop Bus Incident / claim Citizen Crop Drone Tractor Transport robot Shopfloor Door Operator Transport robot Substation Wind Turbine Energy Storage
  6. 6. 実世界のモノ・コトを示す“コンテキスト”をデジタルツイン表現した、 “エンティティ”とその“属性情報” 6 Bus • Location • No. passengers • Driver • License plate Transport robot • Id • location • speed • transported items • destination Incident / claim • Date • Location • Type • Issuer • Description 実世界のモノ・コト (コンテキスト) エンティティ 属性情報 デジタルツイン表現
  7. 7. FIWAREのコンテキスト活用サイクル 7 データ= コンテキスト 取得 (capture) 駆動 (actuate) 処理 (Process) • スマートサービスは取得した情報を処理、分析することで、望ましい インテリジェントな挙動を実現して、現実世界に変化をもたらす • 対象となるコンテキストは、IoTデータ, オープンデータ, SNS, CRM, ERP, GISなどあらゆる種類の情報システムから得られるデータ
  8. 8. 都市のデジタルツインを使用した コンテキストのモデリング… 8 Entities (Digital Twins) Bus • Location • No. passengers • Driver • License plate Citizen • Birthday • Preferences • Location • ToDo list Incident / claim • Date • Location • Type • Issuer • Description Shop • Location • Business name • Franchise • offerings Attribute 処理 / 分析 / モニタ デジタル ツイン 表現 コンテキスト (実世界) 取得 駆動 更新 通知 / クエリ
  9. 9. 農業のデジタルツインを使用した コンテキストのモデリング… 9 Tractor • Location • Speed • Planed route Crop • Humidity • Leaf area • Age Drone • Location • Battery level • Speed • Planed route Attribute Entities (Digital Twins) 処理 / 分析 / モニタ デジタル ツイン 表現 コンテキスト (実世界) 取得 駆動 更新 通知 / クエリ
  10. 10. 製造業のデジタルツインを使用した コンテキストのモデリング… 10 Pallet • id • product • Items quantity • Layers • Size • Weight Transport robot • Id • location • speed • transported items • destination Operator • Id • location • assigned task • profile Shopfloor Door • Id • location • status (open/close) Entities (Digital Twins) 処理 / 分析 / モニタ デジタル ツイン 表現 コンテキスト (実世界) 取得 駆動 更新 通知 / クエリ
  11. 11. エネルギー用のデジタルツインを使用した コンテキストのモデリング… Wind Turbine • location • power • wind speed • pitch angle Energy Storage • active power • reactive power • SoC • SoH Substation • Hi voltage • Lo voltage • nominal power • power flow Attribute Entities (Digital Twins) 処理 / 分析 / モニタ デジタル ツイン 表現 コンテキスト (実世界) 取得 駆動 更新 通知 / クエリ 11
  12. 12. 12 FIWARE NGSI と Smart Data Models
  13. 13. FIWAREは、標準APIと共通データモデルの両輪で スマートサービスによるデータ活用とデータ連携を支える 13 •FIWARE NGSI (標準API) •コンテキスト情報交換のためのオープン標準API •モバイル系業界規格団体 OMA (Open Mobile Alliance) が策定した、 OMA NGSI (Next Generation Service Interfaces) のコンテキスト管理仕様が源流 •OMA NGSIはAPIの振舞いのみを定義。プロトコルバイディングは未定義 •FI-WAREプロジェクトでは、NGSIをREST APIとJSONで実装・改良 •Smart Data Models (共通データモデル) •スマートサービス間のインターオペラビリティを高めるデータモデル •複数ドメインの共通データモデルの定義に向けて関連組織と協力 •確立された “デファクト” 標準をベースに、データモデルを定義
