Azure IoT とは

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この概要は、Azure IoT サービスと SDK が、デバイスを監視して管理する IoT ソリューションの構築にどのように役立つかを理解するのに役立つはずです。

Azure IoT の概要ビュー

Azure IoT には、IoT デバイスの接続、監視、管理のために使用できる一連のマネージド クラウド サービスが含まれています。 Azure IoT device SDK を使用すると、クラウド サービスに安全に接続するデバイスを構築できます。 Azure IoT ゲートウェイは、エッジで一部のサービスを実行できるようにし、デバイスに対してより多くの接続シナリオを可能にします。

一般的な IoT ソリューションのコンポーネントの概要を次の図に示します。 このモジュールでは、デバイス、IoT クラウド サービス、その他のクラウド サービス、ソリューション全体の懸念事項など、コンポーネントの主要なグループに重点を置きます。

Diagram that shows the high-level IoT solution architecture.

IoT デバイス

IoT デバイスは一般に、回路基板とそれに接続されたセンサーとで構成され、センサーは WiFi を使用してインターネットに接続されます。 次に例を示します。

  • 接続されたコーヒー マシンの温度、圧力、水位のセンサー。
  • 空調設備の温度センサーと湿度センサー。
  • エレベーターの加速度計。
  • 室内のプレゼンス センサー。

各種メーカーから提供されているさまざまなデバイスを使用して、ソリューションを構築することができます。 Azure IoT Hub での動作が認定されたデバイスの一覧については、Azure Certified for IoT デバイス カタログを参照してください。 マイクロプロセッサ デバイスのプロトタイプの作成には、Raspberry Pi などのデバイスを使用できます。 Raspberry Pi では、数多くの種類のセンサーを取り付けることができます。

IoT デバイスには、ブラウザーやモバイル アプリなどの他のクライアントとは異なる特性があります。 具体的には、IoT デバイスの特性は次のとおりです。

  • 多くの場合、人間が操作することのない組み込みシステムです。
  • 物理アクセスに大きなコストがかかる離れた場所にデプロイされている場合があります。
  • ソリューション バック エンド経由でしか到達できない場合があります。
  • 電源や処理リソースが限られている場合があります。
  • ネットワーク接続が断続的に切れたり、遅かったり、高コストである場合があります。
  • 専用、カスタム、または業界固有のアプリケーション プロトコルを使用することが必要になる場合があります。

デバイス SDK は、デバイスを安全かつ高い信頼性でクラウド サービスに接続するという課題の解決に役立ちます。

  • オープンソース デバイス SDK を使用して、独自の埋め込みデバイス コードを実装できます。 デバイス SDK は複数のオペレーティング システム (Linux、Windows など) およびリアルタイム オペレーティング システムをサポートしています。 C、Node.js、Java、.NET、Python など、複数のプログラミング言語用の SDK があります。 接続されたコーヒー マシンの開発に最適な SDK を選択します。

  • IoT プラグ アンド プレイ 規則に従うことで、デバイスの埋め込みコードの作成方法をさらに簡素化できます。 IoT プラグ アンド プレイの中核となるのは、デバイスの機能を記述する "デバイス機能モデル" スキーマです。 IoT Central アプリケーションなどのクラウドベースのソリューションを構成するには、デバイス機能モデルを使用します。

重要

IoT Central では内部で IoT Hub が使用されるため、IoT Central アプリケーションに接続できるデバイスは、IoT ハブにも接続できます。

接続

通常、IoT デバイスは、ソリューション内のクラウド サービスに対し、アタッチされたセンサーのテレメトリを送信します。 ただし、対応している通信の種類はそれだけではなく、たとえば、クラウド サービスからデバイスにコマンドを送信することもできます。 次に、device-to-cloud 通信と cloud-to-device 通信の例を示します。

  • 接続されたコーヒー マシンは、IoT Hub に 1 分ごとに水温を送信します。

  • クラウド サービスは、接続されたコーヒー マシンをメンテナンス モードにするためのコマンドをマシンに送信します。

  • 化学プラント内の回分反応器を監視しているデバイスから、温度が特定の値を超えたときにアラートを送信します。

  • サーモスタットは、前回の再起動以降にデバイスが到達した最高温度を報告します。

  • クラウド サービスは、サーモスタット デバイスの目標温度を設定します。

IoT Device SDK と IoT Hub は、デバイスからクラウドおよびクラウドからデバイスへの通信用に、HTTP、MQTT、AMQP などの一般的な通信プロトコルをサポートします。 一部のシナリオでは、IoT デバイスをクラウド サービスに接続するためのゲートウェイが必要になる場合があります。

クラウド サービス

IoT ソリューションでは、通常、クラウド サービスは次のようになります。

  • デバイスから大量のテレメトリを受信し、そのデータを処理および格納する方法を決定します。
  • テレメトリを分析し、リアルタイムで、または事後に、分析情報を提供する。
  • クラウドから特定のデバイスにコマンドを送信します。
  • デバイスをプロビジョニングし、自社のインフラストラクチャに接続できるデバイスを制御します。
  • デバイスの状態を制御し、そのアクティビティを監視する。
  • デバイスにインストールされたファームウェアを管理する。

