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SoftLayer Bluemix SUMMIT 2015
Intel Edisonクラスタ x Bluemixによる
IoTアプリケーションの実装
...
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松井 暢之(まつい のぶゆき)
TIS株式会社 戦略技術センター
~2003
2003~2008
2009
2010~2012
2013~
201...
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Agenda
1. IoTとは
2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~
3. fog computingのサンプル実...
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そもそも「IoT」とはなんだ?
 いま一歩イメージがわかない。結局「IoT」とは具体的に何だろう?
4
Question! by Stefan Ba...
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「IoT」への期待の盛り上がり
 なんだかよくわからないが、「IoT」 は流行しているようだ。
 Google Trendsにおける検索ボリューム...
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「IoT」市場の急拡大
 なんだかよくわからないが、「IoT」市場は急拡大するようだ。
 IoT業界で生み出される収益の予測
 2020年には最...
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「IoT」市場の急拡大
 なんだかよくわからないが、「IoT」市場は急拡大するようだ。
 相互接続されるデバイス数の予測
 2020年には最大で...
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結局「IoT」って何?
 現時点で「IoT」に明確な定義は無い。
 かつての「cloud」と同様バズワードであり、「IoT」に関与する
人々が、自...
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(本セッションにおける)「IoT」とは
 今回のセッションでは、「IoT」を以下のように捉える。
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1.
ヒトやモノや社会が相互連携
して営まれる...
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Agenda
1. IoTとは
2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~
3. fog computingのサンプル実...
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「IoT」の考慮ポイント:電力消費
 CPUだけでなくネットワーク通信も電力消費量が大きい。
 通信はデバイスにとって最も貴重なリソースである電力...
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「IoT」の考慮ポイント:インターネットトラフィック
 グローバルなIPトラフィック量は年平均23%で急拡大し、2019年に
は2014年の2.8倍...
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「IoT」の考慮ポイント:セキュリティリスク
 現実世界に近いIoTがハッキングを受けると、直接的で深刻な被害が
発生する可能性がある。例えば以下の...
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IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~
 「IoT」全体の中で、ヒトやモノに近い場所(fog)で行う処理と
cloudで...
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fogとcloudの特徴
 「目の前にあるfog」と「雲の向こうのどこかにあるcloud」の違い
(極端な場合で比較)
15
fog cloud
ロ...
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「IoT」のアーキテクチャのポイント
 「IoT」のアーキテクチャを設計する上では、以下のポイントが重要
となる。
 fogとcloudの特徴を踏...
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Agenda
1. IoTとは
2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~
3. fog computingのサンプル実...
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 日常生活で「点いているけれど見ていないテレビ」に費やされている
時間を可視化し、ヒトとテレビの関係を少し幸せにするサービス。
 カラーチャートに...
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 cloudのデータ分析ロジックが「テレビは点いているけれど集中し
て見ていない」と判断すると、自動的にテレビを消灯。
 この機能を有効にした場合...
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 “今テレビを見ているか?”をfogで、“集中して見ているか?”をcloud
で判断し、結果を現実世界にフィードバックすることで、次のような
価値が...
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Wasted energy of TVは
IBM Bluemix Challenge 2015で
IoT賞を受賞しました!
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 fog : Intel Edison + Raspberry Pi + センサーやカメラ等
 cloud : Bluemix
 protoco...
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Wasted energy of TVの動作 テレビ試聴状況の送信
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 赤外線リモコンを用いてテレビをONにする。
 赤外線センサーがリモコンの赤外線パルスを傍受しテレビの
ON/OFFを捉え、fogのKVSに登録す...
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 テレビを見る。
 USBカメラの画像を解析し、テレビに顔の正面が向いていれば
「見ている」と判断してKVSに登録する。
テレビ試聴状況の送信
2...
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 現在の状態をクラウドへ送る。
 定期的にKVSを確認し、テレビが点いていれば、視聴状態をクラ
ウドへ送信する。
IoT Foundation
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 fogから受信した情報を蓄積する。
 IoT Foundationからsubscribeした情報をMongoDBに蓄積する。
MongoDB
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テレビ試聴状況の送信
 Wasted energy of TVのIoTデバイスクラスタの動画
 https://youtu.be/RDPD21L8...
