مشاركة عبر

نظرة عامة على أحمال عمل IoT

  • مقالة

يهدف هذا القسم من Microsoft Azure Well-Architected Framework إلى معالجة تحديات إنشاء أحمال عمل IoT على Azure. توضح هذه المقالة مناطق تصميم IoT وأنماط البنية وطبقات البنية في حمل عمل IoT.

تدعم خمس ركائز للتميز المعماري منهجية تصميم حمل عمل IoT. تعمل هذه الركائز بمثابة بوصلة لقرارات التصميم اللاحقة عبر مجالات التصميم الموضحة في هذه المقالة. تتناول المقالات المتبقية في هذه السلسلة كيفية تقييم مجالات التصميم باستخدام مبادئ التصميم الخاصة ب IoT في ركائز الموثوقية والأمان وتحسين التكلفة والتميز التشغيلي وكفاءة الأداء.

تلميح

لتقييم حمل عمل IoT الخاص بك من خلال عدسات الموثوقية والأمان وتحسين التكلفة والتميز التشغيلي وكفاءة الأداء، راجع مراجعة Azure Well-Architected.

ما هو حمل عمل IoT؟

يشير مصطلح حمل العمل إلى مجموعة موارد التطبيق التي تدعم هدف عمل مشترك أو تنفيذ عملية عمل مشتركة. تستخدم هذه الأهداف أو العمليات خدمات متعددة، مثل واجهات برمجة التطبيقات ومخازن البيانات. تعمل الخدمات معا لتقديم وظائف محددة من طرف إلى طرف.

إنترنت الأشياء (IoT) عبارة عن مجموعة من الخدمات المدارة والأنظمة الأساسية عبر بيئات الحافة والسحابة التي تربط الأصول المادية وتراقبها وتتحكم فيها.

لذلك يصف حمل عمل IoT ممارسة تصميم وبناء وتشغيل حلول IoT للمساعدة في مواجهة التحديات المعمارية وفقا لمتطلباتك وقيودك.

يعالج حمل عمل IoT المكونات الثلاثة لأنظمة IoT:

  • الأشياء أو الكائنات المادية والمعدات الصناعية والأجهزة وأجهزة الاستشعار التي تتصل بالسحابة باستمرار أو بشكل متقطع.
  • نتائج التحليلات، المعلومات التي تجمعها الأشياء التي الذكاء الاصطناعي البشر أو تحليلها وتحويلها إلى معرفة قابلة للتنفيذ.
  • الإجراءات واستجابات الأشخاص أو الأنظمة للرؤى، والتي تتصل بنتائج الأعمال والأنظمة والأدوات.

أنماط بنية إنترنت الأشياء

تستخدم معظم أنظمة IoT إما منتجات متصلة أو نمط بنية عمليات متصلة . يحتوي كل نمط على متطلبات وقيود محددة في مناطق تصميم IoT.

  • تركز بنيات المنتجات المتصلة على المسار السريع. يدير المستخدمون النهائيون المنتجات ويتفاعلون معها باستخدام التطبيقات في الوقت الحقيقي. ينطبق هذا النمط على الشركات المصنعة للأجهزة الذكية للمستهلكين والشركات في مجموعة واسعة من المواقع والإعدادات. ومن الأمثلة على ذلك أجهزة القهوة الذكية وأجهزة التلفاز الذكية وأجهزة الإنتاج الذكية. في حلول IoT هذه، يوفر منشئو المنتجات خدمات متصلة لمستخدمي المنتج.

  • تركز بنيات العمليات المتصلة على المسار الدافئ أو البارد مع أجهزة الحافة والتنبيهات والمعالجة السحابية. تقوم هذه الحلول بتحليل البيانات من مصادر متعددة، وجمع الرؤى التشغيلية، وبناء نماذج التعلم الآلي، وبدء المزيد من إجراءات الجهاز والسحابة. ينطبق نمط العمليات المتصلة على المؤسسات وموفري الخدمات الذكية الذين يربطون الأجهزة والأجهزة الموجودة مسبقا. ومن الأمثلة على ذلك المصانع الذكية والمباني الذكية. في حلول إنترنت الأشياء هذه، يقدم منشئو الخدمات خدمات ذكية توفر رؤى وتدعم فعالية وكفاءة البيئات المتصلة.

