IoT edgeデバイス用のオペレーティングシステムの選択ガイド

モノのインターネット(IoT)を使用すると、企業はリアルタイムのデータを収集し、傾向を分析し、洞察を生成し、リソースを追跡し、問題に迅速に対応することができます。 ほとんどのIoTソリューションの中心には、データを送受信するためにクラウドに登録して接続できるデバイスがあります。 これらのうちのいくつかは、デバイス自体またはフィールドゲートウェイで何らかのデータ処理を実行するエッジデバイスである可能性があります。

これをすべて可能にするのはオペレーティングシステム（OS）です。 IoT edgeデバイスに適したOSを選択しようとしているデバイスビルダーは、必要なハードウェア、アプリケーション、および接続要件をサポートしていることを確認する必要があります。 Windows for IoTからAzure RTOS、Azure Sphereまで、Azure IoTテクノロジポートフォリオ全体のさまざまなOsには、ニーズに応じて魅力的な特定の機能と利点があります。 IoT edgeデバイス用のOSを選択する際に、すべてのデバイスビルダーが考慮すべき4つの領域と重要な質問を以下に示します。

インテリジェントエッジでのIoTデバイスの必要性

従来のIoTアプリケーションパターンは、デバイスがデータをローカルに作成し、そのデータをクラウドに送 これらのビジネスインサイトは、アクションをトリガーするために頻繁に使用され、デバイスに送り返されます。 ご想像のとおり、この伝統的なパターンには限界があります: リアルタイム応答の遅延、データの送信を阻害する散発的なインターネット接続、および分析目的のためにデータセットを移動することが困難でコスト

インテリジェントなエッジデバイスを使用すると、洞察の抽出とアクションをローカルデバイス自体に移動することで、これらの問題を解決 特定のワークロードをネットワークの端に移動することにより、デバイスはクラウドとの通信に費やす時間を短縮し、ローカルの変更により迅速に対応し、 Intelligent edgeのその他の利点には、プロトコル変換、データ正規化、およびオンプレミスのPIIを削除することによるデータプライバシーの向上などがあります。

IoTオペレーティングシステムを選択するための4つの質問

IoTエッジデバイスの開発を推進する特定の必要性や制約に応じて、意思決定プロセスを推進するいくつかの考慮事項があります。 デバイスビルダーが頻繁に開始する最初の領域の1つは、プラットフォームに精通していることです。 あなたがそれの経験を持っているならば、それはあなたが考慮する最初の選択肢かもしれない可能性があります。 ただし、最終的な決定を下す前に、これらの4つの質問をすることをお勧めします。

1)どのレベルの信頼性と長期的なサポートが必要ですか？

この質問の基礎は、作成されるエッジデバイスのタイプに基づいています。 スマートフォンやウェアラブルから医療機器や自動販売機まで、それぞれに独自のライフサイクルがあります。 販売の観点から,これは、消費者の購買行動によって決定されます—すなわち,組織や個人が製品を購入する方法に影響を与える要因,価格など,耐久性, 開発の観点から見ると、デバイスのライフサイクルは、OSのようなソフトウェアがサポートされる時間の長さによって影響されます。

低価格帯のデバイスはライフサイクルが短くなる傾向があるため、消費者が頻繁に新しいバージョンを購入する場合、機能の更新やソフトウェア その他のデバイスは、ミッションクリティカルなシステム用であり、何年も続くと予想されます。 この場合、長期サポートを提供するOSを探すことは、デバイスが長年にわたって保護され、最新の状態を維持するのに役立つため、不可欠です。 信頼性と長期的なサポートに関して考慮すべき重要な要素は次のとおりです:

• それは固定目的のデバイスですか？ このシナリオでは、ソフトウェアがデバイスに接続され、完全な製品としてユーザーにライセンスされ、OEMがOSによって実行される機能を含む完全な製品
• デバイスは特殊なシステム（店頭システム、Atmなど）ですか？ 特殊なシステムは、通常、単一の重要なタスクを実行し、他のデバイスと同じくらい頻繁に機能の更新を必要としませんが、それは彼らが多くの場合、より長いサービスオプションを必要とし、可能な限り安定して安全に保つ必要があることを意味します。 これが、OSで提供されるサービスモデルを見ることが重要な理由です。
• デバイスアプリケーションでは、OSが特定の認証または標準（医療機器のISO62304など）を満たす必要がありますか？ これは、デバイスが使用される特定の業界に基づいて、もう少し微妙になります。 しかし、高レベルでは、業界固有の標準や要件を念頭に置いてOSオプションを評価することを意味します。
• デバイスには豊富なユーザーインターフェイス(UI)が必要ですか？ IoTソリューションがより複雑になるにつれて、多くの場合、包括的なUIを備えたOSが必要になります。 これは、ガスポンプやチケットキオスクなど、顧客がインターフェイスと定期的に対話するデバイスにとっても重要であり、直感的で使いやすいUIの恩恵を受ける可能性があります。

デバイスビルダーは、デバイスの安定性を維持し、長期的にサポートするためのOS機能を探していることを知って、MicrosoftはWindows for IoTプラットフォーム上でデバイ

Windows10IoT EnterpriseとWindows10IoT Coreとの比較 Windows Server IoT2019

windows10IoT Coreは、小さなフットプリントを必要とするデバイスに最適ですが、windows Server IoT2019は、要求の厳しいエッジコンピューティングワークロードに 次に、特定のアプリケーションと周辺機器セットにロックされた固定機能デバイスを作成するための特別な機能を備えたWindows10IoT Enterpriseがあります。

Windows10IoT Enterpriseには、短期サポートと長期サポートの両方のオプションがあります。 LONG-term servicing channel（LTSC）は、IoTマシンを含む特殊なデバイス用に特別に設計されています。 この長期サポートオプションは、10年間にわたって2〜3年に1回定期的に更新を提供し、固定目的および特殊なデバイスをより長く稼働させることができます。

2)あなたのパフォーマンス要件は何ですか？

もう一つの側面は、IoTソリューションのニーズを実際のOS機能に合わせることです。 考慮すべき質問は次のとおりです:

• 予測可能または保証された待ち時間の要件は何ですか？ 必要なレイテンシが低いほど、考慮する必要がある電力消費量が増えることに注意してください（その逆も同様です）。
• デバイスタスクを実行するには、どのレベルの計算能力が必要ですか？ OSだけでなく、ランタイムアプリケーションもサポートするために必要なものを考慮してください。
• どのくらいのメモリが必要ですか？ メモリサイズは、OSまたはRTOSのどちらかを選択する際の重要な決定要因になる可能性があることに注意してください。

この演習では、上記の機能の優先順位をどのように設定するかは、OSで探している機能に確実に影響します。 たとえば、アンチロックブレーキシステムのようなミリ秒の応答を優先するデバイスは、チケットキオスクで見つかったものとは異なるOSを使用す より高速な処理速度を持つOSの恩恵を受けるデバイスの例には、フィットネストラッカー、スマートフォン、産業用自動機械などがあります。

IoTエッジデバイス用のリアルタイムオペレーティングシステムの利点

Azure RTOS(Real Time Operating System)は、リソースに制約のあるデバイスで信頼性の高い超高速パフォーマ 速度を念頭に置いて開発され、最も人気のある32ビットマイクロコントローラと組み込み開発ツールをサポートしています。

RTOSを検討しているエッジデバイスでは、その主な目的は、ソフトウェアを”スレッド”と呼ばれる部分に分割し、さまざまな組み込みソフトウェアの”スレッド間の切り替えは非常に迅速に行われ、ユーザーにはほとんど見えず、ほぼ同時の応答時間を可能にします。

このOSは、多くの主要なシリコンパートナーのチップとも互換性があり、既存のIoTソリューションへの実装を容易にすることができます。 さらに、その小さなメモリフットプリントは—わずか2KBの最小-それは利用可能な限られたストレージスペースと小さなデバイスでうまく動作するこ Azure RTOSは、Azure Sphereを含む他のAzureプラットフォームおよびデバイスとも互換性があります。 この2つは、リアルタイム処理機能を備えたaを必要とする人にとって理想的です。

ウェルチアリンプロトコル株式会社 医療機器に特化した企業であるAzure RTOS ThreadXの処理速度と限られたメモリフットプリントをウェアラブルワイヤレスモニターに活用しました。 このOSに切り替えると、welch Allynチームはサードパーティのシステムのデバッグに時間を費やすのではなく、アプリケーションの実装に集中することが容易に

3)このOSはデバイスにセキュリティをもたらしますか？

間違いなく、あなたが構築するすべてのデバイスがその設計にセキュリティを考慮することが不可欠です。 これは、あなたがそれで実行することを選択したOSにも当てはまります。 1つの侵害されたIoTデバイスは、とりわけ、データの盗難やプロセスの中断を引き起こす可能性があります。 また、検索するセキュリティ機能のレベルは、処理されるデータの機密性、およびintelligent edgeデバイスを使用する業界またはアプリケーションによっても異な 考慮すべき側面は次のとおりです:

• それは多層ソフトウェア防衛および回復可能な保証を提供するか。
• 暗号化と認証ベースの認証を使用して安全な接続を持っていますか？
• 動的区画化をサポートしていますか？

Windows for IoTエディションのセキュリティ機能に関しては、ハードウェアにサポート手段があるため、Windows10IoT Coreはリソースに制約のあるIoTデバイスにエンタープライズレベルサポートを提供するように設定されています。 一方、Windows Server IoT2019には、silicon-to-cloudセキュリティの層が装備されています。 同様に、Windows10IoT Enterpriseには、Windows Defender Advanced Threat Protection、Unified Write Filter(UWF)、App Lockerなど、固定目的デバイスの基本的なセキュリティ対策と高度なセキュリティ対策が含まれています。

紺碧の球: silicon-to-cloud IoT device security and integration

WINDOWS for IoTは、MPUクラスの処理能力または豊富なユーザーエクスペリエンスを備えたデバイス向けにクラス最高のソリューションを提供しますが、Azure Sphereは、ハードウェア、ソフトウェア、およびクラウドにおけるマイクロソフトのセキュリティ革新と専門知識を備えたIoTデバイスを強化するために使用される包括的なIoTデバイスセキュリティソリューションです。 つまり、Azure Sphere認定のハードウェア、Azure Sphereオペレーティングシステム、およびAzure Sphereセキュリティサービスで構成される接続されたデバイスを作成し、進行中のOSとセキュリティ更新プログラムを使用することができます。 Azure Sphere OSはLinuxベースであり、保護と継続的なセキュリティ更新プログラムのレイヤーを通じて詳細な防御を提供します。

Azure Sphereは、デバイスを積極的に保護するための詳細な防御とセキュリティの基盤を提供することに加えて、パブリックまたはプライベートの任意のクラウ Azure Sphereを実行している間に他のクラウドに接続してアプリデータを取得したり、Azure SphereをVisual StudioやAzure IoTと一緒に使用して効率を最適化したりすることで、堅牢な戦略が可能になります。 たとえば、開発者が基盤となるインフラストラクチャを管理せずにIoTアプリケーションを作成できる、完全に管理されたサービスとしてのソフトウェア(SaaS)IoTアプリプラットフォームであるIoT Centralを、Azure Sphereの統合セキュリティソリューションと組み合わせることができます。 これにより、IoTデバイスと製品の構築、監視、および管理に必要な基盤が提供されます。