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Wasted energy of TVの動作 テレビ試聴状況の可視化
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 テレビの視聴状況を可視化する。
 ブラウザからGUIアプリにアクセスし、指定した日付
のテレビ視聴状況を可視化する。
テレビ試聴状況の可視化
3...
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テレビ試聴状況の可視化
 テレビの視聴状況を可視化
 http://wasted-energy-of-tv-gui.mybluemix.net/
...
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Wasted energy of TVの動作 テレビ自動OFF
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 テレビ自動OFFを登録する。
 ブラウザからGUIアプリにアクセスし、テレビの
自動OFFを登録する。
テレビ自動OFF
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IBM Blue...
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テレビ自動OFF
 テレビ自動OFFを登録する。
 「Change」リンクをクリックすると、テレビ自動OFF機能の
登録画面が表示される。
 テ...
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 テレビが自動で消える。
 テレビ自動OFFが有効の場合、テレビが点いており、かつ設定さ
れた時間連続してテレビを見てないと、cloud
からイベ...
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 テレビが自動で消える。
 IoTデバイスクラスタがイベントを受信すると、赤外線LEDから
赤外線パルスが照射され、テレビが自動的に
OFFになる...
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Agenda
1. IoTとは
2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~
3. fog computingのサンプル実...
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Wasted energy of TVの技術要素
 fogとcloudの役割分担
 以下のような分析機能があると面白いかも
 過去の同じ曜日の視...
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 Wasted energy of TVの技術要素のうち、今回は以下二つを概観する。
 fogとcloud間を取り持つMQTTプロトコル
 Io...
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MQTTプロトコル
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MQTTとは
 IoT向けの軽量なpublish/subscribe型メッセージキュープロトコル
 Wasted energy of TVでは、以...
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MQTTの特徴
 疎結合(publish/subscribe型)
 クライアント間でお互いのことを気にする必要が無い。
 軽量(固定長ヘッダは2...
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MQTTと他のプロトコルの比較
 「IoT」でよく利用されるプロトコルとしては、MQTTの他にも
AMQPやREST、CoAP等がある。
 各プロ...
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IoTとBluemix
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IBM Internet of Things Foundationとは
 IoTデバイスをクラウドに接続するマネージドサービス
 Bluemixに...
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他のクラウドのIoTで利用できるマネージドサービス
 Amazon Web Services
 Amazon Kinesis
 大規模な分散デー...
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IBM Internet of Things Foundationの利用
 ボイラープレートから簡単なステップで利用を開始できる。
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ボイラープ...
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Bluemix Node-REDとは
 Node-RED(http://nodered.org)
 IBM Emerging Technology...
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Wasted energy of TVのNode-REDフロー
 Bluemix Node-REDフローの例
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パレット フロー
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Wasted energy of TVのNode-REDフロー
 サービスとの連携
 プログラムの必要もなくパラメータを設定するだけで接続できる。...
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Wasted energy of TVのNode-REDフロー
 REST APIの定義
 プログラムの必要もなくREST APIを定義し、テンプ...
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Wasted energy of TVのNode-REDフロー
 フローの定期的な起動
 外部入力を待つのではなく、Node-RED内で定期的にフ...
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Wasted energy of TVのNode-REDフロー
 データの変換処理
 javascriptを用いて入力データを変換し、次のノードへ...
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Wasted energy of TVのNode-REDフロー
 フローの分岐
 入力データのパラメータを元に判断を行い、フローを分岐させる
こと...
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Wasted energy of TVのNode-REDフロー
 Wasted energy of TVのNode-REDフローの全体像
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fo...
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Agenda
1. IoTとは
2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~
3. fog computingのサンプル実...
Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.
まとめ
 なんだかよくわからないけれど、今後「IoT」は流行るらしい。
 「IoT」は明確に定義された言葉ではないが、「ヒトとモノをつない
で得ら...
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関連記事やソースコードなど
 IoTとfog computingの解説記事
 http://tech-sketch.jp/2015/08/iot_...
