11. 自習室: AWS IoTのThing Shadowでパトライトを制御する¶

本章のゴール: Thing Shadowの適用場面、構成コンポーネントやデータフローの理解

本章は、最初にAWS IoTのThing Shadowのデモに触れてみることで全体像を確認し、その次に各コンポーネントの解説を行います

11.1. デモ¶

※デモはセットアップが完了していないと機能しません。詳しくはハンズオンスタッフまで

デモ画面は左側に現在のパトライトの状態、右側にパトライトに対してのライトON/OFF制御を持っています

システムの概要は下図の通りです

デモの画面は一番右の Web Browser になります

概要の詳細化を行い、コンポーネントとデータフローを記載したのが下図です

通信の部
- Patlite <NHS-3FB1> ←→ BX1 との通信は SNMP
  - 認証/認可: SNMPの機構を使用
- BX1 ←→ AWS IOT との通信は MQTTS
  - 認証: AWS IoTが払いだしたX.509証明書を使用
  - 認可: X.509証明書に割り当てたAWS IoTのpolicyを使用
- AWS IoT ←→ Web Browser との通信は Websocket
  - 認証: なし(CognitoのUnauth(=Anonymous)を使用)
  - 認可: Cognitoを使用しWeb Browserに一時的なIAMロールを割り当て、AWS IoT(のdataアクセス)に対して権限を付与
プログラムの部
- BX1に2つのプログラムを配置
  - reporter.rb
    - 定期的にPatliteのステータスを取得し、AWS IoTへ reported を送信する
  - commander.rb
    - /update/delta を監視し、データが着信したら内容に応じてPatliteへコマンドを送信する
- Web BrowserにJavascriptアプリケーションを実行させる
  - patlite_control_w_awsiot.html (核となる部分を抽出したもの)
    1. /update/documents を監視し、データの着信したら内容に応じて表示の更新をする
    2. Web Browserへの入力を基にAWS IoTへ desired を送信する
データフローの部
- 緑の線は、reporter.rbを起点に /update/documents を通じてWeb Browserの内容が更新されるまで
- オレンジの線は、Web Browserへの入力を起点に /update/delta を通じてPatliteにコマンドが送信されるまで

双方向システムのポイントは、データフローがループ構成になるように設計するべきです

双方向が不要ならば緑の線もしくはオレンジの線の上のコンポーネントのみで十分です。しかしながら、その場合にThing Shadowを使う理由が見当たりません

AWS IoTを MQTTブローカー として見るか ステートマシン として位置づけるか、これがThing Shadowを使う1つめの見極めポイントになります
Thing Shadowの最大の特徴はデバイス操作の要求に対し 本当に操作すべき対象の抽出 を ``/update/delta`` への差分抽出 で実現/実装済みということです。この差分抽出は 現状(=reported) と 要求(=desired) という２つが必要となります。このような機構が不要であれば Thing Shadow を使用する必要はありません (e.g. センサーデータのアップロードにのみAWS IoTを使う場合)

commander.rbによる実行結果はreporter.rbに回収させるようにするのが、デバイスの稼働状況を確認するためにも推奨されます

Patliteを用意できない場合もありますので、その場合は reporter.rb や commander.rb を改造する必要が出てきます

改造ポイントはデバイス通信部になります

<NHS-3FB1>は内部にステートを持ち、SNMP でステートの読み出しができる「ステートフル・デバイス」であったため、reporter.rbは ポーリング・パターン※1 で実装しました

しかしRS-232CといったI/FなデバイスはデータがI/Fを通じて流れてくる「ストリーム・デバイス」であることが多いです。この場合は リスニング・パターン※2 を実装する必要があります