Что такое Интернет вещей Azure

Статья
11/20/2024

Интернет вещей Azure (IoT) — это коллекция управляемых корпорацией Майкрософт облачных служб, пограничных компонентов и пакетов SDK, которые позволяют подключать, отслеживать и управлять устройствами и ресурсами Интернета вещей в масштабе. Проще говоря, решение Интернета вещей состоит из устройств Интернета вещей или ресурсов, взаимодействующих с облачными службами.

Ключевое решение при разработке решения Интернета вещей заключается в том, следует ли использовать облачное или пограничное решение:

В облачном решении устройства Интернета вещей подключаются непосредственно к облаку, где обрабатываются и анализируются их сообщения. Вы отслеживаете и управляете устройствами непосредственно из облака.
В пограничном решении ресурсы Интернета вещей подключаются к пограничной среде, которая обрабатывает свои сообщения перед пересылкой их в облако для хранения и анализа. Обычно вы отслеживаете ресурсы из облака и управляете ими через среду выполнения edge. Кроме того, можно отслеживать и контролировать ресурсы непосредственно с края.

В следующих двух разделах представлено высокоуровневое представление компонентов в типичных облачных и пограничных решениях Интернета вещей. В этой статье рассматриваются основные группы компонентов: устройства, ресурсы, облачные службы Интернета вещей, среда выполнения edge, другие облачные службы и проблемы с решением. Другие статьи в этом разделе содержат дополнительные сведения о каждом из этих компонентов.

Облачное решение — это интегрированный набор устройств Интернета вещей, компонентов и служб, которые касаются бизнес-потребности и подключают устройства непосредственно к облаку. Пример облачного решения — это парк грузовиков доставки, отправляющих данные телеметрии в облако для анализа и визуализации:

Схема, демонстрирующая высокоуровневую архитектуру решения Интернета вещей для облачных решений.

Облачные решения можно создавать с помощью таких служб, как Центр Интернета вещей, служба подготовки устройств и Azure Digital Twins.

Решение на основе пограничных вычислений — это интегрированный набор ресурсов Интернета вещей, компонентов и служб, который соответствует бизнес-потребности и подключает ресурсы к близлежащим пограничным службам. Пример пограничного решения — это фабрика, в которой промышленные ресурсы Интернета вещей подключаются к локальным службам, так как либо:

Ресурсы взаимодействуют с использованием локальных сетевых протоколов, таких как OPC UA.
Проблемы безопасности означают, что вы не должны подключать ресурсы непосредственно к общедоступному Интернету.

Решение на основе пограничных вычислений по-прежнему может пересылать данные из ресурсов в облако для дальнейшей обработки, например анализа и визуализации:

Схема, показывающая архитектуру высокоуровневого решения Интернета вещей для пограничных решений.

Вы можете создавать пограничные решения с помощью Azure IoT Edge или Операций Интернета вещей Azure.

Чтобы оценить, следует ли создавать пограничное или облачное решение, ознакомьтесь с сравнениями двух подходов в следующих разделах. В каждом разделе перечислены сведения о текущих предложениях облачных и пограничных решений.

Устройства, ресурсы и подключение

Облачные и пограничные решения имеют устройства или ресурсы , которые собирают данные, из которых требуется получить бизнес-аналитику. В следующих разделах описываются устройства и ресурсы в решении Интернета вещей и способы подключения к облаку.

Устройства IoT

Устройство Интернета вещей обычно состоит из цепи с датчиками, которые собирают данные. Устройства Интернета вещей часто подключаются непосредственно к Интернету, но в некоторых случаях используют локальный шлюз для подключения к облаку. Ниже приведены примеры устройств Интернета вещей:

датчик давления на удаленном масляном насосе;
датчики температуры и влажности в кондиционере;
акселерометр в лифте;
датчик присутствия в комнате.