SoftLayer Bluemix SUMMIT 2015 : Intel Edisonクラスタ x Bluemixによる IoTアプリケーションの実装
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SoftLayer Bluemix SUMMIT 2015 : Intel Edisonクラスタ x Bluemixによる IoTアプリケーションの実装

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2015/09/02に行われたSoftLayer Bluemix SUMMIT 2015で講演した資料です。

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SoftLayer Bluemix SUMMIT 2015 : Intel Edisonクラスタ x Bluemixによる IoTアプリケーションの実装

  1. 1. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. SoftLayer Bluemix SUMMIT 2015 Intel Edisonクラスタ x Bluemixによる IoTアプリケーションの実装 2015年9月2日 TIS株式会社 戦略技術センター 松井暢之
  2. 2. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 2 松井 暢之(まつい のぶゆき) TIS株式会社 戦略技術センター ~2003 2003~2008 2009 2010~2012 2013~ 2015~ 現場PJでアーキテクト兼モデラー兼プログラマ兼…を歴任 基盤技術センター(現戦略技術センター)で不芳PJの火消しに奔走 全社生産性向上の企画策定に従事 オープンでエッジな技術を活用した事業企画に従事 OSSクラウドオーケストレータ “CloudConductor®” の開発に着手 IoTプラットフォーム関連の研究開発に着手 nbyk.matsui nmatsui nbyk.matsui@n_matsui
  3. 3. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Agenda 1. IoTとは 2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~ 3. fog computingのサンプル実装 ~Wasted energy of TV~ 4. Wasted energy of TVの技術要素 5. まとめ 3
  4. 4. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. そもそも「IoT」とはなんだ?  いま一歩イメージがわかない。結局「IoT」とは具体的に何だろう? 4 Question! by Stefan Baudy, on Flickr 一意に識別可能な「もの」がインターネット/クラウドに接続され、情報交換する ことにより相互に制御する仕組みである。 「Internet of Everything」や「Smart Everything」、「サービスのモノ化」 ともいう。 モノのインターネット(Internet of Things、IoT) 出展:ウィキペディア , https://ja.wikipedia.org/wiki/モノのインターネット
  5. 5. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 「IoT」への期待の盛り上がり  なんだかよくわからないが、「IoT」 は流行しているようだ。  Google Trendsにおける検索ボリュームの推移 5 クラウド IoT Internet of Things 出展:Google Trends, http://www.google.co.jp/trends/explore#q=Internet%20of%20Things%2C%20iot%2C%20%E3%82%AF%E3%83%A9%E3 %82%A6%E3%83%89&date=1%2F2007%20104m&cmpt=q&tz=Etc%2FGMT-9
  6. 6. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 「IoT」市場の急拡大  なんだかよくわからないが、「IoT」市場は急拡大するようだ。  IoT業界で生み出される収益の予測  2020年には最大で7兆ドル(IDC)の収益がIoT市場で生み出される 6 出展:IoT Analytics, "IoT Market – Forecasts at a glance“, 2014-10, http://iot-analytics.com/iot-market-forecasts-overview/
  7. 7. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 「IoT」市場の急拡大  なんだかよくわからないが、「IoT」市場は急拡大するようだ。  相互接続されるデバイス数の予測  2020年には最大で500億個(CiscoやEricsson)のデバイスが 相互に接続される 7 出展:IoT Analytics, "IoT Market – Forecasts at a glance“, 2014-10, http://iot-analytics.com/iot-market-forecasts-overview/
  8. 8. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 結局「IoT」って何?  現時点で「IoT」に明確な定義は無い。  かつての「cloud」と同様バズワードであり、「IoT」に関与する 人々が、自らの思いを込め様々な意味でこの言葉を使っている。 8 Harbor Seals Arguing by Liz Lawley, on Flickr
  9. 9. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. (本セッションにおける)「IoT」とは  今回のセッションでは、「IoT」を以下のように捉える。 9 1. ヒトやモノや社会が相互連携 して営まれる現実世界の活動を、 2. 「データ」としてコンピュータ の世界へ映し出し、 3. 様々な種類の「データ」を 組み合わせて分析・学習し、 4. 得られた知見を現実世界へ フィードバックすることで、 現実世界の活動へ新たな価値を 生み出すこと。 IoTとは
  10. 10. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Agenda 1. IoTとは 2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~ 3. fog computingのサンプル実装 ~Wasted energy of TV~ 4. Wasted energy of TVの技術要素 5. まとめ 10
