Dela via

Genomgång av den förkonfigurerade lösningen för fjärrövervakning

  • Artikel

Den förkonfigurerade fjärrövervakningslösningen i IoT Suite är en implementering av en övervakningslösning från slutpunkt till slutpunkt för flera datorer som körs på fjärrplatser. I lösningen kombineras viktiga Azure-tjänster till en allmän implementering av affärsscenariot. Du kan använda lösningen som startpunkt för en egen implementering och anpassa den efter dina egna affärsbehov.

Den här artikeln beskriver några av de viktigaste elementen i fjärrövervakningslösningen så att du förstår hur den fungerar. Med den här kunskapen kan du sedan:

  • Felsöka problem i lösningen.
  • Planera hur lösningen kan anpassas för att uppfylla dina behov.
  • Utforma en egen IoT-lösning som använder Azure-tjänster.

Logisk arkitektur

Följande diagram illustrerar de logiska komponenterna i den förkonfigurerade lösningen:

Logisk arkitektur

Mikrotjänster och Docker-containrar

Fjärrövervakning är den första av våra förkonfigurerade lösningar som utnyttjar en arkitektur för mikrotjänster. Lösningen finns tillgänglig i både .NET och Java. Mikrotjänster har vuxit fram som ett vanligt förekommande mönster för att uppnå skalbarhet och flexibilitet (genom att tillåta att containrar skalas individuellt), utan att utvecklingshastigheten påverkas. Mikrotjänsterna bäddar in koden och anger väldefinierade gränssnitt som gör lösningen enklare att förstå och mindre monolitisk. Den ger också fler alternativ för partners som vill utöka nuvarande lösningsacceleratorer och skapa färdiga lösningar som kan generera intäkter.

Mer information om Docker-containrar

Simulerade enheter

I den förkonfigurerade lösningen representerar den simulerade enheten en kylningsenhet (till exempel en ventilations- eller luftkonditioneringsapparat i en byggnad eller lokal). När du distribuerar den förkonfigurerade lösningen etablerar du också automatiskt fyra simulerade enheter som körs i ett Azure-webbjobb. De simulerade enheterna gör det enkelt att utforska lösningens beteende utan att du behöver distribuera några fysiska enheter. Om du vill distribuera en riktig fysisk enhet går du självstudiekursen Ansluta enheten till den förkonfigurerade fjärrövervakningslösningen.

Meddelanden från enheten till molnet

Varje simulerad enhet kan skicka följande typer av meddelanden till IoT Hub:

Meddelande Beskrivning
Start När enheten startas skickar den ett enhetsinformationsmeddelande som innehåller information om enheten till backend-servern. Den här informationen är bland annat enhets-ID:t och en lista med kommandon och metoder som enheten har stöd för.
Närvaro En enhet skickar regelbundet ett närvaromeddelande för att rapportera om den kan känna av närvaron av en sensor.
Telemetri En enhet skickar regelbundet ett telemetrimeddelande för att rapporterar simulerade värden för temperaturen och fuktigheten som samlats in från enhetens simulerade sensorer.

Anteckning

Listan med kommandon som stöds av enheten lagras i en Cosmos DB-databas och inte i enhetstvillingen.

Egenskaper och enhetstvillingar

De simulerade enheterna skickar följande enhetsegenskaper till tvillingen i IoT Hub som rapporterade egenskaper. Enheten skickar rapporterade egenskaper vid start och som svar på ett kommando eller en metod om att ändra enhetens tillstånd.