  14. 14. FIWAREは、NGSIを使って多様なコンテキスト情報にアクセスする ための特定ドメインに依らないオープンソースの汎用モジュール群 14 (Generic enabler) • 汎用モジュールの総称は、 “FIWARE GE” と呼ばれる • FIWARE GEは5つのチャプタに 分類。約40種のGEsで構成 • システム要件に合わせて、 最適なFIWARE GEを選択利用 • Context BrokerはNGSIサーバで、 FIWAREの中核GE • FIWAREベースのシステムで あるためには、Context Broker の組み込みが必須 (Powered By FIWARE)
  15. 15. Data/API Management Publication Monetization Core Context Management (Context Broker) Context Processing, Analysis, Visualization Interface to IoT, Robotics and third party systems Deployment tools FIWARE Generic Enablers 15 コア コンポーネント (Orion, Orion-LD, Scorpio, Stellio, Cygnus, STH-Comet, Draco, Cosmos, QuantumLeap, CanisMajor) IoTへの接続 (IDAS, OpenMTC) コンテキスト イベントの リアルタイム処理 (Perseo) APIへの認可と アクセス制御の処理 (Keyrock, Wilma, APInf, AuthZForce, Keypass, Keystone SCIM, Keystone SPASSWORD) コンテキスト情報の 公開とマネタイゼーション (CKAN extensions, Data/API Biz Framework, IDRA, Coatrack, True Connector) アプリケーション ダッシュボードの作成 (Wirecloud) メディア ストリームの リアルタイム処理 (Kurento, OpenVIDU) ロボットへの接続 (Fast RTPS, Micro XRCE-DDS) クラウド エッジ (FogFlow) ドキュメント交換 (Domibus) サードパーティ システム (oliot)
  16. 16. Context Brokerを中心としたリファレンス アーキテクチャ 16 収集・駆動 ブローカリング 蓄積・可視化・分析
  17. 17. NGSIを実装したContext Brokerの3大機能 ① コンテキストの管理 17 • 実世界のコンテキストをデジタルツイン表現した“エンティティ”とその“属性”を管理 • エンティティ • 一覧 • 作成 • 読み取り • 更新 • 削除 等 • 属性 • 作成 • 読み取り • 更新 • 削除 等 Bus • Location • No. passengers • Driver • License plate Transport robot • Id • location • speed • transported items Context Broker 処理 / 分析 / モニタ デジタル ツイン 表現 コンテキスト (実世界) 取得 駆動 更新 通知 / クエリ スマートサービス
  18. 18. NGSIを実装したContext Brokerの3大機能 ② サブスクリプション・ノーティフィケーション (subscription, notification) 18 • コンテキストに変化がおきるとスマートサービスに通知を送信 • スマートサービスはコンテキスト状態を常に読み取る必要なし • スマートサービス間のデータ連携 処理 / 分析 / モニタ デジタル ツイン 表現 コンテキスト (実世界) 取得 駆動 更新 通知 / クエリ • コンテキストの変化が起きたときに、スマートサービスがその変化を検知できる仕組み エンティティ Context Broker スマートサービス エンティティ Context Broker スマートサービス 通知 購読 購読 通知 更新 エンティティ Context Broker スマートサービス クエリ
  19. 19. NGSIを実装したContext Brokerの3大機能 ③ レジストレーション (registration) 19 • スマートサービスからのリクエストで、コンテキストをクエリ・更新する仕組み 処理 / 分析 / モニタ デジタル ツイン 表現 コンテキスト (実世界) 取得 駆動 更新 通知 / クエリ エンティティ Context Broker スマートサービス エンティティ Context Broker スマートサービス 登録 • リクエスト(クエリ・更新)を転送する仕組み • デバイスの情報取得と駆動(アクチュエーション) • リモートにあるエンティティのクエリ・更新 • スマートサービス間のデータ連携 クエリ 更新 Context Broker スマートサービス 登録 更新 取得 駆動 クエリ
