In dit artikel wordt een oplossing voor slimme ruimten beschreven. Azure Digital Twins vormt de kern van de architectuur door de omgeving te modelleren. Azure IoT Hub, een beheerde IoT-service, speelt ook een belangrijke rol, net als de analyseservice Azure Data Explorer.
Architectuur
In het volgende diagram ziet u de gegevensstroom in deze oplossing:
- De vakken met meerdere pictogrammen vertegenwoordigen categorieën services. Binnen elke categorie werken services onafhankelijk of samen om functionaliteit te bieden.
- Pijlen tussen vakken vertegenwoordigen de communicatie tussen de bijbehorende gebieden.
Een Visio-bestand van deze architectuur downloaden.
Gegevensstroom
De omgeving kan deze en andere communicatieprotocollen gebruiken:
- Bacnet (Building Automation Controls network)
- Modbus
- IETS VOOR DE 1
- LonWorks
On-premises apparaten en systemen verzenden telemetrie en andere gegevens naar de cloud. Gegevensbronnen zijn onder andere:
- Brownfield-apparaten
- Sensoren voor directe verbinding
- Sensoren die onafhankelijke softwareleveranciers (ISV's) bieden
- Bestaande bedrijfssystemen
Apparaten, sensoren en actuatoren genereren telemetrie. Sommige apparaten communiceren rechtstreeks met IoT Hub. Andere apparaten verzenden gegevens naar IoT Hub via Azure IoT Edge.
Externe, batch- of verouderde systemen verzenden gegevens naar Azure Data Factory. Deze statische gegevens zijn doorgaans afkomstig uit bestanden en databases.
Business-to-business-connectors vertalen leveranciersgegevens en streamen deze naar Azure Digital Twins.
IoT Hub neemt telemetrie van apparaten op. IoT Hub biedt ook deze services:
- Beveiliging op apparaatniveau
- Apparaatinrichtingsservices
- Apparaatdubbels
- Services voor opdrachten en besturingselementen
- Mogelijkheden voor uitschalen
Data Factory transformeert semi-statische gegevens en draagt deze over naar Azure Data Explorer of naar langetermijnopslag.
Azure Functions ontvangt de IoT Hub-gegevens en gebruikt Azure Digital Twins-API's om Azure Digital Twins bij te werken. Azure Digital Twins bevat de ruimtelijke grafiek van de gebouwen en omgeving. Azure Digital Twins modelleert de omgeving met Digital Twins Definition Language (DTDL). Azure Functions verwerkt de gegevens, voert foutdetectie en grafiekupdates uit.
Verschillende onderdelen maken, opslaan en laden DTDL-modellen.
Azure Digital Twins verzendt de gegevens via Azure Event Grid naar Azure Data Explorer. Deze analyseservice fungeert als historicus door de tijdreeksgegevens van de oplossing op te slaan.
Simulatie-engines en AI-hulpprogramma's verwerken de gegevens. Voorbeelden hiervan zijn Azure AI-services, AI-modellen en partnersimulatieservices.
Azure Data Lake biedt langetermijnopslag voor de gegevens. Azure Synapse Analytics analyseert en rapporteert over de gegevens.
Voor visualisatiehulpprogramma's en bedrijfs-apps biedt de toegangslaag van de oplossing beveiligde toegang tot kernsysteemservices:
Azure API Management biedt functionaliteit voor het normaliseren, beveiligen en aanpassen van API's. Dit platform dwingt ook gebruiksquota en frequentielimieten af.
Azure SignalR Service verzendt meldingen naar UIs wanneer telemetrie en gegevens veranderen.
Voor toepassingen die asynchroon of op volume gegevens uitwisselen, bieden verschillende onderdelen publicatie- en abonneermechanismen:
- IoT Hub
- Azure Service Bus-wachtrijen
- Azure Event Hubs
- Webhooks
Servicetoepassingen verzamelen gegevens uit de API-laag voor toegangsbeheer. Deze toepassingen analyseren en voorbereiden vervolgens de gegevens voor toepassingen van eindgebruikers. Microsoft-hulpprogramma's zoals Power Apps, Power BI en Azure Maps maken rapporten en inzichten over gegevens in de Azure-gegevensarchieven.
Bedrijfstoepassingen gebruiken de voorbereide gegevens. Voorbeelden zijn:
Dynamics 365-modules.
