AWS IoT で最新のコネクテッドカープラットフォームを構築する

はじめに

AWS は AWS IoT でコネクテッド ビークル プラットフォームをモダナイズし、構築するための新しいアーキテクチャーガイダンスとデザインパターンを発表します。今日、自動車メーカー (OEM) は、提供するハードウェアやスペックだけでなく、革新的なソフトウェア主導のコネクティビティ機能によって、ポートフォリオを差別化しています。車両コネクティビティを備えて、車両データ（テレメトリ）を収集することにより、自動車メーカーは以下のような、より高度な機能を構築し提供しています：

• ソフトウエアデファインドビークル (SDV) と無線アップデート (OTA) により、車両のライフタイムに渡って車両機能を向上（例、自動運転など）
• インテリジェントなマッピングと位置情報サービス（スマートパーキング、交通予測）
• 車両のジオフェンシング（家族の位置を特定）
• インフォテインメントおよびエンターテインメント・サービス（ダイナミック アプリ ストア）
• ドライバーサポートの強化（居眠り運転アラート）
• 車両セキュリティモード（接続された車両カメラからのイベントベースの録画とライブ・ストリーミング）
• リモート車両操作（リモートスタート、車両のロック/アンロック、デジタルキー）

コネクテッド ビークル プラットフォームは、車両のテレメトリを収集し、クラウドに送信するプロセスを簡素化し、AWS サービスが取り込んだデータを収集、分析、処理することを可能にします。Honda や WirelessCar のような自動車会社は、サービスのパフォーマンス、スケーラビリティ、費用対効果、柔軟性に基づいて、コネクテッド ビークル プラットフォームに AWS IoT を採用しています。レガシーな車両プラットフォームやオンプレミスの技術スタックを維持する多くの企業は、クラウドネイティブなアーキテクチャに移行することでシステムをモダナイズしています。この記事では AWS IoT Core や AWS IoT FleetWise のようなサービスを、最新のコネクテッド ビークル プラットフォーム アーキテクチャの一部としてどのように利用できるかを紹介します。

MQTT メッセージブローカーの利点

メッセージブローカーは、車両とクラウド間の双方向で安全な通信を提供するため、コネクテッド ビークル アーキテクチャの中心となります。コネクテッド ビークルのメッセージブローカーのデファクトスタンダードである MQTT は、車両とクラウド間の常時接続を可能にします。断続的な接続性（地下トンネルを走行する車両など）でも MQTT はバッファリング、キューイング、車両接続が再確立された際の同期を難なく処理します。 MQTT は軽量で、クラウドとの効率的な通信を可能にし、エッジでの消費電力を削減するため、コネクテッド ビークル プラットフォームに理想的な通信プロトコルです。リクエスト/レスポンスや複数の TLS ハンドシェイクの代わりに常時接続を利用するため、他のプロトコル (HTTP など) ではよりコストがかかり、効率も悪くなります。

AWS IoT Core はマネージド MQTT メッセージブローカーを提供し、毎日接続される何億ものデバイスを既にサポートしているため、自動車メーカーはスケーリングや弾力性、ピーク需要に対応するためのコンピューティングインフラのプロビジョニングについて心配する必要がありません。 AWS IoT Core は、マルチリージョン機能と従量制の使った分だけ支払う実用的な価格モデルにより、数百万台の車両を容易に拡張し、確実に処理します。マネージド AWS IoT サービスに移行することで、お客様は運用コストとサードパーティのテクノロジーライセンスのコストを削減できます。 AWS IoT Core はグローバルで利用できるため、お客様は現地のデータ保存、主権、プライバシー要件に準拠できます。サービスのアップタイムと可用性に対するコミットメントとして、 AWS は AWS IoT Core の Service Level Agreement を提供しています。

コネクテッド ビークル アーキテクチャの文脈では、 AWS IoT Core は、世界中の地域の車両がクラウドと安全に通信するために使用するコネクティビティレイヤー(業界標準のマネージド MQTT メッセージブローカー) を提供します。 AWS IoT Core MQTT ブローカーは、パブリッシュ / サブスクライブメカニズムを利用したイベントドリブンアーキテクチャを可能にします。この通信プロトコルは、コスト効率の高いストレージ、オンデマンドの高性能コンピュート、機械学習サービスの豊富なポートフォリオ、その他多くの AWS サービス統合のために、車両が他のダウンストリーム AWS サービスと安全に接続し、通信することも可能にします。

