O que é o Azure IoT (Internet das Coisas)?

Artigo
11/20/2024

A IoT (Internet das Coisas) do Azure é uma coleção de serviços de nuvem, componentes de borda e SDKs gerenciados pela Microsoft que permite que você conecte, monitore e controle seus dispositivos IoT em escala. Em termos mais simples, uma solução de IoT é composta por ativos ou dispositivos IoT que se comunicam com os serviços de nuvem.

Uma decisão importante ao projetar uma solução de IoT é usar uma solução baseada em nuvem ou baseada em borda:

Em uma solução baseada em nuvem, seus dispositivos IoT se conectam diretamente à nuvem, na qual as mensagens são processadas e analisadas. Você monitora e controla seus dispositivos diretamente da nuvem.
Em uma solução baseada em borda, seus ativos de IoT se conectam a um ambiente de borda que processa as mensagens antes de encaminhá-las para a nuvem para armazenamento e análise. Normalmente, você monitora e controla seus ativos na nuvem, por meio do ambiente de runtime de borda. Também é possível monitorar e controlar seus ativos diretamente na borda.

As duas seções a seguir trazem uma visão de alto nível dos componentes das soluções de IoT típicas baseadas em nuvem e baseadas em borda. Este artigo se concentra nos principais grupos de componentes: dispositivos, ativos, serviços de nuvem de IoT, ambiente de runtime de borda, outros serviços de nuvem e questões que envolvem toda a solução. Outros artigos nesta seção fornecem mais detalhes sobre cada um desses componentes.

Uma solução baseada em nuvem é um conjunto integrado de dispositivos, componentes e serviços de IoT que atende a uma necessidade comercial e que conecta dispositivos diretamente à nuvem. Um exemplo de uma solução baseada em nuvem é uma frota de caminhões de entrega que envia dados telemétricos para a nuvem para análise e visualização:

Diagrama que mostra a arquitetura da solução de IoT de alto nível das soluções baseadas em nuvem.

Você pode criar soluções baseadas em nuvem com serviços como Hub IoT, Serviço de Provisionamento de Dispositivos e Gêmeos Digitais do Azure.

Uma solução baseada em borda é um conjunto integrado de ativos, componentes e serviços de IoT que atende a uma necessidade comercial e que conecta ativos a serviços de borda próximos. Um exemplo de uma solução baseada em borda é uma fábrica em que seus ativos de IoT industriais se conectam a serviços locais porque:

Os ativos se comunicam usando protocolos de rede locais, como OPC UA.
Preocupações de segurança significam que você não precisa conectar os ativos diretamente à Internet pública.

Uma solução baseada em borda ainda pode encaminhar dados dos seus ativos para a nuvem para processamento adicional, como análise e visualização:

Diagrama que mostra a arquitetura da solução de IoT de alto nível para soluções baseadas em borda.

Você pode criar soluções baseadas em borda com Operações do Azure IoT ou Azure IoT Edge. Operações do Azure IoT é uma nova oferta que segue a abordagem de nuvem adaptativa da Microsoft para integrar componentes de nuvem e borda.

Para avaliar se uma solução baseada em borda ou baseada em nuvem deve ser criada, analise as comparações entre as duas abordagens nas seções a seguir. Cada seção lista os detalhes das ofertas atuais para soluções baseadas em nuvem e baseadas em borda.

Dispositivos, ativos e conectividade

As soluções baseadas em nuvem e baseadas em borda têm dispositivos ou ativos que coletam dados dos quais você deseja obter informações de negócios. As seções a seguir descrevem os dispositivos e os ativos de uma solução de IoT e como eles se conectam à nuvem.

Dispositivos IoT

Um dispositivo IoT normalmente é composto por uma placa de circuito com sensores que coletam dados. Em geral, os dispositivos IoT se conectam diretamente à Internet, mas em alguns casos dependem de um gateway local para conectividade com a nuvem. Os seguintes itens são exemplos de dispositivos IoT:

Um sensor de pressão em uma bomba de óleo remota.
Sensores de temperatura e umidade em uma unidade de ar-condicionado.
Um acelerômetro em um elevador.
Sensores de presença em uma sala.