  20. 20. NGSI-LDとは、NGSIにリンクトデータ技術を取り込み、 デジタルツイン表現力を強化した次期NGSI仕様 20 • 特徴 • プロパティとリレーションシップ (Linked Data) の属性表現 • @Context (語彙) のサポート • コンテキスト (NGSI-LDのデータ) はJSON-LDでシリアライズ • エンティティの履歴表現 (デジタルツインのコンテキスト履歴) • 単純なクエリ、複雑なクエリ、ジオクエリ • サブスクリプション/ノーティフィケーション、レジストレーションのサポート • 仕様 • 欧州の地域標準化団体 ETSI (欧州電気通信標準化機構) ISG CIMにおいて標準化 • NGSI-LDの最新仕様は ETSI GS CIM 009 V1.5.1 (2021-11) • APIの振舞いと、REST APIとJSON-LDによるプロトコルバインディングを定義 • 実装 • Orion-LD, Scorpio, Stellioの3種のContext Brokerの開発が進行中 デジタルツイン データにアクセスするためのシンプルで強力なオープン標準APIを提供 * ETSI: European Telecommunications Standards Institute, ISG: Industry Specification Group, CIM: Context Information Management * https://ja.wikipedia.org/wiki/NGSI-LD
  21. 21. Smart Data Models 21 ▪ FIWARE Foundationは、複数スマートサービス ドメインの共通データモデルの 定義に向けて関連組織と協力 • Smart Cities • Smart Health • Smart Energy • Smart Environment • Smart Manufacturing • … ▪ 確立された “デファクト” 標準をベースに、データモデルを定義 (たとえば、schema.org, SAREF, エネルギー分野のIEC CIM または観光業のUNE 178503) ▪ GitHubでのオープン開発。積極的にコントリビューションすれば先行者利益が得られる *SAREF: the Smart Applications REFerence ontology (ETSI) *IEC CIM: 電力分野の情報通信の規格。電力系統共通情報モデル *UNE: Una Norma Española (スペイン国家規格)
  22. 22. data-models 全体リポジトリ Smart Water Subject 1 (sewage) Smart Cities Smart Building Smart Environment Smart Destinations Smart Energy Smart Manufacturing Smart Agrifood Smart Robotics Subject 2 (parking) Subject 3 (weather) Subject 4 (...) ドメインの リポジトリ ・サブジェクトの リストを指す Readme ・一般情報または 共有リソース DATA-MODELS - 新しいデータモデルをコーディングするためのガイド - 新しいデータモデルと例のテンプレート - データモデルをチェックするためのスクリプトツール - ドメインとデータモデルのインベントリ - 属性と用語のインベントリJSON-LD用 @Context サブジェクトのリポジトリ オブジェクトのデータモデル のリストを指すReadme Contributors.md subject-schema.json データモデル README.md /doc/spec.md /examples schema.json 採用者 Smart Data Models: ドメインとサブジェクト 22 ライフサイクル管理リポジトリ Incubated Harmonization オフィシャル (英語) 自動生成
  23. 23. Smart Data Models: データモデルのライフサイクル 23 Incubated harmonized Official 定期的な 削除 調和しない 廃止 • コントリビューションの管理なし • バージョンの管理なし • Issueを受け付けるが管理しない • リクエストによりオープン • 管理されたコントリビューション • バージョン管理なし • 管理されたIssue • リクエストと評価によりオープン • 制御されたコントリビューション • バージョニング • 制御されたIssue • ドメインとサブジェクトを割り当て
  24. 24. Smart Data Models: オフィシャルなデータモデル 24 Smart Energy 419 1 Smart Cities 80 2 Cross Sector 64 3 Smart Water 34 4 Smart Environment 23 5 Smart Agrifood 20 6 Smart Destination 11 7 Smart Aeronautics 7 8 Smart Robotics 6 9 Smart Sensoring 6 10 Smart Manufacturing 3 11 Smart Health 1 12 (2021/11/29時点)
  25. 25. GitHub – デベロッパー向け http://github.com/smart-data-models • 利用可能なすべてのリソース • プルリクエストによる更新 • データモデルに関するIssue ポータルサイト – エンドユーザ向け http://smartdatamodels.org • 最新ニュース (メルマガ) • データモデルの属性と列挙値の確認 Smart Data Models: Webサイト 25
