SiteWise Edge Gateway を介して OPC UA データを Kinesis Data Streams にストリーム配信する方法

岩佐 孝浩

2022年8月28日

9 min read

Greengrass IoT Kinesis OPC-UA SiteWise

この投稿では、AWS SiteWise Edge Gateway を介して OPC UA データを Kinesis Data Streams にストリーム配信する方法を解説します。デモでは、EC2 インスタンスをダミーの OPC UA サーバーとして構成します。

ダミーの OPC UA サーバーを作成するには、opcua-asyncio Python ライブラリを使用します。以下の手順を実行してください。

1. 必要なパッケージをインストールします。

pip install asyncua

2. サンプルスクリプト (server-minimal.py) を EC2 インスタンスにダウンロードします。

curl -OL https://raw.githubusercontent.com/FreeOpcUa/opcua-asyncio/master/examples/server-minimal.py

3. スクリプトを実行します。

python server-minimal.py

公式ドキュメント に従って Greengrass V2 Core デバイス をセットアップします。インストール後、以下を実行してください。

• aws.greengrass.StreamManager コンポーネントをデプロイします。
• トークン交換ロールに以下の IAM ポリシーを追加し、Kinesis Data Streams へのデータ送信を許可します。

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Action": [
        "kinesis:PutRecord",
        "kinesis:PutRecords"
      ],
      "Resource": "arn:aws:kinesis:*:$YOUR_AWS_ACCOUNT_ID:stream/$KINESIS_DATA_STREAM_NAME"
    }
  ]
}

SiteWise Edge Gateway のセットアップを行います。主な手順は次のとおりです。

1. ゲートウェイ構成: Advanced setup を選択します。

2. データ処理パック: 必要ありません。

3. パブリッシャー構成: スキップします。

4. データソースの追加: OPC UA サーバーの ローカルエンドポイント を指定し、Greengrass ストリーム名 (例: SiteWise_Stream_Kinesis) を設定します。

5. レビュー: 設定を確認し、作成 ボタンを押します。

Kinesis Data Stream を作成し、OPC UA データの宛先として使用します。

ストリーム配信データを永続化するため、以下を使用して Kinesis Data Firehose を設定します。

• ソース: 上記で作成した Kinesis Data Stream
• 宛先: S3 バケット。NDJSON 形式での出力に 動的パーティショニング 機能を使用します。

NDJSON の取り扱いについて詳しくは このブログ記事 をご参照ください。

wasabee.io

動的パーティショニングを活用した Kinesis Data Firehose による NDJSON 処理 | wasabee.io

Greengrass Stream から Kinesis Data Streams にデータをストリーム配信するには、カスタム Greengrass コンポーネント を作成する必要があります。公式ドキュメント をご参照ください。

コンポーネントのファイルを次の構造で整理します。

/
├── kinesis_data_stream.py
├── recipe.yaml
├── requirements.txt
└── stream_manager_sdk.zip

requirements.txt ファイルを作成し、以下のコマンドを使用して必要な依存関係をインストールします。

pip install -r requirements.txt

stream-manager ライブラリは、Greengrass Stream Manager と連携するために不可欠です。

依存関係:

cbor2~=5.4.2
stream-manager==1.1.1

以下のコードで kinesis_data_stream.py を作成してください。このスクリプトは、Greengrass Stream Manager SDK を活用して、データを Kinesis Data Stream にストリーム配信します。

"""
Script to use Greengrass Stream Manager to stream data to a Kinesis Data Stream
See also https://github.com/aws-greengrass/aws-greengrass-stream-manager-sdk-python/blob/main/samples/stream_manager_kinesis.py
"""

import argparse
import asyncio
import logging
import time

from stream_manager import (
    ExportDefinition,
    KinesisConfig,
    MessageStreamDefinition,
    ReadMessagesOptions,
    ResourceNotFoundException,
    StrategyOnFull,
    StreamManagerClient,
)

logging.basicConfig(level=logging.INFO)
logger = logging.getLogger()


def main(
        stream_name: str,
        kinesis_stream_name: str,
        batch_size: int = None
):
    try:
        # Create a client for the StreamManager
        client = StreamManagerClient()

        # Try deleting the stream (if it exists) so that we have a fresh start
        try:
            client.delete_message_stream(stream_name=stream_name)
        except ResourceNotFoundException:
            pass

        exports = ExportDefinition(
            kinesis=[KinesisConfig(
                identifier="KinesisExport" + stream_name,
                kinesis_stream_name=kinesis_stream_name,
                batch_size=batch_size,
            )]
        )
        client.create_message_stream(
            MessageStreamDefinition(
                name=stream_name,
                strategy_on_full=StrategyOnFull.OverwriteOldestData,
                export_definition=exports
            )
        )

        while True:
            time.sleep(1)

    except asyncio.TimeoutError:
        logger.exception("Timed out while executing")
    except Exception:
        logger.exception("Exception while running")
    finally:
        # Always close the client to avoid resource leaks
        if client:
            client.close()


def parse_args() -> argparse.Namespace:
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('--greengrass-stream', required=True, default='SiteWise_Stream_Kinesis')
    parser.add_argument('--kinesis-stream', required=True)
    parser.add_argument('--batch-size', required=False, type=int, default=500)
    return parser.parse_args()


if __name__ == '__main__':
    args = parse_args()
    logger.info(f'args: {args.__dict__}')
    main(args.greengrass_stream, args.kinesis_stream, args.batch_size)

注意点

• stream_manager_sdk.zip ファイルには、Greengrass コンポーネントに必要な SDK を含める必要があります。
• recipe.yaml ファイルを更新し、コンポーネントの設定を含めてください（この投稿には含まれていませんが、デプロイに必須です）。

詳細およびサンプルコードについては、Greengrass SDK ドキュメント をご参照ください。

以下の内容で recipe.yaml ファイルを作成します。この例では、コンポーネント名を jp.co.xyz.StreamManagerKinesis としています。

# Replace $ArtifactsS3Bucket with your value to complete component registration.

RecipeFormatVersion: 2020-01-25

ComponentName: jp.co.xyz.StreamManagerKinesis
ComponentVersion: 1.0.0
ComponentDescription: Streams data in Greengrass stream to a Kinesis Data Stream.
ComponentPublisher: self
ComponentDependencies:
  aws.greengrass.StreamManager:
    VersionRequirement: '^2.0.0'
ComponentConfiguration:
  DefaultConfiguration:
    GreengrassStream: SiteWise_Stream_Kinesis
    KinesisStream: ''
    BatchSize: 100 # minimum 1, maximum 500

Manifests:
  - Platform:
      os: linux
    Lifecycle:
      Install: pip3 install --user -r {artifacts:decompressedPath}/component/requirements.txt
      Run: |
        export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:{artifacts:decompressedPath}/stream_manager_sdk
        python3 {artifacts:decompressedPath}/component/kinesis_data_stream.py \
          --greengrass-stream {configuration:/GreengrassStream} \
          --kinesis-stream {configuration:/KinesisStream} \
          --batch-size {configuration:/BatchSize}
    Artifacts:
      - URI: s3://$ArtifactsS3Bucket/artifacts/jp.co.xyz.StreamManagerKinesis/1.0.0/component.zip
        Unarchive: ZIP

このレシピの ComponentConfiguration には、以下の設定可能なパラメータが含まれています。

コンポーネントファイルをアーカイブし、以下のコマンドを使用して S3 バケットにアップロードします。

S3_BUCKET=<YOUR_BUCKET_NAME>
VERSION=1.0.0

zip component.zip kinesis_data_stream.py requirements.txt
aws s3 cp component.zip s3://$S3_BUCKET/artifacts/jp.co.xyz.StreamManagerKinesis/$VERSION/
rm component.zip

コンポーネントを登録するには、以下の手順を実行してください。

1. 作成した recipe.yaml ファイルの内容をコピーします。
2. $ArtifactsS3Bucket をコンポーネントアーティファクトが存在する S3 バケット名に置き換えます。

以下の手順に従ってコンポーネントをデプロイします。

1. デプロイ をクリックします。

2. コンポーネントの構成 をクリックします。

3. 必要な詳細を入力してコンポーネントの構成を更新します。KinesisStream パラメータには、先ほど作成した Kinesis Data Stream の名前を設定します。

4. 構成を確認し、コンポーネントをデプロイします。

デプロイが完了すると、コンポーネントは Greengrass Stream から指定された Kinesis Data Stream へデータをストリーム配信します。

セットアップを検証するには、以下のコマンドを使用して S3 バケット内のオブジェクトを確認します。

aws s3 cp s3://<YOUR_BUCKET_NAME>/... ./

取得したデータは、以下の例のような形式になっているはずです。

{
  "propertyAlias": "/MyObject/MyVariable",
  "propertyValues": [
    {
      "value": {
        "doubleValue": 7.699999999999997
      },
      "timestamp": {
        "timeInSeconds": 1661581962,
        "offsetInNanos": 9000000
      },
      "quality": "GOOD"
    }
  ]
}

このようなデータが表示されている場合、システムは OPC UA データを Kinesis Data Stream に正常にストリーム配信し、S3 に永続化できています。

この投稿では、EC2 ベースの OPC UA サーバーと AWS SiteWise Edge Gateway を使用して、OPC UA データを Kinesis Data Streams にストリーム配信する手順を説明しました。Greengrass V2、Kinesis、SiteWise などの AWS サービスを活用することで、産業データをスケーラブルなクラウドインフラへ効率的に統合し、永続化することが可能です。

Happy Coding! 🚀