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© 2019, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved.
T O K Y O
20
19
.10
.03
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4
5G時代を見据えたIoTプラットフォームSORACOMのアーキテクチャへの挑戦
川上大喜 (@moznion)エンジニア株式会社ソラコム
A - 3
川上大喜
Taiki Kawakami
(@moznion / moz)
株式会社ソラコムエンジニア
世界中のヒトとモノをつなげ
共鳴する社会へ
無人コンビニのクラウドとのリアルタイム連携にSORACOM
無人コンビニ内の商品の状態管理や購買時の決済および、ソフトウェアの更新を実現
お客様事例: 600様
お客様事例: ふくや様
SORACOM Harvest やSORACOM Lagoon でサーバの準備なくデータの可視化・通知を実現
専用機器で毎日明太子の消費量を送信、なくなる前に自動でお届け※福岡限定でサービス開始
協力パートナー:メカトラックス
IoTによるビジネスの変化
視えていなかった “コト”を
視えるように視えた “コト” を
集めて活かす
• 明太子の残量
• カートリッジの状況
• 在庫状況の把握
• 注文の自動化、最適化➢ 新たな顧客価値
• 交換管理のサービス化➢ 既存ビジネスの強化
• ロスの最小化➢ 労働力の代替
IoTによるビジネスの変化
視えていなかった “コト”を
視えるように視えた “コト” を
集めて活かす
• 明太子の残量
• カートリッジの状況
• 在庫状況の把握
• 注文の自動化、最適化➢ 新たな顧客価値
• 交換管理のサービス化➢ 既存ビジネスの強化
• ロスの最小化➢ 労働力の代替
デバイス
センサー
データ
変換通信
データ
収集
可視化
通知
デバイス管理
省電力セキュリティ
クラウド
連携
遠隔管理
SORACOMは「つなぐ」
視えていなかった “コト”を
視えるように視えた “コト” を
集めて活かす
• 明太子の残量
• カートリッジの状況
• 在庫状況の把握
• 注文の自動化、最適化➢ 新たな顧客価値
• 交換管理のサービス化➢ 既存ビジネスの強化
• ロスの最小化➢ 労働力の代替
IoT 向け通信 クラウド連携
セキュリティ閉域網
あらゆる現場を繋げるコネクティビティ
IoT 向けデータ通信
SORACOM Air
セルラー LPWA
2G / 3G / LTE LTE-M LoRaWANSigfox
130を超える国と地域でつながるIoT SIM
SORACOMプラットフォーム概観
SO
RA
CO
M G
lob
al P
latf
orm
ライブラリ & SDKs
CLI(Go), Ruby, Swift
Web インターフェース
User Console
データ転送支援
SORACOM Beamクラウドアダプタ
SORACOM Funnel
データ収集・蓄積
SORACOM Harvest
プライベート接続
SORACOM Canal
IoT向けデータ通信
SORACOM Air for Cellular (2G, 3G, LTE) / LPWA (LoRaWAN, Sigfox, LTE-M)
専用線接続
SORACOM Direct仮想専用線
SORACOM Door
API
Web API
Sandbox
コネクティビティ
ネットワーク
インタフェース
SIM認証・証明
SORACOM Endorseデバイス管理
SORACOM Inventory
透過型トラフィック処理
SORACOM Junction
ダッシュボード作成/共有
SORACOM Lagoon
セキュアプロビジョニング
SORACOM Krypton
アクセス権限管理
SORACOM Access
Management
アプリケーション
デバイスLAN
SORACOM Gate
開発者サポート
Developer Support
USBドングル / セルラーモジュール / マイコンモジュール / ボタンデバイス
オンデマンドリモートアクセス
SORACOM Napter
クラウドファンクション
SORACOM Funk
エッジプロセッシング
SORACOM Mosaic
© 2019, Amazon Web Services, Inc. or its affiliates. All rights reserved.