لمعرفة المزيد حول بنية الحل الأساسية لأحمال عمل IoT، راجع البنية المرجعية ل Azure IoTوالبنى المرجعية ل Azure IoT الخاصة بالصناعة.

Well-Architected ركائز إطار العمل في حمل عمل IoT الخاص بك

يتكون Azure Well-Architected Framework من خمس ركائز للتميز المعماري، والتي يمكنك استخدامها لتحسين جودة أحمال عمل IoT. تسلط المقالات التالية الضوء على كيفية تأثير مبادئ التصميم الخاصة ب IoT على القرارات عبر مجالات تصميم IoT:

  • تضمن الموثوقية أن تفي التطبيقات بالتزامات التوفر. تضمن المرونة توفر أحمال العمل ويمكنها التعافي من حالات الفشل على أي نطاق. تناقش الموثوقية في حمل عمل IoT كيفية تأثير مجالات تصميم IoT من عدم التجانس وقابلية التوسع والاتصال والهجين على موثوقية IoT.

  • يوفر الأمان ضمانات السرية والنزاهة والتوافر ضد الهجمات المتعمدة وإساءة استخدام البيانات والأنظمة. يصف الأمان في حمل عمل IoT كيفية تأثير عدم التجانس والهجين على أمان IoT.

  • يعمل تحسين التكلفة على موازنة أهداف العمل مع مبررات الموازنة لإنشاء أحمال عمل فعالة من حيث التكلفة مع تجنب الحلول كثيفة رأس المال. يبحث تحسين التكلفة في حمل عمل IoT الخاص بك في طرق تقليل النفقات وتحسين الكفاءة التشغيلية عبر مجالات تصميم IoT.

  • يغطي التميز التشغيلي العمليات التي تنشئ التطبيقات وتشغلها في الإنتاج. يناقش التميز التشغيلي في حمل عمل IoT كيفية تأثير عدم التجانس وقابلية التوسع والاتصال والهجين على عمليات IoT.

  • كفاءة الأداء هي قدرة حمل العمل على التوسع بكفاءة لتلبية الطلبات. تصف كفاءة الأداء في حمل عمل IoT كيفية تأثير عدم التجانس وقابلية التوسع والاتصال والهجين على أداء IoT.

مناطق تصميم إنترنت الأشياء

مجالات تصميم IoT الرئيسية التي تسهل تصميم حل IoT الجيد هي:

  • التغايريه
  • الأمان
  • قابلية التوسع
  • المرونة
  • الخدمه
  • قابلية التوصيل
  • الهجين

مجالات التصميم مترابطة ويمكن أن تؤثر القرارات المتخذة داخل مجال واحد على القرارات عبر التصميم بأكمله. لتقييم مجالات التصميم، استخدم مبادئ التصميم الخاصة ب IoT في الركائز الخمس للتميز المعماري. تساعد هذه المبادئ على توضيح الاعتبارات لضمان تلبية حمل عمل IoT للمتطلبات عبر طبقات البنية.

تصف الأقسام التالية مناطق تصميم IoT، وكيفية تطبيقها على المنتجات المتصلة ب IoT وأنماط بنية العمليات المتصلة .

التغايريه

يجب أن تستوعب حلول إنترنت الأشياء الأجهزة والأجهزة والبرامج والسيناريوهات والبيئات وأنماط المعالجة والمعايير المختلفة. من المهم تحديد المستوى اللازم من عدم التجانس لكل طبقة بنية في وقت التصميم.

في بنيات المنتجات المتصلة، يصف عدم التجانس أصناف الأجهزة والأجهزة التي تحتاج إلى دعم. يصف عدم التجانس أيضا مجموعة متنوعة من البيئات حيث يمكنك نشر المنتج الذكي، مثل شبكات وأنواع المستخدمين.

