Freigeben über

Was ist Azure IoT (Internet der Dinge)?

  • Artikel

Azure Internet of Things (IoT) ist eine Sammlung von Cloud-Diensten, Edgekomponenten und SDKs, die von Microsoft verwaltet werden und mit denen Sie im großen Stil IoT-Geräte und -Ressourcen verbinden, überwachen und steuern können. Vereinfacht ausgedrückt besteht eine IoT-Lösung aus IoT-Geräten oder -Ressourcen, die mit Clouddiensten kommunizieren.

Eine wichtige Entscheidung beim Entwerfen einer IoT-Lösung ist die Frage, ob eine cloudbasierte oder edgebasierte Lösung verwendet werden soll:

  • Bei einer cloudbasierten Lösung verbinden sich Ihre IoT-Geräte direkt mit der Cloud, in der ihre Nachrichten verarbeitet und analysiert werden. Sie überwachen und steuern Ihre Geräte direkt aus der Cloud.
  • Bei einer edgebasierten Lösung stellen Ihre IoT-Ressourcen eine Verbindung mit einer Edgeumgebung her, die ihre Nachrichten verarbeitet, bevor sie zur Speicherung und Analyse an die Cloud weitergeleitet werden. In der Regel überwachen und steuern Sie Ihre Ressourcen aus der Cloud über die Edgelaufzeitumgebung. Es ist auch möglich, Ihre Ressourcen direkt vom Edge aus zu überwachen und zu steuern.

In den folgenden beiden Abschnitten erhalten Sie eine allgemeine Übersicht über die Komponenten in typischen cloudbasierten und edgebasierten IoT-Lösungen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die wichtigsten Komponentengruppen: Geräte, Ressourcen, IoT-Clouddienste, Edgelaufzeitumgebung, andere Clouddienste und allgemeine Überlegungen zur Lösung. Weitere Artikel in diesem Abschnitt enthalten ausführlichere Informationen zu den einzelnen Komponenten.

Eine cloudbasierte Lösung ist ein integrierter Satz von IoT-Geräten, -Komponenten und -Diensten, die bestimmte Anforderungen eines Unternehmens erfüllen und Geräte direkt mit der Cloud verbinden. Ein Beispiel für eine cloudbasierte Lösung ist eine Flotte von Lieferwagen, die Telemetriedaten zur Analyse und Visualisierung an die Cloud senden:

Diagramm, das die allgemeine IoT-Lösungsarchitektur für cloudbasierte Lösungen zeigt.

Sie können cloudbasierte Lösungen mit Diensten wie IoT Hub, Gerätebereitstellungsdienst und Azure Digital Twins erstellen.

Eine edgebasierte Lösung ist ein integrierter Satz von IoT-Geräten, -Komponenten und -Diensten, die bestimmte Anforderungen eines Unternehmens erfüllen und Geräte mit Edgediensten in der Nähe verbinden. Ein Beispiel für eine edgebasierte Lösung ist eine Fabrik, in der Ihre industriellen IoT-Ressourcen aus einem der folgenden Gründe eine Verbindung mit lokalen Diensten herstellen:

  • Die Ressourcen kommunizieren mit lokalen Netzwerkprotokollen wie OPC UA.
  • Aufgrund von Sicherheitsbedenken dürften die Ressourcen keine direkte Verbindung mit dem öffentlichen Internet herstellen.

Eine edgebasierte Lösung kann weiterhin Daten von Ihren Ressourcen zur weiteren Verarbeitung wie Analyse und Visualisierung an die Cloud weiterleiten:

Diagramm, das die allgemeine IoT-Lösungsarchitektur für edgebasierte Lösungen zeigt.

Sie können edgebasierte Lösungen mit Azure IoT Einsatz oder Azure IoT Edge erstellen. Azure IoT Einsatz ist ein neues Angebot, das dem adaptiven Cloudansatz von Microsoft folgt, um Cloud- und Edgekomponenten zu integrieren.

Um zu bewerten, ob eine edgebasierte oder cloudbasierte Lösung erstellt werden soll, betrachten Sie die Vergleiche zwischen den beiden Ansätzen in den folgenden Abschnitten. In jedem Abschnitt werden Details zu den aktuellen Angeboten für cloudbasierte und edgebasierte Lösungen aufgeführt.

