IoT アプリケーションにおける Kubernetes の重要性

Kubernetes を使用すると、開発チームは IoT サービスへの変更を迅速に検証、展開、デプロイできます。

Kubernetes は、クラウドネイティブ アプリケーションをデプロイするためのサービスです。クラウド アプリケーションは IoT デバイスや製品に関連付けられているため、Kubernetes を使用して IoT アプリケーションを構築する必要があります。

IoT 分析は、セキュリティ、レイテンシ、自律性、コストの理由により、クラウドからエッジへと移行しています。ただし、エッジにある数百のノードに負荷を分散して管理するのは複雑な作業になる可能性があります。したがって、エッジ デバイスの負荷を分散および管理するには、Kubernetes などの軽量で本番環境レベルのソリューションを使用する必要があります。

Kubernetes とは何ですか?

Kubernetes または K8s は、アプリケーション開発者がクラウドネイティブ アプリケーションを簡単にデプロイ、拡張、管理できるようにするコンテナー オーケストレーション システムです。さらに、コンテナ化はクラウドネイティブ アプリケーションのライフサイクルを簡素化するのに役立ちます。

Kubernetesの仕組み

Kubernetes デプロイメントが機能している場合、通常はそれをクラスターと呼びます。 Kubernetes クラスターは、基本的に、コントロール プレーンとノードの 2 つの部分から構成されると考えられます。

Kubernetes では、各ノードは独自の Linux 環境です。物理マシンでも仮想マシンでも使用できるという柔軟性があります。 Kubernetes の各ノードは、コンテナを含むポッドを実行します。

コントロール プレーンは、実行中のアプリケーションの種類や、それらが使用しているコンテナ イメージなど、クラスターの望ましい状態を維持するなどのタスクを主に担当します。コンピューティング マシンが実際にアプリケーションとワークロードの実行を担当していることに注意することが重要です。

Kubernetes は Linux などのオペレーティング システム上で実行され、ノード上で実行されているコンテナ ポッドと通信します。

Kubernetes コントロール プレーンは、管理者 (または DevOps チーム) からの指示を受け取り、それをマシンに転送します。

このメカニズムは多くのサービスでうまく機能し、特定のタスクに最適なノードを自動的に選択します。その後、必要なリソースを割り当て、そのノード内のポッドに作業を委任します。

Kubernetes は船のようなものです。

Kubernetes はギリシャ語で「船長」または「船長」と訳され、コンテナ船の例えの元になっています。船長は船の責任者です。したがって、Kubernetes は情報技術分野におけるコンテナのキャプテンまたはオーケストレーターと考えてください。

Docker コンテナを梱包箱と考えてください。同じ目的地に発送する必要がある箱は、一緒に保管し、同じコンテナに積み込む必要があります。この例えでは、梱包箱が Docker コンテナであり、配送コンテナがポッドです。

貨物船に求められるのは、安全に目的地に到着し、海上での嵐を回避することです（インターネット）。 Kubernetes は船長として機能し、船をスムーズな航路に沿って操縦します。つまり、Kubernetes の監視下にあるすべてのアプリケーションが確実に管理されるようにします。

Kubernetes は Pod に独自の IP アドレスを提供し、iptables を使用するとユーザーはネットワーク トラフィックを制御できます。

クリエイティブに示されているように、Kubernetes では、iptables が eBPF に置き換えられます。

IoT アプリケーションを開発するために Kubernetes を使用する必要があるのはなぜですか?

Kubernetes を使用した IoT アプリケーション開発のための DevOps

IoT ソリューションは、顧客と市場の需要を満たすために、新しい機能やアップグレードを迅速に提供できる必要があります。 Kubernetes は DevOps チームに統一されたデプロイメント方法を提供し、新しいサービスを迅速かつ自動的にテストおよびデプロイできるようにします。 Kubernetes では、ローリング アップグレードの形式でゼロ ダウンタイムのデプロイメントが可能になります。重要な製造業務で使用されるようなミッションクリティカルな IoT ソリューションを、プロセスを中断することなく、顧客やエンドユーザーへの影響を最小限に抑えて更新できるようになりました。

IoTアプリケーションのスケーラビリティ

スケーラビリティは次のように定義されます。追加のリソースを活用して増加する作業量を効果的に管理するシステムの能力は、IoT 開発者にとって依然として課題となっています。したがって、スケーラビリティは多くの IoT ソリューションにとって基本的な課題となります。

無数のデバイス接続を処理およびサービスし、大量のデータを送信し、リアルタイム分析などのハイエンド サービスを提供するには、IoT 展開のニーズに基づいて柔軟にスケールアップおよびスケールダウンできる展開インフラストラクチャが必要です。 Kubernetes を使用すると、開発者はさまざまなネットワーク クラスター間で自動的にスケールアップおよびスケールダウンできます。

高可用性システム

多くの IoT ソリューションは、高い信頼性と可用性が求められるビジネス/ミッションクリティカルなシステムと見なされています。たとえば、病院の緊急医療施設にとって重要な IoT ソリューションは、すぐに利用できる必要があります。 Kubernetes は、高可用性サービスを展開するために必要なツールを開発者に提供します。