AWSは最近、MQTT v5 のフルサポートを発表し、コネクテッド ビークルのユースケースをさらに拡大すると発表しました。 MQTT v5 には、コネクテッドプラットフォームに適用される以下のような新機能があります：

• メッセージの有効期限とリクエスト / レスポンスオプションによるコンパニオンアプリ開発の柔軟性
• Protobuf サポートとユーザープロパティによる、より強力なデバイスメッセージング
• 共有サブスクリプションを利用することで、インジェスト処理アプリケーションをより簡単に拡張可能
• トピックエイリアスとセッションの有効期限によるリソース管理の向上

これらの MQTT v5 の新機能により、多くのお客様が、オンプレミスまたはサードパーティソリューションでホスティングされた既存のインプロダクション MQTT メッセージブローカーを、マネージド MQTT サービスのために AWS IoT Core に移行しています。これにより、現在のプラットフォームとの機能パリティを維持し、インフラストラクチャを管理するための運用オーバーヘッドを削減することで、コストとエンジニアリング時間を節約することができます。

既存のコネクテッド ビークル プラットフォームのモダナイズ

AWS は最近 AWS IoT でコネクテッド ビークル プラットフォームを構築するための新しいリファレンスアーキテクチャのセットを発表しました。これは、本番環境で利用中のレガシープラットフォームの近代化に伴うリスクを最小化するために、既存の車両の設定を固定したまま、 AWS IoT Core への移行が容易であることを示すことに焦点を当てています。最新の MQTT v5 機能により OEM はベンダーロックインを回避し、現在のコネクテッドビークルのワークロードをシームレスに更新し、インジェストエンドポイントを AWS IoT Core に切り替えることで、マネージド MQTT メッセージブローカーに移行することができます（既存のプラットフォームが MQTT 3.1 または MQTT v5 仕様に準拠し、適切に実装されている限り）。これにより OEM は現在のメッセージブローカーをモダナイズし、他の AWS サービス（ストレージ、コンピュート、機械学習、アナリティクス、可視化ツールなど）に簡単にアクセスできるようになります。

モダナイゼーション リファレンス アーキテクチャーは、コネクテッド ビークル プラットフォーム内の最も一般的な機能に関するハイレベルなガイダンスを提供します。アーキテクチャに記載されているすべてのユースケースや機能を実装する必要はありません。その代わりに、ベストプラクティスの技術ガイダンスと再現可能なデザインパターンを提供し、 AWS IoT Core と MQTT v5 のパワーを説明することを目的としています。リファレンスアーキテクチャを実装するために、 mTLS 、 MQTT 、および適切な暗号ライブラリ（例えば AWS IoT Core に接続するために必要な要件をサポートする OpenSSL ライブラリ）を使用して AWS IoT Core に安全に接続するために車両がプロビジョニングされている（またはされる予定である）という基本的な前提があります。 MQTT メッセージブローカーを AWS IoT Core に移行することで、既存の車両プラットフォームのパブリッシュとサブスクライブのメカニズムをそのまま動作させることができます。移行を完了するために、クラウド内のロジックが更新され、車両から送信されたデータペイロードを処理するように構成されます。

AWS re:Invent 2022 で Mercedes-Benz Research & Development North America はメッセージブローカーのモダナイズ化のアプローチを発表し、メッセージブローカー実装の複雑さを軽減し、コストを削減するために数百万台の車両を AWS IoT Core に移行した方法を説明しました。 彼らにとって、近代化されたパブリッシュ/サブスクライブ アーキテクチャは、トラブルシューティング、デバッグ、トレース機能のために、車両単位でより良い観測性を提供します。ストリーミングアーキテクチャとメッセージブローカーの更新により、遠隔測定収集とコマンド/制御オペレーションを分離することができ、本番ワークロードの迅速な反復と Amazon Kinesis などの他のダウンストリーム AWS サービスとのシームレスな統合が可能になりました。

