チュートリアル: IoT Edge デバイスの階層を作成する

対象： IoT Edge 1.5

重要

IoT Edge 1.5 LTS は、サポートされているリリースです。 IoT Edge 1.4 LTS は 2024 年 11 月 12 日に終了しました。以前のリリースを使用している場合は、「Update IoT Edgeを参照してください。

階層レイヤーに編成されたネットワーク間でAzure IoT Edgeノードをデプロイします。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。

最上位レイヤーのみがクラウドに接続できるようにデバイスの階層を構成し、下位レイヤーは隣接するアップストリームレイヤーとダウンストリームレイヤーとのみ通信できるようにします。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展開し、デバイスをローカルで構成する方法について説明します。このチュートリアルでは、次のタスクを実行します。

IoT Edge デバイスの階層内の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 1 つのポート経由で 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、入れ子になったIoT Edge機能のショーケースを提供するための手動手順と自動化された手順の組み合わせが含まれています。

IoT Edge デバイスの階層の設定を完全に自動化する場合は、Industrial IoT サンプルのスクリプト化された Azure IoT Edge 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、Azure仮想マシンを事前構成済みデバイスとしてデプロイし、ファクトリ環境をシミュレートします。

IoT Edge デバイスの階層を作成して管理する手動手順の詳細を知りたい場合は、「IoT Edge デバイスゲートウェイ階層に関するハウツーガイド」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。

Top レイヤー: このレイヤー IoT Edgeデバイスはクラウドに直接接続できます。
レイヤー: 最上位レイヤーの下のレイヤーにある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 つ以上の中間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、運用環境を表すデバイスを追加します。下位レイヤーのデバイスは、子デバイスと呼ばれます。

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、次のものが必要です。

インターネットに接続されているコンピューター (Windowsまたは Linux)。
有効なサブスクリプションを持つAzure アカウント。 Azure サブスクリプションがない場合は、開始する前に free アカウントを作成します。
無料レベルまたは標準レベルのIoT Hub（Azure）。
Azure Cloud Shell で Azure CLI と Azure IoT 拡張機能がインストールされた Bash シェルを使用する。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 バージョンを実行します。
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。バージョン 1.5 IoT Edge、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。独自のデバイスにIoT Edgeをインストールする場合は、「 Linux 用Azure IoT EdgeのインストールまたはUpdate IoT Edge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 ポータル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 ポータルで確認できます。 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デバイスは階層の構成要素を形成します。このチュートリアルでは、top layer device と lower layer device の 2 つのIoT Edge 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にデバイスを作成します
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、構成のサンプル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のデバイスの配置マニフェストを定義します。 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配置マニフェストでは、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にroute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 セクションでは、ランタイムモジュールは、mcr.microsoft.com ではなく $upstream:443 からプルするように設定されます。 lower レイヤーデバイスは、クラウドからイメージを直接プルできないため、ポート 443 の IoT Edge API Proxy モジュールに Docker イメージ要求を送信します。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に対して行います。

下位レイヤー配置マニフェストの作成の詳細については、「階層を作成するAzure IoT Edge デバイスを接続する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、階層内の各デバイスのIoT Hubおよび構成バンドルにデバイスを作成します。山かっこ内のプレースホルダーテキストを実際の値に置き換えます。

プレースホルダー	説明
ハブ名	IoT Hubの名前。
config-bundle-output-path (設定バンドル出力パス)	構成バンドルを保存するフォルダーパス。
親デバイス名	最上位レイヤーの親デバイス ID 名。
親展開マニフェスト	親デバイスの配置マニフェストファイル。
親-FQDNまたは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。
子デバイス名	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、出力ディレクトリでデバイス構成バンドルを見つけます。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

コマンドに引数として渡された独自の証明書とキーを使用するか、より複雑なデバイス階層を作成します。 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します。最上位レイヤーデバイスと下位レイヤーデバイスの構成は異なります。そのため、デバイスごとに適切な構成ファイルを使用してください。