プラットフォームの構成要素
Dipper回線・セッション管理
認証
課金
イベント通知
API
コンソール
Polarisパケット転送
帯域制御
アクセス制御
アプリケーションサービス
Hubble監視・デプロイ
IoTDevices
CellularSessionMgmt
Authentication& Authorization
Billing
API Gateway
API
API
Polaris:分散システム上に構築
されたセルラーコアインターフェース
MNO
AWSDirect
Connect
Dipper: Polarisと連携して動作する外部向けマイクロサービス郡
HLR/HSS, SMSC
GGSN/PGW
GTP
SIGTRAN/Diameter
Amazon S3
AmazonCloudFront
DeviceMgmt
VPC
VPC
VPC
AmazonSQS
プラットフォームアーキテクチャ
AWS上にプラットフォームを構築する利点
スケールアウト・スケールアップ容易な環境アップデートも容易
かつてはハードウェアを意識した上でのアップグレードが必須だった
高可用な環境構築が容易複数のAvailability Zoneにサービス展開が可能
AWSの提供するサービスにより高速な開発が可能必要十分な部品が揃っている
マルチリージョンでのサービス構築が容易あるAWS拠点にある設備と同一の設備を他の拠点へと複製が簡単にできる
リージョン間の協調動作をさせることもできる
これによるLocal Break Out (LBO) の実現
スケールアウト容易な設計
Availability Zone
Availability Zone
スケールアウト容易な設計
Availability Zone
Availability Zone
Horizontal Scalability負荷に応じてサーバ台数を増やす
スケールアウト容易な設計
Availability Zone
Availability Zone
Horizontal Scalability負荷に応じてサーバ台数を増やす
Built-in ResilienceSPOFの無い構成
障害箇所を自動で置き換え
⚡
デバイスをクラウドになめらかにつなぐ
PublicEndpoints
SORACOM Beam
• SORACOMにデータを貯める・可視化する→ SORACOM Harvest
•クラウドサービスにデータを届ける→ SORACOM Funnel/Funk
•パブリックなエンドポイントにセキュアにつなぐ→ SORACOM Beam
SORACOM Harvest
Simple, Low overhead protocols- TCP / UDP raw socket- HTTP, MQTT- LoRaWAN, Sigfox
Secure, Full fledged protocols- TCP over TLS- HTTPS, MQTTS
Secure link
SORACOM Air enables
SORACOM Funnel/Funk
Amazon Kinesis Family
AWS IoT Core
AWS Lambda
Queue + Serverless Architecture
data
ServiceComponent
Buffer
Processor
ResourceEvent
デバイスとサーバを閉域網で接続する
The Internet
VPG IoT backend
AWS VPC
Virtual Private Gateway (VPG) peers with your IoT backend
ソラコムではお客様のAWS VPC, もしくは専用のネットワークとセルラーネットワークを閉域網で接続することができる。
デバイスからのデータを完全閉域でお客様サーバーまで伝送可能
Virtual Private Gateway (VPG)
お客様専用の仮想的なゲートウェイお客様ネットワークとセルラーネットワークを閉域網でピアリングできるコンポーネント
もちろんAWS上に構築されている
Multi-AZ構成
専用ゲートウェイをクラウドリソースを利用して構築可能
それも必要に応じて即時的に
The Internet
VPG IoT backend
AWS VPC
Virtual Private Gateway (VPG) peers with your IoT backend
IoTDevices
CellularSessionMgmt
Authentication& Authorization
Billing
API Gateway
API
API
Polaris:分散システム上に構築
されたセルラーコアインターフェース
MNO
AWSDirect
Connect
Dipper: Polarisと連携して動作する外部向けマイクロサービス郡
HLR/HSS, SMSC
GGSN/PGW
GTP
SIGTRAN/Diameter
Amazon S3
AmazonCloudFront
DeviceMgmt
VPC
VPC
VPC
AmazonSQS
プラットフォームアーキテクチャ
IoTDevices
CellularSessionMgmt