  11. 11. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 「IoT」の考慮ポイント:電力消費  CPUだけでなくネットワーク通信も電力消費量が大きい。  通信はデバイスにとって最も貴重なリソースである電力を消費する。 11 出展:G.P. Perrucci, F.H.P Fitzek, J. Widmer, "Survey on Energy Consumption Entities on the Smartphone Platform“, Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2011 IEEE 73rd, 2011-03, http://www.researchgate.net/profile/Frank_Fitzek/publication/ 224248235_Survey_on_Energy_Consumption_Entities_on_the_Smartphone_Platform/links/0deec51a4e140ccd35000000.pdf のTable1をグラフ化
  12. 12. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 「IoT」の考慮ポイント:インターネットトラフィック  グローバルなIPトラフィック量は年平均23%で急拡大し、2019年に は2014年の2.8倍となる160EB/月と予測されている。  今後インターネットトラフィックも貴重なリソースになる。 12 出展:Cisco, " Cisco VNI Global IP Traffic Forecast, 2014–2019“, 2015-03, http://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/VNI_Hyperconnectivity_WP.pdf
  13. 13. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 「IoT」の考慮ポイント:セキュリティリスク  現実世界に近いIoTがハッキングを受けると、直接的で深刻な被害が 発生する可能性がある。例えば以下のような事例が報告されている。  シャワートイレを遠隔操作するBluetoothアプリに脆弱性がある というセキュリティアドバイザリが公表された(2013.08)  ベビーモニターがクラックされ、子どもや夫婦に暴言を吐く男の 声が聞こえた(2013.08)  テレビや冷蔵庫等のスマート家電がクラッキングを受け、大量の 不正メールを送信する「Thingbots」化した(2014.01)  ハッキングコンテストで、動作中の電気自動車のドアやサンルー フを遠隔開閉できた(2014.07) 13 出展:Proofpoint, "More than 750,000 Phishing and SPAM emails Launched from "Thingbots" Including Televisions, Fridge“, 2014-01, https://www.proofpoint.com/us/proofpoint-uncovers-internet-things-iot-cyberattack 出展:Trustwave, “Trustwave SpiderLabs Security Advisory TWSL2013-020: Hard-Coded Bluetooth PIN Vulnerability in LIXIL Satis Toilet“, 2014-01, https://www.trustwave.com/spiderlabs/advisories/TWSL2013-020.txt 出展:CNN, “Foul-mouthed hacker hijacks baby‘s monitor“, 2013-08, http://edition.cnn.com/2013/08/14/tech/web/hacked-baby-monitor/ 出展:ESET, "Tesla Model S hacked to open doors while in motion “, 2014-07, http://www.welivesecurity.com/2014/07/23/tesla-model-s-hacked-open-doors-motion/
  14. 14. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~  「IoT」全体の中で、ヒトやモノに近い場所(fog)で行う処理と cloudで行う処理を分割し、それらが分散協調して動作する仕組み  fog computingの概念はシスコシステムズ発祥 14 A distributed computing infrastructure in which some application services are handled at the network edge in a smart device and some application services are handled in the cloud. fog computing(fogging) 出展:WhatIs.com, http://whatis.techtarget.com/definition/fog-computing-fogging fog cloud Exercise Plays Vital Role Maintaining Brain Health by A Health Blog, on Flickr
  15. 15. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. fogとcloudの特徴  「目の前にあるfog」と「雲の向こうのどこかにあるcloud」の違い (極端な場合で比較) 15 fog cloud ロケーション 重要か? 重要 どこでもよい 距離 目の前 どこでもよい ネットワーク レイテンシ 低い 高い 遅延のジッタ 小さい 大きい 利用できる帯域 非常に狭い 広い ノード 数 非常に多い 数えられる程度 性能 低い 高い 消費電力 非常に気にする 利用者は気にしない 多様性 様々な機器 それほど種別は無い 移動するか? する しない セキュリティ 物理的 盗難や不正利用に注意 事業者にお任せ プログラム的 ノウハウが蓄積されてい ない 標準的なプラクティスが ある
