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Japan Robot Week 2016 RTM講習会 第2部
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rosjp10 itとrt(ネットワーク技術と時々、仮想化) 株式会社インテック

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ROS Japan UG 勉強会#10の発表資料。
ROSを効率的・安全に使うための仕組みを紹介。

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rosjp10 itとrt(ネットワーク技術と時々、仮想化) 株式会社インテック

  1. 1. Copyright © 2017 INTEC Inc. All rights reserved. 第10回ROS勉強会 ITとRT(ネットワーク技術と時々、仮想化) 2017.05.20 先端技術研究所
  2. 2. 2 Agenda • 諸々の紹介 • 自己紹介 • 会社紹介 • チーム紹介 • この発表の目的 • 本編:ITとRT(ネットワーク技術と時々仮想化) • バックグラウンド • IT屋さんとロボット ~あなたの強みは何ですか?~ • 【客観的疑問】何故、人々は、ロボットに全知全能を求めるのか。 • 【客観的疑問】ROS技術者視点から • RDBOX(WiFi multihop network gateway with environment sensor.) • 客観的疑問に基づくRDBOXが目指す世界観 • ネットワークに繋がるモノ・コト全てをロボット化できる理由 • IoTからRTへの侵食 • RDBOXの技術要素について • 開発効率向上に役立つ、ネットワーク基本機能の実装 • 既存ネットワークと切り離したアドレス空間でのロボット専用ネットワーク • ネットワーク技術 • 仮想化技術 • Dockerについて • Docker Swarmについて • DockerのGUI • まとめ
  3. 3. 諸々の紹介
  4. 4. 自己紹介 @fukkun_chan 福田 竜也(ふくた たつや) @t.fukuta • 株式会社インテック 先端技術研究所所属 • ROS歴:2年ぐらい (趣味期間含む。関係ない業務に携 わることも多い) • 好きなもの:いらすとや • 嫌いなもの:Excel方眼紙 • 好きな本:ROSではじめるロボッ トプログラミング(@OTLさん) 3
  5. 5. 5 会社紹介 >1964年1月に…富山の地に誕生しま した。…創業から50余年、金融や製造、 流通、サービス、公共など幅広い分野 のお客さまに支えられ、おかげさまで、 単体の売上高が1,000億円を超え、 3,600名の社員を抱える企業へと成長 して参りました。(ホームページより) @TOYAMA こ こ is a IT SIer.
  6. 6. 6 「ほかと違う、おもしろい、役に立つ」研究開発を目指して、 (1) 幅広い先端技術領域をカバー (2) 現場に研究所プロトタイプを持ち込み、お客さまメリットを検証する実証的研究 (3) 最新のイノベーション理論を組み込んだ、成功確率のより高い研究開発プロセス (4) 10年前当時まだ言葉すらなかったクラウドソフトウェアに着手するなど先進的研究を志向 (5) IPv6普及啓発など、国内外のインターネット業界でリーダシップを発揮 先端技術研究所の特長・研究開発分野 ・並列分散処理 ・IoT/M2M 情報通信基盤 ・エッジ・コンピューティング ・位置情報PF・地図連携 IoT ・クラウドロボティックス ・ウェアラブル ・フィジカルコンピューティング (モーション認識) ・画像処理・認識 HCI※ ・製造業、金融業等PoC ・事業部・米国拠点と連携し ビジネスを創出 その他 ・IoTセキュリティ ・クラウドセキュリティ ・ブロックチェーン等(FinTech) セキュリティ ・バイオテクノロジー ・他技術との融合技術 バイオインフォマティックス ※HCI :Human Computer Interaction (競争力のあるプラットフォーム実現と 優位性のある独自技術の確立) (新デバイス利用等の独自技術の確立) (フィールドインキュベーション、 ビジネスクリエーション) (独自のセキュリティ技術の確立) (共同研究、新事業企画) ・機械学習 ・ディープラーニング ・異種データ融合 ・自然言語処理 AI (スマートなシステム実現のための 価値創出技術の確立) ■主な研究開発分野 ■先端技術研究所の特長 「社会システム」の新事業のプロトタイピング先端技術研究所の役割 5
  7. 7. この発表の目的 • ITの知識も、ロボット普及にはきっと役に立つということを訴える。 • ネットワーク技術 • 仮想化 • GPU • IT屋さん、ハードウェア屋さん、アルゴリズム屋さんなどなど、 立場を問わずROSJPを盛り上げていきましょうということを強く主張。
  8. 8. 8 本編:ITとRT(ネットワーク技術と時々仮想化)
  9. 9. バックグラウンド
  10. 10. 10 IT屋さんとロボット ~あなたの強みは何ですか?~ 「ROS」「Turtlebot」「3Dプリンタ」 「MISUMI」があれば、 IT屋さんでも簡単にロボットが 作れるゼ!! ブラウザからも360度見渡して 操作できるんだゼ!? …とイキっていた 時代がありました。
  11. 11. 11 【客観的疑問】何故、人々は、ロボットに全知全能を求めるのか。 「一台で何でも出来る」 我々「エンジニア/ユーザ」は、ロボットに対して人間同様の働きが出来ること を、 「目指して/求めて」きました。 21世紀の現在、果たして、本当にそれは現実的で正しいアプローチなのでしょ うか? 現在、IoTとして「ヒト」「モノ」「コト」全てが、IPプロトコルで結ばれる時 代が来ました。 ロボットは機械です。人間のプロトコルを使う必要は必ずしもないのです。 「一台では何も出来ないけど、他のデバイスやロボットに助けられたり、助け たり」 ? ?
  12. 12. 12 【客観的疑問】ROS技術者視点から 「ROSに足りないものは?」 ROSは非常に優秀なフレームワークです。エコシステムを前提にしたシステム設 計、メッセージパッシングの仕組み。など、どれを取っても世界最先端のフレー ムワークの一つと言っても過言ではありません。 ROSの欠点は何か?上げるとするならば、「大量のノード」「大量のプロセス」 が無秩序に立ち上がるにも関わらず、それを統合監視する仕組みが存在しないコ トではないか? 時刻同期?名前解決?アドレッシング?=>「勝手に用意して下さい。」 でもこれって、既存のITシステムを使いこなすことで簡単に突破できるのではな いか。 大量のノード(マシン) 大量のプロセス 無秩序 勝手に用意して下さい 時刻同期 名前解決 アドレッシング
  13. 13. 13 RDBOX (Robot and Device BOX) WiFi multihop network gateway with environment sensor.
  14. 14. 14 客観的疑問に基づくRDBOXが目指す世界観 ネットワークに繋がるモノ・コト全てをロボット化する。 PDCAを回すのは、RTでありIoTだ。 RDBOXは「環境センサー搭載 WiFiマルチホップ型ネットワークゲートウェイ」です。 WiFiマルチホップアップ機能により、フレキシブルにネットワークの構築が可能です。その結果、移動可能なロボット はWiFiの電波到達範囲を気にせずに、ありとあらゆるフィールドを動き回れるようになります。 また、RDBOXに接続可能な全てのネットワーク機器はサービスロボットの目となり、耳となり、手足となり、頭脳にも なります。RDBOXそのものがセンサーにもなります。 さらに、RDBOXは、まさにマイクロサービスの塊で動作しています。ロボット・IoTデバイス・RDBOXを一つのクラスタ として捉えることで、開発者にとって継続的改善が可能な環境を提供しています。 RPA
  15. 15. 15 ネットワークに繋がるモノ・コト全てをロボット化できる理由 それは、ネットワークに繋がる機器(IoT機器)が送受信するデータの多く をROSでは「メッセージタイプ」として標準定義しているからです。 この他にも、独自メッセージの定義も簡単に実施することが可能です。 また、これらデータに対し位置情報を結びつけることが容易です。 IoT機器として挙げられる、多く のセンサーデータが標準フォー マットとして定義されています。 • 気温 • 照度 • 気圧 • 湿度 • 磁場 • LiDAR • IMU(9軸センサー) • PCLデータ(3Dデータ) • 画像(JPG、RAW) 結構大容量or更新頻度高デー タもWiFiならば扱える。
  16. 16. 16 IoTからRTへの侵食 (温湿気圧・加速度センサー付き) RDBOX親機・子機 (パン・チルトカメラ付き) 子機 RT度 (高) 時間t RT社 ラズパイマウス =デスクトップロボット Yujin社 Kobuki =床を走り出す IoTから始まり徐々に RTへ侵食!! ROBOTIS社 TURTLEBOT3 =デスクトップロボット
  17. 17. 17 RDBOXの要素技術について
  18. 18. 18 開発効率向上に役立つ、ネットワーク基本機能の実装 NTP、DHCP、DNS、NISなど、クラスタコンピュータを管理する機能を標準で提供。 export ROS_MASTER_URI=http://rosmaster:11311 export ROS_HOSTNAME=`hostname` DHCP、DNS • 各種環境変数を毎回変える必要がない。全て同じ記述で通る。 • 環境センサーなど大量に接続しても管理コストは増加しない。 • /etc/hostsからの卒業。 NTP • プロキシネットワーク環境など一般的な企業ネットワーク内では、 Ubuntu標準NTPサーバとの通信が多い。 • そこで、RDBOXで動作中のNTPサーバを、DHCPオプション(42)にて NTPサーバアドレスを自動配布する。 • TIPS:Ubuntu14.04/16.04で若干問題あり。 1度だけ「$ dhclient」コマンドを実行すると以降は自動配信された NTPサーバを利用するようになる。理由は不明。
  19. 19. RDBOX 19 既存ネットワークと切り離したアドレス空間でのロボット専用ネットワーク 製造業など、セキュリティの観点からネットワーク利用が厳しい環境におい て、独立したネットワークの構築を容易に提供する。 Internet VPN
  20. 20. 20 ネットワーク技術  LAN配線不要。簡単にWiFiネットワークを組むことが可能になります。  920MHzマルチホップ型IoTデバイスと比較して、「高速・大容量」の データがやり取り可能です。(920MHz利用無線ネットワークは 100kbps。 その代わり、電池駆動も可能なくらい省電力。 より基地局を少なく出来るのも特徴) https://www.oki.com/jp/920M/mh/ WiFiマルチホップアクセス対応
  21. 21. 21 仮想化技術  Dockerコンテナに対して、ホストOSと同じLANセグメントのIPアドレスを 自動的に付与。→Docker標準機能ではなくインテックでの実装。  Docker Swarm機能により「プロセス死活監視」「自動再起動」 「アップデート配信の簡略化」などの恩恵が受けられます。  DockerHubには、無数のコンテナイメージがアップロードされて、 エコシステムが構築されています。欲しい機能を直ぐに組み込むことが可能。 DockerHub wlan0 br0 コンテナ(通常)コンテナ(DHCP) Docker0 eth0 eth0 NATブリッジ eth1Pipework + event フック 192.168.179.0/24 192.168.179.1 192.168.179.2172.17.0.2 172.17.0.1 172.17.0.3 プライベート リポジトリ RDBOX上で動くアプリケーションの動作環境として、 Docker Swarmを採用 →ロボットが動く環境をクラスタとして捉える
  22. 22. 22 Dockerについて https://ja.wikipedia.org/wiki/Docker ようするにどういうこと?? • 「catkin_make」が怖くなくなる!! • ビルド環境丸ごとを仮想化 • Dockerfileによる手順のコード化も可能になる。 • RaspberryPiなど「ARM CPU」上でも普通に動く。 • ロボットに載せるのには向いている。 • ハイパーバイザー型仮想化と比較して、、、 • USB接続がすんなり行く。RaspberryPiではGPIOへのアクセスも可能。 • --device=/dev/video0:/dev/video0 • --privileged(特権モード) • 起動が早く、性能劣化が少ない。 “Dockerは誤解を恐れず言うならば「FAT JAR」” (詠み人知らず。誰かの名言。)
  23. 23. 23 Docker Swarmについて Docker Swarmは、 複数のDockerホスト(ロボットのコンピュータ)を束ねてクラスタ的に扱うた め利用。 • Docker Swarmは、「マネージャー」「ワーカー」のノードで構成される。 • 「マネージャー」はクラスタ内に3台居ると安心。(1台でも問題な い) • インテックでは、RDBOXに割り当てている。 • 「マネージャー」から「$ docker service」コマンドでコンテナを起動 する。 • ノードに対しては、各種ラベルを振ることができる。 • 「$ docker service」コマンドのオプションで稼働するノードをコ ンテナ名やラベルで指定することで、狙った特定のノード上でコ ンテナが実行されることを保証する。 • 運用のコツとして: • 「センサ」「サーボ」など物理的に接続する必要があるものに関 してはコンテナ名を直接指定して稼働。(roslaunchは最小サイズ で) • 「画像処理」「動作計画」など、どこでも実行できる処理につい てはラベルを利用してどのノードでも動くようにしておく。 • 万が一ダウンしても、他のホストでプロセスが自動的に再起
  24. 24. 24 DockerのGUI Dockerのエコシステムにより、Docker参加ホスト・コンテナは全てWeb GUI ツールからの監視が可能です。(Docker Swarm) また、Docker Registry(プライベート・レジストリ)についても、Web GUIで CRUD権限の設定などができます。 Portainer(運用・監視ソフト) Portus(Docker Registry管理ソフト) Dockerには、多くのGUIアプリがあります。 初心者でも扱いやすいよう考慮されています。
  25. 25. 25 まとめ • ロボット開発を便利にするための「魔法の箱」を作ってみた。 • 欲しい人が多いようなら、Raspberry Piのイメージを公開したい。 • ROSの欠点はもはやセキュリティぐらいか。。。 • とはいってもNATやVPNでネットワークを分離することでかなり セキュリティレベルが上がる。 • 「WiFiを適切な設定で守る」ことでTopic内の情報を 盗み見ることはほぼ不可能。 • WPA2必須 • SSIDステルス • Macアドレスフィルタリング • ROS2.0に期待!! • RDBOX利用有無に限らず「ROSJP」で良いコラボレーションがしたい。
  26. 26. THANK YOU @fukkun_chan ご相談は、インテックの、 福田 竜也(ふくた たつや)まで @t.fukuta
  • DubaiEscortBunniesUAE

    May. 22, 2017
  • but8

    May. 21, 2017
  • TakahisaFurusawa

    May. 20, 2017

ROS Japan UG 勉強会#10の発表資料。 ROSを効率的・安全に使うための仕組みを紹介。

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