このメッセージブローカーのモダナイズ化のアプローチにより OEM はいくつかの簡単なステップで AWS IoT Core への移行を開始することができ、コネクテッド・ビークル・プラットフォームの運用、観測可能性、拡張性に即座に影響と価値を提供することができます。

新しい次世代コネクテッド・ビークル・プラットフォームの構築

MQTT v5 と AWS IoT Core で新しい次世代コネクテッド ビークル プラットフォームを構築しようとする、あるいは既存の AWS IoT Core プラットフォームを MQTT v5 の新機能で拡張しようとする OEM 、自律走行車スタートアップ、テレマティクス ソリューション プロバイダーのために、コネクテッドプラットフォームの主要な要素と機能に焦点を当てた新しいコネクテッド ビークル リファレンスアーキテクチャを公開しました。これは AWS IoT と関連する AWS サービスで次世代コネクテッド ビークル プラットフォームを構築するためのベストプラクティスの設計または青写真であり、最新のクラウドネイティブアプローチで可能性を実証します。

このアーキテクチャは AWS IoT Core と AWS IoT FleetWise で車両をクラウドにセキュアに接続するために必要な車両側のコンポーネントから始まります。 AWS IoT Core との通信には X.509 証明書と秘密鍵による相互 TLS(mTLS) 認証が必須となります。 AWS は IoT SDK を提供しており、カスタマイズしてコネクテッド・ビークルのソフトウェア・スタックに統合することができます。 AWS IoT Core に接続するために、 AWS は車両に特定のソフトウェアをデプロイすることを要求または義務付けていません。 AWS IoT FleetWise をコネクテッドプラットフォームに含めるために AWS はオープンソースで軽量の AWS IoT FleetWise Edge Agent を提供しており GitHub からダウンロードできます。 FleetWise Edge Agent は、車両の CAN バスからの信号をデコードし、条件やイベントに基づいてデータをクラウドに送信し、クラウド上の AWS IoT FleetWise サービスと連携してデータを保存し、アクションを実行し AWS アカウントに送信されたデータを配信します。

マルチリージョンのデプロイメントのために AWS は車両がクラウドインフラストラクチャに接続する方法を管理するために顧客が設定するルールに基づいて、車両が通信すべき最も近いブローカーを識別する Route53 ジオロケーションルーティングを使用するシンプルなデザインパターンを持っています。また Route53 に初めて接続する際に、車両のブートストラップ構成として使用できる動的トピックとサブスクリプションに関するガイダンスも提供します。

AWS IoT FleetWise は 自動車業界向けに構築された初の AWS サービスであり、クラウドファーストアプローチを使用して車両をモデル化し、それらのモデルでデータ収集キャンペーンを展開します。 AWS IoT FleetWise は AWS IoT Core と連携して動作し AWS IoT Core と同じ認証メカニズムを使用してデータを集約し AWS に送信します。

まとめ

新しい IoT リファレンスアーキテクチャのガイダンスは AWS IoT でコネクテッドビークル・プラットフォームを構築している AWS の顧客とパートナーに、ガイダンスとベストプラクティスを示し、提供することを意図しており、修正なしでデプロイされなければならない包括的でモノリシックなアーキテクチャであることを意図していません。このアーキテクチャは、ディスカッション、ブレーンストーミング、車両のライフサイクルを通じた長期的な運用と保守性のために最適化された最新の次世代コネクテッドビークル・プラットフォームを構築するための基礎となる青写真の出発点として意図されています。技術的なアーキテクチャーを超えた、より規定的なガイダンスについては AWS IoT for Automotive ワークショップやAWSホワイトペーパー 「Designing next generation vehicle communication platforms on AWS IoT Core」 を参照することを推奨します。また AWS アカウントチームと連絡を取り、ブレインストームやその他の技術セッションをスケジュールし、AWSのサブジェクトマターエキスパートがお客様のビジネスと技術要件を満たす最適なAWSアーキテクチャの設計を支援することをお勧めします。

この記事は Adam Givens と Lowry Snow によって書かれた Building and Modernizing Connected Vehicle platforms with AWS IoT の日本語訳です。この記事は シニア プロトタイピング ソリューション アーキテクトの市川 純が翻訳しました。