O que é a Internet das Coisas (IoT) do Azure?

Artigo
11/20/2024

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

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

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

As duas seções a seguir fornecem uma visão de alto nível dos componentes em soluções típicas de IoT baseadas em nuvem e de borda. Este artigo se concentra nos principais grupos de componentes: dispositivos, ativos, serviços de nuvem IoT, ambiente de tempo de execução de borda, outros serviços de nuvem e preocupações com 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 de negócios e que conecta dispositivos diretamente à nuvem. Um exemplo de uma solução baseada na nuvem é uma frota de caminhões de entrega que enviam dados de telemetria para a nuvem para análise e visualização:

Diagrama que mostra a arquitetura de solução de IoT de alto nível para 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 de negócios e conecta ativos a serviços de borda próximos. Um exemplo de uma solução baseada em borda é uma fábrica onde seus ativos industriais de IoT se conectam a serviços locais porque:

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

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

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

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

Para avaliar se é necessário criar uma solução baseada em borda ou em nuvem, revise as comparações entre as duas abordagens nas seções a seguir. Cada seção lista detalhes das ofertas atuais para soluções baseadas em nuvem e de borda.

Dispositivos, ativos e conectividade

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

Dispositivos IoT

Um dispositivo IoT é normalmente composto por uma placa de circuito com sensores que coletam dados. Os dispositivos IoT geralmente 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 numa bomba de óleo remota.
Sensores de temperatura e humidade numa unidade de ar condicionado.
Um acelerômetro em um elevador.
Sensores de presença numa sala.

Há uma grande variedade de dispositivos disponíveis de diferentes fabricantes para criar sua solução. Para prototipar um dispositivo de microprocessador, você pode usar um dispositivo como um Raspberry Pi. O Raspberry Pi permite-lhe ligar muitos tipos diferentes de sensores. Para prototipar 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 integrados, como sensores de temperatura e acelerômetro.

A Microsoft fornece SDKs de dispositivo de código aberto 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, consulte Desenvolvimento de dispositivos IoT.

Ativos de IoT

Um ativo IoT é um conceito mais amplo do que um dispositivo IoT e refere-se a qualquer item de valor do qual você deseja gerenciar, monitorar e coletar dados. Um ativo pode ser uma máquina, um dispositivo, um componente de software, um sistema inteiro ou um objeto físico. Normalmente, os ativos estão em um local que você controla, como uma fábrica, e talvez não consigam se conectar diretamente à Internet pública. Os itens a seguir são exemplos de ativos de IoT:

Braços robóticos, correias transportadoras e elevadores.
Máquinas CNC industriais, tornos, serras e furadeiras.
Máquinas de diagnóstico médico por imagem.
Câmaras de vídeo de segurança.
Software ou componentes de software
Controladores lógicos programáveis.
Edifícios.
Culturas agrícolas.

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

Conectividade dos dispositivos

Normalmente, os dispositivos IoT enviam telemetria de seus sensores conectados para serviços de nuvem em sua solução. No entanto, outros tipos de comunicação são possíveis, como um serviço de nuvem enviando comandos para seus dispositivos. Seguem-se exemplos de comunicação dispositivo-a-nuvem e nuvem-a-dispositivo:

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

Os SDKs de dispositivo IoT e o Hub IoT suportam protocolos de comunicação comuns, como HTTP, MQTT e AMQP para comunicação dispositivo-a-nuvem e nuvem-a-dispositivo. Em alguns cenários, você pode precisar de 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:

São frequentemente sistemas integrados sem nenhum operador humano.
Podem ser implementados em localizações remotas, onde o acesso físico é dispendioso.
Só pode ser acessível através do back-end da solução.
Pode ter energia e recursos de processamento limitados.
Pode ter conectividade de rede intermitente, lenta ou cara.
Pode ser necessário usar protocolos de aplicativos proprietários, personalizados ou específicos do setor.

Os SDKs de dispositivo ajudam você a enfrentar os desafios de conectar dispositivos de forma segura e confiável aos seus serviços de nuvem.

Para saber mais sobre conectividade de dispositivos e gateways, consulte Infraestrutura e conectividade de dispositivos.

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 suas 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 ativos e dispositivos IoT.

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

Comparações de dispositivos e ativos

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

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada na nuvem	Solução baseada em borda
Tipos de objetos conectados	Dispositivos IoT	Dispositivos e ativos IoT (um conjunto mais amplo de entidades físicas ou virtuais que inclui dispositivos IoT)
Protocolos de conectividade de dispositivos	HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1	HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1, MQTT v5. Nas Operações IoT do Azure, os conectores habilitam outros protocolos. O Azure IoT Operations inclui o conector OPC UA, o conector de mídia e o conector ONVIF. Conectores personalizados são possíveis.
Implementação do dispositivo	SDKs de dispositivos Microsoft IoT e SDKs de dispositivos incorporados	SDKs de dispositivos Microsoft IoT e SDKs de dispositivos incorporados
Gestão de dispositivos	IoT DPS, Atualização de Dispositivo, IoT Central	Em 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 IoT DPS para gerenciamento de dispositivos em grande escala.