Есть много устройств разных производителей, на основе которых можно создавать решение. Для прототипа устройства микропроцессора можно использовать устройство, например Raspberry Pi. Raspberry Pi позволяет подключать много датчиков разных типов. Для создания прототипа устройства микроконтроллера используйте такие устройства, как ESPRESSIF ESP32 или STMicrocontrolnics B-L475E-IOT01A Discovery kit to Центр Интернета вещей. Обычно эти доски имеют встроенные датчики, такие как датчики температуры и акселерометра.

Корпорация Майкрософт предоставляет пакеты SDK для устройств с открытым кодом, на основе которых можно создавать приложения для выполнения на устройствах.

Дополнительные сведения об устройствах в решении Интернета вещей см. в статье "Разработка устройств Интернета вещей".

Ресурсы Интернета вещей

Ресурс Интернета вещей — это более широкая концепция, чем устройство Интернета вещей, и ссылается на любой элемент ценности, из которого требуется управлять, отслеживать и собирать данные. Ресурс может быть компьютером, устройством, программным компонентом, всей системой или физическим объектом. Ресурсы обычно находятся в расположении, управляемом вами, например фабрике, и могут не подключаться непосредственно к общедоступному Интернету. Ниже приведены примеры ресурсов Интернета вещей.

Роботизированные руки, конвейерные пояса и лифты.
Промышленные машины CNC, отложенные, пилы и детализации.
Медицинские диагностические компьютеры для визуализации.
Камеры безопасности.
Компоненты программного обеспечения или программного обеспечения
Программируемые контроллеры логики.
Зданий.
Сельскохозяйственные культуры.
Устройства Интернета вещей.

Примечание.

В Операциях Интернета вещей Azure термин также относится к виртуальному представлению физического ресурса.

Взаимодействие устройств

Как правило, устройства Интернета вещей отправляют данные телеметрии от подключенных датчиков к облачным службам в решении. Однако другие типы обмена данными могут быть такими, как облачная служба, отправляя команды на устройства. Ниже приведены примеры обмена данными между устройствами и облаком:

Мобильная холодильная установка каждые пять минут отправляет в центр Интернета вещей данные о температуре.
Облачная служба отправляет на устройство команду, чтобы изменить частоту отправки данных телеметрии для диагностики проблемы.

Пакеты SDK для устройств Интернета вещей и Центр Интернета вещей поддерживают общие протоколы связи, такие как HTTP, MQTT и AMQP для обмена данными между устройствами и облаком. В некоторых сценариях может потребоваться шлюз для подключения устройств Интернета вещей к облачным службам.

Характеристики устройств Интернета вещей отличаются от характеристик других клиентов, таких как браузеры и мобильные приложения. В частности, устройства Интернета вещей:

часто представляют собой встраиваемые системы, у которых отсутствует оператор;
могут развертываться в удаленных расположениях, где физический доступ дорогой;
могут быть доступны только через серверную часть решения;
могут иметь ограниченную мощность и (или) объем ресурсов для обработки;
могут иметь временное, медленное или дорогостоящее подключение к сети;
могут требовать использования защищаемых законодательством об интеллектуальной собственности, пользовательских или отраслевых прикладных протоколов.

Пакеты SDK для устройств помогают решить проблемы безопасного и надежного подключения устройств к облачным службам.

Дополнительные сведения о подключении устройств и шлюзах см. в статье "Инфраструктура устройств" и "Подключение".

Подключение к пограничному решению

В пограничном решении ресурсы Интернета вещей подключаются к пограничной среде, которая обрабатывает свои сообщения перед пересылкой их в облако для хранения и анализа. Ресурсы могут использовать протоколы сетевой связи и такие стандарты, как:

OPC UA в промышленных средах.
ONVIF для управления и мониторинга видеоустройств.
MQTT в качестве стандартного протокола обмена сообщениями для ресурсов и устройств Интернета вещей.

На схеме пограничных решений, показанной ранее, соединители на юге представляют протоколы и стандарты, используемые ресурсами для подключения к пограничной среде.

