Sébastien TIMONER
Web開発とチームマネジメントのエキスパートとして、高性能なデジタルソリューションの作成と最適化を専門としています。React.js、Node.js、TypeScript、Symfony、そしてIoT向けのZephyr OSなどの最新技術における豊富な専門知識を活かし、offroadLabsにて様々な業界の企業向けに、設計から本番環境までの複雑なSaaSおよびIoTプロジェクトの成功を確実にします。
offroadLabsでは、技術的専門知識と協力的なアプローチを組み合わせたカスタム開発サービスを提供しています。革新的なSaaSソリューションの作成、Zephyr OSを使用したIoTシステムの開発、既存アプリケーションの近代化、またはチームのスキルアップ支援など、各プロジェクトの特定のニーズに合わせた堅牢で高性能なソリューションの提供に取り組んでいます。
エクサンプロヴァンス地域またはフルリモートでのプロジェクトに対応可能です。
IoTとWebがますます融合する世界において、リアルタイムモニタリングインターフェースを作成する能力は重要になってきています。この実践的なチュートリアルでは、IoT向けのZephyr OSとモダンなWeb技術の力を組み合わせて、完全なトラフィックライトモニタリングシステムの作成を探求します。このプロジェクトは、リアルタイムIoTモニタリングの課題と解決策を理解するための具体的な例として役立ちます。
注: Zephyr OSのエキスパートとして、IoT開発プロジェクトのサポートを提供しています。Zephyr OSに関する質問や組み込み開発のニーズについて、メールまたはLinkedIn、GitHubを通じてお気軽にご連絡ください。
このプロジェクトの完全なソースコードはGitHubで入手可能です。
プロジェクト概要
IoTパート:トラフィックライトコントローラー
バックエンド:サーバーと通信
フロントエンド:モニタリングインターフェース
インフラストラクチャとデプロイメント
さらなる展開
IoTデバイスのリアルタイムモニタリングには、状態管理から双方向通信まで、独自の課題があります。私たちの接続されたトラフィックライトプロジェクトは、これらの問題を完璧に示しています:物理デバイスとWebインターフェース間の信頼性の高い同期をどのように確保し、最適なパフォーマンスを維持するか?
この教育プロジェクトは以下を目指しています:
システムは4つの主要コンポーネントで構成されています:
シミュレーションに関する重要な注意: このプロジェクトでは、教育目的でIoTデバイスをDockerコンテナでシミュレーションしています。コントローラーは単に状態変更をログに記録します。実際のデプロイメントでは、このコントローラーは実際のIoTデバイス(Raspberry Pi Picoなど)にインストールされ、GPIOを介して物理的にトラフィックライトを制御します。
Raspberry Pi Picoは、実際の条件でこのプロジェクトを実装するのに最適な選択です:
シミュレーションから実際のデプロイメントに移行するには:
トラフィックライトモニタリングシステムは、IoTデバイスとユーザーインターフェース間の信頼性の高いリアルタイム通信を確保するように設計された、モダンな分散アーキテクチャに依存しています。
IoTレベル
バックエンドレベル
フロントエンドレベル
cpp
typescript
typescript
このプロジェクトは、モダンなIoTとWeb開発の複数の重要な側面をカバーするように設計されています:
以降のセクションでは、Zephyr OSベースのIoTコントローラーから始めて、システムの各コンポーネントを詳しく探求していきます。
Zephyr OSは、組み込みおよびIoTシステムに特に適したオープンソースのリアルタイムオペレーティングシステム(RTOS)です。私たちのプロジェクトでは、以下の主要な利点を提供します:
トラフィックライトコントローラーは、効率的な状態管理と通信のためにZephyr OSの機能を使用して、モダンなC++で実装されています。
cpp
cpp
バックエンドサーバーとの通信は、Zephyr HTTPのAPIを使用する専用クラスによって処理されます。
cpp
cpp
main.cpp
に実装されたアルゴリズムは、安全で調整されたトラフィックライトサイクルを管理します。より複雑なユースケースのために拡張可能な、シンプルでデモンストレーション的な実装を選択しました。
システム初期化
cpp
メインサイクル
状態変更管理
cpp
非同期通信
k_msgq
を介してキューに入れられる安全性と堅牢性
この基本的な実装は以下のように拡張可能です:
カスタマイズ可能なシナリオ
高度な交通管理
動的設定
これらの改善を実装するには:
このシンプルなバージョンは、基本的なIoTとリアルタイム通信の概念を実証するのに完璧に適しています。
prj.confファイルは、プロジェクトのためのZephyr OS機能を設定します。この設定は以下を有効にします:
これらのオプションは、IoTコントローラーがネットワーク経由で通信し、トラフィックライトの状態変更を中央サーバーに送信するために不可欠です。
conf
Linuxのような多くのデフォルトモジュールとドライバーを含む従来のオペレーティングシステムとは異なり、Zephyr OSはミニマリストで高度に設定可能なアプローチを使用します。コンパイル時に、厳密に必要なコンポーネントのみが最終イメージに含まれます:
従来のOSとの違い
Zephyrアプローチの利点
粒度の細かい設定
この「ゼロから」のアプローチにより、IoTの制約に完璧に適応した、高度に最適化され安全なシステムを得ることができます:
プロジェクトはコンパイルにCMakeを使用します:
cmake
このIoT実装は、いくつかの高度な概念を示しています:
イベント駆動プログラミング
リソース管理
堅牢性
次のセクションでは、バックエンドがこれらのIoTコントローラーとの通信を処理し、Webクライアントに更新を配信する方法を見ていきます。
バックエンドは、IoTコントローラーとWebインターフェース間のスムーズな通信を確保するために協力する複数のサービスで構成されています。
APIゲートウェイは、IoTコントローラーのエントリーポイントです。その優れたパフォーマンスのためにBunで実装され、HTTPリクエストを処理し状態の一貫性を維持します。
typescript
WebSocketサーバーは、接続されたWebクライアントへの更新のリアルタイム配信を確保します。
typescript
Redisは、メッセージブローカーと状態ストアの両方として機能し、アーキテクチャの中心的な役割を果たします。
yaml
typescript
バックエンドは複数の重要な通信パターンを実装しています:
Pub/Subパターン
ゲートウェイパターン
オブザーバーパターン
セキュリティとパフォーマンスを確保するために、いくつかの対策が講じられています:
セキュリティ
パフォーマンス
信頼性
次のセクションでは、トラフィックライトシステムの可視化と対話を可能にするNext.jsで開発されたユーザーインターフェースを探求します。
システムのユーザーインターフェースは、モダンな開発のベストプラクティスとヘキサゴナルアーキテクチャに従ってNext.js 15で構築されています。
アプリケーションは、関心の明確な分離を維持するためにヘキサゴナルアーキテクチャ(ポートとアダプター)に従います:
typescript
アダプターはWebSocketを介してバックエンドとの通信を処理します:
typescript
typescript
typescript
typescript
パフォーマンス
アクセシビリティ
保守性
次のセクションでは、アプリケーションのインフラストラクチャとデプロイメントについて説明します。
システムはすべての環境で一貫性のある再現可能なデプロイメントを確保するためにDockerを使用します。
yaml
shell
dockerfile
shell
json
シークレット管理
モニタリング
セキュリティ
最後のセクションでは、アプリケーションのテスト戦略とモニタリングについて説明します。
このプロジェクトをより堅牢で本番環境に対応させるために、いくつかの改善分野を検討できます:
システムの信頼性を確保するために、以下を実装する必要があります:
効果的な本番環境モニタリングのために、以下を追加する必要があります:
パフォーマンス
信頼性
セキュリティ
システムは以下のように拡張できます:
高度なインターフェース
シナリオ管理
スケーラビリティ
エネルギーの自律性が必要なプロジェクト(孤立したサイト、主電源のない地域)のために、いくつかの最適化が必要です:
電力モード
cpp
省エネ戦略
cpp
ソーラーパワー
バッテリーモニタリング
cpp
成功したデプロイメントのために推奨されること:
このプロジェクトは、リアルタイムモニタリングシステムを作成するためのIoTとモダンなWeb技術の成功した統合を実証しています。主な学びには以下が含まれます:
分散アーキテクチャ
モダンな技術
ベストプラクティス
このプロジェクトは、アーキテクチャとパターンを特定のニーズに適応させることで、より複雑なIoTアプリケーションを開発するための基盤として機能します。
このチュートリアルを最大限に活用し、独自のIoTプロジェクトを開発するために、いくつかの実践的な演習を提案します:
簡略化バージョン
IoTシミュレーション
WebSocketsの追加
Redisの統合
独自のバージョンを作成するためのいくつかのアイデア:
他のユースケース
代替技術
各側面を深く理解するために:
公式ドキュメント
サンプルリポジトリ
コミュニティ