Sdílet prostřednictvím

Co je Internet věcí Azure (IoT)?

Azure Internet věcí (IoT) je kolekce cloudových služeb spravovaných Microsoftem, hraničních komponent a sad SDK, které umožňují připojení, monitorování a řízení zařízení IoT ve velkém měřítku. Jednodušším způsobem se řešení IoT skládá ze zařízení IoT, která komunikují s cloudovými službami.

Klíčovým rozhodnutím při návrhu řešení IoT je použití cloudového nebo edgeového řešení:

  • V cloudovém řešení se vaše zařízení IoT připojují přímo ke cloudu, kde se jejich zprávy zpracovávají a analyzují. Monitorujete a řídíte svá zařízení přímo z cloudu.
  • V řešení založeném na edge technologii se vaše IoT zařízení připojují k edge prostředí, které zpracovává jejich zprávy před jejich odesláním do cloudu k uložení a analýze. Zařízení obvykle monitorujete a řídíte z cloudu prostřednictvím okrajového prostředí runtime. Je také možné monitorovat a ovládat svá zařízení přímo z okraje sítě.

Následující části poskytují základní přehled o komponentách v typických cloudových a hraničních řešeních IoT. Tento článek se zaměřuje na klíčové skupiny komponent: zařízení, cloudové služby IoT, prostředí modulu runtime edge, další cloudové služby a otázky týkající se řešení. Další články v této části obsahují podrobnější informace o každé z těchto součástí.

Cloudové řešení

Cloudové řešení je integrovaná sada zařízení, komponent a služeb IoT, která řeší obchodní potřebu a připojuje zařízení přímo ke cloudu. Příkladem cloudového řešení je flotila dodávek nákladních vozů, která do cloudu odesílají data ze senzorů pro účely analýzy a vizualizace:

Diagram znázorňující architekturu řešení IoT vysoké úrovně pro cloudová řešení

Cloudová řešení můžete vytvářet pomocí služeb, jako jsou IoT Hub, Device Provisioning Service a Azure Digital Twins.

Řešení na bázi edge computingu

Edgeové řešení je integrovaná sada zařízení, komponent a služeb IoT, která splňuje obchodní potřebu a která propojuje zařízení s blízkými edge službami. Příkladem hraničního řešení je továrna, kde se vaše průmyslová zařízení IoT připojují k místním službám, protože:

  • Zařízení komunikují pomocí místních síťových protokolů, jako je OPC UA.
  • Obavy týkající se zabezpečení znamenají, že zařízení nemusíte připojovat přímo k veřejnému internetu.

Řešení typu edge může nadále předávat data z vašich zařízení do cloudu pro další zpracování, jako je analýza a vizualizace.

Diagram znázorňující architekturu IoT řešení na vysoké úrovni pro řešení založená na okrajových zařízeních

Řešení založená na edge technologiích můžete vytvářet pomocí Azure IoT Operations nebo Azure IoT Edge. Operace Azure IoT je nová nabídka, která se řídí adaptivním cloudovým přístupem Microsoftu k integraci cloudových a hraničních komponent.

Zařízení a možnosti připojení

Cloudová i hraniční řešení mají zařízení , která shromažďují data, ze kterých chcete odvozovat obchodní přehledy. Následující části popisují zařízení v řešení IoT a jejich připojení ke cloudu.

Kategorie zařízení IoT

Je užitečné kategorizovat zařízení IoT následujícím způsobem:

  • Zařízení připojená ke cloudu (kategorie 1):: Zařízení, která se připojují přímo ke cloudu. Tato kategorie zahrnuje zařízení, která se připojují ke cloudovým službám, jako je IoT Hub , pomocí standardních protokolů, jako je HTTP, MQTT nebo AMQP. Tato zařízení nejsou relevantní v řešeních na okraji, jako jsou provozy Azure IoT.

  • Zařízení připojená k okraji (kategorie 2):: Zařízení, která se připojují ke cloudu prostřednictvím hraničního proxy serveru nebo brány. Mezi příklady v této kategorii patří zařízení, která:

    • Nepřímo se připojte ke cloudu prostřednictvím zprostředkovatele MQTT v operacích Azure IoT.
    • Připojte se nepřímo ke službě IoT Hub prostřednictvím brány IoT Edge.

  • Zařízení specifické pro protokol (kategorie 3):: Tato zařízení se připojují k runtime modulu založenému na hranicích prostřednictvím konektoru, který umožňuje zařízením používat konkrétní protokol. Například server OPC UA a jeho připojená zařízení se připojují prostřednictvím konektoru pro OPC UA. Tato zařízení nejsou relevantní v cloudových řešeních, jako je Azure IoT Hub.