  16. 16. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 「IoT」のアーキテクチャのポイント  「IoT」のアーキテクチャを設計する上では、以下のポイントが重要 となる。  fogとcloudの特徴を踏まえ、適切に役割を分担する。  通常クラウドコンピューティングでは意識しないポイントにも fogのアーキテクチャでは配慮が必要となる。 16 fogに適した処理 cloudに適した処理 リアルタイム性が重要な処理 大量データを背景にした分析や学習処理 個人の機微にかかわるデータの処理 匿名化されたデータの処理 fog内で得られた情報を組み合わせる処理 ソーシャルや他のfogと組み合わせる処理 ・電力消費をなるべく少なくする ・通信するデータ量をなるべく小さくする ・劣悪なネットワーク環境下でも確実にデータが伝達できる ・移動するヒトやモノに適応できるように、動的なトポロジー変更に適応する ・fog内の機器が物理的に盗難・破損しても、fog全体としては機能が保全される ・fog内の通信が傍受改竄された場合、不正ノードを検出して自律的に排除する
  17. 17. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Agenda 1. IoTとは 2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~ 3. fog computingのサンプル実装 ~Wasted energy of TV~ 4. Wasted energy of TVの技術要素 5. まとめ 17
  18. 18. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  日常生活で「点いているけれど見ていないテレビ」に費やされている 時間を可視化し、ヒトとテレビの関係を少し幸せにするサービス。  カラーチャートによって、ヒトとテレビの関係を可視化。  赤色に近ければ近い時間ほど、集中してテレビを見ている  青色に近ければ近い時間ほど、テレビに視線を向けていない  灰色の時間は、テレビが点いていない fog computingのサンプル実装 ~ Wasted energy of TV ~ 18
  19. 19. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  cloudのデータ分析ロジックが「テレビは点いているけれど集中し て見ていない」と判断すると、自動的にテレビを消灯。  この機能を有効にした場合、テレビがONかつテレビを見ていない状態 が設定した時間(分)以上連続すると、自動的にテレビをOFFにする。 fog computingのサンプル実装 ~ Wasted energy of TV ~ 19
  20. 20. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  “今テレビを見ているか?”をfogで、“集中して見ているか?”をcloud で判断し、結果を現実世界にフィードバックすることで、次のような 価値が生まれる。  テレビを見ていたつもりでもテレビに集中しておらず、無駄に費 やしてしまった時間に気づくことで、生活にメリハリがつく。  集中してテレビを見ていないならばテレビが消えてしまうため、 家庭での無駄な電力消費を削減できる。 fog computingのサンプル実装 ~ Wasted energy of TV ~ 20 Psssst!! I'm watching you... by ..::Fluckr You::.. , on Flickr
  21. 21. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 21 Wasted energy of TVは IBM Bluemix Challenge 2015で IoT賞を受賞しました!
  22. 22. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  fog : Intel Edison + Raspberry Pi + センサーやカメラ等  cloud : Bluemix  protocol : MQTT Wasted energy of TVの全体像 22 MongoDB Intel Edison Intel Edison Intel Edison Raspberry Pi B+ USBカメラ Internet 赤外線 リモコン IoT Foundation Local Network Wi-Fi Mesh Network Internet Gateway Internet Gateway Network fog Node-REDアプリ Consul Cluster赤外線センサー 赤外線LED Webブラウザ テレビ Bluemix GUIアプリ MQTT Protocol
  23. 23. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 23 Wasted energy of TVの動作 テレビ試聴状況の送信
  24. 24. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  赤外線リモコンを用いてテレビをONにする。  赤外線センサーがリモコンの赤外線パルスを傍受しテレビの ON/OFFを捉え、fogのKVSに登録する。 テレビ試聴状況の送信 24 赤外線 リモコン Local Network Wi-Fi Mesh Network Consul Cluster赤外線センサー ① 赤外線センサーが テレビのONを認識する ② Consul KVSへテレビ がONであることを登録 テレビ fog Intel Edison Raspberry Pi B+ Bluemix
  25. 25. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  テレビを見る。  USBカメラの画像を解析し、テレビに顔の正面が向いていれば 「見ている」と判断してKVSに登録する。 テレビ試聴状況の送信 25 USBカメラ Wi-Fi Mesh Network Consul Cluster ② Consul KVSへテレビが 見られていることを登録 ① USBカメラの映像フレームを解析し、 「正面の顔」の有無を認識する テレビ fog Intel Edison Bluemix
  26. 26. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  現在の状態をクラウドへ送る。  定期的にKVSを確認し、テレビが点いていれば、視聴状態をクラ ウドへ送信する。 IoT Foundation テレビ試聴状況の送信 26 Internet Wi-Fi Mesh Network Internet Gateway Internet Gateway Network Consul Cluster ② テレビがONであれば、正面顔の 認識状態をMQTTでpublishする ① Consul KVSからテレビのON/OFF と正面顔の認識状態を取得する ③ MQTT Brokerとしてpublishされた 情報を受け取る fog Intel Edison Bluemix MQTT Protocol