ISV-oplossingen.
Microsoft Teams-apps.
Voor velden geoptimaliseerde oplossingen zoals mobiele apps en draagbare apparaten:
Onderdelen
De oplossing maakt gebruik van deze onderdelen:
Kernonderdelen
IoT Hub verbindt apparaten met Azure-cloudresources. Deze beheerde service biedt:
- Beveiliging op apparaatniveau.
- Apparaatinrichtingsservices.
- Apparaatdubbels.
- Services voor opdrachten en besturingselementen.
- Mogelijkheden voor uitschalen.
Azure IoT SDK's bieden de aanbevolen manier voor apparaten om verbinding te maken met IoT Hub. Apparaten die deze kits kunnen gebruiken, zijn onder andere:
- Azure Sphere-apparaten .
- Apparaten waarop Azure RTOS wordt uitgevoerd.
IoT Edge voert cloudworkloads uit op IoT Edge-apparaten. Deze centrale berichtenhub kan met name realtime analyses uitvoeren via Azure Machine Learning en Azure Stream Analytics. IoT Edge fungeert ook als een gateway naar IoT Hub voor:
- Apparaten met lage energievereisten.
- Oudere apparaten.
- Beperkte apparaten.
Data Factory is een integratieservice die werkt met mogelijk grote blokken gegevens uit verschillende gegevensarchieven. U kunt dit platform gebruiken om werkstromen voor gegevenstransformatie te organiseren en te automatiseren. Data Factory kan bijvoorbeeld de kloof overbruggen tussen semistatische archieven en historische onderdelen, zoals Azure Data Explorer.
Business-to-business-connectors vertalen en streamen gegevens bidirectioneel tussen leveranciersonderdelen en Azure Digital Twins. Een groeiend aantal leveranciers gebruiken DTDL om industriestandaard modellen te maken. RealEstateCore biedt een voorbeeld. Als gevolg hiervan zullen deze integraties naar verwachting na verloop van tijd eenvoudiger worden.
Azure Digital Twins slaat digitale representaties op van IoT-apparaten en -omgevingen. U kunt deze gegevens gebruiken voor gegevensdoorgifte of realtime-analyse. Intern, Azure Digital Twins:
- Modellen van omgevingen met DTDL.
- Biedt een REST API voor het invoeren van gegevens.
- Biedt SDK's die ondersteuning bieden voor besturings- en gegevensvlakbewerkingen voor verschillende talen.
U kunt ontologieën of bestaande modelsets bouwen met behulp van DTDL. U kunt ook beginnen met een model dat door de branche wordt ondersteund:
Azure Digital Twins Explorer is een ontwikkelhulpprogramma dat u kunt gebruiken om gegevens, modellen en grafieken van Azure Digital Twins te visualiseren en ermee te communiceren. Dit hulpprogramma is momenteel beschikbaar als openbare preview.
Modelbeheeronderdelen onderhouden het DTDL-model:
Voor het maken van modellen zijn deze opties beschikbaar:
- Azure Digital Twins Explorer
- ISV-oplossingen
- Aangepaste hulpprogramma's
- Tekst- of code-editors
Opslagplaatsen slaan ontologieën op:
- GitHub slaat RealEstateCore, de Ontologie van Smart Cities en de Ontologie van Het Energieraster op.
- Voor aangepaste ontologieën zijn aangepaste opslagplaatsen en oplossingsspecifieke opslagplaatsen in GitHub beschikbaar.
Voor het laden van modellen in Azure Digital Twins zijn de volgende opties beschikbaar:
- UploadModels, een hulpprogramma voor het uploaden van DTDL-ontologieën
- Voorbeelden in de opslagplaats voor Azure Digital Twins-hulpprogramma's
Azure Functions is een serverloos rekenplatform op basis van gebeurtenissen. Met Functions kunt u triggers en bindingen gebruiken om services op schaal te integreren.
Azure Data Explorer is een snelle, volledig beheerde gegevensanalyseservice. U kunt deze service gebruiken voor realtime analyse van grote hoeveelheden gegevens. Azure Data Explorer kan diverse gegevensstromen verwerken van toepassingen, websites, IoT-apparaten en andere bronnen.