Egenskap Syfte
Config.TelemetryInterval Den frekvens (i sekunder) som enheten skickar telemetri med
Config.TemperatureMeanValue Anger medelvärdet för telemetrin för simulerad temperatur
Device.DeviceID Ett ID som antingen anges eller tilldelas när en enhet skapas i lösningen
Device.DeviceState Tillståndet som rapporteras av enheten
Device.CreatedTime Tiden då enheten skapades i lösningen
Device.StartupTime Tidpunkten då enheten startades
Device.LastDesiredPropertyChange Versionsnumret för den senast önskade egenskapsändringen
Device.Location.Latitude Enhetens latitud
Device.Location.Longitude Enhetens longitud
System.Manufacturer Enhetstillverkare
System.ModelNumber Enhetens modellnummer
System.SerialNumber Enhetens serienummer
System.FirmwareVersion Aktuell version av enhetens inbyggda programvara
System.Platform Enhetens plattformsarkitektur
System.Processor Processorn som kör enheten
System.InstalledRAM Mängden RAM-minne som är installerat på enheten

Simulatorn lägger till dessa egenskaper på simulerade enheter med exempelvärden. Varje gång simulatorn initierar en simulerad enhet rapporterar enheten fördefinierade metadata till IoT Hub som rapporterade egenskaper. Det är bara enheten som kan uppdatera rapporterade egenskaper. Om du vill ändra en rapporterad egenskap anger du den önskade egenskapen i lösningsportalen. Enheten ansvarar för följande uppgifter:

  1. Att med jämna mellanrum hämta önskade egenskaper från IoT Hub.
  2. Att uppdatera konfigurationen med önskade egenskapsvärden.
  3. Att skicka tillbaka det nya värdet till hubben som en rapporterad egenskap.

Från instrumentpanelen i lösningen kan du använda önskade egenskaper till att ange egenskaper för en enhet med hjälp av enhetstvillingen. En enhet läser vanligtvis av ett önskat egenskapsvärde från hubben, uppdaterar det interna tillståndet och rapporterar ändringen som en rapporterad egenskap.

Anteckning

I koden för den simulerade enheten är det bara de önskade egenskaperna Desired.Config.TemperatureMeanValue och Desired.Config.TelemetryInterval som används till att uppdatera de rapporterade egenskaper som skickas tillbaka till IoT Hub. Alla andra förfrågningar om att ändra önskade egenskaper ignoreras i den simulerade enheten.

Metoder

De simulerade enheterna kan hantera följande metoder (direkta metoder) som anropas från lösningsportalen via IoT Hub:

Metod Beskrivning
InitiateFirmwareUpdate Anger att enheten ska uppdatera den inbyggda programvaran
Starta om Anger att enheten ska startas om
FactoryReset Anger att enheten ska fabriksåterställas

I vissa metoder används rapporterade egenskaper till att informera om förloppet. I metoden InitiateFirmwareUpdate simuleras till exempel att uppdateringen körs asynkront på enheten. Metoden returnerar omedelbart ett resultat på enheten medan den asynkrona uppgiften fortsätter att skicka statusuppdateringar till lösningens instrumentpanel med hjälp av rapporterade egenskaper.

Kommandon

De simulerade enheterna kan hantera följande kommandon (meddelanden från molnet till enheten) som skickas från lösningsportalen via IoT Hub:

Kommando Beskrivning
PingDevice Skickar en ping till enheten för att kontrollera att den är aktiv
StartTelemetry Startar enheten som skickar telemetri
StopTelemetry Stoppar enheten så att den inte skickar mer telemetri
ChangeSetPointTemp Ändrar värdet för den angivna punkten som slumpmässiga data skapas kring
DiagnosticTelemetry Utlöser enhetssimulatorn för att skicka ytterligare ett telemetrivärde (externalTemp)
ChangeDeviceState Ändrar en egenskap för utökat läge för enheten och skickar meddelandet med enhetsinformation från enheten

Anteckning

En jämförelse av dessa kommandon (meddelanden från molnet till enheten) och metoder (direkta metoder) finns i artikeln om kommunikation mellan moln och enheter.

IoT Hub

IoT Hub matar in data som skickas från enheterna till molnet och gör dem tillgängliga för ASA-jobben (Azure Stream Analytics). Varje ASA-jobb använder en separat IoT Hub-konsumentgrupp för att läsa strömmen av meddelanden från dina enheter.

IoT Hub ansvarar även för följande uppgifter i lösningen:

  • Att underhålla ett ID-register där ID:n och autentiseringsnycklar lagras för alla enheter som har behörighet att ansluta till portalen. Du kan aktivera och inaktivera enheter via ID-registret.
  • Att skicka kommandon till dina enheter för lösningsportalens räkning.
  • Att anropa metoder på dina enheter för lösningsportalens räkning.
  • Att underhålla enhetstvillingar för alla registrerade enheter. De egenskapsvärden som rapporteras av en enhet lagras i enhetstvillingen. De önskade egenskaper som anges i lösningsportalen och som enheten ska hämta vid nästa anslutning lagras också där.
  • Att schemalägga jobb där egenskaper ska anges för flera enheter eller där metoder ska anropas på flera enheter.

Azure Stream Analytics

I fjärrövervakningslösningen skickar Azure Stream Analytics (ASA) meddelanden som tas emot av IoT Hub till andra serverkomponenter för bearbetning eller lagring. Olika ASA-jobb utför specifika funktioner baserat på innehållet i meddelandena.

Jobb 1: Enhetsinformation filtrerar meddelandena med enhetsinformation från den inkommande meddelandeströmmen och skickar dem till slutpunkten för en händelsehubb. En enhet skickar meddelanden med enhetsinformation vid starten och som svar på ett SendDeviceInfo-kommando. Det här jobbet använder följande frågedefinition för att identifiera device-info-meddelanden:

SELECT * FROM DeviceDataStream Partition By PartitionId WHERE  ObjectType = 'DeviceInfo'

Det här jobbet skickar sina utdata till en händelsehubb för vidare bearbetning.

Jobb 2: Regler utvärderar inkommande telemetrivärden för temperatur och fuktighet mot tröskelvärdena för varje enhet. Tröskelvärdena anges i regelredigeraren som finns i lösningsportalen. Varje enhet/värde-par lagras med en tidsstämpel i en blobb som Stream Analytics läser in som referensdata. Jobbet jämför icke-tomma värden mot det angivna tröskelvärdet för enheten. Om det överskrider villkoret> returnerar jobbet en larmhändelse som anger att tröskelvärdet har överskridits och tillhandahåller värdena för enhet, värde och tidsstämpel. Det här jobbet använder följande frågedefinition för att identifiera telemetrimeddelanden som ska utlösa ett larm:

WITH AlarmsData AS 
(
SELECT
     Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
     'Temperature' as ReadingType,
     Stream.Temperature as Reading,
     Ref.Temperature as Threshold,
     Ref.TemperatureRuleOutput as RuleOutput,
     Stream.EventEnqueuedUtcTime AS [Time]
FROM IoTTelemetryStream Stream
JOIN DeviceRulesBlob Ref ON Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId = Ref.DeviceID
WHERE
     Ref.Temperature IS NOT null AND Stream.Temperature > Ref.Temperature

UNION ALL

SELECT
     Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
     'Humidity' as ReadingType,
     Stream.Humidity as Reading,
     Ref.Humidity as Threshold,
     Ref.HumidityRuleOutput as RuleOutput,
     Stream.EventEnqueuedUtcTime AS [Time]
FROM IoTTelemetryStream Stream
JOIN DeviceRulesBlob Ref ON Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId = Ref.DeviceID
WHERE
     Ref.Humidity IS NOT null AND Stream.Humidity > Ref.Humidity
)

SELECT *
INTO DeviceRulesMonitoring
FROM AlarmsData

SELECT *
INTO DeviceRulesHub
FROM AlarmsData

Jobbet skickar sina utdata till en händelsehubb för vidare bearbetning och sparar information om varje avisering i Blob Storage där lösningsportalen kan läsa aviseringarna.

