チュートリアル:IoT Edge デバイスの階層を作成する

[アーティクル]
04/11/2024

適用対象: IoT Edge 1.5 IoT Edge 1.4

重要

サポートされているリリースは、IoT Edge 1.5 LTS と IoT Edge 1.4 LTS です。 IoT Edge 1.4 LTS は、2024 年 11 月 12 日にサポートが終了します。以前のリリースの場合は、「IoT Edge を更新する」を参照してください。

階層レイヤーに編成された複数のネットワークに Azure IoT Edge ノードをデプロイできます。階層内の各レイヤーは、その下のレイヤーにあるデバイスからのメッセージと要求を処理するゲートウェイデバイスです。この構成は、入れ子になったエッジとも呼ばれます。

最上位レイヤーだけがクラウドに接続できるように、デバイスの階層構造を構築できます。下位レイヤーは、隣接する上流レイヤーと下流レイヤーとだけ通信できます。このネットワークレイヤー化は、ほとんどの産業用ネットワークの基礎であり、ISA-95 標準に準拠しています。

このチュートリアルでは、IoT Edge デバイスの階層を作成し、IoT Edge ランタイムコンテナーをデバイスにデプロイして、デバイスをローカルで構成する手順について説明します。次のタスクを実行します。

IoT Edge デバイスの階層でリレーションシップを作成して定義します。
階層内のデバイスで IoT Edge ランタイムを構成します。
デバイス階層全体で一貫した証明書をインストールします。
階層内のデバイスにワークロードを追加します。
IoT Edge API プロキシモジュールを使用して、下位レイヤーデバイスから単一のポートを介して HTTP トラフィックを安全にルーティングします。

ヒント

このチュートリアルには、IoT Edge の入れ子機能を紹介する手動の手順と自動の手順が混在しています。

IoT Edge デバイスの階層が完全に自動的に設定されるようすを確認したい場合は、スクリプト化された産業用 IoT 向け Azure IoT Edge サンプルに従ってください。このスクリプト化されたシナリオでは、工場環境をシミュレートするための構成済みのデバイスとして Azure 仮想マシンがデプロイされます。

IoT Edge デバイスの階層を手動で作成および管理する手順の詳細を確認したい場合は、IoT Edge デバイスゲートウェイ階層の使用法ガイドを参照してください。

このチュートリアルでは、以下のネットワークレイヤーを定義します。

最上位レイヤー: このレイヤーの IoT Edge デバイスは、クラウドに直接接続できます。
下位レイヤー: 最上位レイヤーより下にあるレイヤーの IoT Edge デバイスは、クラウドに直接接続できません。データを送受信するには、1 つまたは複数の中間 IoT Edge デバイスを経由する必要があります。

このチュートリアルでは、わかりやすくするために 2 つのデバイスから成る階層を採用しています。 最上位レイヤーデバイスは、階層の最上位レイヤーにあるデバイスを表します。これは、クラウドに直接接続できます。このデバイスは、親デバイスと呼ばれます。 下位レイヤーデバイスは、階層の下位レイヤーにあるデバイスを表します。これは、クラウドに直接接続できません。必要に応じて、さらにデバイスを追加して運用環境を表すことができます。下位レイヤーのデバイスは、子デバイスとも呼ばれます。