  27. 27. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  fogから受信した情報を蓄積する。  IoT Foundationからsubscribeした情報をMongoDBに蓄積する。 MongoDB IoT Foundation Node-REDアプリ テレビ試聴状況の送信 27 ② 送りつけられた情報を解析して 視聴状態をMongoDBへ保存する ① MQTTで受信した情報をsubscribe しているNode-REDアプリへ送りつける fog Bluemix
  28. 28. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. テレビ試聴状況の送信  Wasted energy of TVのIoTデバイスクラスタの動画  https://youtu.be/RDPD21L8voM 28
  29. 29. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 29 Wasted energy of TVの動作 テレビ試聴状況の可視化
  30. 30. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  テレビの視聴状況を可視化する。  ブラウザからGUIアプリにアクセスし、指定した日付 のテレビ視聴状況を可視化する。 テレビ試聴状況の可視化 30 IBM Bluemix MongoDB Node-REDアプリ GUIアプリ Webブラウザ ① GUIアプリのNginxから HTMLやJS等を取得 ② AJAXを用いてNode-RED アプリのREST APIから情報取得 fog Bluemix
  31. 31. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. テレビ試聴状況の可視化  テレビの視聴状況を可視化  http://wasted-energy-of-tv-gui.mybluemix.net/ 31 集中してテレビを見ている ほとんどテレビを見ていない テレビを見たり見なかったり テレビが点いてない
  32. 32. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 32 Wasted energy of TVの動作 テレビ自動OFF
  33. 33. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  テレビ自動OFFを登録する。  ブラウザからGUIアプリにアクセスし、テレビの 自動OFFを登録する。 テレビ自動OFF 33 IBM Bluemix MongoDB Node-REDアプリ GUIアプリ Webブラウザ ① AJAXを用いてNode-RED アプリのREST APIから登録 fog Bluemix
  34. 34. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. テレビ自動OFF  テレビ自動OFFを登録する。  「Change」リンクをクリックすると、テレビ自動OFF機能の 登録画面が表示される。  テレビ自動OFFを有効化する場合、トグルボタンをONにして、 テキストボックスに自動OFFになるまでの時間(分)を入力する。 34
  35. 35. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  テレビが自動で消える。  テレビ自動OFFが有効の場合、テレビが点いており、かつ設定さ れた時間連続してテレビを見てないと、cloud からイベントが送出される。 テレビ自動OFF 35 MongoDB Node-REDアプリ IoT Foundation ② 指定した期間の視聴情報を MongoDBから取得 ③ 取得した期間の視聴情報を解析し、 テレビが点いているのに全く見ていなければ、 MQTTで「テレビOFF」イベントを送出 fog ① Node-REDの機能を利用し 定期的に処理を起動 Bluemix
  36. 36. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  テレビが自動で消える。  IoTデバイスクラスタがイベントを受信すると、赤外線LEDから 赤外線パルスが照射され、テレビが自動的に OFFになる。 テレビ自動OFF 36 Internet IoT Foundation Internet Gateway テレビ Local Network Wi-Fi Mesh Network Internet Gateway Network Consul Cluster 赤外線LED ① MQTTでsubscribeしている イベントの受信を検知 ② Consul Clusterへ イベントを発火 ③ watchしているイベントが 発生したことを検知 ④ 赤外線LEDから登録済みの 赤外線パルスを発信 fog Intel Edison Intel Edison Raspberry Pi B+ Bluemix MQTT Protocol
  37. 37. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Agenda 1. IoTとは 2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~ 3. fog computingのサンプル実装 ~Wasted energy of TV~ 4. Wasted energy of TVの技術要素 5. まとめ 37
  38. 38. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVの技術要素  fogとcloudの役割分担  以下のような分析機能があると面白いかも  過去の同じ曜日の視聴データから、「テレビを点けたけど、どうせあ なた、今の時間はテレビ見てないしょ?」と言ってくれたり?  似たような傾向の人がテレビを見ていれば、「あなたこの番組、好き そうですよね」と点けてくれたり?  サンプル実装ではセキュリティを全く考慮していないので注意!  GUIに認証認可がなく、MQTTパケットも平文 38 fogに適した処理 cloudに適した処理 リアルタイム性が重要な処理 → カメラ映像の処理 大量データを背景にした分析や学習処理 → 過去の視聴状態から電源OFFの判断 個人の機微にかかわるデータの処理 → カメラ映像の処理 匿名化されたデータの処理 → 匿名化された「視聴状態」の処理 fog内で得られた情報を組み合わせる処理 → 顔認識と赤外線センサの組み合わせ ソーシャルや他のfogと組み合わせる処理 (今回は実装しなかった)
  39. 39. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.  Wasted energy of TVの技術要素のうち、今回は以下二つを概観する。  fogとcloud間を取り持つMQTTプロトコル  IoTと容易に接続できるcloud Bluemix Wasted energy of TVの技術要素 39 MongoDB Intel Edison Intel Edison Intel Edison Raspberry Pi B+ USBカメラ Internet IoT Foundation Local Network Wi-Fi Mesh Network Internet Gateway Internet Gateway Network fog Node-REDアプリ Consul Cluster赤外線センサー 赤外線LED Bluemix GUIアプリ MQTT Protocol
  40. 40. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 40 MQTTプロトコル
  41. 41. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. MQTTとは  IoT向けの軽量なpublish/subscribe型メッセージキュープロトコル  Wasted energy of TVでは、以下のような形で利用している。 41 A machine-to-machine (M2M)/"Internet of Things" connectivity protocol. It was designed as an extremely lightweight publish/subscribe messaging transport. It is useful for connections with remote locations where a small code footprint is required and/or network bandwidth is at a premium. MQTT 出展:MQTT.org, http://mqtt.org/ MQTT Client (Node-REDアプリ) MQTT Broker (IoT Foundation) MQTT Client (fog) publish(TOPIC1) 視聴状態 subscribe(TOPIC2) delivery TV OFFイベント subscribe(TOPIC1) delivery 視聴状態 publish(TOPIC2) TV OFFイベント
  42. 42. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. MQTTの特徴  疎結合(publish/subscribe型)  クライアント間でお互いのことを気にする必要が無い。  軽量(固定長ヘッダは2バイト)  小さなデータを大量に送る場合に効果が大きい。  メッセージの到達性(QoSの定義)  QoS0 At most once:ベストエフォート。消失や重複の可能性あり。  QoS1 At least once:必ず到着するが、重複の可能性あり。  QoS2 Exactly once:必ず1回到着することを保証。  クライアントの異常切断への対応  クライアントが切断していた間のQoS1,2のメッセージを再配布  クライアント異常切断時にLast Will & Testament(遺言状)発送 42
  43. 43. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. MQTTと他のプロトコルの比較  「IoT」でよく利用されるプロトコルとしては、MQTTの他にも AMQPやREST、CoAP等がある。  各プロトコルの特徴を把握し、適切なプロトコルを選択すると良い。 43 MQTT AMQP REST(HTTP) CoAP アーキテクチャ publish & subscribe publish & subscribe P2P request & response request & response トランスポート TCP TCP TCP UDP エンコード binary binary plain text binary ヘッダサイズ 固定 2~5byte + 可変 8byte ~ 50byte ~ 4byte 認証 id & password SASL basic challenge / response challenge / response 暗号化 SSL/TLS SSL/TLS SSL/TLS DTLS 耐障害性 QoS retain LWT durable subscription QoS persistence N/A confirmable /non- confirmable トランザクション No Yes No No 順序保障 No Yes No No
  44. 44. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 44 IoTとBluemix
  45. 45. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. IBM Internet of Things Foundationとは  IoTデバイスをクラウドに接続するマネージドサービス  Bluemixに準備されているボイラープレートを用いることで 容易に立ち上げてBluemixから利用することができる。  対応するプロトコルはMQTTのみ。  複数のIBM製品やサービス、及びOSSを用いて、SoftLayer上に 実装されている(らしい)。  IBM MessageSight(MQTT Broker)  IBM WebSphere Application Server Liberty Core(APP Server)  Cloudant(NoSQL DBaaS)  ・・・ 45
  46. 46. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 他のクラウドのIoTで利用できるマネージドサービス  Amazon Web Services  Amazon Kinesis  大規模な分散データストリームをリアルタイムで 処理するためのフルマネージドサービス。  対応しているプロトコルはRESTのみ。  別のMQTT brokerからsubscribeしてKinesisにPUTするbridge プログラムも公開されている。  Microsoft Azure  Event Hubs  拡張性に優れたパブリッシュ/サブスクライブ モデルのイベント取り込みサービス。  対応しているプロトコルはAMQPとREST。 46
