IIoTエッジ デバイスのプロトタイピング：実践ガイド

産業用IoT（IIoT）は製造プロセスへの前例のない可視性をもたらし、より賢明な意思決定と高効率を実現します。エンタープライズグレードのIIoTソリューションは、多様なセンサーから安全にデータを収集し、クラウドへ送信、分析して実用的な洞察を導き出す多層アーキテクチャに依存します。『Industrial Internet Application Development』の著者たちは、IIoTアーキテクチャを深く掘り下げ、これらの要求を満たす戦略を概説しています。

本書第3章からの抜粋で、開発者がデータを収集し、上位アプリケーションと通信できるプロトタイプ デバイスを構築する方法を説明します。内容は以下の連載に分かれています：

・プロトタイピング デバイス

・HTTP接続の実装

・WebSocketの使用

・Modbusの使用

・OPC UAプロトコルの使用

『Industrial Internet Application Development』Alena Traukina、Jayant Thomas、Prashant Tyagi、Kishore Reddipalli著より抜粋。

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第3章 IIoTエッジ開発
著者：Alena Traukina、Jayant Thomas、Prashant Tyagi、Kishore Reddipalli

この章では、初心者をエンドツーエンドのプロトタイピングへ導きます：適切なハードウェアの選定、4つのサンプル デバイスの組み立て、基本的なIoTアプリケーションの展開、Predixサービスを活用したセンサー データの格納、分析、統合。

この章で学べるトピック：

• プロトタイピング用ハードウェアの選定

• OSIモデルとそのレイヤー

• アプリケーション層プロトコル：HTTPとWebSocket

• 産業用M2Mプロトコル：ModbusとOPC UA

• プロトタイプ用デバイスの組み立て

• プロトタイプ用SDカードの準備

• HTTP、WebSocket、Modbus、OPC UAプロトコルを用いたシンプルなIoTアプリの構築と実行

• Predixのデータ管理サービス

プロトタイプ用ハードウェア

この節では、プロトタイピングに利用できる幅広いハードウェア オプションを概観し、コンポーネント間のシームレスな統合を確実にするためのボードと通信プロトコルの選び方を指南します。

種類とコスト

Arduino、Raspberry Pi、Orange Pi、LinkIt、BeagleBone、Tesselなどのオープンソース ボードはすべて安価です。例えばOrange Piはわずか33ドルで購入でき、センサー、小型ディスプレイ、LED、ケーブル、ブレッドボードを含むスターター キットでも通常70ドル程度です。個々のセンサーは1ドルから入手可能です。

バリエーション

最も人気のあるArduinoとRaspberry Piには多くのバリエーションがあります。Wi-Fi、Bluetooth、USB、HDMI、より高い処理能力が必要な場合は、利用可能なオプションを比較し、正確な仕様を満たすボードを見つけてください。

オプションの比較

すべてのボードはコンパクトで、概ね幅8 cm、高さ5 cm、厚さ2 cm（ケースなし）です。Intel NUCのようなより強力なハードウェアは35 × 25 × 4 cmになります。接続性は主要な差別化要因で、多くのボードに内蔵Wi-FiやBluetoothがなく、GSM、GPS、カメラ、FMモジュールなどは通常別モジュールが必要です。

もう一つの重要な要素はセンサー コネクタの数です。必要なセンサーを評価し、選んだボードとの互換性を確認してください。必要に応じて拡張ボードでピン数を増やせます。

対応センサー

ボード コネクタはアナログのみ、またはデジタルのみに対応している場合があります。デジタルセンサーは離散信号を出力します（例：DHT11温度センサーは0〜50°Cの整数値）。アナログセンサーは連続信号を出力し、TMP36センサー（-50〜125°C測定）なら11.9°Cのような値が取れます。信号タイプ間の変換は可能ですが、複雑さと追加部品が必要です。