Сравнение устройств и ресурсов

В следующей таблице перечислены текущие параметры ресурсов, устройств и подключений:

Текущие предложения (GA)	Облачное решение	Решение на основе пограничных вычислений
Типы подключенных объектов	Устройства IoT	Устройства Интернета вещей и ресурсы (более широкий набор физических или виртуальных сущностей, включающих устройства Интернета вещей)
Протоколы подключения устройств	HTTP, AMQP, MQTT версии 3.1.1	HTTP, AMQP, MQTT версии 3.1.1, MQTT v5. В операциях Интернета вещей Azure соединители обеспечивают другие протоколы. Операции Интернета вещей Azure включают соединитель OPC UA, соединитель мультимедиа и соединитель ONVIF. Настраиваемые соединители возможны.
Реализация устройства	Пакеты SDK для устройств Microsoft IoT и внедренные пакеты SDK для устройств	Пакеты SDK для устройств Microsoft IoT и внедренные пакеты SDK для устройств
Управление устройствами	IoT DPS, обновление устройств, IoT Central	В операциях Интернета вещей Azure используйте реестр устройств Azure. Используйте Akri, чтобы включить автоматическое обнаружение активов и устройств с помощью собственных протоколов. В IoT Edge используйте IoT DPS для управления крупномасштабными устройствами.

службы и приложения;

В облачном решении облачные службы Интернета вещей предоставляют инфраструктуру для подключения, мониторинга и управления устройствами. В пограничном решении среда выполнения edge размещает службы для подключения, мониторинга и управления ресурсами. Другие облачные службы предоставляют универсальные службы, такие как хранилище, анализ и визуализации решения.

Облачные службы Интернета вещей

В облачном решении Интернета вещей облачные службы Интернета вещей обычно:

Получите данные телеметрии в масштабе от устройств и определите способ обработки и хранения данных.
Отправка команд из облака на определенные устройства.
Подготовка устройств и управление устройствами, которые могут подключаться к инфраструктуре.
контроль состояния устройств и мониторинг их действий.
Управление встроенного ПО, установленного на устройствах.

Например, в решении удаленного мониторинга для насосной станции службы используют телеметрию от насосов для выявления аномального поведения. Когда облачная служба идентифицирует аномалию, она может автоматически отправлять команду на устройство, чтобы выполнить исправление. Этот процесс реализует цикл автоматической обратной связи между устройством и облаком, что значительно повышает эффективность решения.

Дополнительные сведения см. на следующих ресурсах:

Среда выполнения Edge

В пограничном решении Интернета вещей локальные службы, размещенные в пограничной среде выполнения, обычно:

Управление подключением к ресурсам через соединители на юге
Получите данные телеметрии в масштабе от ресурсов и определите, куда направлять данные телеметрии для дальнейшей обработки.
Переадресация команд из облака в определенные ресурсы.
Выполните некоторую локальную обработку сообщений. В операциях Интернета вещей Azure эта обработка выполняется в соединителях северного трафика

Другие облачные службы

Облачные и пограничные решения могут использовать другие облачные службы для предоставления дополнительных функциональных возможностей для решения. Например, можно использовать следующее:

Службы хранилища Azure для хранения данных телеметрии.
Azure Stream Analytics для обработки данных телеметрии в режиме реального времени.
Microsoft Fabric для хранения и анализа данных телеметрии.
Microsoft Power BI для визуализации данных телеметрии.

Сравнения служб Интернета вещей

В следующей таблице перечислены текущие параметры службы и пограничных приложений:

Текущие предложения (GA)	Облачное решение	Решение на основе пограничных вычислений
Службы	Центр Интернета вещей, IoT DPS, обновление устройств Центр Интернета вещей, Azure Digital Twins	Операции Интернета вещей Azure с реестром устройств Azure. Вы также можете использовать IoT Edge.
Параметры пограничных приложений	нет	DAPR (приложения распределенной среды выполнения приложений). С помощью IoT Edge можно использовать модули IoT Edge.

Сравнения развертываний

В следующей таблице перечислены текущие параметры развертывания:

Текущие предложения (GA)	Облачное решение	Решение на основе пограничных вычислений
Топология	Устройства подключаются непосредственно к облачным службам обмена сообщениями, таким как Центр Интернета вещей. Управляемые в облаке пакеты SDK службы Azure Resource Manager (ARM) или Службы Интернета вещей.	Операции Интернета вещей Azure позволяют подключать ресурсы к локальному кластеру Kubernetes. Ресурсы подключаются к брокеру MQTT операций Интернета вещей Azure, напрямую через стандартные сетевые протоколы или через промежуточные устройства. Управление в облаке с помощью служб с поддержкой Azure Arc. Вы также можете использовать IoT Edge, который работает на устройстве шлюза, например промышленном компьютере, и обеспечивает облачное подключение для устройств, подключаясь к Центр Интернета вещей.
Инфраструктура	Облачные службы, такие как Центр Интернета вещей, и стандартные вычислительные устройства, содержащие ЦП/MPU, или ограниченные и внедренные устройства, содержащие MCU.	Операции Интернета вещей Azure, которые выполняются в кластере Kubernetes и ресурсах или устройствах, подключающихся к кластеру. Вы также можете использовать IoT Edge, который работает на устройстве шлюза, например Raspberry Pi или промышленном компьютере, и устройствах, которые подключаются к устройству шлюза. Устройства могут включать стандартные вычислительные устройства, содержащие ЦП/MPU, или ограниченные и внедренные устройства, содержащие MCU.

Проблемы на уровне решения

Любое решение Интернета вещей должно решать следующие проблемы, связанные с решением:

Управление решениями , включая развертывание и мониторинг.
Безопасность , включая физическую безопасность, проверку подлинности, авторизацию и шифрование.
Высокий уровень доступности и аварийное восстановление для всех компонентов в решении.
Масштабируемость для всех служб в решении.

Управление решениями

Адаптивный облачный подход объединяет разложенные команды, распределенные сайты и разрозненные системы в одну операцию, безопасность, приложение и модель данных. Этот подход позволяет использовать те же облачные и искусственные технологии для управления и мониторинга пограничных, облачных решений и гибридных решений Интернета вещей.

Решения на основе Центр Интернета вещей, IoT Central и IoT Edge предлагают ограниченную поддержку адаптивного облачного подхода. Хотя Центр Интернета вещей, IoT Central и Экземпляры IoT Edge сами являются ресурсами Azure, они не предоставляют собственные возможности, такие как управление устройствами и преобразование данных, как ресурсы, которые можно управлять как стандартные ресурсы Azure.

В отличие от этого, решения, основанные на операциях Интернета вещей Azure, обеспечивают унифицированное управление всеми компонентами в решении. Операции Интернета вещей Azure используют службы с поддержкой Azure Arc для управления и мониторинга пограничного решения, как если бы это было облачное решение. Например, преобразования ресурсов и данных, выполняемые на пограничном сервере, предоставляются как облачные ресурсы в Azure. Этот подход позволяет использовать стандартные технологии Azure для управления и мониторинга всего пограничного решения.

Сравнения безопасности

В следующей таблице приведены текущие параметры безопасности:

Текущие предложения (GA)	Облачное решение	Решение на основе пограничных вычислений
Проверка подлинности	SAS, X.509	SAS, X.509 и SAT (маркеры учетной записи безопасности) для проверки подлинности в кластере
Авторизация	Собственный в текущих предложениях услуг, таких как Центр Интернета вещей	Операции Интернета вещей Azure используют идентификатор Microsoft Entra ID для управления доступом на основе ролей (RBAC). IoT Edge использует собственную схему авторизации, которая взаимодействует с Центр Интернета вещей, но обрабатывает авторизацию локально.

Следующие шаги

Ниже приведены следующие шаги для дальнейшего изучения Интернета вещей Azure:

Дополнительные сведения об архитектуре Интернета вещей Azure см. в следующих статье:

Поделиться через