Geräte, Ressourcen und Konnektivität

Sowohl cloudbasierte als auch edgebasierte Lösungen verfügen über Geräte oder Ressourcen, die Daten sammeln, aus denen Sie Geschäftsinformationen ableiten möchten. In den folgenden Abschnitten werden die Geräte und Ressourcen in einer IoT-Lösung und ihre Verbindung mit der Cloud beschrieben.

IoT-Geräte

Ein IoT-Gerät besteht in der Regel aus einer Platine mit Sensoren, die Daten sammeln. IoT-Geräte stellen häufig direkt eine Verbindung mit dem Internet her, benötigen jedoch in einigen Fällen ein lokales Gateway für die Konnektivität mit der Cloud. Die folgenden Elemente sind Beispiele für IoT-Geräte:

  • Ein Drucksensor einer Ölpumpe an einem entfernten Ort
  • Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren in einer Klimaanlage
  • Ein Beschleunigungsmesser in einem Fahrstuhl
  • Präsenzmelder in einem Raum

Bei der Erstellung Ihrer Lösung können Sie aus einer Vielzahl von Geräten von verschiedenen Herstellern wählen. Für die Prototyperstellung eines Mikroprozessorgeräts können Sie ein Gerät wie Raspberry Pi verwenden. An einen Raspberry Pi können verschiedenste Sensoren angeschlossen werden. Verwenden Sie zur Prototypenerstellung eines Mikrocontrollergeräts Geräte wie das ESPRESSIF ESP32 oder das STMicroelectronics B-L475E-IOT01A Discovery Kit zur Verbindung mit IoT Hub. Diese Boards verfügen in der Regel über integrierte Sensoren, z. B. Temperatursensor und Beschleunigungsmesser.

Microsoft stellt Open-Source-basierte Geräte-SDKs bereit, mit denen Sie die Apps erstellen können, die auf Ihren Geräten ausgeführt werden.

Weitere Informationen zu den Geräten in Ihrer IoT-Lösung finden Sie unter IoT-Geräteentwicklung.

IoT-Ressourcen

Eine IoT-Ressource ist ein weiter gefasstes Konzept als ein IoT-Gerät und bezieht sich auf jedes Element, das Sie verwalten und überwachen und von dem Sie Daten erfassen möchten. Eine Ressource kann eine Maschine, ein Gerät, eine Softwarekomponente, ein gesamtes System oder ein physisches Objekt sein. Ressourcen befinden sich in der Regel an einem Ort, den Sie kontrollieren, z. B. in einer Fabrik, und können möglicherweise keine direkte Verbindung mit dem öffentlichen Internet herstellen. Die folgenden Elemente sind Beispiele für IoT-Ressourcen:

  • Roboterarme, Förderbänder und Aufzüge
  • Industrielle CNC-Maschinen, Drehmaschinen, Sägen und Bohrer
  • Medizinische Geräte für bildgebende Diagnoseverfahren
  • Sicherheitsvideokameras
  • Software oder Softwarekomponenten
  • Programmierbare Logikcontroller
  • Gebäude
  • Landwirtschaftliche Kulturen

In Azure IoT Einsatz bezieht sich der Begriff Ressource auch auf die virtuelle Darstellung einer physischen Ressource. In einer Azure IoT Einsatz-Bereitstellung verwenden Sie Azure Device Registry, um Ihre Ressourcen sowohl in Azure als auch in Ihrem Kubernetes-Cluster als Teil des adaptiven Cloudansatzes zu verwalten. Der Azure-Geräteregistrierungsdienst speichert Informationen zu Ihren Ressourcen, z. B. deren Metadaten und deren Verbindungsinformationen, und ermöglicht ihnen die Verwendung von Tools wie Azure Resource Manager zum Verwalten.

Gerätekonnektivität

IoT-Geräte senden in der Regel Telemetriedaten von ihren verbundenen Sensoren an Cloud-Dienste in Ihrer Lösung. Es sind jedoch auch andere Kommunikationstypen möglich, z. B. ein Cloud-Dienst, der Befehle an Ihre Geräte sendet. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für die Kommunikation von Geräten mit der Cloud und von der Cloud mit Geräten:

  • Ein Kühllaster sendet alle fünf Minuten Temperaturdaten an eine IoT Hub-Instanz.

  • Ein Cloud-Dienst sendet einen Befehl an ein Gerät, um für die Problemdiagnose die Sendefrequenz von Telemetriedaten zu ändern.

Die IoT-Geräte-SDKs und IoT Hub unterstützen gängige Kommunikationsprotokolle wie HTTP, MQTT und AMQP für die Kommunikation von Gerät zu Cloud und Cloud zu Gerät. In einigen Szenarien benötigen Sie möglicherweise ein Gateway, um Ihre IoT-Geräte mit Ihren Clouddiensten zu verbinden.

Die Merkmale von IoT-Geräten unterscheiden sich von anderen Clients wie Browsern und mobilen Apps. Für IoT-Geräte gilt beispielsweise Folgendes:

  • Es handelt sich häufig um eingebettete Systeme ohne menschlichen Bediener.
  • Sie können an Remotestandorten bereitgestellt werden, an denen der physische Zugriff mit hohen Kosten verbunden ist.
  • Sie sind möglicherweise nur über das Back-End der Lösung erreichbar.
  • Sie verfügen möglicherweise über eingeschränkte Stromversorgungs- und Verarbeitungsressourcen.
  • Sie bieten möglicherweise intermittierende, langsame oder teure Netzwerkkonnektivität.
  • Sie müssen möglicherweise geschützte, benutzerdefinierte oder branchenspezifische Anwendungsprotokolle verwenden.

Die Geräte-SDKs unterstützen Sie beim Bewältigen der Herausforderungen, sichere und zuverlässige Verbindungen zwischen Geräten und Ihrem Cloud-Dienst herzustellen.

Weitere Informationen zu Gerätekonnektivität und Gateways finden Sie unter Geräteinfrastruktur und Gerätekonnektivität.

Konnektivität in einer edgebasierten Lösung

In einer edgebasierten Lösung stellen Ihre IoT-Ressourcen eine Verbindung mit einer Edgeumgebung her, die ihre Nachrichten verarbeitet, bevor sie zur Speicherung und Analyse an die Cloud weitergeleitet werden. Ressourcen können Netzwerkkommunikationsprotokolle und -standards verwenden, z. B.:

  • OPC UA in industriellen Umgebungen.
  • ONVIF zum Verwalten und Überwachen von Videogeräten.
  • MQTT als Standardmessagingprotokoll für IoT-Ressourcen und -Geräte.

Im obigen Diagramm zu edgebasierten Lösungen stellen die Southbound-Connectors die Protokolle und Standards dar, die für die Verbindung mit der Edgeumgebung verwendet werden.

Vergleiche zu Geräten und Ressourcen

In der folgenden Tabelle sind die aktuellen Optionen für Ressourcen, Geräte und Konnektivität zusammengefasst:

Aktuelle Angebote (GA) Cloudbasierte Lösung Edgebasierte Lösung
Verbundene Objekttypen IoT-Geräte IoT-Geräte und -Ressourcen (eine größere Gruppe von physischen oder virtuellen Entitäten, die IoT-Geräte umfasst)
Protokolle für die Gerätekonnektivität HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1 HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1, MQTT v5. In Azure IoT Einsatz ermöglichen Anschlüsse andere Protokolle. Azure IoT Einsatz umfasst einen OPC UA-Anschluss, Medienanschluss und ONVIF-Anschluss. Benutzerdefinierte Anschlüsse sind möglich.
Geräte-Implementierung Microsoft IoT-Geräte-SDKs und eingebettete Geräte-SDKs Microsoft IoT-Geräte-SDKs und eingebettete Geräte-SDKs
Geräteverwaltung IoT DPS, Device Update, IoT Central Verwenden Sie in Azure IoT Einsatz die Azure-Geräteregistrierung. Verwenden Sie Akri, um die automatisierte Ressourcen-/Geräteermittlung mit nativen Protokollen zu aktivieren. Verwenden Sie in IoT Edge IoT DPS für die Geräteverwaltung in großem Umfang.

Dienste und Anwendungen

In einer cloudbasierten Lösung bieten IoT-spezifische Clouddienste die Infrastruktur zum Verbinden, Überwachen und Steuern Ihrer Geräte. In einer edgebasierten Lösung hostet die Edgelaufzeitumgebung die Dienste, um Ihre Ressourcen zu verbinden, zu überwachen und zu steuern. Andere Clouddienste stellen generische Dienste für Ihre Lösung bereit, z. B. Speicher, Analyse und Visualisierung.

IoT-Clouddienste

In einer cloudbasierten IoT-Lösung ermöglichen Clouddienste in der Regel Folgendes:

  • Empfangen Sie Telemetriedaten im großen Stil von Ihren Geräten, und bestimmen Sie, wie diese Daten verarbeitet und gespeichert werden sollen.
  • Senden Sie Befehle aus der Cloud an ein bestimmtes Gerät.
  • Stellen Sie Geräte bereit, und steuern Sie, welche Geräte eine Verbindung mit Ihrer Infrastruktur herstellen können.
  • Kontrollieren des Zustands Ihrer Geräte und Überwachung deren Aktivitäten
  • Verwalten der auf Ihren Geräten installierten Firmware.

Beispiel: In einer Remote-Überwachungslösung für eine Ölpumpstation verwenden die Dienste Telemetriedaten der Pumpen, um anomales Verhalten zu erkennen. Wenn ein Cloud-Dienst eine Anomalie erkennt, kann er automatisch einen Befehl an das Gerät senden, um eine Korrekturmaßnahme durchzuführen. Dieser Prozess implementiert eine automatisierte Feedbackschleife zwischen dem Gerät und der Cloud, mit der die Effizienz der Lösung deutlich gesteigert wird.

Weitere Informationen finden Sie unter:

Edge-Runtime

In einer edgebasierten IoT-Lösung führen die lokalen Dienste, die in der Edgelaufzeitumgebung gehostet werden, in der Regel Folgendes aus:

  • Verwalten der Konnektivität mit Ihren Ressourcen über die Southbound-Connectors
  • Empfangen von umfangreichen Telemetriedaten von Ihren Ressourcen und Bestimmen, wohin die Telemetriedaten zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden sollen
  • Weiterleiten von Befehlen aus der Cloud an bestimmte Ressourcen
  • Ausführen bestimmter lokaler Nachrichtenverarbeitung In Azure IoT Einsatz erfolgt diese Verarbeitung in den Northbound-Connectors.

Andere Clouddienste

Sowohl cloudbasierte als auch edgebasierte Lösungen können andere Clouddienste verwenden, um in Ihrer Lösung mehr Funktionen bereitzustellen. Verwenden Sie zum Beispiel:

  • Azure-Speicherdienste zum Speichern von Telemetriedaten.
  • Azure Stream Analytics zum Verarbeiten von Telemetriedaten in Echtzeit.
  • Microsoft Fabric zum Speichern und Analysieren von Telemetriedaten.
  • Microsoft Power BI zum Visualisieren von Telemetriedaten.

Vergleich von IoT-Diensten

In der folgenden Tabelle sind die aktuellen Dienst- und Edgeanwendungsoptionen zusammengefasst:

Aktuelle Angebote (GA) Cloudbasierte Lösung Edgebasierte Lösung
Dienste IoT Hub, IoT DPS, IoT Hub Device Update, Azure Digital Twins Azure IoT Einsatz, mit der Azure-Geräteregistrierung. Sie können auch IoT Edge verwenden.
Optionen für Edgeanwendungen Keine DAPR (Distributed Application Runtime Apps). Mit IoT Edge können Sie IoT Edge-Module verwenden.

Bereitstellungsvergleiche

In der folgenden Tabelle sind die aktuellen Bereitstellungsoptionen zusammengefasst:

Aktuelle Angebote (GA) Cloudbasierte Lösung Edgebasierte Lösung
Topologie Geräte stellen eine direkte Verbindung mit Cloudmessagingdiensten wie IoT Hub her. Wird in der Cloud mit Azure Resource Manager (ARM) oder IoT-Dienst-SDKs verwaltet. Azure IoT Einsatz bietet eine Möglichkeit, Ressourcen mit einem lokalen Kubernetes-Cluster zu verbinden. Ressourcen stellen eine Verbindung mit dem Azure IoT Einsatz-MQTT-Broker her, entweder direkt über Standardnetzwerkprotokolle oder über Zwischengeräte. Wird in der Cloud mit Azure Arc-fähigen Diensten verwaltet. Sie können auch IoT Edge verwenden, das auf einem Gatewaygerät wie einem Industrie-PC ausgeführt wird und Cloudkonnektivität für Geräte bietet, indem eine Verbindung mit IoT Hub hergestellt wird.
Infrastruktur Clouddienste wie IoT Hub und Standardcomputinggeräte, die eine CPU/MPU enthalten, oder eingeschränkte und eingebettete Geräte, die eine MCU enthalten. Azure IoT Einsatz, das auf einem Kubernetes-Cluster ausgeführt wird, sowie Ressourcen oder Geräte, die eine Verbindung mit dem Cluster herstellen. Sie können auch IoT Edge verwenden, das auf einem Gatewaygerät wie einem Raspberry Pi oder einem Industrie-PC ausgeführt wird, und Geräte, die mit dem Gatewaygerät verbunden sind. Geräte können Standardcomputinggeräte enthalten, die eine CPU/MPU enthalten, oder eingeschränkte und eingebettete Geräte, die eine MCU enthalten.

Lösungsweite Bedenken

Jede IoT-Lösung muss auf die folgenden lösungsweiten Bedenken angehen:

  • Lösungsverwaltung, einschließlich Bereitstellung und Überwachung.
  • Sicherheit, einschließlich physischer Sicherheit, Authentifizierung, Autorisierung und Verschlüsselung.
  • Hochverfügbarkeit und Notfallwiederherstellung für alle Komponenten in Ihrer Lösung.
  • Skalierbarkeit für alle Dienste in Ihrer Lösung.

Lösungsverwaltung

Der adaptive Cloud-Ansatz vereint Siloteams, verteilte Standorte und unterschiedliche Systeme in einem einzigen Betriebs-, Sicherheits-, Anwendungs- und Datenmodell. Mit diesem Ansatz können Sie dieselben Cloud- und KI-Technologien verwenden, um edgebasierte, cloudbasierte und hybride IoT-Lösungen zu verwalten und zu überwachen.

Lösungen, die auf IoT Hub, IoT Central und IoT Edge basieren, bieten eingeschränkte Unterstützung für einen adaptiven Cloudansatz. Obwohl IoT Hub-, IoT Central- und IoT Edge-Instanzen selbst Azure-Ressourcen sind, stellen nicht nativ Funktionen, z. B. Geräteverwaltung und Datentransformation, als Ressourcen bereit, die Sie als Standard-Azure-Ressourcen verwalten können.

Im Gegensatz dazu bieten Lösungen, die auf Azure IoT Einsatz basieren, eine einheitliche Verwaltungsoberfläche für alle Komponenten in Ihrer Lösung. Azure IoT Einsatz verwendet Azure Arc-fähige Dienste, um Ihre edgebasierte Lösung so zu verwalten und zu überwachen, als wäre sie eine cloudbasierte Lösung. Beispielsweise werden Ressourcen und Datentransformationen, die am Edge ausgeführt werden, als Cloudressourcen in Azure verfügbar gemacht. Mit diesem Ansatz können Sie standardmäßige Azure-Technologien verwenden, um Ihre gesamte edgebasierte Lösung zu verwalten und zu überwachen.

Vergleich – Sicherheit

In der folgenden Tabelle sind die aktuellen Sicherheitsoptionen zusammengefasst:

Aktuelle Angebote (GA) Cloudbasierte Lösung Edgebasierte Lösung
Authentifizierung SAS, X.509 SAS, X.509 und SAT (Sicherheitskontotoken) für die On-Cluster-Authentifizierung
Autorisierung Proprietäres Angebot in aktuellen Serviceangeboten wie IoT Hub Azure IoT Einsatz verwendet die Microsoft Entra ID-Identität für die rollenbasierte Zugriffssteuerung (Role-Based Access Control, RBAC). IoT Edge verwendet ein proprietäres Autorisierungsschema, das mit IoT Hub kommuniziert, aber die Autorisierung lokal verarbeitet.

Nächste Schritte

Zu den empfohlenen nächsten Schritten zum Erkunden von Azure IoT gehören:

Weitere Informationen zur Azure IoT-Architektur finden Sie unter: