Jtf2015 edison consul_cluster

Copyright © 2015 TIS Inc. All rights reserved.
IoT時代のデバイスクラスタ
- Hashicorp consulを用いたIntel Edisonクラスタの構成 -
2015年7月26日
TIS株式会社戦略技術センター松井暢之

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
Cloud Orchestrator “CloudConductor®” の企画開発とOSS化開始
IoTオーケストレーション関連の研究開発を開始
http://cloudconductor.org
nbyk.matsui nmatsui
nbyk.matsui@n_matsui

Agenda
1. IoT市場の急拡大
2. fog & cloud
3. Edison（とRaspberry Pi）を使ったIoTデバイスクラスタ
～Wasted energy of TV～
4. Wasted energy of TVの fog に関する技術要素
5. まとめ
3

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

「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
5
出展：IoT Analytics, "IoT Market – Forecasts at a glance“, 2014-10, http://iot-analytics.com/iot-market-forecasts-overview/

 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
6
出展：IoT Analytics, "IoT Market – Forecasts at a glance“, 2014-10, http://iot-analytics.com/iot-market-forecasts-overview/

 接続されるデバイス数の内訳の予測
 2018年には、相互接続されるデバイスのうち半分程度は「IoT」
（BI Intelligence）
7
出展：Business Insider, "THE INTERNET OF EVERYTHING: 2014 “, 2014-02,
http://www.businessinsider.com.au/the-internet-of-everything-2014-slide-deck-sai-2014-2

デバイスが接続されていれば「IoT」なのだろうか？
 「M2M」と「IoT」は同じ？違う？
8
Question! by Stefan Baudy, on Flickr
コンピュータネットワークに繋がれた機械同士が人間を介在せずに相互に情報交換し、
自動的に最適な制御が行われるシステムを指す。
マシンツーマネジメント(Machine-to-Management)とも呼ばれる。
マシンツーマシン（Machine-to-Machine、M2M）
出展：ウィキペディア , https://ja.wikipedia.org/wiki/マシンツーマシン

「IoT」とは（個人的見解）
 個人的には「IoT」を以下のように捉えている。
9
ヒトやモノが相互連携して
営まれる現実世界の活動を
「データ」として映し出し、
様々な種類の「データ」を
組み合わせて分析・学習し、
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
現実世界
データ
分析・学習
現実世界へフィードバック

「IoT」とは（個人的見解）
10
 個人的には「IoT」を以下のようには捉えていない。
 モノをインターネットにつなげばIoTである？
 つないだだけでは意味が無いし、ヒトやモノが相互に連携してデータ
を収集できるのであれば、すべてのモノを直接インターネットに接続
しなくても良い。
 IoTとはセンサーから得た情報を機械にフィードバックして無人
運転することである？
 センサーと機械をつないでフィードバックするだけではもったいない。
ヒトの行動やソーシャルの情報など、センサーだけでは得られない
様々なデータも組み合わせて新たな価値を提供することが肝心。

「IoT」と「IoE」
 シスコは「人」「プロセス」「データ」「モノ」をつなぐことで新た
な価値を生み出すことを、「Internet of Everything」と呼んでいる。
11
出展：第15回八子クラウド座談会, シスコシステムズ合同会社シスココンサルティングサービスシニアパートナー八子知礼,
“IoE（Internet of Everything）元年2014 ～新設シスココンサルティングサービスが創る新クラウドビジネス～“,
2014-12, http://www.slideshare.net/tomokyun85/yako-presen-141213

「IoT」と「IoE」
 モノの接続とデータ活用という「IoT（狭義のIoT）」と、より
広範囲に接続して価値を創造する「IoE（広義のIoT）」（by シスコ）
12
出展：第15回八子クラウド座談会, シスコシステムズ合同会社シスココンサルティングサービスシニアパートナー八子知礼,
“IoE（Internet of Everything）元年2014 ～新設シスココンサルティングサービスが創る新クラウドビジネス～“,
2014-12, http://www.slideshare.net/tomokyun85/yako-presen-141213

Agenda
2. fog & cloud
5. まとめ
13

インターネットトラフィックの急拡大
 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。
14
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

IoTの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）
15
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/

fog computing
 「IoT」全体の中で、ヒトやモノに近い場所（エッジ）で行う処理と
クラウド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
16
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
designed by Freepik.com
fog cloud

fogの特徴とcloudとの役割分担
 雲の向こうの（多分土地と電気が安い）どこかにあるcloudではなく、
fogはヒトやモノに近い「その場」にある。
 リアルタイム性が重要な処理はfogで行い、大量データの蓄積や
分析・学習はcloudで行う。
 fogの中だけで完結できる、完結すべき処理はfogで行い、帯域や
セキュリティ的に必要なデータのみをcloudと送受信する。
 広く点在し移動するヒトやモノが動的にfogに参加し、cloudからの
メンテナンスが無くてもfogが自律的に最適動作する。
 fogに参加するヒトやモノの死活状態や、fog内やcloudとの通信
の正当性をfog自体が自律的にチェックし、不正なヒトやモノを
排除する。
17
After the rain - 2 by Randi Hausken on Flickr

Agenda
2. fog & cloud
5. まとめ
18

 fog : EdisonとRaspberry Piを用いたIoTデバイスクラスタ
 cloud : IBM Bluemix
fogとcloudのプロトタイプ～ Wasted energy of TV ～
19
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
cloud
GUIアプリ

 日常生活において「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するアプリである。
 カラーチャートによってテレビの視聴状態が可視化される。
 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
Wasted energy of TVとは
20

 クラウド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、自動的にテレビが消える。
 この機能は有効化/無効化することができる。
 有効化した場合、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、自動的にテレビがOFFになる。
Wasted energy of TVとは
21

Wasted energy of TVの動作テレビ試聴状況の送信

 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を捉える。
テレビ試聴状況の送信
23
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
cloud
Intel Edison
Raspberry Pi B+

 赤外線パルスを認識する赤外線センサーと、現在の認識状態を
表示するLED（テレビがONだと認識していると点灯）。
24
赤外線センサー
テレビON/OFF
認識表示LED

 赤外線センサーがうまく認識できない場合に用いる、強制的にテレビ
のON/OFF認識を変更するスイッチ。
25
強制スイッチ

 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
「テレビを見ている」と判断。
26
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
cloud
Intel Edison

 テレビを見ているかを認識するためのUSBカメラ。
27
顔認識を行う
USBカメラ

 現在テレビを見ているかを表示するLED（テレビを見ていると認識し
ていると点灯）。
28
テレビの視聴状態
認識表示LED

 現在の状態をクラウドへ送る。
 定期的にテレビのON/OFFをチェックし、テレビが点いていれば
顔認識の情報をクラウドへpublishする。
IoT Foundation
29
Internet
Wi-Fi Mesh Network
Internet Gateway
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 IoTデバイスクラスタからのpublish
された情報をsubscribeする
fog
cloud
Intel Edison

 現在データを送信中かを表示するLED（データ送信中は点滅）。
30
データ送信
表示LED

 IoTデバイスクラスタから受信した情報を蓄積する。
 IoT Foundationがsubscribeした情報をMongoDBに蓄積する。
MongoDB
IoT Foundation
Node-REDアプリ
31
② IoT Foundationから送られてた
情報をMongoDBに蓄積する
① subscribeした情報をNode-RED
アプリへ転送する
fog
cloud

 Wasted energy of TVのIoTデバイスクラスタの動画
 https://youtu.be/RDPD21L8voM
32

Wasted energy of TVの動作テレビ試聴状況の可視化

 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
34
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
cloud

テレビ試聴状況の可視化
 テレビの視聴状況を可視化する。
 http://wasted-energy-of-tv-gui.mybluemix.net/
 赤色に近ければ近いほど、集中してテレビを見ている。
 青色に近ければ近いほど、テレビに視線を向けていない。
 灰色はテレビが点いていない。
35
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

Wasted energy of TVの動作テレビ自動OFF

 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
37
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
cloud

テレビ自動OFF
 「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。
 初期値として現在の登録状況が設定されている。
38

テレビ自動OFF
 テレビ自動OFFを無効化する場合、トグルボタンをOFFにする。
 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。
39

 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
40
MongoDB
Node-REDアプリ
IoT Foundation
① MongoDBに蓄積されている情報
を定期的にチェック
② テレビが点いているのに、設定された
時間連続してテレビを見ていなければ、
IoT Foundationへイベントを送出を依頼
fog
cloud