2 つのデバイス (最上位レイヤーデバイスと下位レイヤーデバイス) が含まれるチュートリアルの階層の構造

Note

子デバイスには、入れ子になったトポロジ内のダウンストリームデバイスまたはゲートウェイデバイスを使用できます。

前提条件

IoT Edge デバイスの階層を作成するには、以下のものが必要です。

インターネットに接続できるコンピューター (Windows または Linux)。
有効なサブスクリプションがある Azure アカウント。 Azure サブスクリプションをお持ちでない場合は、開始する前に無料アカウントを作成してください。
Azure の Free レベルまたは Standard レベルの IoT Hub。
Azure IoT 拡張機能がインストールされた、Azure CLI を使用した Azure Cloud Shell の Bash シェル。このチュートリアルでは、Azure Cloud Shell を使用します。 Azure CLI モジュールと拡張機能の現在のバージョンを確認するには、az version を実行します。
階層を構成する 2 つの Linux デバイス。使用できるデバイスがない場合は、IoT Edge Azure Resource Manager テンプレートを使用して、階層内の各デバイスに Azure 仮想マシンを作成できます。 IoT Edge のバージョン 1.5 は、この Resource Manager テンプレートにプレインストールされています。 IoT Edge を自分のデバイスにインストールする場合は、Azure IoT Edge for Linux のインストールに関するページまたは IoT Edge の更新に関するページを参照してください。
デバイス間のネットワーク通信を簡略化するには、仮想マシンが同じ仮想ネットワーク上にあるか、仮想ネットワークピアリングを使用する必要があります。
最下位レイヤーデバイスを除くすべてのデバイスで、443、5671、8883 の各ポートが受信用に開放されていることを確認します。
- 443: REST API の呼び出しと Docker コンテナーイメージのプルのために、親と子のエッジハブの間で使用されます。
- 5671、8883: AMQP と MQTT に使用されます。
詳細については、「Azure portal を使用して仮想マシンへのポートを開く方法」を参照してください。

ヒント

各仮想マシンの SSH ハンドルと FQDN (または IP アドレス) は、この後の手順の構成で使用するため、この情報を記録しておいてください。 IP アドレスと FQDN は、Azure portal で確認できます。 IP アドレスについては、仮想マシンの一覧に移動し、 [パブリック IP アドレス] フィールドに注目します。 FQDN については、各仮想マシンの概要ページに移動し、[DNS 名] フィールドを探します。 SSH ハンドルについては、各仮想マシンの接続ページに移動します。

IoT Edge デバイス階層を作成する

IoT Edge デバイスにより、階層のレイヤーが構成されます。このチュートリアルでは、2 つの IoT Edge デバイス (最上位レイヤーデバイスと下位レイヤーデバイス) の階層を作成します。必要に応じて、さらにダウンストリームデバイスを作成できます。

IoT Edge デバイスの階層を作成して構成するには、az iot edge devices create Azure CLI コマンドを使用します。このコマンドでは、さまざまな手順を自動化してまとめることで、階層の構成を簡素化します。

IoT Hub にデバイスを作成する
デバイス間の通信を承認するための親子関係を設定する
配置マニフェストを各デバイスに適用する
各デバイスが相互に安全な通信を確立するための証明書チェーンを生成する
各デバイスの構成ファイルを生成する

デバイス構成を作成する

1 つの子デバイスを持つ親デバイスを含む入れ子になったエッジデバイスのグループを作成します。このチュートリアルでは、基本的なサンプル配置マニフェストを使用します。その他のシナリオの例については、構成例テンプレートを確認してください。

az iot edge devices create コマンドを使用する前に、最上位レイヤーと下位レイヤーデバイスの配置マニフェストを定義する必要があります。 deploymentTopLayer.json サンプルファイルをローカルコンピューターにダウンロードします。

最上位レイヤーデバイスの配置マニフェストは、IoT Edge API プロキシモジュールを定義し、下位レイヤーデバイスから IoT Hub へのルートを宣言します。
deploymentLowerLayer.json サンプルファイルをローカルコンピューターにダウンロードします。

下位レイヤーデバイスの配置マニフェストには、シミュレートされた温度センサーモジュールが含まれており、最上位レイヤーデバイスへのルートを宣言します。 systemModules セクション内で mcr.microsoft.com ではなく、$upstream:443 からプルするようにランタイムモジュールが設定されていることを確認できます。 下位レイヤーデバイスは、クラウドから直接イメージをプルすることができないため、ポート 443 で Docker イメージ要求を IoT Edge API プロキシ モジュールに送信します。 下位レイヤーデバイスにデプロイされたもう 1 つのモジュール、Simulated Temperature Sensor モジュールも、そのイメージ要求を $upstream:443 に対して行います。

下位レイヤーデプロイマニフェストを作成する方法の詳細については、Azure IoT Edge デバイスを接続して階層を作成する方法に関するページを参照してください。

Azure Cloud Shell で、az iot edge devices create Azure CLI コマンドを使用して、IoT Hub 内のデバイスと階層内の各デバイスの構成バンドルを作成します。以下のプレースホルダーは、適切な値に置き換えてください。

プレースホルダー	説明
<hub-name>	IoT Hub の名前。
<config-bundle-output-path>	構成バンドルを保存するフォルダーパス。
<parent-device-name>	最上位レイヤーの親デバイス ID 名。
<parent-deployment-manifest>	親デバイスの配置マニフェストファイル。
<parent-fqdn-or-ip>	親デバイスの完全修飾ドメイン名 (FQDN) または IP アドレス。
<child-device-name>	下位レイヤーの子デバイス ID 名。
<child-deployment-manifest>	子デバイスの配置マニフェストファイル。
<child-fqdn-or-ip>	子デバイスの完全修飾ドメイン名 (FQDN) または IP アドレス。

az iot edge devices create \
   --hub-name <hub-name> \
   --output-path <config-bundle-output-path> \
   --default-edge-agent "mcr.microsoft.com/azureiotedge-agent:1.5" \
   --device id=<parent-device-name> \
      deployment=<parent-deployment-manifest> \
      hostname=<parent-fqdn-or-ip> \
   --device id=child-1 \
      parent=parent-1 \
      deployment=<child-deployment-manifest> \
      hostname=<child-fqdn-or-ip>

たとえば、次のコマンドは、IoT Hub に 2 つの IoT Edge デバイスの階層を作成します。 parent-1 という名前の最上位レイヤーデバイスと、child-1* という名前の下位レイヤーデバイス。このコマンドは、output ディレクトリに各デバイスの構成バンドルを保存します。コマンドでは、自己署名テスト証明書も生成され、構成バンドルに含まれます。構成バンドルは、インストールスクリプトを使用して各デバイスにインストールされます。

az iot edge devices create \
   --hub-name my-iot-hub \
   --output-path ./output \
   --default-edge-agent "mcr.microsoft.com/azureiotedge-agent:1.5" \
   --device id=parent-1 \
      deployment=./deploymentTopLayer.json \
      hostname=10.0.0.4 \
   --device id=child-1 \
      parent=parent-1 \
      deployment=./deploymentLowerLayer.json \
      hostname=10.1.0.4

コマンドを実行した後に、output ディレクトリにデバイスの構成バンドルが表示されます。次に例を示します。

PS C:\nested-edge\output> dir

   Directory: C:\nested-edge\output

Mode                 LastWriteTime         Length Name
----                 -------------         ------ ----
-a---           4/10/2023  4:12 PM           7192 child-1.tgz
-a---           4/10/2023  4:12 PM           6851 parent-1.tgz

独自の証明書とキーをコマンドの引数として渡すことも、より複雑なデバイス階層を作成することもできます。 az コマンドを使用した入れ子になったデバイスの作成の詳細については、az iot edge devices create に関するページを参照してください。ゲートウェイのシナリオにおける証明書の使い方に詳しくない場合は、使用法ガイドの証明書に関するセクションを参照してください。

このチュートリアルでは、インライン引数を使用して、デバイスと構成バンドルを作成します。 YAML 形式または JSON 形式の構成ファイルを使用することもできます。サンプル構成ファイルについては、sample_devices_config.yaml の例を参照してください。

IoT Edge ランタイムを構成する

構成手順では、デバイスのプロビジョニングに加えて、前に作成した証明書を使用して、階層内のデバイス間に信頼された通信を確立します。この手順では、階層のネットワーク構造の確立も開始します。最上位レイヤーデバイスはインターネットに接続することができ、クラウドからランタイム用のイメージをプルできます。一方、下位レイヤーデバイスは、最上位レイヤーデバイス経由でルーティングされて、これらのイメージにアクセスします。

IoT Edge ランタイムを構成するには、構成バンドルをデバイスに適用する必要があります。 最上位レイヤーデバイスと下位レイヤーデバイスでは構成が異なるため、各デバイスに適用する構成ファイルがどのデバイスのものかに注意してください。

各構成バンドルアーカイブファイルを対応するデバイスにコピーします。 USB ドライブを使用したり、Azure Key Vault などのサービスを使用したり、セキュアファイルコピーなどの機能を使用したりできます。シナリオに最も適したいずれかの方法を選択してください。

たとえば、 parent-1 構成バンドルを parent-1 VM 上のホームディレクトリに送信するには、次の例のようなコマンドを使用できます。
```
scp ./output/parent-1.tgz admin@parent-1-vm.westus.cloudapp.azure.com:~
```
各デバイスで、構成バンドルアーカイブを抽出します。たとえば、tar コマンドを使用して parent-1 アーカイブファイルを抽出します。
```
tar -xzf ./parent-1.tgz
```
インストールスクリプトの実行アクセス許可を設定します。
```
chmod +x install.sh
```
各デバイスで、ルートアクセス許可を使用してデバイスに構成バンドルを適用します。
```
sudo ./install.sh
```
デバイスの構成ファイルに対する変更内容の詳細を知りたい場合は、「Azure IoT Edge デバイスを接続して階層を作成する」を参照してください。

デバイスが正しく構成されていることを確認するには、デバイスで構成と接続チェックを実行します。

sudo iotedge check

admin@child-1-vm:~$ sudo iotedge check

Configuration checks (aziot-identity-service)
---------------------------------------------
√ keyd configuration is well-formed - OK
√ certd configuration is well-formed - OK
√ tpmd configuration is well-formed - OK
√ identityd configuration is well-formed - OK
√ daemon configurations up-to-date with config.toml - OK
√ identityd config toml file specifies a valid hostname - OK
√ host time is close to reference time - OK
√ preloaded certificates are valid - OK
√ keyd is running - OK
√ certd is running - OK
√ identityd is running - OK
√ read all preloaded certificates from the Certificates Service - OK
√ read all preloaded key pairs from the Keys Service - OK
√ check all EST server URLs utilize HTTPS - OK
√ ensure all preloaded certificates match preloaded private keys with the same ID - OK

Connectivity checks (aziot-identity-service)
--------------------------------------------
√ host can connect to and perform TLS handshake with iothub AMQP port - OK
√ host can connect to and perform TLS handshake with iothub HTTPS / WebSockets port - OK
√ host can connect to and perform TLS handshake with iothub MQTT port - OK

Configuration checks
--------------------
√ aziot-edged configuration is well-formed - OK
√ configuration up-to-date with config.toml - OK
√ container engine is installed and functional - OK
√ configuration has correct parent_hostname - OK
√ configuration has correct URIs for daemon mgmt endpoint - OK
√ container time is close to host time - OK
‼ DNS server - Warning
    Container engine is not configured with DNS server setting, which may impact connectivity to IoT Hub.
    Please see https://aka.ms/iotedge-prod-checklist-dns for best practices.
    You can ignore this warning if you are setting DNS server per module in the Edge deployment.
‼ production readiness: logs policy - Warning
    Container engine is not configured to rotate module logs which may cause it run out of disk space.
    Please see https://aka.ms/iotedge-prod-checklist-logs for best practices.
    You can ignore this warning if you are setting log policy per module in the Edge deployment.
‼ production readiness: Edge Agent's storage directory is persisted on the host filesystem - Warning
    The edgeAgent module is not configured to persist its /tmp/edgeAgent directory on the host filesystem.
    Data might be lost if the module is deleted or updated.
    Please see https://aka.ms/iotedge-storage-host for best practices.
‼ production readiness: Edge Hub's storage directory is persisted on the host filesystem - Warning
    The edgeHub module is not configured to persist its /tmp/edgeHub directory on the host filesystem.
    Data might be lost if the module is deleted or updated.
    Please see https://aka.ms/iotedge-storage-host for best practices.
√ Agent image is valid and can be pulled from upstream - OK
√ proxy settings are consistent in aziot-edged, aziot-identityd, moby daemon and config.toml - OK

Connectivity checks
-------------------
√ container on the default network can connect to upstream AMQP port - OK
√ container on the default network can connect to upstream HTTPS / WebSockets port - OK
√ container on the IoT Edge module network can connect to upstream AMQP port - OK
√ container on the IoT Edge module network can connect to upstream HTTPS / WebSockets port - OK
30 check(s) succeeded.
4 check(s) raised warnings. Re-run with --verbose for more details.
2 check(s) were skipped due to errors from other checks. Re-run with --verbose for more details.

最上位レイヤーデバイスでは、出力には複数の合格した評価が表示されることが予想されます。ログポリシーに関する警告のほか、ご利用のネットワークによっては DNS ポリシーに関する警告が表示されることもあります。

デバイスモジュールのデプロイ

デバイスのモジュールのデプロイは、デバイスが IoT Hub で作成されたときに適用されました。 az iot edge devices create コマンドは、上位レイヤーと下位レイヤーのデバイスにデプロイ JSON ファイルを適用しました。それらのデプロイが完了した後、下位レイヤーデバイスは、IoT Edge API プロキシ モジュールを使用して、その必要なイメージをプルします。

最上位レイヤーデバイスは、ランタイムモジュールである IoT Edge エージェントと IoT Edge ハブに加え、Docker レジストリ モジュールと IoT Edge API プロキシ モジュールを受け取ります。

Docker レジストリ モジュールは、既存の Azure Container Registry を参照します。この場合、REGISTRY_PROXY_REMOTEURL の参照先は Microsoft Container Registry です。既定では、Docker レジストリはポート 5000 でリッスンします。

IoT Edge API プロキシ モジュールは、HTTP 要求を他のモジュールにルーティングします。これによって下位レイヤーデバイスはストレージに対してコンテナーイメージをプルしたり、BLOB をプッシュしたりできるようになります。このチュートリアルでは、その通信にポート 443 を使用しています。さらに、Docker コンテナーイメージのプル要求を、ポート 5000 で Docker レジストリ モジュールにルーティングするように構成されています。また、Blob Storage のアップロード要求は、ポート 11002 で AzureBlobStorageonIoTEdge モジュールにルーティングされます。 IoT Edge API プロキシ モジュールとその構成方法の詳細については、モジュールの使用法ガイドを参照してください。

このようなデプロイを Azure portal または Azure Cloud Shell で作成する方法については、使用法ガイドの最上位レイヤーデバイスに関するセクションを参照してください。

モジュールの状態は、次のコマンドを使用して確認できます。

az iot hub module-twin show --device-id <edge-device-id> --module-id '$edgeAgent' --hub-name <iot-hub-name> --query "properties.reported.[systemModules, modules]"

このコマンドは、edgeAgent の報告されるプロパティすべてを出力します。デバイスの状態を監視する際に役立つものとしては、"runtime status (ランタイムの状態) "、"runtime start time (ランタイムの開始時刻) "、"runtime last exit time (ランタイムの最後の終了時刻) "、"runtime restart count (ランタイムの再起動回数) " が挙げられます。

モジュールの状態は、Azure portal で確認することもできます。実際の IoT Hub の [デバイス] セクションに移動して、デバイスとモジュールを確認してください。

生成されたデータを表示する

プッシュした Simulated Temperature Sensor モジュールは、サンプル環境データを生成します。送信されるメッセージには、周囲の温度と湿度、機械の温度と圧力、タイムスタンプが含まれます。

