IoT システム統合環境 VirIoT のサービスメッシュ化

2025年3月25日に行われた、電子情報通信学会 総合大会にて発表を行ったスライドです。
(https://pub.confit.atlas.jp/ja/event/general2025/session/112K01-08)

Transcript

1. IoT システム統合環境 VirIoT のサービスメッシュ化 2025年電子情報通信学会 総合大会 早稲田大学基幹理工学研究科情報理工・情報通信専攻 中里研究室 M0 竜 鶴吉 1
2. 流れ ・VirIoTの紹介 ・VirIoTの活用例 ・関連技術 ・研究背景 ・研究内容について ・今後の展望 2
3. VirIoTについて ・IoTサービスを容易に開発できるようにするためのプラット フォーム - 現在のIoTシステムはサイロ化されており、複数の IoTシ ステム間でデータを流通させるために必要 - 温度計やカメラ等、各種 IoTデバイスをVirIoT内部で仮想 化する ・多種多様なIoTデバイスを仮想化することで、デバイスから提供 されるデータをサービスとして提供できる - データの流通を行えるようにするため、仮想化する 3
4. VirIoTの活用例 ・日欧にまたがる見守りシステム - 高齢者や子供の見守りシステムで、見守り対象者の顔認識や行動パターンの分析を行う ・野生動物の監視 - AI技術を組み込み、野生生物の行動パターンを分析し生態系の保護や研究に役立てている ・国間を跨ぐ人物の検知 - 複数の国や地域にまたがる人物の追跡や特定に利用 参考: https://www.nz.comm.waseda.ac.jp/papers/KanNakNak2021Prototype.pdf, https://www.nz.comm.waseda.ac.jp/papers/NakTazNak2021AI.pdf 4
5. VirIoTについて - アーキテクチャ Virtual Silo 特定のIoTアプリケーション開発者のための隔離された開発/実行環 境を提供する Thing Visor 実IoTデバイスを仮想化し、仮想IoTデバイスを作り出すコンポーネン ト。IoTデバイスごとに作成する必要がある。 Virtual Thing 実IoTデバイスを仮想化した仮想IoTデバイス Master Controller ThingVisorの起動、Virtual Siloの生成、Virtual Thingの設定を行う 5
6. サービスメッシュとは ・一つのサービスを複数のマイクロサービスに分割し、各マ イクロサービスのコンテナにつき一つのサイドカーを持つ構 造 ・サイドカーは、通信の抽象化を行いメインコンテナの負担 を軽減し、マイクロサービスの作成を容易にする ・この考え方をThing Visorに適用し、IoTデバイスごとに作 成する必要のあるThing Visorの作成を容易にする(サイド カーを用いて一部の処理を抽象化 ) 6
7. 研究背景 ・ThingVisorの新規作成時にインターフェースの数が増え ていることで実装が複雑化 ・20種類近くのThingVisorが存在しているが、共通の処理 をしている部分が多くあるが新たな ThingVisor作成時に逐 一その処理を記述する必要があった ・Thing Visorは、IoTシステムをVirIoTに繋ぎ込むために は必要不可欠で、IoTデバイスごとに作成される必要があ る ThingVisorの一覧 7
8. 研究背景 ・前述の課題を解決するための手法として、 サービスメッシュを用いることで解決が図れる のではないか ・ThingVisorごとに同じような処理があるのならまとめてしまい、再利用できる形にして抽 象化する(サービスメッシュにおける、 サイドカーの考え方) 8
9. 作成したモデル ・ThingVisorごとに共通している処理をサイドカーに切り出す ・リクエストはサイドカーで受け取るようにし、サイドカーのみで処 理できる場合そのままリスポンスを返す ・メインコンテナの処理が必要な場合、共有ボリューム (ストレー ジ)によるデータ受け渡しやgRPC通信により処理を渡す - 処理されるデータ量に応じてデータの受け渡し方法を区別 9
10. 作成したモデル ・従来、一つのThing Visorにつき一つのKubernetes Podと 一つのDockerコンテナ　　　　 →各 Kubernetes Pod内にサイドカーコンテナとメインコンテナの 二つの構成に変更 ・共通のサイドカーコンテナを各Thing Visorに対し使用でき ることがメリット ・新たにThing Visorを作成する場合、各Thing Visorに固有 の機能を実装したメインコンテナを作成するだけで良いた め、Thing Visor作成時の負担が軽減される 10
11. 具体的な実装 ・VirIoT内部では基本的に、pub/sub通信によりデー タのやり取りを行う ・topicの内容に応じて、sidecarのみで処理するか mainコンテナに処理を渡すかを判定している (MQTT通信におけるtopicとは、メッセージの送受信 時に宛先として使用する文字列のこと ) 11
12. 動作確認 ・特定のトピックにpublishされた命令をサイドカーがサブスクライブ ・サイドカーからメインコンテナにデータを渡し、メインコンテナが処理を行い特定のトピックに publishできている ことを確認 ・従来は上記の操作をモノリシックなコンテナで行っており、同じ挙動ができていることを確認 12
13. 具体的なデータについて サイドカーがランプの色変更リクエストを受け取り、メイ ンコンテナに処理を流す メインコンテナは進行状況のステータスを送信 13 (https://steveyo.github.io/Hue-Emulator/より)
14. 作成したモデルのメリット ・ThingVisorごとに共通化している処理をサイドカーに切り出すことにより、 ThingVisorを新たに作成する場合、必要な機能の開発のみに集中できる ・マイクロサービスのような形となり、 ThingVisorを変更したい場合に拡張性が高く なる ・(副次的な効果として)メインコンテナへの負荷の軽減 14
15. 今後の展望 ・ここまでは基本的なThingVisorの部分を抽出し動作確認を行うことができた ・追加の処理として、排他制御を行っている部分について処理の抽象化を行うためサイドカーで動作させられない かを試してみる ・より多くのThingVisorで動作確認を行い、VirIot内で広く活用できるような状態を目指す 15