Následující diagram znázorňuje vztahy mezi kategoriemi zařízení a cloudovými službami v cloudovém řešení:

Diagram znázorňující zařízení v cloudovém řešení

Následující diagram znázorňuje vztahy mezi kategoriemi zařízení a modulem edge runtime v řešení založeném na okraji sítě:

Diagram znázorňující zařízení v řešení založeném na edge technologii.

Pro zjednodušení předchozí diagramy zobrazují pouze toky dat do cloudu nebo do edgeového provozu. Mnoho řešení umožňuje scénáře příkazů a řízení, ve kterých cloudový nebo hraniční modul runtime odesílá příkazy do zařízení. Cloudová služba může například odeslat příkaz fotoaparátu kompatibilnímu s ONVIF a přiblížit ho.

Zařízení IoT

Zařízení IoT v kategoriích 1 a 2 se obvykle skládají z desky obvodů se snímači, které shromažďují data. Zařízení IoT kategorie 1 se připojují přímo k internetu a zařízení kategorie 2 spoléhají na místní bránu pro připojení ke cloudu. Následující položky jsou příklady zařízení IoT kategorie 1 a 2:

  • Snímač tlaku na vzdáleném olejovém čerpadle.
  • Senzory teploty a vlhkosti v klimatizační jednotce.
  • Akcelerometr ve výtahu.
  • Senzory přítomnosti v místnosti.

Zařízení kategorie 3 jsou fyzická zařízení ve vašem prostředí, která chcete monitorovat a řídit. Tato zařízení můžou:

  • Máte integrovaný firmware poskytovaný výrobcem, který implementuje standardní protokol, jako je ONVIF.
  • Buďte servery s připojenými prostředky, které implementují průmyslové protokoly, jako je OPC UA.

Tady jsou příklady zařízení kategorie 3:

  • Robotické ramena a dopravníkové pásy.
  • Průmyslové CNC stroje, soustruhy, pily a vrtáky.
  • Lékařské diagnostické zobrazovací přístroje.
  • Bezpečnostní kamery.
  • Programovatelné řadiče logiky.

Pro sestavení vašeho řešení je k dispozici široká škála zařízení od různých výrobců. K vytváření prototypů mikroprocesorového zařízení můžete použít zařízení, jako je Raspberry Pi. Raspberry Pi umožňuje připojit mnoho různých typů snímačů. Pro vytváření prototypů zařízení mikrokontroléru použijte zařízení, jako je ESPRESSIF ESP32 nebo STMicroelectronics B-L475E-IOT01A Discovery kit pro IoT Hub. Tyto desky obvykle obsahují integrované senzory, jako jsou senzory teploty a akcelerometru.

Microsoft poskytuje opensourcové sady SDK pro zařízení, které můžete použít k vytváření aplikací, které běží na vašich zařízeních.

Další informace o zařízeních ve vašem řešení IoT najdete v tématu Vývoj zařízení IoT.

Připojení zařízení

Zařízení IoT obvykle odesílají data z připojených senzorů do cloudových služeb ve vašem řešení. Jiné typy komunikace jsou ale možné, například cloudová služba odesílající příkazy do zařízení. Tady jsou příklady komunikace typu zařízení-cloud a cloud-zařízení:

  • Mobilní chladicí nákladní vůz odesílá teplotu každých 5 minut do IoT Hubu.
  • Cloudová služba odešle do zařízení příkaz ke změně frekvence odesílání dat snímačů, aby pomohla diagnostikovat problém.

Sady SDK pro zařízení IoT a IoT Hub podporují běžné komunikační protokoly , jako jsou HTTP, MQTT a AMQP pro komunikaci typu zařízení-cloud a cloud-zařízení. V některých scénářích možná budete potřebovat bránu pro připojení zařízení IoT ke cloudovým službám.

Zařízení IoT mají v porovnání s jinými klienty, jako jsou prohlížeče a mobilní aplikace, různé charakteristiky. Konkrétně zařízení IoT:

  • Jsou často vestavěnými systémy bez lidské obsluhy.
  • Mohou být nasazená ve vzdálených umístěních, kam je fyzický přístup nákladný.
  • Možná bude dostupný jenom prostřednictvím back-endu řešení.
  • Může mít omezené zdroje výkonu a zpracování.
  • Může docházet k přerušovanému, pomalému nebo nákladnému síťovému připojení.
  • Možná bude potřeba používat vlastnické, zakázkové nebo oborové aplikační protokoly.

Sady SDK pro zařízení pomáhají řešit problémy s bezpečným a spolehlivým připojením zařízení ke cloudovým službám.

Další informace o připojení zařízení a branách najdete v tématu Připojení a infrastruktura zařízení IoT.