  26. 26. 26 スマートシティ
  27. 27. FIWARE により進むスマートシティの発展段階 27 1 2 3 • IoT を活用した分野別ソリュ ーションにより、各部局のサ ービスが効率化 • 過去のデータを、オープン データとして公開 • 情報は各サイロ内に留まり、 他サービスと連携なし 効率的かつオープン データ エコノミー対応 • 都市が、第三者データを含む プラットフォームとなり、革新 的なビジネスモデルが実現 • オープンかつ商用の各種デ ータにより、多面的な市場が 発達 4 • 水平プラットフォームが、各分 野別のサービスから “Right- time” コンテキスト情報を収集 • 共通の各種情報モデル • 各種のスマート シティ管理 運営ソリューション 真にスマート Right-time (適時) オープン データの解放 • Right-timeコンテキスト情報を 第三者に公開 • 認可とアクセス制御(API管理) • オープン イノベーション エコシステム
  28. 28. FIWAREベースのスマート シティ向けアーキテクチャー 28
  29. 29. FIWARE ユースケース: アイントホーフェン (オランダ) FIWAREはアイントホーフェンの 街をより安全な場所にする 29 成果: • 犯罪率が50%以上減少 • 必要な場所に焦点を当てた警察のリソース • 事業主: 修理および清掃費用の削減 • より多くのビジネスと観光が活性化 • Stratumseindは、アイントホーフェンにあるオランダ最大のパーテ ィーストリートの1つで、週末には約20,000人の訪問者が訪れる • Stratumseindの課題は、ストリートでの騒ぎ、議論、対立、暴力を 引き起こされること • アイデアは、カメラやマイクなどのIoTデバイスを使用して、騒音規 制、群集管理を実施し、潜在的に敵対的な行動や事件を特定、防止、 およびエスカレートを解除すること • このソリューションは、プライバシーを念頭に置いて設計 • カメラは顔認識を適用しません。それらは、人として識別されたエ ンティティからの動きのみを追跡するため、個人を匿名に保つ • カメラはデバイス上でローカルに画像を分析し、分析データのみを Context Brokerに送信します。マイクは単語や文ではなく、ノイズ 特性を分析
  30. 30. FIWARE ユースケース: カルタヘナ(スペイン) カルタヘナはヨーロッパの20-20-20の 目標を達成するために順調に進捗 30 成果: • エネルギー消費量を20%削減 • 再生可能エネルギーの使用が20%増加 • CO2排出量を20%削減 HOP Ubiquitous によって設計およびデプロイ • 公園や庭園のためのスマートな水管理システム : • センサー:土壌水分と気象パラメーター • アクチュエータ:水道メーター、電気バルブ、流量計 • 灌漑プログラム (手動、スケジュール、スマート)、散水 制限の定義、漏水検知、アラートと通知のプログラミン グなどのためのリモート管理ツール • 空気の質と気象の監視 : • 汚染ガス:CO, O3, NO2, SO2 • 粒子状物質:PM1, PM2.5 および PM10 • 気象パラメータ:気象観測所による監視 Context Brokerによって収集および管理されるデータは、 市の意思決定者をサポートするためにさまざまなダッシュボ ードに視覚化 ・Cartagena (カルタヘナ): スペイン・ムルシア地方で2番目に大きな都市 ・HOP UbiquitousはFIWARE Foundationのゴールドメンバ
  31. 31. FIWARE ユースケース: ユトレヒト (オランダ) FIWAREは、オランダのサイクリストに 健康的なルートを選択できるよう提案 31 成果: • より健康的なルートを選択するサイクリスト • 情報に基づいた洞察で意思決定を行う際に、地域 および地方の政策立案者と都市計画家をサポート • 研究機関や国立機関が大気汚染の影響をよりよく 理解できるようにする • サイクリストには、自転車用の空気品質センサーが配られ る。より健康的なルートを見つけるために、これらのセンサ ーを使用して都市周辺の汚染をマッピング。Sniffer Bikeと 呼ばれるセンサーは、サイクリストの匿名追跡を実行して、 習慣を特定し、交通量に基づいて新しい自転車道が必要 な場所を特定 • センサーは粒子状物質(PM)を測定するだけでなく、揮発 性有機化合物(VOC)、温度、気圧、湿度、道路の凹凸を 調整します。 わずか数週間で、都市周辺の広大な地域の 大気質がマッピングされました • SnifferBikeセンサーは、10秒ごとに空気の質を測定します。 センサーは、IoTに最適化されたセルラー通信プロトコルで あるナローバンド(NB-IoT)とLTEエボリューション(LTE-M) を使用して、バイクセンサーからContext Brokerに2分ごと にデータを送信します
  32. 32. Impact Stories (https://fiware.org/community/impact_stories/) 32
  33. 33. 33 FIWARE エコシステム
  34. 34. FIWARE Foundationは、FIWARE開発コミュニティを支える OSS支援団体で、FIWAREエコシステムの振興やグローバル化を推進 34 • Atos, Engineering, Orange および Telefonicaにより 2016 年末設立 • ドイツ・ベルリンに本部を置く非営利団体 • スマートシティ、スマートインダスリー、スマートアグリフード、スマートエネ ルギーの4ドメインを中心に、さまざまドメインへのFIWARE適用を推進 • 450以上の個人会員および企業・団体会員 • 企業・団体会員:プラチナ:6社、ゴールド:66社、アソシエイツ:32社