Authentication& Authorization
Billing
API Gateway
API
API
Polaris:分散システム上に構築
されたセルラーコアインターフェース
MNO
AWSDirect
Connect
Dipper: Polarisと連携して動作する外部向けマイクロサービス郡
HLR/HSS, SMSC
GGSN/PGW
GTP
SIGTRAN/Diameter
Amazon S3
AmazonCloudFront
DeviceMgmt
VPC
VPC
VPC
AmazonSQS
プラットフォームアーキテクチャ
DynamoDBをHubにしたデータフロー
ServiceComponent
DynamoDB Streamsdata produce
DynamoDB Streams
…
IoTDevices
CellularSessionMgmt
Authentication& Authorization
Billing
API Gateway
API
API
Polaris:分散システム上に構築
されたセルラーコアインターフェース
MNO
AWSDirect
Connect
Dipper: Polarisと連携して動作する外部向けマイクロサービス郡
HLR/HSS, SMSC
GGSN/PGW
GTP
SIGTRAN/Diameter
Amazon S3
AmazonCloudFront
DeviceMgmt
VPC
VPC
VPC
AmazonSQS
プラットフォームアーキテクチャ
SORACOMプラットフォーム概観
SO
RA
CO
M G
lob
al P
latf
orm
ライブラリ & SDKs
CLI(Go), Ruby, Swift
Web インターフェース
User Console
データ転送支援
SORACOM Beamクラウドアダプタ
SORACOM Funnel
データ収集・蓄積
SORACOM Harvest
プライベート接続
SORACOM Canal
IoT向けデータ通信
SORACOM Air for Cellular (2G, 3G, LTE) / LPWA (LoRaWAN, Sigfox, LTE-M)
専用線接続
SORACOM Direct仮想専用線
SORACOM Door
API
Web API
Sandbox
コネクティビティ
ネットワーク
インタフェース
SIM認証・証明
SORACOM Endorseデバイス管理
SORACOM Inventory
透過型トラフィック処理
SORACOM Junction
ダッシュボード作成/共有
SORACOM Lagoon
セキュアプロビジョニング
SORACOM Krypton
アクセス権限管理
SORACOM Access
Management
アプリケーション
デバイスLAN
SORACOM Gate
開発者サポート
Developer Support
USBドングル / セルラーモジュール / マイコンモジュール / ボタンデバイス
オンデマンドリモートアクセス
SORACOM Napter
クラウドファンクション
SORACOM Funk
エッジプロセッシング
SORACOM Mosaic
API Centricかつmicroservicesな設計
API Centricコンポーネント間の同期通信はOver HTTPなAPI呼び出しで行う
非同期的な通信は前述のbufferを用いたコミュニケーションを行う
外部 (ユーザ) に提供するAPIと基本的に同じものを使ってシステムを構築
microservicesサービスがコンポーネントレベルで分離している
密結合よりも疎結合を選ぶ
Conwayの法則
「システム設計は組織構造を反映したものになる」
「プライマリオーナー」という考え方
短いリリースサイクルと運用の方針
リリースサイクル開発の1イテレーションを2週間で回している
1イテレーションに最低1つのリリースを行っている
現在50+イテレーション連続でリリース継続中!
運用各コンポーネントには「プライマリオーナー」がいる
プライマリオーナーはオーナーシップを持ってコンポーネントの開発・メンテ・運用に携わる
AWSサービスの組み合わせによる "てこ" を使うことで開発・運用コストを低く
開発者は全員がDevOpsを実践している
開発はもちろん運用の責務も追う
一方で運用寄りのエンジニアもサービス運用には必要 => OpsDev
OpsDevの思想
OpsDev?DevOpsの対となるロール
DevOps: 開発を主としつつオペレーションもする
OpsDev: オペレーションを主としつつオペレーションのための開発もする
オペレーションのための開発運用作業省力化のための開発
監視の効率化
復旧作業・繰り返し作業の自動化
"開発しっぱなし => 運用でカバー" による負債を貯まらないようにする
Development squadの導入
SORACOMの組織はフラットな構造エンジニアリングチームには明確なチームが存在しない
全員がプラットフォームの開発・運用をする
とはいえタスクはある程度似通ってくる
似ているタスクに携わるエンジニアどうしでsquad (分隊) を組織