Há uma ampla variedade de dispositivos disponíveis de diferentes fabricantes para criar a sua solução. Para criar protótipos de um dispositivo microprocessador, você pode usar um dispositivo como um Raspberry Pi. O Raspberry Pi permite anexar muitos tipos diferentes de sensor. Para o protótipo de um dispositivo microcontrolador, use dispositivos como o ESPRESSIF ESP32 ou o kit de descoberta STMicroelectronics B-L475E-IOT01A para o Hub IoT. Essas placas normalmente têm sensores internos, como sensores de temperatura e acelerômetro.

A Microsoft fornece SDKs do dispositivo open-source que você pode usar para criar os aplicativos que são executados em seus dispositivos.

Para saber mais sobre os dispositivos em sua solução de IoT, confira Desenvolvimento de dispositivos IoT.

Ativos de IoT

Um ativo de IoT é um conceito mais amplo do que um dispositivo IoT e se refere a qualquer item de valor do qual você deseja gerenciar, monitorar e coletar dados. Um ativo pode ser um computador, um dispositivo, um componente de software, um sistema inteiro ou um objeto físico. Os ativos normalmente estão em um local que você controla, como uma fábrica, e podem não ter a capacidade de se conectarem diretamente à Internet pública. Os seguintes itens são exemplos de ativos de IoT:

Braços robóticos, correias transportadoras e elevadores.
Máquinas CNC industriais, tornos mecânicos, serras e furadeiras.
Máquinas de diagnóstico médico por imagens.
Câmeras de vídeo de segurança.
Componentes de software ou software
Controladores lógicos programáveis.
Edifícios.
Culturas agrícolas.

Nas Operações do Azure IoT, o termo ativo também se refere à representação virtual de um ativo físico. Em uma implantação de Operações do Azure IoT, você deve usar o Registro de Dispositivos do Azure para gerenciar seus ativos tanto no Azure quanto no cluster do Kubernetes como parte da abordagem de nuvem adaptável. O serviço Registro de Dispositivos do Azure armazena informações sobre seus ativos, como seus metadados e informações de conexão e permite que você use ferramentas como o Azure Resource Manager para gerenciá-los.

Conectividade do dispositivo

Normalmente, os dispositivos IoT enviam a telemetria dos sensores anexados para serviços de nuvem em sua solução. No entanto, outros tipos de comunicação são possíveis, como um serviço de nuvem que envia comandos para os seus dispositivos. Estes são exemplos de comunicação de dispositivo para nuvem e de nuvem para dispositivo:

Um caminhão de refrigeração móvel envia a temperatura a cada 5 minutos para um Hub IoT.
Um serviço de nuvem envia um comando a um dispositivo a fim de alterar a frequência em que ele envia a telemetria para ajudar a diagnosticar um problema.

Os SDKs de dispositivo IoT e o Hub IoT oferecem suporte a protocolos de comunicação comuns, como HTTP, MQTT e AMQP, para comunicação entre dispositivo e nuvem e entre nuvem e dispositivo. Em alguns cenários, talvez seja necessário um gateway para conectar seus dispositivos IoT aos seus serviços de nuvem.

Os dispositivos IoT têm características diferentes quando comparados a outros clientes, como navegadores e aplicativos móveis. Especificamente, os dispositivos IoT:

Com frequência, são sistemas internos sem operadores humanos.
Eles podem ser implantados em locais remotos, nos quais o acesso físico é caro.
Podem ser acessados apenas por meio do back-end da solução.
Podem ter recursos de energia e de processamento limitados.
Podem ter conectividade de rede intermitente, lenta ou cara.
Podem precisar de protocolos de aplicativo proprietários, personalizados ou específicos do setor.

Os SDKs de dispositivo ajudam você a resolver os desafios de conectar dispositivos de maneira segura e confiável ao serviço de nuvem.

Para saber mais sobre conectividade de dispositivo e gateways, confira Infraestrutura e conectividade do dispositivo.

Conectividade em uma solução baseada em borda

Em uma solução baseada em borda, os ativos de IoT se conectam a um ambiente de borda que processa as mensagens antes de encaminhá-las para a nuvem para armazenamento e análise. Os ativos podem usar protocolos e padrões de comunicação de rede, como:

OPC UA em ambientes industriais.
ONVIF para gerenciar e monitorar dispositivos de vídeo.
MQTT como um protocolo de mensagens padrão para dispositivos e ativos de IoT.