Jobb 3: Telemetri används på inkommande telemetriströmmar för enheten på två sätt. Med det första skickas alla telemetrimeddelanden från enheterna till permanent blobblagring för långsiktig lagring. Med det andra beräknas värden för genomsnittlig, minsta och högsta fuktighet under en glidande femminutersperiod. Dessa data skickas sedan till blobblagring. Lösningsportalen läser av telemetridata från Blob Storage och fyller i diagrammen. Det här jobbet använder följande frågedefinition:

WITH 
    [StreamData]
AS (
    SELECT
        *
    FROM [IoTHubStream]
    WHERE
        [ObjectType] IS NULL -- Filter out device info and command responses
) 

SELECT
    IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
    Temperature,
    Humidity,
    ExternalTemperature,
    EventProcessedUtcTime,
    PartitionId,
    EventEnqueuedUtcTime,
    * 
INTO
    [Telemetry]
FROM
    [StreamData]

SELECT
    IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
    AVG (Humidity) AS [AverageHumidity],
    MIN(Humidity) AS [MinimumHumidity],
    MAX(Humidity) AS [MaxHumidity],
    5.0 AS TimeframeMinutes 
INTO
    [TelemetrySummary]
FROM [StreamData]
WHERE
    [Humidity] IS NOT NULL
GROUP BY
    IoTHub.ConnectionDeviceId,
    SlidingWindow (mi, 5)

Event Hubs

ASA-jobben för enhetsinformation och regler skickar sina data till Event Hubs för bearbetning i händelseprocessorn som körs i webbjobbet.

Azure-lagring

Lösningen använder Azure-blobblagring för att bevara alla rådata och sammanfattade telemetridata från enheterna i lösningen. Portalen läser av telemetridata från Blob Storage och fyller i diagrammen. När aviseringar ska visas läser lösningsportalen av data från Blob Storage som registreras när telemetrivärden överskrider de konfigurerade tröskelvärdena. I lösningen används också Blob Storage till att registrera de tröskelvärden du anger i lösningsportalen.

WebJobs

Förutom att fungera som värdar för enhetssimulatorerna fungerar WebJobs i lösningen även som värdar för händelseprocessorn som körs i ett Azure WebJob som hanterar svar från kommandon. Svarsmeddelanden från kommandon används för att uppdatera enhetens kommandohistorik (lagras i Cosmos DB-databasen).

Cosmos DB

Lösningen använder en Cosmos DB-databas för att lagra information om de enheter som är anslutna till lösningen. I den här informationen ingår historiken för de kommandon som skickas till enheter från lösningsportalen och för de metoder som anropas från lösningsportalen.

Lösningsportal

Lösningsportalen är en webbapp som ingår i distributionen av den förkonfigurerade lösningen. Några viktiga sidor i lösningsportalen är instrumentpanelen och enhetslistan.

Instrumentpanel

På den här sidan i webbappen används javascript-baserade PowerBI-kontroller (se PowerBI-visuals-databasen) till att visualisera telemetridata från enheterna. Lösningen använder ASA-telemetrijobbet för att skriva telemetridata till blobblagring.

Enhetslista

På den här sidan i lösningsportalen kan du göra följande:

  • Etablera en ny enhet. Den här åtgärden anger det unika enhets-ID:t och genererar autentiseringsnyckeln. Den skriver information om enheten till både IoT Hub-identitetsregistret och den lösningsspecifika Cosmos DB-databasen.
  • Hantera enhetsegenskaper. Den här åtgärden används för att visa befintliga egenskaper och uppdatera dem med nya egenskaper.
  • Skicka kommandon till en enhet.
  • Visa kommandohistoriken för en enhet.
  • Aktivera och inaktivera enheter.

Nästa steg

Följande blogginlägg på TechNet innehåller mer information om den förkonfigurerade lösningen för fjärrövervakning:

Läs följande artiklar om du vill fortsätta och lära dig mer om IoT Suite: