プリンキピア

第13章ハイブリッドマルチクラウドのデジタルソリューション開発

13.3 Big Cloud PaaS Mainstream Capabilities13.3 大手クラウドのPaaSで使える主な機能

Learning Objectives学習目標
By the end of this section, you will be able to:
この節を終えると、次のことができるようになる。
• Learn how to use Internet of Things cloud PaaS services
・IoT向けクラウドPaaSサービスの使い方を学ぶ。
• Learn how to use shallow and deep machine learning cloud PaaS services
・浅い機械学習と深層学習向けのクラウドPaaSサービスの使い方を学ぶ。
• Learn how to use blockchain cloud PaaS services
・ブロックチェーン向けクラウドPaaSサービスの使い方を学ぶ。
• Understand PaaS services support for extended reality applications
・拡張現実のアプリケーションに対するPaaSの支援を理解する。
• Understand PaaS services support for 3-D/4-D printing services
・3D/4Dプリンティングに対するPaaSの支援を理解する。
• Relate to PaaS services for cloud application development
・クラウドアプリケーション開発向けのPaaSサービスを理解する。
For businesses that look for all existing features in IaaS, as well as a service that provides a complete platform to develop, test, and launch their applications, platform as a service (PaaS) has become one of the top options. On top of servers, network, and security that IaaS provides, PaaS also includes middleware such as operating systems and development tools that enable quick application development and market launch. As the cloud provider manages more layers, PaaS will require less time and skill from the engineering team to manage their infrastructure. It will provide freedom for the company to focus on developing applications and providing services. However, because of those abstracted services, PaaS may have higher costs with dependency on the particular platform or vendor. The higher cost may come later when the organization explores different technical decisions and cloud vendors.
英語のヒント
IaaSの既存機能をすべて利用しつつ、開発、テスト、公開に使う完全なプラットフォームも求める企業にとって、PaaS(サービスとしてのプラットフォーム)は有力な選択肢の一つになっている。IaaSのサーバー、ネットワーク、セキュリティーに加え、PaaSには、素早い開発と市場投入を可能にするOSや開発ツールなどのミドルウェアも含まれる。事業者が管理する層が増えるため、技術チームがインフラの管理にかける時間と技能は少なくて済む。企業はアプリケーションの開発とサービスの提供に集中できる。しかし、そのように抽象化されたサービスを使うため、特定のプラットフォームやベンダーに依存して、費用が高くなる場合がある。組織が別の技術的選択やクラウドベンダーを検討するようになってから、高い費用が生じることもある。
In this section, we will explore various PaaS services that enable organizations to effectively launch and maintain large-scale applications. This includes AI incorporations or XR platforms that allow for operations of scripting and modeling. Through real-life examples, we can analyze how companies slash costs while also accelerating time to market and application development.
英語のヒント
この節では、大規模なアプリケーションを効果的に公開・維持できるようにする、各種のPaaSサービスを探る。AIの組み込みや、スクリプト作成・モデリングを可能にするXRプラットフォームなどが含まれる。実際の例を通じて、企業が費用を大幅に減らしながら、市場投入とアプリケーション開発を速める方法を分析できる。

Internet of Things ServicesIoTサービス

A 5G network enables mobile computing at the edge of modern telecommunication networks with support for a variety of IoT devices, including laptops, smartphones, and smartwatches. 5G has higher radio frequencies, which transfer considerably more data over the air at faster speeds while reducing congestion and lowering latency. Thanks to 5G, more IoT devices can be used simultaneously within the same geographic area. As a result, today’s dynamic information networks consist of interconnected sensors, actuators, mobile phones, robotics, and smart devices.
英語のヒント
5Gネットワークは、ノートパソコン、スマートフォン、スマートウォッチなどの多様なIoT機器に対応し、現代の通信ネットワークの端でモバイルコンピューティングを可能にする。5Gはより高い無線周波数を使い、混雑と遅延を減らしながら、無線で格段に多くのデータをより高速に送れる。同じ地域で同時に使えるIoT機器の数も増える。その結果、現在の動的な情報ネットワークは、相互接続されたセンサー、アクチュエーター、携帯電話、ロボット、スマート機器から構成される。
IoT network traffic falls broadly into two categories: telemetry and telecommand. One category, telemetry, aggregates data generated by sensors and devices and sends them to a server. The other category, telecommand, sends commands across a network to control devices or sensors. Figure 13.9 illustrates the typical flow of IoT data generated by mobile edge devices and data processing and storage via cloud PaaS services.
英語のヒント
IoTの通信は、大きくテレメトリーとテレコマンドの2種類に分かれる。テレメトリーは、センサーや機器が生成したデータを集約してサーバーへ送る。テレコマンドは、ネットワーク経由で命令を送り、機器やセンサーを制御する。図13.9は、モバイルエッジ機器が生成するIoTデータと、クラウドPaaSによる処理・保存の典型的な流れを示す。
Figure 13.9