  47. 47. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. IBM Internet of Things Foundationの利用  ボイラープレートから簡単なステップで利用を開始できる。 47 ボイラープレートの選択 IoTアプリケーション開始 IoTサービスの追加 IoTサービスにアカウント追加 IoTサービスに接続するIoTデバイスの登録
  48. 48. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Bluemix Node-REDとは  Node-RED(http://nodered.org)  IBM Emerging Technologyチームが作成しOSS公開している ブラウザ上でビジュアルプログラミングを行うツール。  パレットに準備されている「ノード」をマウスで接続することで、 それらの出力と入力を連結し、一連の処理フローを定義する。  functionノード等を活用すれば、入力データの加工もできる。  Bluemix Node-RED  Bluemixが提供するNode-REDでは IBM IoT Foundationに接続 する「ノード」が提供されるので、IoTアプリを容易に構築できる。 48 A visual tool for wiring the Internet of Things Node-RED provides a browser-based flow editor that makes it easy to wire together flows using the wide range nodes in the palette. Node-RED 出展:Node-RED, http://nodered.org/
  49. 49. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVのNode-REDフロー  Bluemix Node-REDフローの例 49 パレット フロー
  50. 50. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVのNode-REDフロー  サービスとの連携  プログラムの必要もなくパラメータを設定するだけで接続できる。 50 IoT Foundationとの連携 MongoDBとの連携
  51. 51. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVのNode-REDフロー  REST APIの定義  プログラムの必要もなくREST APIを定義し、テンプレートから Responseを生成することができる。 51 REST APIの定義 Responseの生成
  52. 52. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVのNode-REDフロー  フローの定期的な起動  外部入力を待つのではなく、Node-RED内で定期的にフローを 開始することができる。 52
  53. 53. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVのNode-REDフロー  データの変換処理  javascriptを用いて入力データを変換し、次のノードへ引き渡す ことができる。 53
  54. 54. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVのNode-REDフロー  フローの分岐  入力データのパラメータを元に判断を行い、フローを分岐させる こともできる。 54
  55. 55. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Wasted energy of TVのNode-REDフロー  Wasted energy of TVのNode-REDフローの全体像 55 fogから受信したデータをMongoDBに蓄積する ブラウザから入力された自動OFF設定をMongoDBに登録する 自動OFF設定をMongoDBから取得しブラウザに返す 指定した期間の視聴状況をJSON化しブラウザに返す 指定した日の視聴状況をJSON化しブラウザに返す 蓄積された視聴状況を定期的にチェックし 必要であればTVの電源OFFイベントを送出する
  56. 56. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. Agenda 1. IoTとは 2. IoTのアーキテクチャ ~fog computingという考え方~ 3. fog computingのサンプル実装 ~Wasted energy of TV~ 4. Wasted energy of TVの技術要素 5. まとめ 56
  57. 57. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. まとめ  なんだかよくわからないけれど、今後「IoT」は流行るらしい。  「IoT」は明確に定義された言葉ではないが、「ヒトとモノをつない で得られたデータを分析・学習し、現実世界にフィードバックするこ とで新たな価値を生むもの」と捉えると良い(と思う)。  「IoT」のアーキテクチャを考える際には、fogとcloudが分散協調し て動作するfog computingを意識すると良い。  fogとcloudを連結する上で、MQTTなどの様々なプロトコルが存在す るが、各プロトコルの特性やcloudの対応状況を把握して適切なもの を選択すべし。  MQTTを使う場合、IBM IoT FoundationとBluemix Node-REDを利 用すれば、fogとcloudを連結するアプリを簡単に始めることができる。 57
  58. 58. Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved. 関連記事やソースコードなど  IoTとfog computingの解説記事  http://tech-sketch.jp/2015/08/iot_fogcomputing_1.html  続編公開予定  Wasted energy of TVのソースコード  https://github.com/nmatsui/wasted_energy_of_tv_iot  https://github.com/nmatsui/wasted_energy_of_tv_gui  https://github.com/nmatsui/wasted_energy_of_tv_nodered 58

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