Serviços e Aplicações

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

Serviços de nuvem 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 esses dados.
Envie comandos da nuvem para dispositivos específicos.
Provisione dispositivos e controle quais dispositivos podem se conectar à sua infraestrutura.
Controle o estado dos seus dispositivos e monitorize as suas atividades.
Faça a gestão do firmware instalado nos seus dispositivos.

Por exemplo, em uma solução de monitoramento remoto para uma estação de bombeamento de óleo, os serviços usam telemetria das bombas para identificar comportamentos anômalos. Quando um serviço de nuvem identifica uma anomalia, ele pode enviar automaticamente um comando para o dispositivo para tomar uma ação corretiva. Este processo implementa um ciclo de feedback automatizado entre o dispositivo e a nuvem que aumenta consideravelmente a eficiência da solução.

Para saber mais, veja:

Tempo de execução da borda

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

Gerencie a conectividade com seus ativos através dos conectores southbound
Receba telemetria em escala de seus ativos e determine para onde encaminhar a telemetria para processamento posterior.
Encaminhe comandos da nuvem para ativos específicos.
Execute algum processamento de mensagens locais. Nas Operações IoT do Azure, esse processamento ocorre nos conectores norte-americanos

Outros serviços na nuvem

Tanto as soluções baseadas na nuvem como as baseadas na 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 de telemetria.
Azure Stream Analytics para processar dados de telemetria em tempo real.
Microsoft Fabric para armazenar e analisar dados de telemetria.
Microsoft Power BI para visualizar dados de telemetria.

Comparações de serviços IoT

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

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada na nuvem	Solução baseada em borda
Serviços	Hub IoT, IoT DPS, Atualização de Dispositivo do Hub IoT, Gêmeos Digitais do Azure	Azure IoT Operations, com o Azure Device Registry. Você também pode usar o IoT Edge.
Opções de aplicativos de borda	Nenhuma	DAPR (aplicativos distribuídos de tempo de execução de aplicativos). Com o IoT Edge, você pode usar módulos do IoT Edge.

Comparações de implantação

A tabela a seguir resume as opções de implantação atuais:

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada na nuvem	Solução baseada em borda
Topologia	Os dispositivos se conectam diretamente a serviços de mensagens na nuvem, como o Hub IoT. Gerenciado na nuvem usando o Azure Resource Manager (ARM) ou SDKs de serviço IoT.	O Azure IoT Operations fornece uma maneira de conectar ativos a um cluster Kubernetes local. Os ativos se conectam ao agente MQTT do Azure IoT Operations, diretamente por meio de protocolos de rede padrão ou por meio de dispositivos intermediários. Gerenciado na nuvem usando serviços habilitados para Azure Arc. Você também pode usar o IoT Edge, que é executado em um dispositivo de gateway como um PC 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/MPU, ou dispositivos restritos e incorporados que contêm um MCU.	Azure IoT Operations, que é executado em um cluster 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 PC industrial, e dispositivos que se conectam ao dispositivo de gateway. Os dispositivos podem incluir dispositivos de computação padrão que contêm uma CPU/MPU ou dispositivos restritos e incorporados que contêm uma MCU.

Preocupações em toda a solução

Qualquer solução de IoT deve abordar as seguintes preocupações em toda a solução:

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

Gestão de soluções

A abordagem de nuvem adaptável unifica equipes isoladas, sites distribuídos e sistemas diferentes em um único modelo de operações, segurança, aplicativos e dados. 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, IoT Central e 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 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 IoT do Azure fornecem uma experiência de gerenciamento unificada para todos os componentes da sua solução. O Azure IoT Operations usa 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 tabela a seguir resume as opções de segurança atuais:

Ofertas atuais (GA)	Solução baseada na 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 dentro das ofertas de serviços atuais, como o Hub IoT	O Azure IoT Operations usa a identidade Microsoft Entra ID para controle de acesso baseado em função (RBAC). O IoT Edge usa um esquema de autorização proprietário que se comunica com o Hub IoT, mas lida com a autorização localmente.

Próximos passos

As próximas etapas sugeridas para explorar ainda mais o Azure IoT incluem:

Para saber mais sobre a arquitetura do Azure IoT, consulte:

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