No diagrama de solução baseada em borda mostrado anteriormente, os conectores de direção sul representam os protocolos e os padrões que os ativos usam para se conectar ao ambiente de borda.

Comparações entre dispositivos e ativos

A seguinte tabela resume as opções atuais para ativos, dispositivos e conectividade:

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada em nuvem	Solução baseada em borda
Tipos de objetos conectados	Dispositivos IoT	Dispositivos IoT e ativos (um conjunto mais amplo de entidades físicas ou virtuais que inclui dispositivos IoT)
Protocolos de conectividade do dispositivo	HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1	HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1, MQTT v5. Nas Operações do Azure IoT, os conectores habilitam outros protocolos. As Operações do Azure IoT incluem conector OPC UA, conector de mídia e conector ONVIF. É possível usar conectores personalizados.
Implementação de dispositivo	SDKs de dispositivo IoT da Microsoft e SDKs de dispositivos inseridos	SDKs de dispositivo IoT da Microsoft e SDKs de dispositivos inseridos
Gerenciamento de dispositivos	DPS em IoT, Atualização de Dispositivo, IoT Central	Nas Operações do Azure IoT, use o Registro de Dispositivo do Azure. Use o Akri para habilitar a descoberta automatizada de ativos/dispositivos com protocolos nativos. No IoT Edge, use o DPS em IoT para o gerenciamento de dispositivos em grande escala.

Serviços e aplicativos

Em uma solução baseada em nuvem, os serviços de nuvem específicos de IoT fornecem a infraestrutura para se conectar, monitorar e controlar seus dispositivos. Em uma solução baseada em borda, o ambiente de runtime de borda hospeda os serviços para se conectar, monitorar e controlar seus ativos. Outros serviços de nuvem fornecem serviços genéricos, como armazenamento, análise e visualizações para sua solução.

Serviços de nuvem de IoT

Em uma solução de IoT baseada em nuvem, os serviços de nuvem de IoT normalmente:

Receba telemetria em escala de seus dispositivos e determine como processar e armazenar os dados.
Envie comandos da nuvem para o dispositivo específico.
Provisione dispositivos e controle quais dispositivos podem se conectar à sua infraestrutura.
Gerenciar o estado dos dispositivos e monitorar suas atividades.
Gerenciam o firmware instalado nos dispositivos.

Por exemplo, em uma solução de monitoramento remoto de uma estação de bombeamento de petróleo, os serviços usam a telemetria das bombas para identificar um comportamento anormal. Quando o serviço de nuvem identifica uma anomalia, ele pode enviar de modo automático um comando ao dispositivo para executar uma ação corretiva. Esse processo implementa um loop de comentários automatizado entre o dispositivo e a nuvem, o que aumenta a eficiência da solução.

Para obter mais informações, consulte:

Runtime de borda

Em uma solução de IoT baseada em borda, os serviços locais hospedados no ambiente de runtime de borda normalmente:

Gerenciam a conectividade com seus ativos por meio dos conectores de direção sul
Recebem a telemetria em escala dos ativos e determinam para onde rotear a telemetria para processamento adicional.
Encaminham comandos da nuvem para ativos específicos.
Executam um processamento de mensagens locais. Nas Operações do Azure IoT, esse processamento ocorre nos conectores de direção norte

Outros serviços de nuvem

As soluções baseadas em nuvem e baseadas em borda podem usar outros serviços de nuvem para fornecer mais funcionalidade à sua solução. Por exemplo, você pode usar:

Serviços de armazenamento do Azure para armazenar dados telemétricos.
Azure Stream Analytics para processar dados telemétricos em tempo real.
Microsoft Fabric para armazenar e analisar dados telemétricos.
Microsoft Power BI para visualizar dados telemétricos.

Comparações entre serviços de IoT

A seguinte tabela resume as opções atuais de serviço e aplicativo de borda:

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada em nuvem	Solução baseada em borda
Serviços	Hub IoT, DPS em IoT, Atualização de Dispositivo Hub IoT, Gêmeos Digitais do Azure	Operações do Azure IoT, com o Registro de Dispositivo do Azure. Você também pode usar o IoT Edge.
Opções de aplicativos de borda	Nenhum	DAPR (aplicativos de runtime aplicativo distribuído). Com o IoT Edge, você pode usar módulos do IoT Edge.