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、Azure Key Vault などのサービス、またはセキュア・ファイル・コピーなどの関数を使用できます。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持つインストールスクリプトを実行して、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に、いくつかの合格チェックを含む出力が表示されます。ログポリシーと、ネットワークによっては DNS ポリシーに関するいくつかの警告が表示される場合があります。

デバイスモジュールのデプロイ

デバイスのモジュール展開は、IoT Hubでデバイスを作成するときに適用されます。 az iot edge devices create コマンドは、上位層と下位層のデバイスのデプロイ JSON ファイルを適用します。デプロイが完了すると、lower レイヤーデバイスは、IoT Edge API Proxy モジュールを使用してそのイメージをプルします。

ランタイムモジュールIoT Edge Agent および IoT Edge Hub1 に加えて、 top レイヤーデバイスは、Docker レジストリモジュールと IoT Edge API Proxy モジュールも取得します。

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

IoT Edge API Proxy モジュールは、HTTP 要求を他のモジュールにルーティングするため、下位レイヤーデバイスはコンテナーイメージをプルしたり、BLOB をストレージにプッシュしたりできます。このチュートリアルでは、ポート 443 で通信し、Docker コンテナーイメージのプル要求をポート 5000 の Docker レジストリモジュールに送信するように構成されています。 Blob Storage のアップロード要求は、ポート 11002 の AzureBlobStorageonIoTEdge モジュールに送信されます。 IoT Edge API Proxy モジュールとその構成方法の詳細については、モジュールのハウツーガイドを参照してください。

Azure ポータルまたはAzure Cloud Shellでこのようなデプロイを作成する方法については、ハウツーガイドの「top layer device」セクションを参照してください。

次のコマンドを使用して、モジュールの状態を表示します。

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 で報告されたすべてのプロパティを表示します。デバイスの状態を監視するための便利なプロパティには、ランタイムの状態、ランタイムの開始時刻、ランタイムの最後の終了時刻、ランタイムの再起動回数などがあります。

モジュールの状態は、Azure ポータルでも確認できます。 IoT Hubの Devices セクションに移動して、デバイスとモジュールを確認します。

生成されたデータを表示する

シミュレートされた温度センサーモジュールは、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。

Azure Cloud Shell

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

コマンドを実行して構成を確認し、エラーのトラブルシューティングを行います。

ダウンストリームコンピューターが直接インターネットにアクセスできない場合でも、入れ子になった階層でを実行します。

下位レイヤーからを実行すると、プログラムは親からポート 443 を介してイメージをプルします。

値は、レジストリモジュールにリンクされているコンテナーレジストリから取得されます。このチュートリアルでは、既定でに設定されます。

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している場合は、すべてのイメージ (IoTEdgeAPIProxy、edgeAgent、edgeHub、Simulated Temperature Sensor、診断) がコンテナーレジストリに存在することを確認します。

ダウンストリームデバイスが親デバイスとは異なるプロセッサアーキテクチャを使用している場合は、適切なアーキテクチャイメージを使用します。接続されているレジストリを使用するか、ダウンストリームデバイス config.toml ファイル内の edgeAgent モジュールと edgeHub モジュールの正しいイメージを指定します。たとえば、親デバイスが ARM32v7 で実行され、ダウンストリームデバイスが AMD64 で実行されている場合は、ダウンストリームデバイス 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します。

[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

課金を回避するために、この記事で作成したローカル構成と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 ポータルにサインインし、Resource グループ を選択します。
IoT Edgeテストリソースを含む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、ゲートウェイとして 2 つのIoT Edge デバイスを構成し、一方を他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、ゲートウェイを介してダウンストリームデバイスにコンテナーイメージをプルしました。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。

階層を作成するためのAzure IoT Edge デバイスの接続

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Last updated on 2026-03-05