attribution: Copyright Rice University, OpenStax, under CC BY 4.0 license · CC BY 4.0 · Source出典

Figure 13.9 Generally, this is how IoT data flow via mobile edge devices, data processing, and storage via cloud PaaS services. (attribution: Copyright Rice University, OpenStax, under CC BY 4.0 license)
図13.9 モバイルエッジ機器からのIoTデータと、クラウドPaaSサービスによる処理・保存の一般的な流れ。(帰属表示:著作権 Rice University、OpenStax、CC BY 4.0)
To serve the purpose of IoT, several application-layer protocols have been developed, such as Message Queuing Telemetry Transport (MQTT), Advanced Message Queuing Protocol (AMQP), Constrained Application Protocol (CoAP), Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP), and Simple Text Orientated Messaging Protocol (STOMP). This was necessary because application layer protocols, such as HTTP, are not suitable for IoT telemetry and telecommand applications. HTTP is designed for one-to-one communication rather than one-to-many communication between many sensors and one server and is a reliable protocol for web applications. However, HTTP supports unidirectional synchronous request-response communication and cannot send data in both directions simultaneously. IoT sensors cannot work efficiently in a synchronous manner. HTTP also is not designed for event-based communication. Generally, HTTP’s scalability is achieved by loading the server, which puts a heavy load on sensor devices connected to multiple other devices. In addition, HTTP uses high power consumption, making it unsuitable for advanced wireless sensor networks.
英語のヒント
IoTの目的に合わせ、Message Queuing Telemetry Transport(MQTT)、Advanced Message Queuing Protocol(AMQP)、Constrained Application Protocol(CoAP)、Extensible Messaging and Presence Protocol(XMPP)、Simple Text Orientated Messaging Protocol(STOMP)などのアプリケーション層プロトコルが開発された。HTTPなどの既存プロトコルが、IoTのテレメトリーとテレコマンドに適していなかったためである。HTTPは、多数のセンサーと一つのサーバーとの一対多の通信ではなく、一対一の通信向けに設計された、Webアプリケーション用の信頼できるプロトコルである。しかし、一方向の同期的な要求・応答の通信を支え、双方向に同時にデータを送ることはできない。IoTのセンサーは同期的な方式では効率よく動けない。HTTPはイベントに基づく通信向けにも設計されていない。一般に、HTTPの拡張性はサーバーへ負荷をかけることで実現されるため、複数の他の機器につながるセンサー装置には重い負荷がかかる。さらに消費電力が大きく、高度な無線センサーネットワークには適さない。
To understand how IoT application-layer protocols work, consider MQTT, which is an example of a lightweight application-layer messaging protocol. It is based on the publish/subscribe (pub/sub) model typically used for message queuing in telemetry applications. Multiple clients, or sensors, can connect to a central server, known as a broker, and subscribe to topics that interest them. Through the broker, which is a common interface (router) for sensor devices to connect to and exchange data, these clients also have the option of publishing messages regarding their topics of interest. To make the communication reliable, MQTT uses a TCP connection on the transport layer for connections between sensors and the broker.
英語のヒント
IoTのアプリケーション層プロトコルの動作を理解するため、軽量なメッセージ通信プロトコルの例であるMQTTを考えよう。これは、テレメトリーのメッセージキューでよく使う、発行・購読(publish/subscribe、pub/sub)モデルに基づいている。複数のクライアント、すなわちセンサーが、ブローカーと呼ぶ中央サーバーに接続し、関心のあるトピックを購読できる。ブローカーは、センサー装置が接続しデータを交換するための共通の窓口(ルーター)である。クライアントはこれを通じて、関心のあるトピックのメッセージを発行することも選べる。通信を確実にするため、MQTTはセンサーとブローカー間で、トランスポート層のTCP接続を使う。