AI-services bieden AI-functionaliteit. Deze services hebben een set vooraf getrainde neurale netwerkmodellen voor de cloud. U kunt de REST API's en clientbibliotheek-SDK's gebruiken om cognitieve intelligentie in apps in te bouwen. U kunt de functionaliteit van AI-services gebruiken:
- Nagenoeg in realtime.
- Bij bepaalde gegevensdrempels.
- Op aanvraag.
- Voor complexe taken met lange verwerkingstijden.
Azure Machine Learning is een cloudomgeving waarmee u predictive analytics-oplossingen kunt bouwen, implementeren en beheren. Met deze modellen kunt u gedrag, resultaten en trends voorspellen.
Azure Data Lake slaat een grote hoeveelheid gegevens op in de oorspronkelijke, onbewerkte indeling. De gegevens zijn doorgaans afkomstig van meerdere heterogene bronnen en kunnen gestructureerd, semi-gestructureerd of ongestructureerd zijn.
Azure Synapse Analytics is een analyseservice voor datawarehouses en big data-systemen. Deze service kan worden geïntegreerd met Power BI, Machine Learning en andere Azure-services.
Azure API Management maakt consistente, moderne API-gateways voor back-endservices. Naast het accepteren van API-aanroepen en doorsturen naar back-ends, verifieert dit platform ook sleutels, tokens, certificaten en andere referenties. API Management registreert ook aanroepen van metagegevens en dwingt gebruiksquota en frequentielimieten af.
Azure Service Bus is een volledig beheerde berichtenbroker voor ondernemingen. Service Bus ondersteunt berichtenwachtrijen en onderwerpen over publiceren/abonneren.
Azure Event Hubs is een volledig beheerd streamingplatform voor big data.
Azure SignalR Service is een opensource-softwarebibliotheek die in realtime een manier biedt om meldingen naar web-apps te verzenden.
Servicetoepassingen
Azure Logic Apps automatiseert werkstromen door apps en gegevens in clouds te verbinden.
Azure Maps biedt georuimtelijke API's voor het toevoegen van kaarten, ruimtelijke analyses en mobiliteitsoplossingen aan apps.
Microsoft Graph biedt hulpprogramma's voor toegang tot gegevens in Microsoft 365, Windows 10 en Enterprise Mobility + Security.
Power Platform is een verzameling producten en services die hulpprogramma's met weinig code bieden voor het maken van efficiënte en flexibele oplossingen:
- Power Apps is een suite met apps, services, connectors en een gegevensplatform. U kunt Power Apps gebruiken om handmatige bedrijfsactiviteiten te transformeren in digitale, geautomatiseerde processen.
- Power BI is een verzameling softwareservices en apps die analysegegevens weergeven.
- Power Automate stroomlijnt terugkerende taken en papierloze processen.
- Microsoft Copilot Studio (voorheen Power Virtual Agents) biedt chatbots zonder code om te voldoen aan de behoeften van klanten en werknemers op schaal.
Bedrijfstoepassingen
Dynamics 365 is een portfolio met toepassingen voor het beheren van bedrijfsactiviteiten.
Microsoft Teams biedt services voor vergaderingen, berichten, bellen en samenwerken.
Azure-app Service en de web-apps-functie bieden een framework voor het bouwen, implementeren en schalen van web-apps.
Gedeelde ondersteuningsonderdelen
Deze services bieden ondersteuning voor onderdelen in alle gebieden van de oplossing:
Azure Monitor verzamelt en analyseert app-telemetrie, zoals metrische prestatiegegevens en activiteitenlogboeken. Deze service meldt apps en personeel over onregelmatige omstandigheden.
Microsoft Defender voor IoT is een geïntegreerde beveiligingsservice waarmee IoT-systemen worden beschermd door beveiligingsproblemen en bedreigingen te identificeren.
Azure DevOps Services biedt services, hulpprogramma's en omgevingen voor het beheren van coderingsprojecten en implementaties.
Microsoft Entra ID is een identiteitsservice in de cloud die de toegang tot Azure en andere cloud-apps beheert, waaronder ISV-oplossingen en on-premises oplossingen.
Azure Key Vault slaat veilig de toegang tot de geheimen van een systeem op en beheert deze, zoals API-sleutels, wachtwoorden, certificaten en cryptografische sleutels.