 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
41
Internet
IoT Foundation
Internet Gateway
テレビ
Local Network
Wi-Fi Mesh 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
cloud
Intel Edison
Intel Edison
Raspberry Pi B+

 「テレビを見る」というヒトとモノの相互作用をfogでデータ化し、
cloudで分析して現実世界へ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。
Wasted energy of TVが生み出す価値
42Psssst!! I'm watching you... by ..::Fluckr You::.. on Flickr

現在のWasted energy of TVの課題
 セキュリティが全く考慮されていない！
 GUIに認証認可を付けていないため、現時点では私の部屋の
テレビを誰でも自動OFFにできます。。。（笑
 fogとcloud間で送受信されるMQTTパケットも、ユーザ認証は
しているものの平文なので盗聴・詐称し放題。。。
 cloudでのデータ分析が甘い！
 過去の同じ曜日の視聴データ、同じ日の視聴データ、などを分析
学習すれば、「テレビを点けたようですが、どうせあなた、今の
時間はテレビ見てないでしょ？」とcloudが言ってくれたり？
 複数人での利用は考慮されていない！
 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cloudが点けてくれたり？
43

Agenda
2. fog & cloud
5. まとめ
44

 Wi-Fiメッシュネットワーク
 Consulクラスタ
 MQTTプロトコル
Wasted energy of TVの fog に関する技術要素
45
Internet
IoT Foundation
Wi-Fi Mesh Network
Internet Gateway
fog
Consul
Cluster
cloud
MQTT Protocol
Intel Edison
Intel Edison
Intel Edison
Raspberry Pi B+

Wasted energy of TVのプロトコルスタック
 Wasted energy of TVは、以下のようなプロトコルスタックで動作
している。
46
Layer1: Physical
Layer2: Data Link
Layer3: Network
Layer4: Transport
Layer5: Session
Layer6: Presentation
Layer7: Application
MAC
LLC
IEEE 802.2
IP（v4、v6）、ICMP
RIP、OSPF等
IEEE 802.3
Ethernet
IEEE 802.11
Wireless
LAN
(Infrastructure)
TCP、UDP、SCTP等
HTTP、FTP、SMTP等
OSI参照モデル有線LAN 無線LAN
IEEE 802.2
IP（v4とv6）
B.A.T.M.A.N.-adv
IEEE 802.11
Wireless LAN
(ad-hoc)
TCP
MQTT
HTTP
Gossip
一般的なプロトコルスタック今回利用したプロトコルスタック
クラウドとの通信
ConsulのREST API操作
ConsulのNode間通信
メッシュネットワーク用
ルーティングプロトコル
の一種
Consulについては
15:15～17:00に
H40でハンズオンが
行われます

メッシュネットワークとは
47
ノード間のデータや音声のルーティングの一種。故障などで使えなくなった経路が
発生しても継続的に接続・再構成を繰り返し、送信先に達するまでノードから
ノードへ転送を行う。
メッシュネットワークの最大の特徴は、各ノードがトラフィックを転送する
「ホップ (hop)」という動作をする点で、それによって各ノードから任意の
ノードへ接続する。
メッシュネットワークには自己修復性がある。1つのノードがダウンしたり、
1つの接続が不良となっても、ネットワーク全体は運用可能である。
結果として、非常に信頼性の高いネットワークとなる。
メッシュネットワーク（mesh network）
出展：ウィキペディア , https://ja.wikipedia.org/wiki/メッシュネットワーク
Ad-hocなWi-Fi上でメッシュネットワークを動作させれば
各IoTデバイスがパケットをバケツリレーしてくれるため、
電波が直接届かないIoTデバイスとも通信が可能となる。

Wi-Fiメッシュネットワークのメリット
 普通のWi-Fiチップが利用できる。
 Edisonに内蔵されているWi-Fiだけで利用できる。
 IPスタックが利用できる。
 Zigbee等のセンサーネットワーク規格とは異なり、IPスタック用
に作られたミドルウェアやノウハウをそのまま利用できる。
 Wi-Fiアクセスポイントの設置が必要ない。
 電波が届く距離に別のIoTデバイスがあれば、バケツリレーです
べてのIoTデバイスと連携することができる。
 ネットワーク的な単一障害点が無いように実装できる。
 メッシュネットワークとクラスタのヘルスチェック機構を連携さ
せることで、ネットワーク的な単一障害点を無くすことができる。
48