Big cloud vendors use IoT protocols such as MQTT to provide IoT PaaS services and related frameworks that facilitate the interactions of IoT devices with the cloud. The use of these services makes it possible to build and deploy innovative IoT solutions without developing and managing IoT frameworks on local computers. In particular, Microsoft Azure IoT manages cloud services that can interconnect, monitor, and control billions of IoT assets. An IoT solution is typically made up of one or more IoT devices that communicate with one or more back-end services hosted in the cloud. IoT devices can be constructed as circuit boards with sensors attached that use Wi-Fi to connect to the Internet (e.g., presence sensors in a room). Devices may be prototyped using a Raspberry Pi or the Microsoft MXChip IoT DevKit, which has built-in sensors for temperature, pressure, and humidity, as well as a gyroscope, accelerometer, and magnetometer. Microsoft also provides an open-source IoT device SDK to help build apps on devices. In addition, Microsoft’s IoT Edge and IoT Hub frameworks can be used to facilitate the operation of IoT applications at the edge and the collection and transfer of data to the cloud via common communication protocols such as MQTT and AMQP.
英語のヒント
大手クラウドベンダーはMQTTなどのIoTプロトコルを使い、IoT機器とクラウドとのやり取りを容易にするIoT向けPaaSと関連フレームワークを提供する。利用すれば、ローカルコンピューターでIoTフレームワークを開発・管理せずに、革新的なIoTソリューションを構築・配置できる。特にMicrosoft Azure IoTは、数十億のIoT資産を相互接続・監視・制御できるクラウドサービスを管理する。通常、IoTソリューションは、クラウド上の一つ以上のバックエンドサービスと通信する、一つ以上のIoT機器からなる。IoT機器は、センサーを取り付け、Wi-Fiでインターネットに接続する回路基板として作れる。部屋の在室センサーなどがその例である。Raspberry PiやMicrosoft MXChip IoT DevKitで試作できる。後者には、温度、圧力、湿度のセンサーに加え、ジャイロスコープ、加速度計、磁力計も組み込まれている。Microsoftは機器上のアプリを作るため、オープンソースのIoT機器用SDKも提供する。また、IoT EdgeとIoT Hubのフレームワークは、エッジでのIoTアプリケーションの運用や、MQTT・AMQPなどの共通プロトコルによるデータ収集・クラウドへの転送に利用できる。
The technologies, PaaS services and solutions provided by Azure IoT are summarized in Table 13.1. AWS, GCP, and IBM Cloud also provide equivalent IoT PaaS services and related capabilities.
Azure IoTが提供する技術、PaaSサービス、ソリューションを表13.1にまとめる。AWS、GCP、IBM Cloudも、同等のIoT向けPaaSと関連機能を提供する。
IoT Central Application Templates
IoT Centralアプリケーションのテンプレート
IoT Solutions
IoTソリューション
Azure Services for IoT
IoT向けAzureサービス
IoT and Edge Device Support
IoT機器とエッジ機器のサポート
Retail Health Energy Government
小売、医療、エネルギー、行政
Azure IoT central-managed application platform
Azure IoT Centralの管理済みアプリケーションプラットフォーム
Azure IoT Hub Azure IoT Hub Device Provisioning Service Azure Digital Twins Azure Time Series Insights Azure Maps
Azure Sphere Azure IoT Device SDK Azure IoT Edge Azure Data Box Edge
Reference architecture and accelerators (PaaS)
リファレンスアーキテクチャーとアクセラレーター(PaaS)
Azure Stream Analytics Azure Cosmos DB Azure AI Azure Cognitive Services Azure ML Azure Logic Apps
Windows IoT Azure Certified for IoT—Device Catalog Azure Stream Analytics Azure Storage
Dynamics connected field service (SaaS)
Dynamicsの接続型フィールドサービス(SaaS)
Azure Active Directory Azure Monitor Azure DevOps Power BI Azure Data Share Azure Spatial Anchors
Azure ML Azure SQL Azure Functions Azure Cognitive Services
Table 13.1 IoT Technologies, Services, and Solutions Available through Microsoft Azure
表13.1 Microsoft Azureで利用できるIoT技術・サービス・ソリューション