SquadのうごきSquad Leaderの方針に従ってマクロな課題の解決方針を立てる
Squadのメンバーは全員でそのタスクに手分けして取り組む
とはいえ頑固なチームとは少し違う
チームどうしで気軽にリソースを融通しあえる
結果として重要なのはエンジニアリングチームでの成果 => プラットフォームの進歩
アンドン (andon) のアプローチ
なにかおかしいと思ったら`andon` と呼ばれるSlack channelに書き込む
「XXXがおかしいんですが、もしかしたらユーザーに影響があるかも」
andonが引かれたらエンジニアは最優先で現状確認
不具合が確認されたらそのままトラブルシューティングへ移行
内製のchat botによるトラブルシューティングのサポート
もちろん機械による監視がある前提本質的にサービスのヘルスチェックは機械が行うべき
しかし取りこぼしも起きる => そういう状況に遭遇した場合は積極的に報告しようという方針
問題解決後はLSE (報告書) を用いた振り返りをする
それに従って監視や運用の改善を行い、今後に備えるという姿勢
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ボタンデバイス
LTE-Mpush event invoke
LTE-Mpush event
SORACOM Beam
SORACOM Funnel
SORACOM Harvest SORACOM Lagoon
transfer
transfer
Visualize
任意のエンドポイント
クラウドサービス
ボタンデバイス
低消費電力なLTE-Mを用いたボタンデバイスボタンが押されるとそのイベントがLTE-M網を介してソラコムプラットフォームへ送られる
プラットフォームから先は色々な宛先い向けて転送できる
"クラウドネイティブ"なデバイスクラウド技術を前提にした新しいアプローチ
ソフトウェア先行型のハードウェア
従来の方向とは逆向きの発想
Private LTE
Private LTENetwork
Private LTE基地局
VPN
Private LTE
プライベートな基地局 (eNodeB) を所有してデバイスを接続するデバイスはコアネットワーク側の認証情報 (加入者情報) が利用できる
セキュアな認証方法を利用できる
社内Wi-Fiのオルタナティブとして使える
無線のコネクティビティが無い場所でも利用できる
すでに回線加入していればシームレスに使える
Local Break Out (LBO)
21世紀における問題意識光の速度には限界がある
神様の実装ミス
地理的な距離の隔たりがそのままレイテンシになる
どのように解決するか?距離を近づける
基地局とコアネットワーク設備を近づける
例)
日本の基地局からの通信は日本のコアネットワーク設備に向ける
アメリカの基地局からの通信はアメリカのコアネットワーク設備に向ける
CDNなどの文脈で語られることが多くなった話題
Local Break Out (LBO)
ランデブーポイントドイツ
Local Break Out (LBO)
ランデブーポイント米国
ランデブーポイント日本 日本や米国でIoT SIMを利用しても、
大きな遅延が発生しない!
ランデブーポイントドイツ
Local Break Out (LBO)
実現性AWS上にコアネットワークを構築している強み
AWSの拠点さえあれば技術的には簡単に複製が可能
AWS拠点が増えれば増えるほどうれしい!!
現在日本のリージョンとアメリカのリージョンにコアネットワークを構築
ドメスティックからのアクセスのネットワークレイテンシが低減
5G!
10年ぶりの新世代通信規格リッチなユーザー体験
広帯域
低遅延
これらの特徴を活かしたIoTの適用範囲の広がり
スマートファクトリー
コネクテッドカー
などなど……
5Gサービス状況
各国の動き日本: 2020年サービス提供開始
アメリカ: 2019年スマートフォンに対するサービス提供開始
中国: 2019年仮商用提供開始,2020年商用化
EU:
イギリス・フランス・イタリア: 2019年商用化
他諸国: 2020年商用化
2019年・2020年がターニングポイント!
既存のLTEと将来の5Gのコアネットワーク像
EPC (LTE) 5GC (5G)
LDAP, etc
Diameter
GTPv2
DiameterGTP
S1APNAS
GTPv1
PFCPNGAPNAS
GTPv1
PFCP
(出典: TS 23.501)
既存のLTEと将来の5Gのコアネットワーク像
EPC (LTE) 5GC (5G)
LDAP, etc
Diameter
GTPv2
DiameterGTP
S1APNAS
GTPv1
PFCPNGAPNAS
GTPv1
PFCP
HTTP/2(QUIC + UDP?)
(出典: TS 23.501)
既存のLTEと将来の5Gのコアネットワーク像
プロトコルLTE: 様々なプロトコルが混在
5G: プロトコルは混在しているものの大半はHTTP/2に統一
現在のSORACOMプラットフォームLTEネットワークをOver HTTP + AWS nativeに構築している
5Gネットワークのアーキテクチャを先取り!!
5Gのコアネットワークの特徴
4G (EPC) 5G (5GC)
システム構成 Monolithic Microservices
接続トポロジ メッシュ型 バス型
コンテキスト ステートフル ステートレス
5Gのコアネットワークの特徴
4G (EPC) 5G (5GC)
システム構成 Monolithic Microservices
接続トポロジ メッシュ型 バス型
コンテキスト ステートフル ステートレス
5Gの大容量通信とネットワークスライス
5Gといえば?広帯域
低遅延
*ネットワークスライス*
ネットワークスライス?回線の用途に合わせて、ネットワークを仮想的に分割し、それぞれに適したキャパシティのネットワークを効率的に提供する機能
例えば:
スマホでTwitterしたい: 既存のブロードバンドスライス
夏フェスの4K映像を配信したい: 今までよりも低遅延かつ広帯域なネットワークのスライス
IoTデバイスからのセンサデータを送信したい: 省機能ながらも高安定性のネットワークスライス
などなど
5Gの大容量通信とネットワークスライス
5Gといえば?広帯域
低遅延
*ネットワークスライス*
ネットワークスライス?回線の用途に合わせて、ネットワークを仮想的に分割し、それぞれに適したキャパシティのネットワークを効率的に提供する機能
例えば:
スマホでTwitterしたい: 既存のブロードバンドスライス
夏フェスの4K映像を配信したい: 今までよりも低遅延かつ広帯域なネットワークのスライス
IoTデバイスからのセンサデータを送信したい: 省機能ながらも高安定性のネットワークスライス
などなど
5Gの大容量通信とネットワークスライス
ネットワーク
5Gの大容量通信とネットワークスライス
ネットワーク
5Gの大容量通信とネットワークスライス
ネットワーク
5Gの大容量通信とネットワークスライス
ネットワーク
5GCのアーキテクチャへの挑戦
Well-Knownなプロトコル (HTTP/2) によるステートレスな機器間通信以下との親和性の高まり
Microservices
コンテナ
クラウド上へのシステム構築に対するアフォーダンス
事実3gppもそれを意識している様子
5GCのアーキテクチャへの挑戦
仮想化の機運の高まり機能要件 (スライス) としての仮想 (コンテナ) 化
明確な「境界づけられたコンテキスト」に基づいたアプリケーションのコンテナ化
コンテナ化によるビルド・デプロイ・開発/本番一致・廃棄容易性の著しい改善
Kubernetesに代表されるContainer Orchestrationシステムの利用可能性
宣言的設定による自律的なコンテナをベースとしたシステム運用
Amazon EKSの活用を模索
5GCのアーキテクチャへの挑戦
5GCの高機能化によるシステムの複雑性の上昇LTEネットワークの時点で十分複雑だったのだが……
5Gでは更に要求される機能は高度化・複雑化している
一方アーキテクチャやプロトコルを見るとシンプルになっているように見える
モダンなインターネット技術の転用により複雑な機能と戦える
クラウド上へセルラーネットワークを構築するのは今後普通になるとはいえセルラーの文脈から完全に抜けることは不可能
いわゆるWebアプリケーションのように作れるかというと……
セルラー仕草とクラウド仕草を兼ね備えた設計が求められる
現在までAWS上にLTEネットワークを構築してきた知見を存分に活用
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むすび
AWS上にコアネットワークを構築してサービス提供をしてきた柔軟性・自由度の高いネットワークシステムの構築に成功
クラウド技術を活用した機能がコアコンピタンスに
AWSの提供するサービスの組み合わせによりレバレッジが効く
開発・運用の省力化に寄与
新機能・新技術の開発5GやPrivate LTEなどセルラー界における新技術は目白押し
実装すべきこと・ものは大量にある
それらは確実にクラウドの文脈に寄ってきている => やってきたことは正解
今後もAWSのパワーを使ってプラットフォームの発展を進めていく
ひいてはプラットフォームの進歩がお客様のIoTビジネスの推進力になるように
https://hello.soracom.jp
《午前》
ビジネス向けトラック• IoT 最新事例• ビジネス構築の課題と解決策
《午後》
エンジニア向けトラック• IoT システム基礎と活用方法• クラウド連携、デバイス管理、
IoT セキュリティ対策
HelloSORACOM
はじめよう、IoTの第一歩
《東京》神田明神ホール11/19 (火) 10:00 ~ 18:00
《大阪》阪急うめだホール10/24 (木) 10:30 ~ 18:00
《参加無料》
世界中のヒトとモノをつなげ
共鳴する社会へ
Thank you!
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