  35. 35. FIWARE on GitHub (https://github.com/fiware) ソースコード 35
  36. 36. FIWARE Catalogue (https://github.com/FIWARE/catalogue) FIWARE GEの一覧。各GEの詳細を説明 36
  37. 37. FIWARE Step-by-Step Tutorials (https://github.com/FIWARE/tutorials.Step-by-Step) FIWARE GEの技術チュートリアル 37
  38. 38. 38 FIWARE Marketplace (http://marketplace.fiware.org) FIWARE関連ソリューションのカタログ
  39. 39. FIWARE iHubs (https://fiware.org/community/fiware-ihubs/) 民間企業、行政、大学、研究機関によるイノベーションに向けたFIWAREの地域ネットワーク 39 iHub Center 地域コミュニティのエコシステムの活動場所 として機能する物理的なホットスポット iHub School ビジネスと技術の観点から、FIWAREについて 知りたいことを学ぶことができる場所 iHub Lab FIWARE製品およびサービスの テスト、パイロット、認証 iHub Business Mentor FIWAREソリューションの認識、普及、 およびプロモーション iHub Community Creator 地元のステークホルダーを集め、 FIWAREエコシステムへの入り口として機能
  40. 40. 40
  41. 41. グローバルレベルでの連携:関連する標準化および業界団体 41 TM Forumは、都市のコンテ キスト情報にリアルタイムで アクセスするためのFIWARE NGSIをサポート TM ForumとFIWAREは、デ ータ マーケットプレイス プラ ットフォーム コンポーネント の開発で協力 TM ForumとFIWAREは、共 通データモデルの定義におい ても協力 (Smart data models イニシアチブ) ETSIは、コンテキスト情報管 理APIを定義するための業界仕 様グループ (ISG CIM) を2017 年1月に作成 FIWARE NGSIv2は、ETSIによ って公開されたNGSI-LD仕様 の基礎を提供 FIWAREは、ETSI NGSI-LDの いくつかのオープンソース実 装を提供 GSMAは、モバイル事業者に 推奨するIoTビッグデータ エ コシステムのリファレンス ア ーキテクチャを公開 NGSI-LDは、定義されたリフ ァレンス アーキテクチャでの コンポーネントの統合とアプ リケーションの開発において 中心的な役割を果たす
  42. 42. グローバルレベルでの推奨:地域/国レベル 42 FIWARE Context Broker Technologyは、適切なタイミ ングのコンテキストデータの 公開のためにECが公的および 民間部門に推奨するCEF (Connecting Europe Facility) Building Block の一部を構成 欧州データポータルは、適切 なタイミングのオープンデー タの公開をサポート インド政府が都市に推奨する 信頼できるデータ交換フレー ムワークを提供する IUDX は、 データ交換のAPIとして NGSI-LDを採用 IUDXは、Smart data models イニシアチブに参加し、都市 のデータモデルの定義におい て主導的な役割を果たす *CEF は EU のエネルギー、交通、通信ネットワークの 3 分野におけるインフラプロジェクトを支援する取り組み
  43. 43. FIWAREを選択する利点 43 • 低コスト、特定ベンダーの技術に非依存 • FIWAREが採用しているオープンAPIとデータモデルの仕様は、標準、パブリック、および ロイヤリティフリー (使用料不要) • FIWAREの実装はオープンソースで無料・無保証。OSSライセンスに従うことで、 誰でも自由に利用可能。システム要件に応じたFIWARE GEの選択 • 商用サービスの選択肢 • 新興企業から大企業まで、さまざまベンダーが、 FIWARE Marketplaceで、 FIWAREに基づいた基盤システムやスマートソリューション、スマートサービスを提供 • 利用者は要件や費用に応じてサービスやベンダーを選択可能 • オープンで持続可能な開発体制 • FIWARE開発コミュニティは、FIWARE GEを維持・管理し、機能強化を継続。 FIWARE Foundationとその会員は開発コミュニティを支援 • 利用者は開発者にフィードバックを与えることや自ら開発に参加することが可能 FIWAREは、オープンで自由度のあるスマートサービス向け基盤ソフトウェア。 利用者に選択の幅を提供
  44. 44. 44 This is FIWARE The open source platform for our smart digital future! 44

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