それらのメッセージを Azure Cloud Shell から確認することもできます。

az iot hub monitor-events -n <iot-hub-name> -d <lower-layer-device-name>

次に例を示します。

az iot hub monitor-events -n my-iot-hub -d child-1

{
    "event": {
        "origin": "child-1",
        "module": "simulatedTemperatureSensor",
        "interface": "",
        "component": "",
        "payload": "{\"machine\":{\"temperature\":104.29281270901808,\"pressure\":10.48905461241978},\"ambient\":{\"temperature\":21.086561171611102,\"humidity\":24},\"timeCreated\":\"2023-04-17T21:50:30.1082487Z\"}"
    }
}

トラブルシューティング

構成の確認やエラーのトラブルシューティングには、iotedge check コマンドを実行します。

ダウンストリームのマシンがインターネットに直接アクセスできなくても、入れ子になった階層で iotedge check を実行できます。

下位レイヤーから iotedge check を実行すると、このプログラムは、ポート 443 を使用して親からイメージをプルしようとします。

azureiotedge-diagnostics の値は、レジストリモジュールにリンクされたコンテナーレジストリからプルされます。このチュートリアルでは、既定値の https://mcr.microsoft.com に設定しています。

名前	値
`REGISTRY_PROXY_REMOTEURL`	`https://mcr.microsoft.com`

プライベートコンテナーレジストリを使用する場合は、コンテナーレジストリにすべてのイメージ (IoTEdgeAPIProxy、edgeAgent、edgeHub、Simulated Temperature Sensor、diagnostics) が存在することを確認してください。

ダウンストリームデバイスのプロセッサアーキテクチャが親デバイスとは異なる場合は、適切なアーキテクチャイメージが必要です。接続されたレジストリを使用することも、ダウンストリームデバイスの config.toml ファイル内の edgeAgent モジュールと edgeHub モジュールに適切なイメージを指定することもできます。たとえば、親デバイスが ARM32v7 アーキテクチャで実行されていて、ダウンストリームデバイスが AMD64 アーキテクチャで実行されている場合は、ダウンストリームデバイスの config.toml ファイルで一致するバージョンとアーキテクチャイメージタグを指定する必要があります。

[agent.config]
image = "$upstream:443/azureiotedge-agent:1.5.0-linux-amd64"

"systemModules": {
   "edgeAgent": {
      "settings": {
            "image": "$upstream:443/azureiotedge-agent:1.5.0-linux-amd64"
      },
   },
   "edgeHub": {
      "settings": {
            "image": "$upstream:443/azureiotedge-hub:1.5.0-linux-amd64",
      }
   }
}

リソースをクリーンアップする

課金されないようにするために、ローカル構成と、この記事で作成した Azure リソースを削除できます。

リソースを削除するには、次の手順に従います。

Azure portal にサインインし、 [リソースグループ] を選択します。
IoT Edge のテストリソースを含んだリソースグループの名前を選択します。
リソースグループに含まれるリソースの一覧を確認します。それらすべてを削除する場合は、[リソースグループの削除] を選択します。一部だけを削除する場合は、削除する各リソースを選択して個別に削除してください。

次のステップ

このチュートリアルでは、2 つの IoT Edge デバイスをゲートウェイとして構成し、一方をもう一方の親デバイスとして設定しました。次に、IoT Edge API プロキシモジュールを使用して、ゲートウェイ経由でコンテナーイメージをダウンストリームデバイスにプルしました。詳細については、プロキシモジュールの使用に関する使用法ガイドを参照してください。

ゲートウェイを使用して IoT Edge デバイスの階層レイヤーを作成する方法の詳細については、次の記事を参照してください。

Azure IoT Edge デバイスを接続して階層を作成する

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チュートリアル:IoT Edge デバイスの階層を作成する

前提条件

IoT Edge デバイス階層を作成する

デバイス構成を作成する

IoT Edge ランタイムを構成する

デバイスモジュールのデプロイ

生成されたデータを表示する

トラブルシューティング

リソースをクリーンアップする

次のステップ

その他のリソース

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リソースをクリーンアップする

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その他のリソース

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