في بنيات العمليات المتصلة، يركز عدم التجانس على دعم بروتوكولات التكنولوجيا التشغيلية المختلفة (OT) والاتصال.

الأمان

يجب أن تأخذ حلول إنترنت الأشياء في الاعتبار تدابير الأمان والخصوصية عبر جميع الطبقات. وتشمل التدابير الأمنية ما يلي:

  • هوية الجهاز والمستخدم.
  • المصادقة والتخويل.
  • حماية البيانات للبيانات الثابتة والمتنقلة.
  • استراتيجيات لإثبات البيانات.

في بنيات المنتجات المتصلة، يؤثر التحكم المحدود في استخدام المنتج في البيئات غير المتجانسة والموزعة على نطاق واسع على الأمان. وفقا لنموذج MICROSOFT Threat Modeling Tool تصنيف المخاطر، فإن أعلى خطر على الأجهزة هو العبث، والتهديد للخدمات هو رفض الخدمات من الأجهزة المختطفة.

في بنيات العمليات المتصلة، تعد متطلبات الأمان لبيئة النشر مهمة. يركز الأمان على متطلبات بيئة OT المحددة ونماذج التوزيع، مثل ISA95 و Purdue، والتكامل مع النظام الأساسي لإنترنت الأشياء المستند إلى السحابة. استنادا إلى تصنيف المخاطر، فإن أعلى المخاطر الأمنية للعمليات المتصلة هي تزييف الهوية والعبث والكشف عن المعلومات ورفع الامتياز.

قابلية التوسع

يجب أن تكون حلول IoT قادرة على دعم قابلية التوسع الفائق، مع ملايين الأجهزة والأحداث المتصلة التي تستوعب كميات كبيرة من البيانات بتردد عال. يجب أن تمكن حلول IoT إثبات المفهوم والمشاريع التجريبية التي تبدأ بعدد قليل من الأجهزة والأحداث، ثم توسيع نطاقها إلى أبعاد فائقة السعة. يعد النظر في قابلية التوسع لكل طبقة بنية أمرا ضروريا لنجاح حل IoT.

في بنيات المنتجات المتصلة، يصف المقياس عدد الأجهزة. في معظم الحالات، يحتوي كل جهاز على مجموعة محدودة من البيانات والتفاعلات، والتي يتحكم فيها منشئ الجهاز، وتأتي قابلية التوسع فقط من عدد الأجهزة المنشورة.

في بنيات العمليات المتصلة، تعتمد قابلية التوسع على عدد الرسائل والأحداث التي يجب معالجتها. بشكل عام، عدد الأجهزة والأجهزة محدود، ولكن أجهزة وأجهزة OT ترسل أعدادا كبيرة من الرسائل والأحداث.

المرونة

تعتمد حلول إنترنت الأشياء على مبدأ إمكانية الإنشاء، والذي يتيح الجمع بين مختلف مكونات الطرف الأول أو الجهات الخارجية ككتل بناء. يحتوي حل IoT المصمم جيدا على نقاط ملحقة تمكن التكامل مع الأجهزة والأنظمة والتطبيقات الموجودة. تعد البنية عالية النطاق والمحركة للأحداث مع الاتصال بوساطة جزءا من العمود الفقري، مع تكوين غير محكم للخدمات ووحدات المعالجة.

في بنيات المنتجات المتصلة، يحدد تغيير متطلبات المستخدم النهائي المرونة. يجب أن تسمح لك الحلول بتغيير سلوك الجهاز وخدمات المستخدم النهائي بسهولة في السحابة، وتوفير خدمات جديدة.

في بنيات العمليات المتصلة، يحدد دعم أنواع مختلفة من الأجهزة المرونة. يجب أن تكون الحلول قادرة على توصيل البروتوكولات القديمة والملكية بسهولة.

الخدمه

يجب أن تراعي حلول إنترنت الأشياء سهولة صيانة وإصلاح المكونات والأجهزة وعناصر النظام الأخرى. يعد الكشف المبكر عن المشاكل المحتملة أمرا بالغ الأهمية. من الناحية المثالية، يجب أن يقوم حل IoT جيد التصميم بتصحيح المشكلات تلقائيا قبل حدوث مشكلة خطيرة. يجب أن تتسبب عمليات الصيانة والإصلاح في أقل وقت تعطل أو تعطيل قدر الإمكان.

في بنيات المنتجات المتصلة، يؤثر التوزيع الواسع للأجهزة على قابلية الخدمة. القدرة على مراقبة الأجهزة وإدارتها وتحديثها ضمن سياق المستخدم النهائي والتحكم فيه، دون الوصول المباشر إلى تلك البيئة، محدودة.

في بنيات العمليات المتصلة، تعتمد قابلية الخدمة على السياق المحدد وعناصر التحكم والإجراءات الخاصة ببيئة OT، والتي قد تتضمن أنظمة وبروتوكولات متوفرة بالفعل أو قيد الاستخدام.

قابلية التوصيل

يجب أن تكون حلول IoT قادرة على التعامل مع فترات طويلة من الاتصال دون اتصال أو عرض نطاق ترددي منخفض أو اتصال متقطع. لدعم الاتصال، يمكنك إنشاء مقاييس لتعقب الأجهزة التي لا تتصل بانتظام.

تعمل المنتجات المتصلة في بيئات المستهلك غير الخاضعة للرقابة، لذلك الاتصال غير معروف ويصعب الحفاظ عليه. يجب أن تكون بنيات المنتجات المتصلة قادرة على دعم فترات طويلة غير متوقعة من الاتصال دون اتصال وعرض النطاق الترددي المنخفض.

في بنيات العمليات المتصلة، يؤثر نموذج توزيع بيئة OT على الاتصال. عادة ما تكون درجة الاتصال، بما في ذلك الاتصال المتقطع، معروفة وتدار في سيناريوهات OT.

الهجين

يجب أن تعالج حلول IoT التعقيد المختلط، الذي يعمل على أجهزة ومنصات مختلفة عبر البيئات المحلية والحافة ومتعددة السحابات. من الضروري إدارة بنيات حمل عمل IoT المتباينة، وضمان الأمان غير المنقوط، وتمكين سرعة المطور.

في بنيات المنتجات المتصلة، يحدد التوزيع الواسع للأجهزة الهجين. يتحكم منشئ حلول IoT في النظام الأساسي للأجهزة ووقت التشغيل، وتركز الهجينة على تنوع بيئات التوزيع.

في بنيات العمليات المتصلة، تصف الهجينة منطق توزيع البيانات ومعالجتها. تحدد متطلبات المقياس وا لزمن الانتقال مكان معالجة البيانات ومدى سرعة الملاحظات.

طبقات بنية إنترنت الأشياء

تتكون بنية IoT من مجموعة من الطبقات الأساسية. تدعم التقنيات المحددة الطبقات المختلفة، ويسلط حمل عمل IoT الضوء على خيارات تصميم كل طبقة وإنشاءها.

  • تحدد الطبقات الأساسية الحلول الخاصة ب IoT.
  • الطبقات الشائعة ليست خاصة بأحمال عمل IoT.
  • تدعم الطبقات الشاملة جميع الطبقات في تصميم الحلول وبناءها وتشغيلها.

يعالج حمل عمل IoT متطلبات وتطبيقات مختلفة خاصة بالطبقة. يركز إطار العمل على الطبقات الأساسية، ويحدد التأثير المحدد لحمل عمل IoT على الطبقات الشائعة.

رسم تخطيطي يوضح الطبقات والأنشطة الشاملة في بنية IoT.

تصف الأقسام التالية طبقات بنية IoT وتقنيات Microsoft التي تدعمها.

الطبقات والخدمات الأساسية

تحدد طبقات وخدمات IoT الأساسية ما إذا كان الحل هو حل IoT. الطبقات الأساسية لحمل عمل IoT هي:

  • الجهاز والبوابة
  • إدارة الأجهزة ونمذجتها
  • الاستيعاب والاتصال

يركز حمل عمل IoT بشكل أساسي على هذه الطبقات. لتحقيق هذه الطبقات، توفر Microsoft تقنيات وخدمات IoT مثل:

تلميح

Azure IoT Central هو نظام أساسي لتطبيق مدار يمكنك استخدامه لتقييم سيناريو IoT الخاص بك بسرعة وتقييم الفرص لعملك. بعد استخدام IoT Central لتقييم سيناريو IoT الخاص بك، يمكنك بعد ذلك إنشاء حل جاهز لمؤسستك باستخدام قوة النظام الأساسي ل Azure IoT.

طبقة الجهاز والبوابة

تمثل هذه الطبقة الجهاز الفعلي أو الظاهري وأجهزة البوابة المنشورة على الحافة أو في أماكن العمل. تتضمن العناصر الموجودة في هذه الطبقة أنظمة التشغيل والبرامج الثابتة للجهاز أو البوابة. تدير أنظمة التشغيل العمليات على الأجهزة والبوابات. البرنامج الثابت هو البرنامج والتعليمات المبرمجة على الأجهزة والبوابات. هذه الطبقة مسؤولة عن:

  • الاستشعار والعمل على الأجهزة الطرفية الأخرى وأجهزة الاستشعار.
  • معالجة بيانات IoT ونقلها.
  • التواصل مع النظام الأساسي السحابي ل IoT.
  • أمان الجهاز على المستوى الأساسي والتشفير وجذر الثقة.
  • إدارة البرامج والمعالجة على مستوى الجهاز.

تتضمن حالات الاستخدام الشائعة قراءة قيم المستشعر من جهاز ومعالجة البيانات ونقلها إلى السحابة وتمكين الاتصال المحلي.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

طبقة الاستيعاب والاتصال

تقوم هذه الطبقة بتجميع الاتصالات والسماسرة بين الجهاز وطبقة البوابة وحل سحابة IoT. تمكن هذه الطبقة:

  • دعم الاتصال ثنائي الاتجاه مع الأجهزة والبوابات.
  • تجميع ودمج الاتصالات من أجهزة وبوابات مختلفة.
  • توجيه الاتصالات إلى جهاز أو بوابة أو خدمة معينة.
  • سد وتحويل بين البروتوكولات المختلفة. على سبيل المثال، توسط خدمات السحابة أو الحافة في رسالة MQTT تنتقل إلى جهاز أو بوابة.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

طبقة إدارة الأجهزة والنمذجة

تحتفظ هذه الطبقة بقائمة الأجهزة وهويات البوابة وحالتها وقدراتها. تتيح هذه الطبقة أيضا إنشاء نماذج نوع الجهاز والعلاقات بين الأجهزة.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

الطبقات والخدمات الشائعة

تستخدم أحمال العمل بخلاف IoT، مثل & الذكاء الاصطناعي البيانات والتطبيقات الحديثة، الطبقات الشائعة أيضا. يعالج Azure Well-Architected Framework المستوى الأعلى العناصر العامة لهذه الطبقات الشائعة، وتعالج أطر عمل حمل العمل الأخرى المتطلبات الأخرى. تتطرق الأقسام التالية إلى التأثير المتعلق ب IoT على المتطلبات، وتتضمن ارتباطات إلى إرشادات أخرى.

طبقة النقل

تمثل هذه الطبقة الطريقة التي تتصل بها الأجهزة والبوابات والخدمات وتتواصل، والبروتوكولات التي تستخدمها، وكيفية نقل الأحداث أو توجيهها، سواء في أماكن العمل أو في السحابة.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

طبقة معالجة الأحداث والتحليلات

تعالج هذه الطبقة أحداث IoT وتعمل عليها من طبقة الاستيعاب والاتصال.

  • تحدث معالجة دفق المسار السريع وتحليلاته في الوقت الفعلي تقريبا لتحديد الرؤى والإجراءات الفورية. على سبيل المثال، تنشئ معالجة الدفق تنبيهات عند ارتفاع درجات الحرارة.
  • تحدد معالجة المسار الدافئ وتحليلاته الرؤى والإجراءات قصيرة المدى. على سبيل المثال، تتنبأ التحليلات باتجاه ارتفاع درجات الحرارة.
  • تنشئ معالجة المسار البارد والتحليلات نماذج بيانات ذكية للمسارات الساخنة أو الدافئة لاستخدامها.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

طبقة التخزين

تستمر هذه الطبقة في حدث جهاز IoT وبيانات الحالة لفترة من الوقت. يعتمد نوع التخزين على الاستخدام المطلوب للبيانات.

  • تخزين الدفق، مثل قوائم انتظار الرسائل، وفصل خدمات IoT وتوافر الاتصال.
  • يتيح التخزين المستند إلى السلسلة الزمنية تحليل المسار الدافئ.
  • يدعم التخزين طويل الأجل التعلم الآلي وإنشاء نموذج الذكاء الاصطناعي.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

طبقة التفاعل وإعداد التقارير

تتيح هذه الطبقة للمستخدمين النهائيين التفاعل مع النظام الأساسي ل IoT ولديهم عرض يستند إلى الأدوار في حالة الجهاز والتحليلات ومعالجة الأحداث.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

طبقة التكامل

تتيح هذه الطبقة التفاعل مع الأنظمة خارج حل IoT باستخدام واجهات برمجة تطبيقات الاتصالات من جهاز إلى جهاز أو من خدمة إلى خدمة.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

الأنشطة الشاملة

تساعدك الأنشطة الشاملة مثل DevOps على تصميم حلول IoT وبناها وتوزيعها ومراقبتها. يتيح DevOps أدوارا منعزلة سابقا، مثل التطوير والعمليات وهندسة الجودة والأمان والتنسيق والتعاون لإنتاج منتجات أفضل وأكثر موثوقية وخفة.

DevOps معروفة جيدا في تطوير البرامج، ولكن يمكن تطبيقها على أي منتج أو عملية تطوير وعمليات. يمكن للفرق التي تعتمد ثقافة وممارسات وأدوات DevOps الاستجابة لاحتياجات العملاء بشكل أفضل، وزيادة الثقة في التطبيقات والمنتجات التي ينشئونها، وتحقيق أهداف الأعمال بشكل أسرع.

يوضح الرسم التخطيطي التالي دورة التخطيط والتطوير والتسليم والعمليات المستمرة ل DevOps:

رسم تخطيطي يوضح كيفية تقديم DevOps للقيمة باستمرار.

  • تتضمن أنشطة التطوير والتوزيع تصميم حل IoT ومكوناته وبنائه واختباره وتوزيعه. يغطي النشاط جميع الطبقات ويتضمن الأجهزة والبرامج الثابتة والخدمات والتقارير.

  • تحدد أنشطة الإدارة والعمليات الحالة الصحية الحالية لنظام IoT عبر جميع الطبقات.

يمكن أن يحدد تنفيذ DevOps والأنشطة الأخرى الشاملة بشكل صحيح نجاحك في إنشاء حل IoT جيد التصميم وتشغيله. تساعدك الأنشطة الشاملة على تلبية المتطلبات المحددة في وقت التصميم والتكيف مع المتطلبات المتغيرة بمرور الوقت. من المهم تقييم خبرتك بوضوح في هذه الأنشطة واتخاذ تدابير لضمان التنفيذ على مستوى الجودة المطلوب.

تتضمن تقنيات Microsoft ذات الصلة ما يلي:

الخطوات التالية

الموثوقية في حمل عمل IoT الخاص بك

الأمان في حمل عمل IoT الخاص بك

تحسين التكلفة في حمل عمل IoT الخاص بك

التميز التشغيلي في حمل عمل IoT الخاص بك

كفاءة الأداء في حمل عمل IoT الخاص بك