Wi-Fiメッシュネットワークのデメリット
 Edisonのデフォルトカーネルでは利用できない。
 カーネルの再構築が必要な場合がある。
 http://qiita.com/nmatsui/items/cb7020929654a128cf84 を参
照
 IoTデバイスの電力を消費する。
 IoTデバイスは通常、無線通信をしていないときは無線モジュー
ルへの給電を停止するが、メッシュネットワークがパケットをバ
ケツリレーしなければならないため、常時電力を消費してしまう。
 障害時のメンテナンスが大変。
 IoTデバイスクラスタ内でのパケット経路が静的に特定できない
ので、何かあった場合に追跡するのが大変。
 メッシュルーティングプロトコルは研究余地が多い。
 通常のルーティングよりも帯域をうまく活用できない（らしい）。49

これからのIoTのプロトコルスタック
 電力消費を極力押さえ、かつメッシュネットワークを実現する以下の
ようなプロトコルが着目されている。
50
Layer1: Physical
Layer2: Data Link
Layer3: Network
Layer4: Transport
Layer5: Session
Layer6: Presentation
Layer7: Application
MAC
LLC
OSI参照モデル
IEEE 802.2
IP（v4とv6）
B.A.T.M.A.N.-adv
IEEE 802.11
Wireless LAN
(ad-hoc)
TCP
MQTT
HTTP
Gossip
今回利用したプロトコルスタック
6LowPAN [2]
RPL [3]
IEEE 802.15.4 [1]
WPAN
TCP、UDP
HTTP、CoAP等
低消費電力なプロトコルスタック
[1] IEEE 802.15.4 : Zigbeeなどで利用されている近距離無線通信規格。伝送速度は速くないが消費電力が少ない
[2] 6LowPAN（IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks）：IETFが策定中のIPv6を用いる低消費電力の無線技術
[3] RPL（IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy Networks）：IETFが策定中のIPv6上でマルチホップルーティングを実現する技術

Consulとは
 Hashicorp社が提供するオーケストレーションツール
 運用の自律化に有用な多数の機能を提供
 ノードやサービスの死活管理
 障害や環境構成の変化、外部から発火させたイベント等に応じた
処理の自動実行
 分散KVSや分散DNSなど
 単一障害点が無く、リーダーノードがダウンした場合は生存して
いるノードが自動的に処理を引き継ぐ
 Go言語で開発されており、OSを問わずどの環境でもバイナリを
一つ置くだけで実行可能なため、導入が簡単
 2014年4月に提供開始
51

メッシュネットワークとConsulを併用するメリット
 IoTデバイスへの導入が簡単
 Go 1.4以上があれば、簡単に動作させることができる。
（Edisonであれば、x86 32bit用バイナリを置けば良いだけ）
 IoTデバイスの障害時に、fogに自律的な対処を行わせることができる。
 IoTデバイスに障害が起きた場合、生きている他のIoTデバイスが障
害を検知して、fogとして適切に動作するように自律的な対処を行
うことができる。
 fog内での情報共有が簡単に行える。
 Consul KVSを利用すれば、IoTデバイス間で簡単に情報共有できる。
 fogへ到達するイベントに対するアクションを簡単に定義できる。
 Consulのユーザーイベントを用いることで、適切なIoTデバイスが
自律的にイベントに対応することができる。
52

