Optimalizace nákladů v úloze IoT
Nákladová efektivita je jedním z klíčových faktorů úspěchu pro projekty IoT. V typickém řešení IoT generují zařízení velké objemy telemetrie, které odesílají do cloudu pro cloudové technologie pro zpracování a ukládání. Způsob vývoje zařízení a aplikací, zpracování velkých objemů dat a návrh architektury ovlivňuje celkové náklady.
Vzhledem k tomu, že řešení IoT je vícevrstevná technologická sada, existuje mnoho faktorů úspor nákladů, které je potřeba vzít v úvahu, a mnoho příležitostí k optimalizaci nákladů. Optimalizace nákladů je proces řízení nákladů uzavřených smyček, který je potřeba průběžně monitorovat, analyzovat a zlepšovat v průběhu životního cyklu řešení.
Požadavky řešení jsou klíčovými kritérii pro rozhodování o architektuře IoT. Požadavky můžete rozdělit na funkční a provozní požadavky. Oddělte aspekty nákladů pro jednotlivé typy požadavků, protože funkční požadavky určují návrh systému, zatímco provozní požadavky ovlivňují architekturu systému. Vyvíjejte více případů použití na základě požadavků a porovnejte je před dokončením návrhu.
Tento článek představuje aspekty nákladů pro různé kombinace služeb a technologií Azure IoT. Informace o optimalizaci nákladů pro konkrétní odvětví nebo případy použití, jako jsou propojené továrny, prediktivní údržba nebo vzdálené monitorování, najdete v referenčních architekturách Azure IoT pro konkrétní odvětví.
Posouzení optimalizace nákladů v úloze IoT
Pokud chcete vyhodnotit svou úlohu IoT prostřednictvím objektivů pilíře Optimalizace nákladů dobře navrženou architekturou, dokončete otázky týkající se optimalizace nákladů pro úlohy IoT v přehledu Dobře navržená architektura Azure. Jakmile posouzení identifikuje klíčová doporučení pro optimalizaci nákladů pro vaše řešení IoT, použijte následující obsah, který vám pomůže s implementací doporučení.
Zásady návrhu
Pět pilířů efektivity architektury je základem metodologie návrhu úloh IoT. Tyto pilíře slouží jako kompas pro následná rozhodnutí o návrhu napříč klíčovými oblastmi návrhu IoT. Následující principy návrhu rozšiřují pilíř kvality architektury Azure Well-Architected Framework – Optimalizace nákladů.
| Zásada návrhu | Důležité informace |
|---|---|
| Vývoj disciplíny správy nákladů | Porozumíte celkovým nákladům na vlastnictví tím, že při plánování započítáte přímé i nepřímé náklady. |
| Použití standardních strategií a přístupů | Pro konkrétní odvětví IoT s vlastními ekosystémy, jako je výroba, energie a životní prostředí nebo automobilový průmysl a doprava, používají standardní strategie a přístupy. |
| Návrh pro optimalizaci rychlosti | Definujte plány implementace pro každou vrstvu architektury IoT. |
| Monitorování a optimalizace v průběhu času | Po implementaci řešení monitorujte a optimalizujte náklady s průběžnými aktivitami optimalizace nákladů. |
Celkové náklady na vlastnictví (TCO)
Náklady na IoT jsou kompromisem mezi různými možnostmi technologie. Někdy to není jednoduché porovnání, protože IoT je komplexní systém. Při zvažování více služeb a technologií zvažte výhody nákladů na součinnost. Můžete například použít dvojčata zařízení Azure IoT Hub ke zpracování událostí ve službě Azure Digital Twins. Dvojčata zařízení ve službě IoT Hub jsou dostupná jenom na úrovni Standard služby IoT Hub.
Je důležité správně odhadnout dlouhodobé agregované náklady. Projděte si sady technologií IoT a vytvořte nákladový model , který zahrnuje náklady na implementaci a provoz všech zahrnutých služeb. Cenová kalkulačka Azure pomáhá odhadnout počáteční i provozní náklady.
V některých oblastech můžou být jednorázové náklady efektivnější než opakované náklady. Například v oblasti zabezpečení, kde se neustále mění techniky hackingu, může být nejlepší importovat spolehlivý komerční operační systém a modul, jako je Azure Sphere. Pro jednorázovou platbu poskytují tyto služby průběžné měsíční opravy zabezpečení zařízení.
Odhad nákladů na řešení na základě provozu ve velkém v produkčním prostředí, nikoli architektury testování konceptu (PoC). Architektura a náklady se rychle vyvíjejí po provedení PoC. Podle sestavy IoT Signals EDITION 3 je hlavním důvodem selhání PoC vysoké náklady na škálování. Vysoké náklady na škálování projektů IoT pocházejí z složitosti integrace napříč vrstvami, jako jsou zařízení, připojení hraničních zařízení a kompatibilita napříč aplikacemi.
Váš nákladový model by měl zahrnovat následující oblasti:
Zařízení: Počínaje omezeným počtem připojených zařízení odhadněte růst počtu nasazených zařízení a jejich vzorů zasílání zpráv. Zařízení i zprávy můžou mít lineární nebo nelineární růst v průběhu času.
Infrastruktura: Pokud chcete vyhodnotit náklady na infrastrukturu, nejprve si projděte základní informace: úložiště, výpočetní prostředky a síť. Pak u všech služeb, které vaše řešení potřebuje k ingestování, výchozímu přenosu dat a přípravě dat.
Provoz: Zahrnují dlouhodobé provozní náklady, které se souběžně zvyšují s náklady na infrastrukturu, jako jsou například využívání operátorů, dodavatelů a týmů zákaznické podpory.
Monitorování: Průběžné monitorování a kontrola nákladů za účelem identifikace mezer mezi plánovanými a skutečnými náklady. Běžná schůzka kontroly nákladů pomáhá dosáhnout optimalizace nákladů.
Vrstvy architektury IoT
Principy návrhu optimalizace nákladů pomáhají objasnit aspekty, které zajistí, aby vaše úloha IoT splňovala požadavky na základní vrstvy architektury IoT.
Pochopení vrstev architektury IoT vám pomůže definovat nákladový směrný plán a zvážit několik architektur pro porovnání nákladů. Každá vrstva má několik technologií a ekosystémů, jako jsou zařízení, telekomunikační prostředí nebo hraniční umístění, takže je potřeba vytvořit nákladovou strategii pro každou vrstvu.
Základní vrstvy IoT: zařízení a brána, správa zařízení a modelování a příjem dat a komunikace, identifikace řešení specifických pro IoT. Ostatní vrstvy a průřezové aktivity jsou také společné a často se sdílejí s jinými úlohami. Náklady na vlastnictví a optimalizaci nákladů ale musí brát v úvahu všechny náklady, takže je potřeba vzít v úvahu náklady související s IoT na běžné a průřezové aktivity a také vrstvy specifické pro IoT.
Vrstva zařízení a brány
Tato vrstva zodpovídá za generování, optimalizaci a přenos dat do cloudu v některých případech. Náklady jsou klíčovým aspektem návrhu této vrstvy. Optimalizace nákladů by měla zohledňovat celý životní cyklus plánu, zřizování, konfigurace, monitorování a vyřazení zařízení.
Řešení Edge vyžadují, aby se zařízení IoT nasadila do pole. Nasazení může vyžadovat síťovou infrastrukturu a infrastrukturu napájení, která ovlivňuje náklady. Stávající infrastruktura může minimalizovat náklady na instalaci, ale může vyžadovat, aby instalace neměla vliv na stávající systémy.
Vývoj nebo instalace zařízení IoT může vyžadovat školení a využití vyhrazených interních nebo externích pracovníků. Mezi požadované dovednosti patří návrh hardwaru, vývoj integrovaných aplikací, cloudové a místní připojení, zabezpečení a ochrana osobních údajů a architektura řešení IoT. Můžou se také vyžadovat odborné znalosti specifické pro dané odvětví. Zahrňte tyto náklady do celkových nákladů na zařízení.
Náklady na zařízení zahrnují uspořádání logistiky, jako je skladování, správa zásob a doprava. Uveďte náklady na všechny aktivity vyřazení z provozu, když zařízení dosáhnou konce svého provozního životního cyklu.
U zařízení připojených ke cloudu optimalizujte přenosy dat, aby se zachovaly hranice nákladů. Mezi strategie patří minimalizace velikostí datové části, dávkových zpráv a přenosu během období mimo špičku. Tyto optimalizace také účtují náklady na implementaci.
Další informace o zařízeních Azure IoT najdete tady:
Výběr hardwaru
Většina procesu vývoje zařízení závisí na výběru hardwaru. Rozhodnutí o nákupu zařízení bere v úvahu kvalitativní faktory, jako je certifikace Wi-Fi a kvantitativní faktory, jako jsou náklady na materiály a doba uvedení na trh. Volba mezi hardwarem mimo police nebo vlastním návrhem ovlivňuje náklady na zařízení IoT a čas uvedení na trh.
Odpočinkovaná zařízení můžou stát více na jednotku, ale mají předvídatelné náklady a doby předstihu. Zařízení mimo police také odstraňují potřebu komplexní správy dodavatelského řetězce.
Vlastní zařízení můžou snížit náklady na jednotku, ale zahrnují čas vývoje a účtují se neopakující technické náklady, jako je návrh, testování, odeslání certifikace a výroba.
Předem certifikované systémové komponenty nebo moduly můžou zkrátit dobu uvedení na trh a vytvořit částečně vlastní zařízení, ale jsou dražší než diskrétní čipy. Potřebujete správně řídit dodavatelský řetězec prostředků a správu zásob.
Katalog certifikovaných zařízení Azure nabízí zařízení, která dobře fungují s Azure IoT a můžou pomoct snížit náklady a dobu uvedení na trh. Zaměříte se na navrhování a navrhování řešení IoT s flexibilitou výběru hardwaru z rozsáhlého seznamu certifikovaných zařízení. Zařízení technologie Plug and Play IoT můžou snížit náklady na vývoj zařízení i cloudu. Když vyberete certifikované zařízení Azure, můžete přeskočit přizpůsobení zařízení a integraci přímo k onboardingu do vašeho řešení IoT.
Model architektury lambda
Řešení IoT obvykle používají architekturu lambda v cloudu v horkém/teplém/studeném modelu lambda. Tento model se vztahuje také na hraniční zařízení, pokud používáte výkonnější hraniční zařízení nebo modul runtime Azure IoT Edge. Optimalizace tohoto modelu na hraničních zařízeních snižuje celkové náklady na řešení. Můžete zvolit cenově nejvýhodnější službu pro příjem a zpracování cloudových dat.
Zpracování horké cesty zahrnuje zpracování téměř v reálném čase, upozornění na zpracování procesů nebo hraniční oznámení. Streamy událostí Azure IoT Hubu můžete použít ke zpracování upozornění v cloudu.
Zpracování teplé cesty zahrnuje použití řešení úložiště na hraničních zařízeních, jako jsou opensourcové databáze časových řad nebo Azure SQL Edge. Azure SQL Edge zahrnuje funkce zpracování hraničních datových proudů a optimalizované úložiště časových řad.
Zpracování studené cesty zahrnuje dávkové události s nižší důležitostí a použití možnosti přenosu souborů prostřednictvím modulu Azure Blob Storage. Tento přístup používá mechanismus přenosu dat s nižšími náklady v porovnání se streamováním přes IoT Hub. Po příchodu studených dat do úložiště objektů blob v Azure existuje mnoho možností zpracování dat v cloudu.
Zabezpečení zařízení
IoT Hub se službou Device Provisioning Service (DPS) i IoT Central podporují ověřování zařízení pomocí symetrických klíčů, ověření identity čipu TPM (Trusted Platform Module) a certifikátů X.509. K jednotlivým možnostem je přidružený nákladový faktor.
Certifikáty X.509 jsou nejbezpečnější možností ověřování ve službě Azure IoT Hub, ale správa certifikátů může být nákladná. Nedostatek plánování správy životního cyklu certifikátů může zajistit, aby certifikáty byly ještě nákladnější. Obvykle spolupracujete s dodavateli třetích stran, kteří nabízejí řešení pro správu certifikační autority a certifikátů. Tato možnost vyžaduje použití infrastruktury veřejných klíčů (PKI). Mezi možnosti patří infrastruktura veřejných klíčů spravovaná samostatně, infrastruktura veřejných klíčů třetích stran nebo služba zabezpečení Azure Sphere, která je dostupná jenom u zařízení Azure Sphere.
Čipy TPM s certifikáty X.509 nabízejí přidanou vrstvu zabezpečení. DPS také podporuje ověřování prostřednictvím ověřovacích klíčů TPM. Hlavní náklady pocházejí z hardwaru, potenciálního návrhu desky a složitosti.
Ověřování symetrickým klíčem je nejjednodušší a nejnižší možnost nákladů, ale musíte vyhodnotit dopad na zabezpečení. Klíče potřebujete chránit na zařízení a v cloudu a bezpečně ho ukládat do zařízení, často vyžaduje bezpečnější možnost.
Zkontrolujte náklady spojené s každou z těchto možností a vyrovnejte potenciálně vyšší náklady na hardware nebo služby se zvýšeným zabezpečením. Integrace s výrobním procesem může také ovlivnit celkové náklady.
Další informace najdete v tématu Postupy zabezpečení pro výrobce zařízení Azure IoT.
Azure RTOS
Azure RTOS je integrovaná vývojová sada pro zařízení. Azure RTOS obsahuje malý, ale výkonný operační systém, který poskytuje spolehlivý a ultrarychlý výkon pro zařízení s omezenými prostředky. Azure RTOS se snadno používá a je nasazený na více než 10 miliard zařízeních. Azure RTOS podporuje nejoblíbenější 32bitové mikrořadiče a vložené vývojové nástroje, takže můžete využít většinu stávajících dovedností v tvůrci zařízení.
Azure RTOS je zdarma pro komerční nasazení pomocí předem licencovaného hardwaru. Azure RTOS nabízí cloudové funkce a funkce Azure IoT, jako jsou aktualizace zařízení a zabezpečení. Tyto funkce pomáhají snížit náklady na vývoj zařízení i cloudu.
Azure RTOS je certifikovaný pro bezpečnost a zabezpečení, což pomáhá zkrátit dobu a náklady na vytváření zařízení vyhovujících předpisům pro konkrétní vertikální zařízení, jako je zdravotnictví, automobilový průmysl a výroba.
Zařízení LPWAN
Pokud už jsou zařízení LPWAN, jako je LoRaWAN, NB-IoT nebo LTE-M, připojená k jinému cloudu IoT, může most zařízení Azure IoT Central pomoct přemístit do Azure IoT Central. Most zařízení Azure IoT Central vám umožní soustředit se na přidávání znalostí v oboru a vyhodnocování řešení bez nákladů na změnu stávajících zařízení.
Při sestavování podnikového řešení, které je připravené, budete muset zvážit náklady na integraci zařízení LPWAN se službou Azure IoT Hub.
Azure Sphere
Azure Sphere je zabezpečená komplexní platforma řešení IoT s integrovanými komunikačními funkcemi a funkcemi zabezpečení pro zařízení připojená k internetu. Azure Sphere se skládá ze zabezpečené, připojené, křížové mikrořadiče (MCU), vlastního operačního systému založeného na Linuxu (OS) a cloudové služby zabezpečení, která poskytuje nepřetržité a obnovitelné zabezpečení. Azure Sphere snižuje úsilí o sestavení a údržbu zabezpečeného prostředí ze zařízení do cloudu.
Azure Sphere poskytuje aktualizace operačního systému a obnovitelné zabezpečení od nuly na 10 let nad rámec infrastruktury veřejných klíčů založených na X.509, aktualizacích uživatelských aplikací, zasílání zpráv o chybách a správě zařízení za 10 let bez dalších nákladů. Azure Sphere snižuje provozní náklady na udržování milionů zařízení v aktualizovaném stavu s nejnovějším zabezpečením.
Azure Stack
Řešení Azure Stack rozšiřují služby a možnosti Azure do prostředí mimo datacentra Azure, jako jsou místní datová centra nebo hraniční umístění. Řešení Azure Stack zahrnují Azure Stack Edge a Azure Stack HCI.
Azure Stack Edge je zařízení spravované v Azure, které je ideální pro úlohy strojového učení akcelerované hardwarem na hraničních místech. Azure Stack Edge běží na moderních technologických stackech, jako jsou kontejnery, takže Azure Stack Edge nasazený v hraničním umístění může obsluhovat několik úloh. Sdílení výpočetního výkonu mezi úlohami snižuje náklady na vlastnictví.
Azure Stack HCI je účelově vytvořené hyperkonvergované řešení s nativní integrací Azure. Azure Stack HCI nabízí škálovatelnou virtualizaci pro hostování řešení IoT. Virtualizace přináší další výhody, jako jsou zabezpečení, škálovatelnost a flexibilní prostředí, což může snížit náklady na vlastnictví sdílením hardwaru s jinými úlohami. Azure Stack HCI nabízí větší výpočetní výkon než Azure Stack Edge a je ideální pro transformaci průmyslových procesů.
Řešení Azure Stack přinášejí možnosti Azure na hraniční zařízení, ale velikost hardwaru omezuje celkový výpočetní výkon. Identifikujte případy použití a odhadovaný výpočetní výkon a zarovnáte velikost tak, aby odpovídaly nákladům na výkon.
Veřejný nebo privátní MEC Azure
Zařízení IoT můžou generovat velké množství dat a můžou mít také silné požadavky na nízkou spotřebu energie a nízké náklady. Malá, levná zařízení IoT jsou navržená pro jednu nebo několik úloh, jako je shromažďování dat ze snímačů nebo dat o poloze a jejich snižování zátěže pro další zpracování.
Veřejné nebo privátní výpočetní prostředí Azure s více přístupy (MEC) a 5G pomáhají optimalizovat náklady na snižování zátěže dat ze zařízení. Řešení IoT založená na MEC umožňují zpracování dat s nízkou latencí na hraničních zařízeních nebo v cloudu. Latence je 1 až 5 ms místo typického 100–150 ms pro cloud. Řešení IoT založená na MEC jsou flexibilní a samotná zařízení jsou levná, provozují s minimální údržbou a používají menší, levnější a dlouhotrvající baterie. MEC udržuje funkce analýzy dat, umělé inteligence a optimalizace na hraničních zařízeních, které udržují jednoduchá a levná řešení IoT.
Kromě toho, že slouží jako hraniční zpracování, výpočetní a 5G komunikační zařízení pro úlohy IoT, MEC slouží jako komunikační zařízení jako komunikační zařízení k vytvoření vysokorychlostních připojení k veřejnému cloudu nebo vzdáleným lokalitám.
Azure IoT Edge
Azure IoT Edge má integrované funkce pro velké objemy zpráv. Spravovaná zařízení Azure IoT Edge s možnostmi brány můžou snížit náklady na síť a minimalizovat počet zpráv prostřednictvím místního zpracování a hraničních scénářů.
Vyhněte se komunikaci mezi zařízeními nebo hraničními komunikacemi mezi moduly nebo interakcemi typu zařízení-cloud, které používají mnoho malých zpráv. Použití integrovaných funkcí dávkování zpráv k odesílání více telemetrických zpráv do cloudu. Tyto funkce můžou pomoct snížit náklady na používání služby IoT Hub. Snížení počtu denních zpráv i počtu operací typu zařízení-cloud za sekundu může umožňovat výběr nižší úrovně ve službě IoT Hub. Další informace najdete v tématu Roztažení limitů výkonu IoT Edge.
Pokud chcete snížit náklady na výměnu dat, můžete do IoT Edge nasadit služby Azure, jako jsou Azure Stream Analytics a Azure Functions . Azure Stream Analytics a Azure Functions můžou agregovat a filtrovat velké objemy dat na hraničních zařízeních a posílat do cloudu jenom důležitá data. Azure Blob Storage ve službě IoT Edge může snížit potřebu přenosu velkých objemů dat přes síť. Úložiště Edge je užitečné pro transformaci a optimalizaci velkého množství dat před jejich odesláním do cloudu.
Bezplatné moduly Azure IoT Edge pro otevřené protokoly, jako je OPC Publisher a Modbus , pomáhají připojit různá zařízení s minimálním vývojem. Pokud je výkon nahrávání kritický, může být volba osvědčeného modulu IoT Edge od dodavatele nákladově efektivnější než vytvoření vlastního modulu. Moduly IoT Edge můžete vyhledat a stáhnout z Azure Marketplace.
Vrstva příjmu dat a komunikace
Cloudová brána IoT je most mezi zařízeními a cloudovými službami. Jako front-endová služba cloudové platformy může brána agregovat všechna data pomocí překladu protokolu a poskytovat obousměrnou komunikaci se zařízeními.
Existuje mnoho faktorů, které je potřeba vzít v úvahu pro komunikaci zařízení s bránou IoT, jako je připojení zařízení, síť a protokol. Porozumění komunikačním protokolům IoT, typům sítí a vzorům zasílání zpráv vám pomůže navrhnout a optimalizovat nákladově efektivní architekturu.
U připojení zařízení je důležité zadat typ sítě. Pokud vyberete privátní řešení LAN nebo WAN, jako je WiFi nebo LoraWAN, zvažte náklady na vlastnictví sítě jako součást celkových nákladů. Pokud používáte sítě operátora, jako jsou 4G, 5G nebo LPWAN, zahrnují opakované náklady na připojení.
Platforma řešení IoT
Pokud chcete vytvořit řešení IoT pro vaši firmu, obvykle vyhodnocujete své řešení pomocí přístupu platformy spravovaných aplikací a sestavíte podnikové řešení připravené pomocí služeb platformy.
Služby platformy umožňují doladit služby a řídit celkové náklady. Poskytuje všechny stavební bloky pro přizpůsobené a flexibilní aplikace IoT. Při připojování zařízení a ingestování, ukládání a analýze dat máte více možností, jak zvolit a kódovat. Mezi služby platformy Azure IoT patří produkty Azure IoT Hub a Azure Digital Twins.
Azure IoT Central je spravovaná platforma aplikací, která umožňuje rychle vyhodnotit řešení IoT snížením počtu rozhodnutí potřebných k dosažení výsledků. IoT Central se stará o většinu prvků infrastruktury ve vašem řešení, takže se můžete soustředit na přidávání znalostí v oboru a vyhodnocování řešení.
Úrovně ioT Hubu
Většina řešení IoT vyžaduje obousměrnou komunikaci mezi zařízeními a cloudem, aby byla plně funkční a zabezpečená. Základní úroveň IoT Hubu poskytuje základní funkce, ale vylučuje obousměrné řízení. U některých raných implementací řešení můžete snížit náklady pomocí úrovně Basic. S tím, jak vaše řešení postupuje, můžete přejít na úroveň Standard, abyste optimalizovali zabezpečený komunikační kanál pro nižší náklady na zasílání zpráv mezi cloudy. Další informace najdete v tématu Volba správné úrovně služby IoT Hub pro vaše řešení.
Velikost a frekvence zpráv ve službě IoT Hub
Náklady na zasílání zpráv jsou výrazně závislé na chatovatosti zařízení a velikosti zpráv. Chatty zařízení každou minutu odesílají do cloudu mnoho zpráv, zatímco relativně tichá zařízení odesílají data jenom každou hodinu nebo více. Vyhněte se interakcím typu zařízení-cloud, které používají mnoho malých zpráv. Přehlednost informací o chatování zařízení a velikosti zpráv pomáhá snížit pravděpodobnost nadměrného zřizování, což vede k nevyužité cloudové kapacitě nebo nedostatečnému zřizování, což vede k problémům se škálováním. Zvažte velikost a frekvenci datových částí zpráv, abyste měli jistotu, že je vaše infrastruktura správná a připravená ke škálování.
Vyhněte se interakcím typu cloud-zařízení, které používají mnoho malých zpráv. Můžete například seskupovat několik aktualizací dvojčat zařízení nebo modulů do jedné aktualizace, která má vlastní omezování. Mějte na paměti, že velikost zprávy používaná pro denní kvótu, 4 KB pro neplacené úrovně služby IoT Hub. Odesílání menších zpráv ponechá nevyužitou kapacitu, zatímco větší zprávy se účtují v blocích o 4 kB.
Pokud chcete získat přímou zpětnou vazbu, použijte jednu přímou metodu. K asynchronní výměně informací o konfiguraci a stavu použijte aktualizaci stavu jednoho zařízení nebo dvojčete modulu.
Tip
Chatovací interakce můžete monitorovat pomocí programu Microsoft Defender for IoT ve službě Azure IoT Hub a mikro agenta Defenderu for IoT. Můžete vytvořit vlastní upozornění služby IoT Hub pro interakce typu zařízení-cloud nebo cloud-zařízení, které překračují určitou prahovou hodnotu.
Pokud je velikost zprávy důležitá pro správu nákladů, je snížení režie obzvláště důležité u dlouhých životních cyklů zařízení nebo velkých nasazení. Mezi možnosti snížení této režie patří:
- Ke snížení datové části paketů MQTT použijte kratší ID zařízení, ID modulu, název dvojčete a téma zprávy. Datová část MQTT vypadá takto
devices/{device_id}/modules/{module_id}/messages/events/. - Zkracujte režii s pevnou délkou a zprávu.
- Komprimujte datovou část, například pomocí Gzipu.
Kvóty zpráv služby IoT Hub a omezení omezování
Úrovně služby IoT Hub mají různé velikosti s konkrétními kvótami a omezeními omezování pro operace. Seznamte se s limity a kvótami služby IoT Hub a optimalizujte náklady na zasílání zpráv typu zařízení-cloud a cloud-zařízení.
Například úroveň Standard S1 má denní kvótu 400 000 zpráv. Poplatky se zvyšují v blocích o 4 kB na základě několika faktorů:
- Jedna zpráva typu zařízení-cloud (D2C) může být až 4 kB.
- Zprávy D2C, které překračují 4 kB, se účtují v blocích o 4 kB.
- Zprávy menší než 4 kB můžou použít metodu sady Azure IoT SDK
SendEventBatchAsynck optimalizaci dávkování na straně zařízení. Například při sdružování až čtyř zpráv o 1 kB na hraničních zařízeních se denní měřič zvýší o jednu zprávu. Dávkování platí jenom pro AMQP nebo HTTPS. - Většina operací, jako jsou zprávy typu cloud-zařízení nebo operace dvojčete zařízení, také účtuje zprávy v blocích 4 kB. Všechny tyto operace se přidají do denní propustnosti a maximální kvóty zpráv.
Podrobné příklady cen najdete v dokumentaci k informacím o cenách služby Azure IoT Hub.
Kromědenníchch Klíčovou součástí optimalizace nákladů služby IoT Hub je optimalizace kvót zpráv i omezení provozu. Prostudujte si rozdíly mezi limity ve formě operací za sekundu nebo bajtů za sekundu. Další informace najdete v tématu Kvóty a omezování služby IoT Hub.
Různá omezení omezování se vztahují na různé operace IoT Hubu. Operace typu zařízení-cloud mají operace za sekundu, které závisí na úrovni. Kromě velikosti zprávy, která se měří v blocích o velikosti 4 kB, zvažte počet operací. Dávkování na hraničních zařízeních umožňuje odesílat více zpráv v jedné operaci.
Jedna zpráva o 2 kB, dávková zpráva o 10 kB nebo dávková zpráva o 256 kB se počítá pouze jako jedna operace a umožňuje odesílat do koncového bodu více dat bez dosažení limitů omezování.
Automatické škálování služby IoT Hub
Dynamické úpravy počtu jednotek IoT Hubu pomáhají optimalizovat náklady při kolísání objemu zpráv. Můžete implementovat službu automatického škálování, která automaticky monitoruje a škáluje službu IoT Hub. Informace o přizpůsobitelné ukázce pro implementaci funkce automatického škálování najdete v tématu Automatické škálování služby Azure IoT Hub . K optimalizaci úrovně a počtu jednotek služby IoT Hub můžete použít vlastní logiku.
Razítka nasazení pro škálování
Razítkování nasazení je běžným vzorem návrhu pro flexibilní strategie nasazení, předvídatelné škálování a náklady. Tento model nabízí několik výhod pro řešení IoT, jako je geografická distribuce skupin zařízení, nasazení nových funkcí do konkrétních kolků a sledování nákladů na zařízení. Další informace najdete v tématu Škálování řešení IoT s využitím razítek nasazení.
Vrstva správy a modelování zařízení
Správa zařízení je úloha, která orchestruje složité procesy, jako je správa dodavatelského řetězce, inventář zařízení, nasazení, instalace, provozní připravenost, aktualizace zařízení, obousměrná komunikace a zřizování. Modelování zařízení může snížit náklady na správu a objemy přenosů zpráv.
IoT Plug and Play
U snížení celkových nákladů na vlastnictví zvažte rozšířené případy použití jako součást výběru platformy. IoT technologie Plug and Play umožňuje tvůrcům řešení integrovat zařízení se službou IoT Hub nebo Azure Digital Twins bez jakékoli ruční konfigurace. IoT technologie Plug and Play používá jazyk DTDL (Digital Twins Definition Language) V2. Obě jsou založené na otevřených standardech W3C, jako jsou JSON-LD a RDF, což umožňuje snadnější přechod mezi službami a nástroji.
Za používání technologie Plug and Play IoT a DTDL nejsou žádné další náklady. Standardní sazby pro IoT Hub, Azure Digital Twins a další služby Azure zůstávají stejné.
Další informace naleznete v tématu Jak převést existující zařízení na zařízení IoT technologie Plug and Play.