Kubernetes のアーキテクチャでは、ワークロードを互いに独立して実行することもできます。さらに、エンドユーザーへの影響をほとんど与えずに再起動できます。

クラウドリソースの効率的な利用

Kubernetes は、クラウド リソースの使用を最大限に活用することで効率を向上させます。 IoT クラウド統合は通常、デバイスの接続と管理、データの取り込み、データの統合、分析、IT および OT システムとの統合を処理するリンクされたサービスのセットです。これらのサービスは、多くの場合、Amazon Web Services や Microsoft Azure などのパブリック クラウド プロバイダー上で実行されます。

したがって、これらのサービスの管理と展開にかかる全コストを計算する際には、クラウド プロバイダーのリソースを最大限に活用することが重要です。 Kubernetes は、基盤となる仮想マシンの上に抽象化レイヤーを追加します。管理者は、単一の VM に単一のサービスを展開するのではなく、最も適切な数の VM に IoT サービスを展開することに集中できます。

IoT エッジの展開

エッジ ネットワークに IoT サービスを展開することは、IoT ビジネスにとって重要な進展です。たとえば、予測保守ソリューションの応答性を向上させるには、監視対象の機器の近くにデータ分析や機械学習サービスを導入する方が効果的かもしれません。データ分析や機械学習サービスを監視対象デバイスの近くに展開する方が効果的かもしれません。

システム管理者と開発者は、IoT サービスを分散型および連合型の方法で実行する際に、新たな管理上の問題に直面します。一方、Kubernetes は、エッジで IoT サービスを起動するための単一のフレームワークを提供します。実際、新しい Kubernetes IoT ワーキング グループは、IoT Cloud と IoT Edge に標準化されたデプロイメント アーキテクチャを提供する方法に取り組んでいます。

IoT アプリケーションで負荷分散が必要なのはなぜですか?

負荷分散とは、サーバー ファーム内の複数のサーバー間でネットワークまたはアプリケーションのトラフィックを体系的かつ効率的に分散することです。各ロード バランサは、クライアント デバイスとバックエンド サーバーの間に配置されます。着信要求を受信し、要求/作業を処理できる利用可能なサーバーに配布します。

Kubernetes における最も基本的な負荷分散は負荷分散であり、これはスケジューラ レベルで簡単に実行できます。 Kubernetes は 2 つの負荷分散方法を導入しており、どちらもサービスが使用する仮想 IP を管理する Kube-proxy と呼ばれる機能を通じて動作します。

Kubernetesなどのクラウドネイティブプラットフォームの導入の原動力

今日、多くの組織がデジタル変革の段階にあります。このフェーズでの主な目標は、顧客、サプライヤー、パートナーとのつながり方を変えることです。これらの組織は、IoT プラットフォーム、IoT データ分析、機械学習などのテクノロジーが提供するイノベーションを活用して、企業の IT および OT システムを近代化しています。彼らは、新しいデジタル製品の開発と展開の複雑さにより、新しい開発プロセスが必要であることを認識しています。その結果、Kubernetesなどのアジャイル開発やインフラストラクチャツールに頼るようになった。

最近、Kubernetes は、クラウドネイティブ展開で最も一般的に使用される標準コンテナ オーケストレーション フレームワークになりました。 Kubernetes は、新しいマイクロサービス アーキテクチャへの移行をサポートしたい開発チームにとって、主要な選択肢となっています。また、継続的インテグレーション (CI) と継続的デプロイメント (CD) のための DevOps 文化もサポートします。

実際、Kubernetes は、IoT アプリケーションの構築と展開時に開発チームが直面する複雑な課題の多くを解決します。そのため、マイクロサービスを使用して IoT アプリケーションを構築することがトレンドになっています。

Kubernetes による IoT アプリケーション開発の今後の動向

Kubernetes プロダクションオペレーション 2.0

優れた俊敏性と柔軟性を備えた本番環境で Kubernetes を正常に導入した後、生産および製造分野の企業は、さまざまなニーズを満たすために Kubernetes クラスターでワークロードをさらに拡張することを検討しています。

Kubernetesネイティブソフトウェアのブーム

ソフトウェアをコンテナの一部として実行する必要性は、Kubernetes の機能的目的と一連のアーキテクチャ要素とともに、Kubernetes の初期の頃から存在していました。ただし、Kubernetes を最大限に活用するには、個々のニーズに合わせて調整およびカスタマイズする必要があります。ただし、Kubernetes の利点を最大限に活用し、最新の運用モデルに適応するには、調整が必要です。 Kubernetes は現在、開発者がプラットフォーム上で直接アプリケーションを構築できる段階まで進化しています。したがって、Kubernetes は今後数年間で、最新のアプリケーション アーキテクチャの決定要因としてますます重要になるでしょう。

エッジにおけるKubernetes

Kube Edge は現在、Kubernetes と Docker のシームレスな管理と展開機能を促進するエキサイティングなプロジェクトです。また、パッケージ化されたアプリケーションがデバイス上またはエッジでスムーズに実行されるようになります。

その結果、Kubernetes コミュニティは急速に拡大し、進化してきました。これらの進歩により、スケーラブルで信頼性が高く、最も困難な環境でも簡単に導入できるクラウドネイティブ IoT ソリューションの作成が可能になります。