Consulを利用するライブラリ
 プログラミング言語ごとにConsulを利用するライブラリが準備され
ているので、簡単に利用できる。
53
import consul
…
class ConsulWrapper(object):
FACEDETECT_KEY = "face_detected"
POWERDETECT_KEY = "power_detected"
LASTPOWERTIME_KEY = "last_power_time"
POWER_EVENT = "power"
def __init__(self):
self.c = consul.Consul()
self.errcount = 0
def kv_put(self, key, value):
def _f():
return self.c.kv.put(key, str(value))
self.__retry(_f)
def kv_get(self, key):
def _f():
return self.c.kv.get(key)
i, v = self.__retry(_f)
return v
def ev_fire(self, event):
def _f():
return self.c.event.fire(event)
self.__retry(_f)
def __retry(self, f):
# Consulに接続できなかった場合のリトライ処理
class WatchRatePublisher(object):
…
def __init__(self, bluemix):
self.consul = cw.ConsulWrapper()
def check_state(self):
while True:
face = self.consul.kv_get(cw.ConsulWrapper.FACEDETECT_KEY)
power = self.consul.kv_get(cw.ConsulWrapper.POWERDETECT_KEY)
class NotifySubscriber(object):
…
def notify(self):
def callback(msg):
self.consul.ev_fire(cw.ConsulWrapper.POWER_EVENT)
self.bluemix.notify(NotifySubscriber.TOPIC, callback)
class FaceDetector(object):
…
def __init__(self, cascade_file_name):
def __notify_detect(self, num_of_faces):
if num_of_faces == 0:
self.consul.kv_put(cw.ConsulWrapper.FACEDETECT_KEY, False)
else:
self.consul.kv_put(cw.ConsulWrapper.FACEDETECT_KEY, True)

MQTTとは
54
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
Broker
MQTT
Client
publish(TOPIC)
message
MQTT
Client
subscribe(TOPIC)
message
delivery
MQTT
Client
subscribe(TOPIC)
message
delivery

MQTTを利用するメリット
 ブローカーを仲立ちにしたpublish/subscribe型の
プロトコルのため、クライアント間を疎結合にできる。
 ヘッダが小さく（固定長ヘッダは2バイト）プロトコル自体が軽いため、
小さなデータを大量に送る場合は効果が大きい。
 クライアントが異常切断した場合、指定しておいた「Last Will &
Testament（遺言状）」メッセージが送られる。
 クライアントから送ったメッセージのQoSを定義できる。
 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。
 クライアントが異常切断していた間のQoS1,2のメッセージを再配信
してくれる。
55

MQTTを利用するライブラリ
 プログラミング言語ごとにMQTTを利用するライブラリが準備されて
いるので、簡単に利用できる。
56
import paho.mqtt.client as paho
class BluemixWrapper(object):
def __init__(self, conf):
self.mqttc = paho.Client(client_name)
self.mqttc.username_pw_set(USER, token)
def notify(self, topic, func):
def on_connect(client, userdata, flags, rc):
client.subscribe(topic)
def on_message(client, userdata, msg):
func(str(msg.payload))
self.mqttc.on_connect = on_connect
self.mqttc.on_message = on_message
def publish(self, topic, msg):
self.mqttc.publish(topic, msg)
def connect(self):
self.mqttc.connect(self.url, PORT, 60)
self.mqttc.loop_start()
class NotifySubscriber(object):
TOPIC = "iot-2/cmd/notify/fmt/json"
self.bluemix = bluemix
def notify(self):
def callback(msg):
self.consul.ev_fire(cw.ConsulWrapper.POWER_EVENT)
self.bluemix.notify(NotifySubscriber.TOPIC, callback)
class WatchRatePublisher(object):
TOPIC = "iot-2/evt/status/fmt/json"
self.bluemix = bluemix
def __publish(self, msg):
self.bluemix.publish(WatchRatePublisher.TOPIC, msg)
if __name__ == "__main__":
try:
bluemix = bw.BluemixWrapper(sys.argv[1])
NotifySubscriber(bluemix).notify()
bluemix.connect()
WatchRatePublisher(bluemix).check_state()
except KeyboardInterrupt as err:
print "watch_rate_publish end"

Agenda
2. fog & cloud
5. まとめ
57

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の協調動作を
意識すると良い（と思う）。
 fogにとって、メッシュネットワークやConsulクラスタは相性が良い
（電力消費まわりが解決できれば・・・）。
 fogのセキュリティまわりは、まだ調査中。。。ご存知の方はいろい
ろと教えてくだい。
58
「IoT」関連技術は、無線技術からデータ分析・学習まで
多岐にわたり、今まさに発展している最中である。
だからこそ熱く面白い。

ソースコードなど
 Wasted energy of TVのソースコードはgithubで公開中。
 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
 動画
 https://youtu.be/RDPD21L8voM
 環境構築手順と操作手順
 https://github.com/nmatsui/wasted_energy_of_tv_iot/wiki
/docs/construction.pdf
 https://github.com/nmatsui/wasted_energy_of_tv_iot/wiki
/docs/operation.pdf
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