Raspberry PIへの Internet of Things Edge Platform のセットアップ

この記事は SAP IoT services for SAP BTP for the Cloud Foundry EnvironmentのEdge PlatformをRaspberry PIにセットアップしたときの備忘録です。

Internet of Things Edge PlatformをRaspberry PIにセットアップする場合、メモリが2GB以上ないとgatewayを起動させることが出来ないことに注意が必要です。つまり、Raspberry PI4のメモリが大きめのモデルでないと動作させることが出来ません。Raspberry PI 3やZEROなどではメモリの問題で動作させることが出来ませんでした。

今回は私は以下のバージョンのOSを使用しています。

pi@raspberrypi:~ $ uname -a Linux raspberrypi 5.10.17-v7l+ #1403 SMP Mon Feb 22 11:33:35 GMT 2021 armv7l GNU/Linux

注意１：私はRaspberry PI 4の4GBメモリモデルを使用しています。2GBモデルでも動作すると思うのですが、テストはしていません。

注意２：ひょっとしたら様々なパラメータや後から入れるメモリ関連のパッケージを駆使することでメモリ2GB以下のRaspberry PIでも動作させることが可能かもしれません。

まずはIoTコックピットにアクセスして必要な情報をメモしましょう。ログインして使用するテナントを選択してください。

ブラウザのURL欄を確認します。以下のようになっているはずです。

これを展開して

https://xxxxxxx-xxxx-xxxxx-xxxx-xxxxxx.xxxx.cp.iot.sap/yyyyyy-yyyyyy-yyyyyy-yyyyyy-yyyyyyyyyy/iot/cockpit/#/tenant/zzzzzzzzzz

上で色を変えた部分を <HOSTNAME>,<INSTANCENAME>,<TENANTNAME>とします。

<HOSTNAME> ＝ xxxxxxx-xxxx-xxxxx-xxxx-xxxxxx.xxxx.cp.iot.sap
<INSTANCENAME> ＝ yyyyy-yyyyyy-yyyyyy-yyyyyy-yyyyyyyyy
<TENANTNAME> ＝ zzzzzzzzzz

（今後の説明で上記を使用します。）

ここはちょっとややこしいです。

<cnf:address>https:/<HOSTNAME>/<INSTANCENAME>/iot/core/api/v1/tenant/<TENANTNAME></cnf:address>

と直します。

最後に56行目です。

ここで、<cnf:gateway>タグを編集してゲートウェイのAlternate IDを指定します。この値はコックピット上のゲートウェイ一覧に表示されます。

Edgeはゲートウェイの一部です。そしてエッジはその特性上は複数使用する可能性がありますからコックピット上でどのエッジデバイスかわかるようにわかりやすいものにしたほうが良いです。

これで編集は完了です。

また、今回はEdgeゲートウェイはEdgeデバイス専用の、安全なネットワーク内に設置すると仮定し、センサーデバイスからEdgeゲートウェイ間の通信は証明書による認証なしで行うこととします。

ゲートウェイを展開したディレクトリ下にある/gateway/config/services/sap.NettyConfiguration,cfgファイルを編集します。

pi@raspberrypi:~/IOTCHCP/gateway/config/services $ vi sap.NettyConfiguration.cfg # Enables a Netty server enabled = true # Host name or IP address to identify a specific network interface on which to listen host = localhost # TCP/IP port on which the server listens for connections port = 8699 # Expose service on https enableSSL = false

enableSSLはディフォルトではtrueとなっていますのでfalseに変更します。

もう一つ、sap.RestAdapterConfiguration.cfgも編集します。

pi@raspberrypi:~/IOTCHCP/gateway/config/services $ vi sap.RestAdapterConfiguration.cfg # Enable/Disable the device authorization checks useDeviceAuth = false

ここのuseDeviceAuthもディフォルトではtrueになっていますのでfalseにします。

平文で送る設定となりますので実際の使用の上では注意してください。

最後にOnboarding Certificateをダウンロードして配置します。

Onboarding Certificateはコックピットのページからダウンロードできます。

ダウンロードしたら必ずファイル名を「gateway-registration-certificate.json」に変更してください。この名前のファイルをgatewayは読み込むようになっています。

このファイルはgatewayディレクトリ下のconfig/certificatesディレクトリに配置します。

certificatesディレクトリが存在しない場合は下記の様に作成してからOnboarding Certificateを配置してください。

pi@raspberrypi:~/IOTCHCP/gateway/config $ mkdir certificates pi@raspberrypi:~/IOTCHCP/gateway/config/certificates $ cd certificates pi@raspberrypi:~/IOTCHCP/gateway/config/certificates $ mv $HOME/gateway-registration-certificate.json ./