Připojení v řešení založeném na edge computing

V řešení na úrovni hraniční sítě se zařízení IoT připojují k hraničnímu prostředí, které zpracovává jejich zprávy před jejich předáním do cloudu pro ukládání a analýzu. Zařízení můžou používat protokoly a standardy síťové komunikace, například:

  • OPC UA v průmyslových prostředích.
  • ONVIF pro správu a monitorování video zařízení.
  • MQTT jako standardní protokol zasílání zpráv pro zařízení IoT.

V diagramu řešení založeném na Edge, který jsme si ukázali dříve, southbound konektory představují protokoly a standardy, které zařízení používají pro připojení k Edge prostředí.

Další informace o zpracování zpráv odeslaných ze zařízení najdete v tématu Zpracování zpráv v řešení IoT.

Porovnání zařízení

Následující tabulka shrnuje aktuální možnosti zařízení a připojení:

Aktuální nabídky (GA) Cloudové řešení Řešení na bázi edge computingu
Typy připojených objektů Zařízení IoT kategorie 1 a 2 Zařízení IoT kategorie 2 a 3
Protokoly připojení zařízení HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1 Azure IoT Edge umožňuje HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1 a MQTT v5.

Operace Azure IoT umožňují MQTT v3.1.1 a MQTT v5 pro zařízení kategorie 2, konektory umožňují další protokoly, jako jsou OPC UA, ONVIF, SQL a REST pro zařízení kategorie 3. Vlastní konektory jsou možné.
Implementace zařízení Sady SDK pro zařízení Microsoft Azure IoT a sady SDK pro vložená zařízení Zařízení kategorie 2 můžou k připojení ke zprostředkovateli MQTT použít libovolnou knihovnu MQTT.

Zařízení kategorie 3 se obvykle dodávají se standardním firmwarem.
Správa zařízení IoT DPS, Device Update, IoT Central, Azure Device Registry (Preview) V operacích Azure IoT použijte Azure Device Registry. Pomocí Akri povolte automatizované zjišťování zařízení pomocí nativních protokolů.

V IoT Edge použijte službu IoT DPS k rozsáhlé správě zařízení.

Služby a aplikace

V cloudovém řešení poskytují cloudové služby specifické pro IoT infrastrukturu pro připojení, monitorování a řízení vašich zařízení. V řešení na základě edge, edge runtime prostředí hostuje služby pro připojení, monitorování a řízení zařízení. Další cloudové služby poskytují pro vaše řešení obecné služby, jako je úložiště, analýza a vizualizace.

Cloudové služby IoT

Cloudové služby IoT v cloudovém řešení IoT obvykle:

  • Z vašich zařízení můžete přijímat data ze snímačů ve velkém měřítku a určovat, jak tato data zpracovat a uložit.
  • Odesílání příkazů z cloudu do konkrétních zařízení
  • Zřiďte zařízení a určete, která zařízení se můžou připojit k vaší infrastruktuře.
  • Můžete řídit stav zařízení a monitorovat jejich aktivity.
  • Správa firmwaru nainstalovaného na vašich zařízeních

Například v řešení pro vzdálené monitorování čerpací stanice ropy používají služby data snímačů z čerpadel k identifikaci neobvyklého chování. Když cloudová služba identifikuje anomálii, může automaticky odeslat do zařízení příkaz, který provede nápravnou akci. Tento proces implementuje automatizovanou smyčku zpětné vazby mezi zařízením a cloudem, která výrazně zvyšuje efektivitu řešení.

Další informace o klíčových konceptech správy a řízení zařízení najdete v tématu Správa a řízení zařízení IoT.

Modul runtime Edge

V řešení IoT založeném na okrajových zařízeních obvykle místní služby hostované v prostředí okrajového běhového času:

  • Správa připojení k vašim zařízením prostřednictvím jižních konektorů
  • Přijímat data ve velkém měřítku ze zařízení a určit, kam se mají zprávy směrovat pro další zpracování.
  • Přesměrovávat příkazy z cloudu na konkrétní zařízení.
  • Proveďte nějaké místní zpracování zpráv. V operacích Azure IoT se toto zpracování provádí ve odchozích konektorech.

Další cloudové služby

Cloudová řešení i edge řešení můžou využívat další cloudové služby k poskytnutí více funkcionalit pro vaše řešení. Můžete například použít:

  • Služby úložiště Azure pro ukládání shromážděných dat.
  • Azure Stream Analytics ke zpracování dat snímačů v reálném čase
  • Azure Functions pro reagování na události zařízení.
  • Službu Azure Logic Apps umožňující automatizaci firemních procesů.
  • Službu Azure Machine Learning umožňující přidání modelů AI a strojového učení do vašich řešení.
  • Microsoft Fabric k ukládání a analýze dat ze snímačů
  • Microsoft Power BI k vizualizaci dat snímačů

Další informace najdete v následujících tématech:

Porovnání služeb IoT

Následující tabulka shrnuje aktuální možnosti služeb a okrajových aplikací.

Aktuální nabídky (GA) Cloudové řešení Řešení na bázi edge computingu
Služby IoT Hub, IoT DPS, IoT Hub Device Update, Azure Digital Twins, Azure Device Registry (Preview) Operace Azure IoT se službou Azure Device Registry.

Můžete také použít IoT Edge.
Možnosti aplikací Edge Nic S operacemi Azure IoT můžete použít DAPR (distribuované aplikace runtime aplikací).

S IoT Edge můžete používat moduly IoT Edge.

Porovnání nasazení

Následující tabulka shrnuje aktuální možnosti nasazení:

Aktuální nabídky (GA) Cloudové řešení Řešení na bázi edge computingu
Topologie Zařízení se připojují přímo ke službám cloudového zasílání zpráv, jako je IoT Hub. Spravované v cloudu pomocí sad SDK služby Azure Resource Manager (ARM) nebo IoT Hub Operace Azure IoT poskytují způsob, jak připojit zařízení k místnímu clusteru Kubernetes. Zařízení se připojují ke zprostředkovateli Azure IoT Operations MQTT, a to buď přímo přes standardní síťové protokoly, nebo prostřednictvím zprostředkujících zařízení. Spravované v cloudu pomocí služeb s podporou Azure Arc

Můžete také použít IoT Edge. IoT Edge je běhové prostředí zaměřené na zařízení, které umožňuje nasazovat, spouštět a monitorovat kontejnerizované linuxové úlohy na okraji sítě, což přináší analýzu blíže k vašim zařízením pro rychlejší přehledy a činit offline rozhodnutí. IoT Edge je funkce IoT Hubu.
Infrastruktura Cloudové služby, jako je IoT Hub, a standardní výpočetní zařízení, která obsahují procesor/MPU, nebo omezená a vložená zařízení, která obsahují MCU. Operace Azure IoT, které běží v clusteru Kubernetes, a zařízení, která se připojují ke clusteru.

Můžete také použít IoT Edge, který běží na zařízení brány, jako je Raspberry Pi nebo průmyslový počítač, a zařízení, která se připojují k zařízení brány.

Zařízení, která se připojují k operacím Azure IoT nebo IoT Edge, můžou zahrnovat standardní výpočetní zařízení, která obsahují procesor/MPU, nebo omezená a vložená zařízení, která obsahují MCU.

Otázky týkající se celého řešení

Jakékoli řešení IoT musí řešit následující otázky týkající se řešení:

Správa řešení

Adaptivní cloudový přístup sjednocuje silové týmy, distribuované weby a různorodé systémy do jediného provozu, zabezpečení, aplikace a datového modelu. Tento přístup umožňuje používat stejné cloudové a technologie AI ke správě a monitorování hraničních, cloudových a hybridních řešení IoT.

Řešení založená na IoT Hubu, IoT Central a IoT Edge nabízejí omezenou podporu pro adaptivní cloudový přístup. I když jsou instance IoT Hubu, IoT Central a IoT Edge samy o sobě prostředky Azure, nenativně nezpřístupňují funkce, jako je správa zařízení a transformace dat, jako jsou prostředky, které můžete spravovat jako standardní prostředky Azure.

Naproti tomu řešení založená na operacích Azure IoT poskytují jednotné prostředí správy pro všechny komponenty ve vašem řešení. Azure IoT Operations používá služby s podporou Azure Arc ke správě a monitorování řešení na edge zařízeních, jako by šlo o cloudové řešení. Například zařízení a transformace dat běžící na hraně se v Azure objevují jako cloudové prostředky. Tento přístup umožňuje používat standardní technologie Azure ke správě a monitorování celého řešení na hraně sítě.

Porovnání zabezpečení

Následující tabulka shrnuje aktuální možnosti zabezpečení:

Aktuální nabídky (GA) Cloudové řešení Řešení na bázi edge computingu
Ověřování Sdílené přístupové podpisy (SAS), X.509 Operace Azure IoT používají spravované identity přiřazené uživatelem a systémem, tokeny účtů služeb (SAT), SAS a X.509 pro ověřování v clusteru.

IoT Edge používá ověřování na základě certifikátů.
Autorizace Proprietární v rámci aktuálních nabídek služeb, jako je IoT Hub Operace Azure IoT používají identitu ID Microsoft Entra pro řízení přístupu na základě role (RBAC).

IoT Edge používá proprietární schéma autorizace, které komunikuje se službou IoT Hub , ale zpracovává autorizaci místně.

Další kroky

Mezi navrhované další kroky pro prozkoumání Azure IoT patří:

Další informace o architekturách Azure IoT najdete tady:

  • Last updated on