Alternatieven
Azure Cosmos DB is een andere optie voor gegevensopslag. Deze volledig beheerde NoSQL-databaseservice kan eenvoudig worden geschaald. Azure Cosmos DB biedt verschillende manieren om toegang te krijgen tot gegevens, waaronder:
- Documentdatabases.
- Grafiekdatabases.
- QUERY's in SQL-stijl.
- Een Azure Cosmos DB voor Apache Cassandra.
Azure Synapse Link voor Azure Cosmos DB biedt een manier om analyses uit te voeren op Azure Cosmos DB-gegevens met behulp van Azure Synapse Analytics. Als gevolg hiervan kunt u verschillende gegevensservices combineren in oplossingen die gebruikmaken van Azure Cosmos DB.
Event Hubs kan ook een opnameservice bieden die schaalbaar en veilig is. In tegenstelling tot IoT Hub, die bidirectionele communicatie met apparaten ondersteunt, ondersteunt Event Hubs éénrichtingsverkeer. Als gevolg hiervan kunt u Event Hubs niet gebruiken om opdrachten en beleidsregels terug te sturen naar apparaten. Event Hubs biedt ook geen beveiliging op apparaatniveau. Event Hubs is echter geschikt voor omgevingen met een groot aantal berichten van een laag aantal invoerapparaten.
Details oplossing
Slimme plaatsen zijn fysieke omgevingen die verbonden apparaten en gegevensbronnen samenbrengen. Met behulp van deze omgevingen kunt u het volgende zien en beheren:
- Producten en systemen.
- Binnen- en buitenruimten.
- Persoonlijke ervaringen met omgeving.
Slimme plaatsen kunnen gebouwen, universiteitscampussen, bedrijfscampussen, stadions en steden omvatten. Deze omgevingen bieden waarde door eigenaren, faciliteitsmanagers en inzittenden te helpen bij het bedienen en onderhouden van sites. Slimme plaatsen maken ruimten ook efficiënter, rendabel, comfortabel en productiever.
Slimme ruimten modelleren ruimten digitaal en compileren relevante gegevens. Op basis van die gegevens kunt u inzichten afleiden over hoe mensen, plaatsen en apparaten zijn verbonden.
Potentiële gebruikscases
Deze oplossing is van toepassing op veel gebieden:
- Slimme campussen (onderwijsindustrie)
- Faciliteitenbeheer (onroerend goed)
- Slimme stadions (sportindustrie)
- Slimme kantoren
- Energieoptimalisatie
Bedrijfsresultaten
In deze voorbeeldoplossing is een grote eigenaar van commercieel onroerend goed digitaal bezig met het transformeren van een kantooreigenschap. Deze verbetering combineert verouderde gegevens voor faciliteitenbeheer met nieuwe functies en technologieën, waaronder:
- Bezettingsdetectie.
- Optimalisatie van caféwachtrijen.
- Parkeergelegenheid.
- Pendeldiensten.
Voor deze inspanning moeten brownfield-apparaten en moderne IoT-apparaten (Internet of Things) worden geïntegreerd die de fysieke ruimte bewaken. De brownfield-apparaten communiceren via algemene bouwtransporten zoals BACnet en Modbus.
De doelstellingen van het bedrijf zijn onder andere:
Energieverbruik optimaliseren door fouten vast te stellen en fieldservice beheer te stroomlijnen. Deze optimalisatie integreert het bestaande bouwbeheersysteem met apparaten.
Nieuwe ruimtelijke inzichten afleiden en innovatieve gebruikerservaringen bieden door moderne apparaten te verbinden.
Het ontwikkelen van een samenhangend digitaal model van de omgeving door meerdere gegevensbronnen samen te voegen. Het model moet mogelijkheden voor gegevensanalyse uitbreiden.
Het maken van een schaalbare oplossing waarmee miljoenen gegevenspunten kunnen worden verzameld en gearchiveerd.
Een oplossing bouwen waarmee u eenvoudig partneroplossingen kunt toevoegen. De oplossing moet ook partnergegevens opnemen in de digitale dubbel van de omgeving.
Overwegingen
Met deze overwegingen worden de pijlers van het Azure Well-Architected Framework geïmplementeerd. Dit is een set richtlijnen die kunnen worden gebruikt om de kwaliteit van een workload te verbeteren. Zie Microsoft Azure Well-Architected Framework voor meer informatie.
