Что такое Azure Internet ofThings (IoT)?

Интернет вещей Azure (IoT) — это коллекция управляемых корпорацией Майкрософт облачных служб, пограничных компонентов и пакетов SDK, которые позволяют подключать, отслеживать и управлять устройствами Интернета вещей в масштабе. Проще говоря, решение Интернета вещей состоит из устройств Интернета вещей, 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 устройства Интернета вещей подключаются к пограничной среде, которая обрабатывает свои сообщения перед пересылкой их в облако для хранения и анализа. Обычно вы отслеживаете устройства из облака и управляете ими через среду выполнения edge. Кроме того, можно отслеживать и управлять устройствами непосредственно с края.

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

Облачное решение

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, которые отправляют данные датчика в облако для анализа и визуализации:

Вы можете создавать облачные решения с такими службами, как Центр Интернета вещей, служба подготовки устройств и Azure Digital Twins.

Решение на основе пограничных вычислений

Решение на основе периферийных вычислений — это интегрированный набор устройств Интернета вещей, компонентов и служб, который соответствует бизнес-потребности и подключает устройства к близлежащим периферийным службам. Пример периферийного решения — завод, на котором промышленные устройства Интернета вещей подключаются к локальным службам по одной из следующих причин:

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

Решение на основе периферийных вычислений по-прежнему может пересылать данные с устройств в облако для последующей обработки, как анализ и визуализация.

Вы можете создавать решения на основе периферийных устройств с помощью Azure IoT Operations или Azure IoT Edge. Новая услуга Azure IoT Operations следует адаптивному облачному подходу Microsoft для интеграции облачных и периферийных компонентов.

Устройства и подключение

Как облачные, так и периферийные решения имеют устройства, которые собирают данные, из которых можно извлечь бизнес-аналитику. В следующих разделах описываются устройства в решении Интернета вещей и способы подключения к облаку.

Категории устройств Интернета вещей

Рекомендуется классифицировать устройства Интернета вещей следующим образом:

• Подключенное к облаку устройство (категория 1): устройства, подключающиеся непосредственно к облаку. Эта категория включает устройства, которые подключаются к облачным службам, таким как Центр Интернета вещей , с помощью стандартных протоколов, таких как HTTP, MQTT или AMQP. Эти устройства не относятся к пограничным решениям, таким как Операции Интернета вещей Azure.

• Устройство, подключенное через пограничный элемент (категория 2): устройства, которые подключаются к облаку через пограничный прокси-сервер или шлюз. Примеры в этой категории включают устройства, которые:

  • Подключитесь косвенно к облаку через брокер MQTT в Операциях Интернета вещей Azure.
  • Подключитесь косвенно к Центру Интернета вещей через шлюз IoT Edge.

• Устройство, относящееся к протоколу (категория 3): эти устройства подключаются к пограничной среде выполнения через соединитель, который позволяет устройствам использовать определенный протокол. Например, сервер OPC UA и подключенные устройства подключаются через соединитель для OPC UA. Эти устройства не относятся к облачным решениям, таким как Центр Интернета вещей Azure.

На следующей схеме показаны связи между категориями устройств и облачными службами в облачном решении:

На следующей схеме показаны связи между категориями устройств и пограничной средой выполнения в пограничном решении:

Для простоты на предыдущих схемах отображаются только потоки данных в облако или время выполнения edge. Многие решения поддерживают сценарии управления и командования, в которых облачная или пограничная среда выполнения отправляет команды устройствам. Например, облачная служба может отправить команду в соответствующую камеру ONVIF для увеличения масштаба.

Устройства IoT

Устройства Интернета вещей в категориях 1 и 2 обычно состоят из микросхемы с датчиками, которые собирают данные. Устройства Категории 1 Интернета вещей подключаются непосредственно к Интернету и устройствам категории 2 используют локальный шлюз для подключения к облаку. Ниже приведены примеры устройств Интернета вещей категории 1 и 2.

• Датчик давления на удаленном масляном насосе.
• Датчики температуры и влажности в модуле кондиционирования воздуха.
• Акселерометр в лифте.
• Датчики присутствия в комнате.

Категория 3 — это физические устройства в вашей среде, которые необходимо отслеживать и контролировать. Эти устройства могут:

• Встроенное ПО, предоставляемое производителем, реализующее стандартный протокол, например ONVIF.
• Серверы с подключенными активами, которые поддерживают промышленные протоколы, такие как OPC UA.

Ниже приведены примеры устройств категории 3:

• Роботизированные руки и конвейерные пояса.
• Промышленные станки ЧПУ, токарные станки, пилы и сверла.
• Медицинские диагностические аппараты для визуализации.
• Камеры безопасности.
• Программируемые контроллеры логики.

Существует множество устройств, доступных различными производителями для создания решения. Для прототипа устройства микропроцессора можно использовать устройство, например Raspberry Pi. Raspberry Pi позволяет подключить множество различных типов датчика. Для создания прототипа устройства микроконтроллера используйте такие устройства, как ESPRESSIF ESP32 или STMicroelectronics B-L475E-IOT01A Discovery kit для IoT Hub. Обычно эти доски имеют встроенные датчики, такие как датчики температуры и акселерометра.

Корпорация Майкрософт предоставляет пакеты SDK для устройств с открытым кодом, которые можно использовать для создания приложений, работающих на устройствах.

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

Подключение к устройству

Как правило, устройства Интернета вещей отправляют данные из подключенных датчиков в облачные службы в решении. Однако возможны и другие способы коммуникации, такие как облачная служба, которая отправляет команды на ваши устройства. Ниже приведены примеры обмена данными между устройствами и облаком:

• Мобильный холодильный грузовик отправляет температуру каждые 5 минут в Центр Интернета вещей.
• Облачная служба отправляет на устройство команду, чтобы изменить частоту отправки данных датчика 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.

Устройства Интернета вещей имеют разные характеристики по сравнению с другими клиентами, такими как браузеры и мобильные приложения. В частности, устройства Интернета вещей:

• Часто встраиваемые системы без человеческого оператора.
• Можно устанавливать в удаленных местах, где физический доступ обходится дорого.
• Возможно, доступ к ней возможен только через серверную часть решения.
• Может иметь ограниченные ресурсы питания и обработки.
• Возможно, у вас есть периодические, медленные или дорогие сетевые подключения.
• Может потребоваться использовать собственные, пользовательские или отраслевые протоколы приложений.

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 Об подключении и инфраструктуре устройств Интернета вещей.

Подключение в решении на базе периферийных вычислений

В пограничном решении устройства Интернета вещей подключаются к пограничной среде, которая обрабатывает свои сообщения перед пересылкой их в облако для хранения и анализа. Устройства 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 устройств Интернета вещей.

На схеме решений на базе периферии, показанной ранее, южные соединители представляют собой протоколы и стандарты, используемые устройствами для подключения к периферийной среде.

Дополнительные сведения об обработке сообщений, отправленных с устройств, см. в разделе "Обработка сообщений" в решении Интернета вещей.

Сравнение устройств

В следующей таблице приведены текущие параметры для устройств и подключений.

Службы и приложения

В облачном решении облачные службы Интернета вещей предоставляют инфраструктуру для подключения, мониторинга и управления устройствами. В периферийном решении среда выполнения размещает службы для подключения, мониторинга и управления устройствами. 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:

• Получайте данные с датчиков в масштабе и решайте, как обрабатывать и хранить эти данные.
• Отправка команд из облака на определенные устройства.
• Настройка устройств и управление устройствами, которые могут подключаться к инфраструктуре.
• Управляйте состоянием устройств и отслеживайте их действия.
• Управление встроенного ПО, установленного на устройствах.

Например, в решении удаленного мониторинга для насосной станции службы используют данные датчика 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 о ключевых концепциях управления и контроля устройств см. в статье «Управление и контроль устройств Интернета вещей».

Среда выполнения Edge

В периферийном решении Интернета вещей локальные службы, размещенные в периферийной среде выполнения, обычно:

• Управление подключением к вашим устройствам через южные соединители
• Получайте данные в большом масштабе с ваших устройств, и определите, куда направлять сообщения для дальнейшей обработки.
• Переадресация команд из облака на определенные устройства.
• Выполните некоторую локальную обработку сообщений. Операции в Azure IoT используют северные соединители для этой обработки.

Другие облачные службы

Облачные и граничные решения могут использовать другие облачные сервисы для предоставления дополнительной функциональности вашему решению. Например, вы можете использовать:

• Сервисы хранения Azure для хранения собранных данных.
• Используйте Azure Stream Analytics для обработки данных с датчиков в режиме реального времени.
• Функции Azure для реагирования на события устройств.
• С помощью Azure Logic Apps можно автоматизировать бизнес-процессы.
• Используйте Azure Machine Learning для добавления моделей машинного обучения и искусственного интеллекта в ваше решение.
• Microsoft Fabric для хранения и анализа данных датчика.
• Используйте Microsoft Power BI для визуализации данных с датчиков.

Дополнительные сведения см. на следующих ресурсах:

• Расширение решения Интернета вещей
• Анализ и визуализация данных Интернета вещей

Сравнения служб Интернета вещей

В следующей таблице перечислены текущие параметры сервиса и пограничных приложений.

Сравнения развертываний

В следующей таблице перечислены текущие параметры развертывания:

Общие проблемы проекта

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.
• Масштабируемость, высокий уровень доступности и аварийное восстановление для всех компонентов 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 вам использовать те же облачные технологии и технологии ИИ для управления и мониторинга решений IoT, основанных на периферийных, облачных и гибридных системах.

Решения, основанные на Центре Интернета вещей, IoT Central и IoT Edge, обеспечивают ограниченную поддержку адаптивного облачного подхода. Хотя экземпляры IoT Hub, IoT Central и IoT Edge сами по себе являются ресурсами Azure, они не предоставляют встроенных возможностей, таких как управление устройствами и преобразование данных, которые можно было бы управлять, как стандартными ресурсами 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 периферийного решения, как если бы это было облачное решение. Например, устройства и преобразования данных на периферии доступны как облачные ресурсы в Azure. Этот подход позволяет использовать стандартные технологии Azure для управления и мониторинга вашего решения на основе периферии сети.

Сравнения безопасности

В следующей таблице приведены текущие параметры безопасности:

Дальнейшие шаги

Ниже приведены следующие шаги для дальнейшего изучения Интернета вещей Azure:

• Разработка устройств Интернета вещей
• Обработка сообщений в решении Интернета вещей
• Управление решением Интернета вещей
• Выбор службы Интернета вещей Azure

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

• Рекомендации по архитектуре Центра Интернета вещей Azure
• Архитектура Интернета вещей в Центре архитектуры Azure