Edgeゲートウェイの起動

ここまで行うとようやくゲートウェイを起動できるようになります。

gateway.shを実行します。

pi@raspberrypi:~/IOTCHCP/gateway $ ./gateway.sh （中略） 234 18:12:43,986 [Start Level: Equinox Container: 073cb859-f660-4e54-bafe-1bb28ccef272] INFO  (KeepAliveStarter:64) – *** BUNDLE 2 EVENT for com.sap.iotservices.gateway.command-cache-service_4.69.0[239] – ID=239 234 18:12:44,279 [DiscoveryManager] INFO  (DiscoveryManager:62) – Initialization successfully finished, start loading API endpoint 234 18:12:44,280 [DiscoveryManager] INFO  (DiscoveryManager:71) – API endpoint loaded, start network configuration 234 18:12:44,280 [DiscoveryManager] INFO  (DiscoveryManager:75) – Network configuration performed, retrieving the network nodes 234 18:12:44,280 [DiscoveryManager] INFO  (DiscoveryManager:78) – Nodes successfully retrieved, start node configuration 234 18:12:44,280 [DiscoveryManager] INFO  (DiscoveryManager:642) – +————– Gateway Initialization Complete ———————+

エッジはその名の通りネットワークの末端です。
この末端に置くシステムというのはエンタープライズのシステムと違い、管理者が常時近くにいるわけではないということがほとんどかと思います。私は元々組み込みシステムのエンジニアでもあったのですが、このような環境のシステムで求められるのは、問題が発生したときに現地にいるあまりコンピューターに詳しくない方でも対応できることでした。ただし、詳しくない方ができることというのは限られます。特にLinuxを操作しろというのは難しいでしょう。ただ、電源ボタンを押して再起動してくださいということくらいはできるはずです。
ということで、Raspberry PIの電源を入れたときに自動的にエッジゲートウェイが起動するように設定します。

Raspberry PIでは自動起動させる方法がいくつかありますが、今回はsystemdを使用します。

まず下記のようなファイルを作成します。私はiotedgegateway.serviceという名称で下記のファイルを作成します。

[Unit] Description=SAP IoT Edge Gateway(REST) After=syslog.target[Service] Type=simple WorkingDirectory=/home/pi/IOTCHCP/gateway ExecStart=/home/pi/IOTCHCP/gateway/gateway.sh TimeoutStopSec=5 StandardOutput=null[Install] WantedBy = multi-user.target

*Working DirectoryとExecStartは環境に応じて書き換える必要があります。

このファイルを/etc/systemd/systemにコピーします。これはsudoで行う必要があります。

そしてサービス一覧をリロードして、まずは手動で起動させます。( sudo systemctl start iotedgegateway)

pi@raspberrypi:~ $ sudo mv iotedgegateway.service /etc/systemd/system pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl daemon-reload pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl start iotedgegateway pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl status iotedgegateway ● iotedgegateway.service – SAP IoT Edge Gateway(REST) Loaded: loaded (/etc/systemd/system/iotedgegateway.service; enabled; Active: active (running) since Thu 2021-05-13 16:55:57 JST; 10s ago Main PID: 989 (gateway.sh) Tasks: 25 (limit: 3860) CGroup: /system.slice/iotedgegateway.service ├─989 /bin/bash /home/pi/IOTCHCP/gateway/gateway.sh └─990 java -Dorg.apache.activemq.UseDedicatedTaskRunner=fals 2021-05-13 16:55:57 raspberrypi systemd[1]: Started SAP IoT Edge Gateway(R pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl stop iotedgegateway

正常に起動できたかは sudo systemctl status iotedgegateway で確認できます。

動作していることが確認できたら一旦停止させます。これはsudo systemctl stop iotedgegatewayで行います。

これでサービス化は出来ましたが、自動起動にはなっていません。自動起動に設定するには

pi@raspberrypi:~ $ sudo systemctl enable iotedgegateway

を実行します。Raspberry PIを再起動させてsudo systemctl status iotedgegatewayを実行して確認してみましょう。Activeになっていれば成功です。

　RESTのEdge gatewayをRaspberry PIにセットアップし、動作させてみました。

ここでゲートウェイの選択のポイントをご紹介します。

RESTゲートウェイとMQTTゲートウェイはCloud側にも用意されています。そしてEdge側にも同じMQTTゲートウェイとRESTゲートウェイが用意されています。これには違いが有り、Cloud上のゲートウェイはすべてクライアント証明書による認証が必須です。対してEdge側のゲートウェイは認証方法を選択することが可能で、認証なしということも可能です。これはEdgeゲートウェイはそれなりにセキュリティが確保された同一ネットワーク上に存在する機器からアクセスされるという前提があるためです。それに対しCloudゲートウェイはインターネット上へのアクセスとなるためセキュリティ担保に何らかの機構が必要となり、それでクライアント証明書によるアクセスを要求しています。
Edgeゲートウェイは使用するセンサー、接続する機器が通信機能を有しているものの、証明書を使用した通信が機能的に出来ないという場合に有用です。実際にIoTサービスに接続するのはEdgeゲートウェイであり、それはOnboarding Certificateにより機器の認証がされている状態となります。Edgeゲートウェイ間とセンサー・機器の間のセキュリティを担保すれば良いのです。プライベートな無線LANネットワークで良い場合もありますし、そこにもクライアント証明書による認証を使用するかは要件や機器の仕様次第です。

次回はひょんなことから触ることになったIchigo Jam(＋Mix Juice)をこのRaspberryPI上のRESTゲートウェイを介してSAP IoT services for SAP BTP for the Cloud Foundry Environmentにデータを送ってみようと思います。