De volgende overwegingen zijn van toepassing op deze oplossing.
Betrouwbaarheid
Betrouwbaarheid zorgt ervoor dat uw toepassing kan voldoen aan de toezeggingen die u aan uw klanten hebt gedaan. Zie Overzicht van de betrouwbaarheidspijler voor meer informatie.
Schaalbaarheid
Oplossingen voor slimme locaties kunnen relatief eenvoudige implementaties met een laag volume zijn. Ze kunnen ook geavanceerde implementaties zijn die een groot aantal gegevens verwerken. Een oplossing waarmee verwarmings-, ventilatie- en airconditioningtelemetrie (HVAC) op een grote campus wordt samengevoegd, is een voorbeeld van een implementatie met een hoog volume.
De belangrijkste Azure-services in deze oplossing zijn schaalbaar per ontwerp en goed geschikt voor complexe oplossingen. Maar wanneer u deze services combineert, moet u ervoor zorgen dat ze geen ktikpunten maken. Voer vroeg in de ontwikkelingscyclus prestatietests uit op geplande intervallen om potentiële problemen te identificeren.
Flexibiliteit
Ontwerp uw slimme ruimte om goed geïntegreerd, maar ook flexibel te zijn. Slimme gebruiksvoorbeelden voor plaatsen ontwikkelen zich snel. Op een bepaald moment nadat u uw oplossing hebt geïmplementeerd, moet u nieuwe sensoren, gegevenstypen, AI-functionaliteit en visualisatietechnieken toevoegen. Om de flexibiliteit te vergroten:
- Kies een losjes gekoppelde oplossing, zoals de voorgestelde architectuur.
- Gebruik industriestandaarden voor gegevens ontologie. Deze aanpak helpt de tijd te verkorten die nodig is om nieuwe functionaliteit toe te voegen en nieuwe software te integreren.
- API Management gebruiken. Dit platform biedt een manier om meerdere API-stijlen en handtekeningen te maken voor één onderliggende API.
Beveiliging
Beveiliging biedt garanties tegen opzettelijke aanvallen en misbruik van uw waardevolle gegevens en systemen. Zie Overzicht van de beveiligingspijler voor meer informatie.
Verouderde bouwoplossingen zijn vaak afhankelijk van een gebrek aan externe connectiviteit als primaire bron van beveiliging. Maar zelfs gegevens die personen niet identificeren, kunnen informatie verstrekken over een bedrijf of de personen in een gebouw. Organisaties gebruiken bijvoorbeeld camera's om mensen te tellen, assets bij te houden en beveiligingsgegevens te bieden.
Wees voorzichtig met het verwerken en opslaan van afbeeldingen. Zorg ervoor dat u aan alle klantvereisten voldoet, inclusief privacyproblemen. Maak beveiliging een prioriteit gedurende de levenscyclus van de gegevens van uw slimme ruimteoplossing. Let met name op welke gegevens u verzamelt, waar u deze verwerkt en opslaat en welke conclusies u uit deze gegevens trekt.
Kostenoptimalisatie
Kostenoptimalisatie gaat over manieren om onnodige uitgaven te verminderen en operationele efficiëntie te verbeteren. Zie Overzicht van de pijler kostenoptimalisatie voor meer informatie.
Gebruik de Azure-prijscalculator om de kosten van een IoT-oplossing te schatten.
- Zie De principes van kostenoptimalisatie in de documentatie van Microsoft Azure Well-Architected Framework voor andere kostenoverwegingen.
- Zie Azure IoT Reference Architecture voor een discussie over het optimaliseren van de kosten van services die vaak worden gebruikt door IoT-oplossingen.
Medewerkers
Dit artikel wordt onderhouden door Microsoft. De tekst is oorspronkelijk geschreven door de volgende Inzenders.
Hoofdauteur:
- Mark Kottke | Senior Architect
Andere inzender:
- Matthew Cosner | Principal Software Engineering Manager
Volgende stappen
- Slimme Microsoft-gebouwen aandrijven met Microsoft Azure Digital Twins
- Ontwikkelen met Azure Digital Twins
- Brookfield stelt een nieuwe standaard in voor innovatie in onroerend goed met WillowTwin en Azure Digital Twins
- Wereldwijde duurzaamheidsleider richt zich op nieuwe hoogten van koolstofneutraliteit met Azure Digital Twins