VERSE Technologyは、Azure Sphereを使用して、世界最大のベーキング企業の一つであるGrupo BimboのIoTソリューションを作成しました。 さまざまなエッジデバイスやセンサー用のプラットフォームにストリーミングされたすべてのデータを接続するAzure IoT Hubから、このすべてのデータを格納するAzure SQL Databaseに接続するazureをベースにしたBimbo用の接続ソリューションを設計したため、同社は競合他社よりも迅速にプロトタイプ、応答、および構成を行うことができました。 さらに、AZURE Sphereを使用して、VERSEは工場内でエンドツーエンドのセキュリティを提供するための次世代センサーの作成に取り組んでいました。 センサーは工場内の物理的な資産の安全を監視するのに役立つだけでなく、その敏感なセンサーデータは保護されたままです。 この全体的な接続と統合の容易さにより、VERSEはBimbo factoryデバイスのパッチワークをエンドツーエンドのunityを備えたクラウドプラットフォームに変えることができ

4)このOSはスケーラビリティを提供していますか？

ほとんどの操作は時間の経過とともに変化しますが、IoTソリューションで大きな成長を期待している場合は、どのタイプのデバイスにも拡張できるオ スケーラブルなOSを備えたIoTエッジデバイスを構築することは、将来、別のシステムに対応するために大規模な変更を加える必要がないことを意味し スケーラブルなOSは、出力速度を変更することなく、追加のリソースを処理することができます—いくつかは、複数のデバ Windows10IoT Core、Windows10IoT Enterprise、Windows IoT ServerなどのWindows for IoTエディションはすべて、システムのスケーラビリティと相互運用性を念頭に置いて設計されています。

マイクロソフトのパートナーであるPharmIDは、windows10IoT Coreオペレーティングシステムを使用して、薬物データを収集および分析するための薬物検証ソリ 個々の医師は、彼らが処方し、病院や薬局が出入りしているものを監視することができます薬を確認するためにソリューションを使用しています。 Windows10IoT Coreを使用することにより、PharmIDとその顧客は、企業規模のリソース要件なしに企業の拡張性に頼ることができます。 PharmIDは、r&Dの大規模な投資や顧客操作への中断なしに、新しいアプリケーションサービスや機能を継続的に構築して提供することができます。

包括的なクラウドからエッジへの経験のためのビルド

最終的には、あなたが選択したOSは、パズルの一つだけです。 また、デバイスがどのように使用されるか、および完全なソリューションを作成するために必要となる統合の種類を事前に検討することをお勧めし クラウドリソースとエッジ環境の管理から、オンプレミスデータの分析と処理、クラウドインテリジェンスと分析をエッジデバイスに拡張するまで、エッジテクノロジでできることはたくさんあります。

また、IoT edgeデバイス用のWindows、Azure RTOS、Azure Sphereなど、利用可能なMicrosoftオペレーティングシステム全体で共通している利点は、他のAzureプラットフォームやサービスと簡単に統合できるため、高度にカスタマイズされた柔軟なIoTアプリケーションを開発できることです。

Azure IoT Edgeは、このエッジとクラウドの統合を念頭に置いて設計された一例にすぎません。 Azure IoT Hub上に構築された完全に管理されたサービスであるため、特定のワークロードをネットワークのエッジに移動できるため、デバイスはクラウドとの通信に時間をかけず、ローカルの変更により迅速に対応し、オフライン期間が延長されていても確実に動作します。 さらに、コンテナエンジンをサポートするLinuxまたはWindowsデバイスで動作します。

IoTオペレーティングシステムを評価するための追加リソース

これらは、IoTエッジデバイスのOSを選択する際に考慮すべき側面のほんの一部です。 また、エッジデバイスの用途やアプリケーションに基づいて、優先順位を付けるために重要な機能を把握することから始めることが重要です。 利用可能なIoTオペレーティングシステムの詳細については、次の追加リソースを参照してください:

• windows for IoTホワイトペーパー:インテリジェントエッジの基盤
• Windows for IoTでIoTデバイスを構築する:デバイス開発者向けの新しいプラットフォームの更新
• リアル: 高度にセキュリティで保護されたデバイスの七つのプロパティ
• Azure IoT:インテリジェントエッジからクラウドへの可能性を確認