たとえば、接続されたコーヒー マシンのリモート監視ソリューションでは、サービスは異常な動作を特定するためにコーヒー マシンからのテレメトリを使用します。 クラウド サービスは異常を特定すると、メンテナンス部署に自動で通知を送信することができます

IoT Hub や Device Provisioning Service などの一部のクラウド サービスは、IoT 固有のものです。 ストレージや視覚化などの他のクラウド サービスは、ソリューションに汎用サービスを提供します。

Azure IoT Central

IoT Central は、IoT ソリューションの開発、管理、保守の負担とコストを軽減するマネージド アプリ プラットフォームです。

Web UI を使用すると、すばやくデバイスを接続し、デバイスの状態を監視し、ルールを作成し、ライフ サイクル全体を通してデバイスとそのデータを管理することができます。 さらに、IoT インテリジェンスを基幹業務アプリケーションまで拡張することで、デバイスの分析情報に従って行動できるようになります。

フル マネージド アプリ プラットフォームである IoT Central にはシンプルで予測可能な価格モデルが用意されています。

IoT Central の組み込み機能を使用して、接続されたコーヒー マシンのソリューションを構築できます。 IoT Central では以下のことが可能です。

  • 接続されたコーヒー マシンとそのデータをライフ サイクルを通して管理します。
  • 接続されたコーヒー マシンのデータを監視し、マシンがサービスを必要とする場合にメンテナンス部署にメールを送信するルールを作成します。
  • 接続されているコーヒー マシンの場所と状態を視覚化するためのダッシュボードを作成します。

カスタム ソリューション

IoT ソリューションをゼロから作成するには、以下に示した Azure IoT のテクノロジとサービスの 1 つ以上を使用します。

  • クラウド接続に関して、Azure IoT Hub サービスは、何百万台もの IoT デバイスとクラウドベース ソリューションとの間で、信頼性が高くセキュリティで保護された双方向通信を実現します。 IoT Hub を使用して接続されたコーヒー マシンとそのデータをライフ サイクルを通して管理することができます。

  • Azure IoT Hub Device Provisioning Service (DPS) は、IoT Hub のヘルパー サービスです。 このサービスでは、適切な IoT Hub に対し、デバイスの Just-In-Time プロビジョニングを人間が介入することなくゼロタッチで行えます。 これらの機能を利用すると、安全かつスケーラブルな方法で膨大な数のデバイスをプロビジョニングすることができます。 DPS を使用して、接続されたコーヒー マシンを IoT Hub にプロビジョニングできます。

  • 物理世界とデジタル世界の間のギャップを埋めるために、Azure Digital Twins は物理環境のモデル化を可能とします。 人、空間、デバイスの間の関係をモデル化する空間インテリジェンス グラフが使用されています。 デジタル世界と物理世界をまたいでデータを関連付けることで、コンテキスト認識ソリューションを作成することができます。

  • Azure IoT Edge では、IoT ワークロードの一部を Azure Cloud Services からデバイスにオフロードすることができます。 IoT Edge では、ソリューションでの待ち時間を短縮したり、デバイスとクラウドとの間でやり取りされるデータの量を削減したり、オフラインのシナリオを実現したりすることができます。

  • Azure Sphere とは、インターネットに接続されたデバイスのための通信およびセキュリティ機能が組み込まれている、セキュリティで保護された高水準のアプリケーション プラットフォームです。 これには、セキュリティで保護されたマイクロコントローラー ユニット、カスタムの Linux ベースのオペレーティング システム、および継続的に更新可能なセキュリティを提供するクラウドベースのセキュリティ サービスが含まれています。

  • センサーからの温度の読み取り値など、大量の時系列データを分析するには、Azure Data Explorer を使用できます。 このサービスは、IoT Hub に接続してデバイスからテレメトリ ストリームを読み取り、そのデータを保存し、ユーザーがそれのクエリと可視化を行うことを可能とします。

  • Azure Maps は、最新のマッピング データを使用して、精度の高い地理的なコンテキストを Web とモバイル アプリケーションに提供する一連の地理空間サービスです。 REST API、Web ベースの JavaScript コントロール、Android SDK のいずれかを使用してアプリケーションを作成できます。 Azure Maps を使用して、接続されたコーヒー マシンの視覚化を構築できます。

  • Azure Functions を使用して、デバイス データに基づいてアクションと通知を自動化します。 たとえば、接続されたコーヒー マシンが重大な状態を報告したときに、メールまたはテキスト メッセージを送信したい場合があります。

ソリューション全体の懸念事項

すべての IoT ソリューションは、次のソリューション全体の懸念事項に対処する必要があります。

  • 物理的なセキュリティ、認証、認可、暗号化を含むセキュリティ。
  • デプロイと監視を含むソリューション管理
  • ソリューション内のすべてのコンポーネントの高可用性とディザスター リカバリー
  • ソリューション内のすべてのサービスのスケーラビリティ