Comparações entre implantações

A seguinte tabela resume as opções de implantação atuais:

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada em nuvem	Solução baseada em borda
Topologia	Os dispositivos se conectam diretamente aos serviços de mensagens na nuvem, como o Hub IoT. Gerenciada na nuvem por meio dos SDKs de serviço de IoT ou o do ARM (Azure Resource Manager).	As Operações do Azure IoT oferecem uma forma de conectar ativos a um cluster de Kubernetes local. Os ativos se conectam ao Agente MQTT das Operações do Azure IoT, diretamente por protocolos de rede padrão ou por meio de dispositivos intermediários. Gerenciada na nuvem por meio de serviços habilitados para Azure Arc. Você também pode usar o IoT Edge, que é executado em um dispositivo de gateway como um computador industrial e fornece conectividade de nuvem para dispositivos conectando-se ao Hub IoT.
Infraestrutura	Serviços de nuvem como o Hub IoT e dispositivos de computação padrão que contêm uma CPU/um MPU ou dispositivos restritos e inseridos que contêm um MCU.	Operações do Azure IoT, que são executadas em um cluster do Kubernetes, e ativos ou dispositivos que se conectam ao cluster. Você também pode usar o IoT Edge, que é executado em um dispositivo de gateway como um Raspberry Pi ou um computador industrial, e dispositivos que se conectam ao dispositivo de gateway. Os dispositivos podem incluir dispositivos de computação padrão que contêm uma CPU/um MPU ou dispositivos restritos e inseridos que contêm um MCU.

Questões sobre toda a solução

Qualquer solução de IoT deve resolver as seguintes questões em toda a solução:

Gerenciamento de soluções, incluindo implantação e monitoramento.
Segurança, incluindo a segurança física, autenticação, autorização e criptografia.
Alta disponibilidade e recuperação de desastre para todos os componentes da sua solução.
Escalabilidade para todos os serviços da sua solução.

Gerenciamento de soluções

A abordagem de nuvem adaptável unifica equipes separadas, sites distribuídos e sistemas diferentes em um só modelo de dados, operações, segurança e aplicativo. Essa abordagem permite que você use as mesmas tecnologias de nuvem e IA para gerenciar e monitorar soluções de IoT híbridas, baseadas em nuvem e baseadas em borda.

As soluções baseadas no Hub IoT, no IoT Central e no IoT Edge oferecem suporte limitado para uma abordagem de nuvem adaptável. Embora as instâncias do Hub IoT, do IoT Central e do IoT Edge sejam recursos próprios do Azure, elas não expõem nativamente recursos, como gerenciamento de dispositivos e transformação de dados, como recursos que você pode gerenciar como recursos padrão do Azure.

Por outro lado, as soluções baseadas nas Operações do Azure IoT oferecem uma experiência de gerenciamento unificada para todos os componentes da sua solução. As Operações do Azure IoT usam serviços habilitados para Azure Arc para gerenciar e monitorar sua solução baseada em borda como se fosse uma solução baseada em nuvem. Por exemplo, ativos e transformações de dados em execução na borda são expostos como recursos de nuvem no Azure. Essa abordagem permite que você use tecnologias padrão do Azure para gerenciar e monitorar toda a sua solução baseada em borda.

Comparações de segurança

A seguinte tabela resume as opções de segurança atuais:

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada em nuvem	Solução baseada em borda
Autenticação	SAS, X.509	SAS, X.509 e SAT (tokens de conta de segurança) para autenticação no cluster
Autorização	Proprietário em ofertas de serviço atuais, como o Hub IoT	As Operações do Azure IoT usam a identidade do Microsoft Entra ID para o RBAC (controle de acesso baseado em função). O IoT Edge usa um esquema de autorização proprietário que se comunica com o Hub IoT, mas processa a autorização localmente.

Próximas etapas

As próximas etapas sugeridas para explorar ainda mais a Internet das Coisas do Azure incluem:

Para saber mais sobre a arquitetura da Internet das Coisas do Azure, confira:

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