OSSでIoTプラットフォームを作ってみよう

2018年03月21日

ITインフラ
QNAP機能紹介

当記事は「オープンソースカンファレンス2017 Hamanako」で開催したセミナー内容の抜粋です。

Docker上でOSSアプリのコンテナを組み合わせて、プラットフォームを構築してみましょう。

INDEX

デモンストレーションの環境
Dockerを利用したIoTプラットフォーム
IoTプラットフォームのコンテナ
構築のポイント

デモンストレーションの環境

センサーデータ表示ダッシュボード

Raspberry piから送ったセンサーデータをブラウザへダッシュボード形式で表示します。

環境構成（ハードウェア）

Raspberry pi、Grove pi、センサー(光、傾き、距離)
QNAP(TS-251+)
ディスプレイ

環境構成（ソフトウェア）

①Raspberry piとコンテナの連携

Raspberry pi→Ponte データ送信
- Raspberry piにGrove Piを利用するための環境をインストール
- Raspberry pi上でプログラムを実装
  - サンプルコードを利用してセンサーの値を取得
  - Ponteへhttp形式のメッセージを送信

②Ponte→Node-RED 連携

Node-REDにmqttノードを作成
ノードにPonteの情報を設定

③Node-RED→MongoDB 連携

Node-Redのノード上でJson形式のクエリを作成
Node-REDにMongoDBノードを作成
ノードにMongoDBの情報を設定

④Node-RED→Dashing 連携

Node-REDのノード上でJson形式のクエリを作成
Node-RED上でhttp requestノードを作成
ノードにDashingの情報を設定

Dockerを利用したIoTプラットフォーム

4種類のOSSアプリのコンテナを組み合わせて実現します。

メッセージブローカー
受信したメッセージをサービス側のプロトコルに適応するように変換して、送信します。
ルールエンジン
受信したメッセージを処理し、別のメッセージを送信したり、メッセージをDBへ保存したりします。
データベース
メッセージブローカーやルールエンジンから送信されたメッセージを管理します。
プレゼンテーション
メッセージブローカー、ルールエンジンから送信されたメッセージやDBの情報をWebアプリケーションで表示します。

QIoT（IoTプラットフォーム）についての詳しい説明は、以下の記事をご覧ください。

IoT環境を構築できる「QIoT Containers」>

IoTプラットフォームのコンテナ

デモンストレーションで利用したコンテナの説明をします。

Ponte

デバイスからのメッセージを受信してパブリッシュする
Docker Continer起動時のオプションや設定ファイルで、変換ルールやセキュリティを指定可能

プロトコル変換	HTTP、MQTT、CoAP
データフォーマット変換	JSON、MsgPack、Byson、BSON、XML
セキュリティ	デバイスとの認証

参考サイト：Ponte

Node-RED

ハードウェア、Web API、オンラインサービス等を簡単に接続できるツール
機能単位のノードをマウスで繋いで作成

参考サイト：Node-RED

MongoDB

ドキュメント指向のDBで、BSON(Binary Json)形式でデータを保存
多数の開発言語からアクセス可能
（例：C、C++、Java、Javascript、.NET、Node.js、Perl、PHP、Python、Ruby等）
RDBと比較して読み書きが高速
RDBMSのような固定的なスキーマを持たない
リレーションやトランザクションが多いシステムには不向き

参考サイト：MongoDB

Dashing

ダッシュボードを簡単に作成できるライブラリ
ダッシュボード上のWidgetのレイアウトをRubyでカスタマイズ可能
WidgetをHTML、SCSS、CofeeScriptでカスタマイズ可能

参考サイト：Dashing

構築のポイント

ネットワークの設定

Dockerを利用する場合、コンテナにはホストOSとは別にIPアドレスとポート番号が割り当てられます。
連携先を指定する場合には、以下の通り設定する必要があります。

コンテナ間の通信
→コンテナのIPアドレス、ポート番号を使用します。
Raspberry piとコンテナの通信
→ホストのIPアドレス、ポート番号を使用します。

要件にあったコンテナを組み合わせて使う

今回のデモンストレーション環境では4つのコンテナ全てを使用しましたが、要件に合わせて必要なコンテナを選択することが可能です。

例)

セキュリティを強化したい･･･
Ponteに認証を追加できます。
プロトコル変換が不要・・・
PonteでなくNode-REDへ直接メッセージを渡すことができます。
データ処理が不要・・・
PonteからMongoDBへ直接データを蓄積することができます。