Kubernetes対応エッジプラットフォームでAkriを用いてエッジデバイスを容易に検出

Akriフレームワークは、IoTデバイスをリソースとして公開し、Kubernetesクラスター内で各デバイスのサービスを作成します。

IoTは急成長しており、IoTデバイスにより近い場所で情報処理を可能にするエッジコンピューティングの必要性も高まっています。Kubernetesは、エッジに展開される大量のアプリケーションの管理における運用上・技術上の懸念に対応する、実証済みの破壊的なオープンソース技術です。今日、K3s、KubeEdge、MicroK8sなど複数のKubernetesディストリビューションがあり、エッジ要件への迅速な対応を可能にします。

エッジノードは様々なスケールのデバイスです。産業IoTでは一角に、小売チェーンでは店舗に設置されるヘビーエッジサーバーがあります。ライトエッジサーバーはエンドIoTデバイスに接続される小型サーバーです。ヘビーとライトのサーバーはハードウェア能力があるためKubernetesクラスターの一員になれます。しかし、単一機能に専念し、データ収集用の小さな組み込みアプリケーションをホストするエンドIoTデバイスがKubernetesクラスターの一員になるのは困難です。例えばセンサーやビデオカメラ。これらデバイスがKubernetesアーキテクチャの一部となり、エッジやクラウドからシームレスに出力を得られることが重要です。

増大するエッジデバイス管理の課題

このようなエッジデバイスが増えるにつれ、Kubernetesクラスターをホストするエッジサーバーの管理がより困難になります。新デバイスの追加と削除がオペレーターの作業を増やします。リソースの発見と割り当て、アーキテクチャ内での可用性監視が必要です。また、より多くのエッジデバイスを扱うために、ある時点で更なるサーバー追加が必要になります。こうした課題は、Kubernetesクラスター内でのエッジIoTデバイスの存在を処理する、より優れたインテリジェンスを求めています。それがAkriです。Microsoftがリリースしたオープンソースプロジェクトです。

Akriフレームワークは、IoTデバイスをリソースとして公開し、Kubernetesクラスター内で各デバイスのサービスを作成します。これにより、アプリケーションがデバイスからの入力を消費可能になります。AkriはIoTデバイスの自動的な追加と削除、リソースの割り当てと解放を処理し、クラスターをより最適化します。Akriの力により、任意の数のIoTデバイスを動的に追加し、それらからのデータを処理する推論ノードを追加できます。さらに、エッジIoTデバイス追加要件が増えたときに、新しいサーバー環境をシームレスに導入できます。

Akriは、IPカメラ、コントローラー、POS（Point of Sale）端末などネットワーク接続型IoTエッジデバイス、およびUSB接続センサーなどKubernetesノードを通じてローカルに接続されるデバイスの扱いをサポートします。Kubernetesクラスターでのデバイス可用性に基づいてワークロードをスケジュールします。CNI（Container Network Interface）のような抽象化レイヤーを使用しますが、ネットワーク詳細を抽象化する代わりに、デバイスの発見、利用、可用性監視の作業を除去します。これによりKubernetes管理者と開発者の作業量を大幅に削減します。

AkriはKubernetesデバイスプラグインフレームワークに基づいており、ベンダーがスタティックリソース用に使用し、追加コードなしでリソースをアドバタイズし監視できるようにします。Akriはこのフレームワークをエッジへ拡張し、異なるデバイスセットとそれらエッジIoTデバイスと監視・通信する様々なプロトコルを持つ環境に対応します。

典型的なKubernetesエッジクラスターでは、4つのコンポーネントを追加します：Akri Controller、Akri Agent（Kubernetesデバイスプラグインフレームワーク実装）、2つのCDR（Custom Resource Definition：設定用とインスタンス用）。これらコンポーネントが連携してエッジIoTデバイスを発見し、それら間でワークロードをスケジュールします。Akri Agentは各新しいワーカーエッジノードに展開できます。

要約

• AkriはエッジIoTデバイスの出現と消失を処理し、クラスター内でワークロードをスケジュール
• Akriは設定CRDを用いて設定を提供するインターフェースを提供し、残りをAkriが処理
• 他のノードがダウンしてもエッジノードの高可用性を保証
• Akriが各エッジIoTデバイスのKubernetesサービスを作成するため、アプリケーションはPodやエッジノードの状態を追跡する必要なし

Akriプロジェクトへの貢献はGitHubで、議論はSlackチャンネルで参加できます。

結論

エッジでのKubernetes活用は、アプリケーションポリシーの一貫性、エンドツーエンドの自動化、より迅速なサービス展開とスケーリングを大幅に可能にするエキサイティングな進展です。Akriは、エッジ対応ネットワークの全パーツにより多くの制御を可能にし、Kubernetes管理者と開発者の生活をより容易にする、よりシンプルなアプローチをもたらします。