IoT Hub DPS
IoT Hub DPS je pomocná služba pro IoT Hub, která umožňuje nízkonákladové a nulové zřizování za běhu pro správné centrum IoT bez nutnosti zásahu člověka. DPS umožňuje zabezpečené a škálovatelné zřizování milionů zařízení, aby se snížily chyby a náklady.
DPS umožňuje zřizování zařízení s nízkým nebo nedotkajícím se dotykem, takže nemusíte trénovat a posílat lidi na webu. Používání DPS snižuje náklady na rolls a čas strávený školením a konfigurací nákladního vozu. DpS také snižuje riziko chyb kvůli ručnímu zřizování.
DPS podporuje správu životního cyklu zařízení se službou IoT Hub prostřednictvím zásad přidělení registrace, zřizování s nulovým dotykem, počátečního nastavení konfigurace, opětovného zřízení a zrušení zřizování. Další informace naleznete v tématu:
Modelování stavu prostředků a zařízení
Porovnejte rozdíly mezi několika topologií zařízení a úložišti entit, jako jsou Azure Cosmos DB, Azure Digital Twins a Azure SQL Database. Každá služba má jinou strukturu nákladů a poskytuje různým funkcím řešení IoT. V závislosti na požadovaném využití zvolte cenově nejvýhodnější službu.
Azure Digital Twins může implementovat grafový model prostředí IoT pro správu prostředků, stav zařízení a telemetrická data. Azure Digital Twins můžete použít jako nástroj k modelování celých prostředí s streamováním dat IoT v reálném čase a sloučením obchodních dat z jiných zdrojů než IoT. Můžete vytvářet vlastní ontologie nebo používat standardy založené na technologiích, jako jsou RealEstateCore, CIM nebo NGSI-LD, a zjednodušit tak výměnu dat se třetími stranami. Azure Digital Twins má cenový model s průběžnými platbami bez pevného poplatku.
Azure Cosmos DB je globálně distribuovaná databáze s více modely. Náklady jsou ovlivněny úložištěm a propustností s regionálními nebo globálně distribuovanými a replikovanými možnostmi dat.
Azure SQL Database může být efektivním řešením pro modelování zařízení a prostředků. SQL Database má několik cenových modelů, které vám pomůžou optimalizovat náklady.
Model nasazení prostředků
Hraniční řešení můžete nasadit s různými architekturami: několik koncových bodů, zařízení IoT, přímo připojená ke cloudu nebo připojená přes hraniční nebo cloudovou bránu. Různé možnosti pro hraniční zařízení zdroje můžou ovlivnit vlastnictví a čas uvedení na trh. Průběžná údržba a podpora vozového parku zařízení také ovlivňuje celkové náklady na řešení.
Pokud se data ukládají a zpracovávají v daném řešení IoT, ovlivňuje mnoho faktorů, jako je latence, zabezpečení a náklady. Analyzujte každý případ použití a prozkoumejte, kde je nejvhodnější používat zpracování hraničních zařízení a úložiště dat a jaký vliv má na náklady. Ukládání a zpracování dat na hraničních zařízeních může ušetřit náklady na úložiště, dopravu a zpracování. Když ale vezmete v úvahu škálování, cloudové služby jsou často lepšími možnostmi kvůli režii na náklady a vývoj.
Cenová kalkulačka Azure je užitečný nástroj pro porovnání těchto možností.
Vrstva zpracování a analýzy událostí
Účelem vrstvy zpracování událostí a analýzy je umožnit rozhodování řízené daty. Načasování událostí a účel analýzy jsou klíčovými faktory, které je potřeba vzít v úvahu. Správná volba služby zvyšuje efektivitu architektury a snižuje náklady na zpracování dat a událostí.
Na základě vašich požadavků implementujte zpracování horké, teplé nebo studené cesty pro analýzu dat IoT. Referenční architektura Azure IoT vám pomůže pochopit rozdíl mezi těmito analytickými cestami a zhodnotovat dostupné analytické služby na jednotlivých cestách.
Začněte tím, že určíte, které typy dat procházejí horkou, teplou nebo studenou cestou:
- Data horké cesty se uchovávají v paměti a analyzují se téměř v reálném čase, obvykle pomocí zpracování datových proudů. Výstup může aktivovat upozornění nebo být zapsán do strukturovaného formátu, na který se analytické nástroje můžou dotazovat okamžitě.
- Teplé údaje o cestě, například z posledního dne, týdne nebo měsíce, se uchovávají ve službě úložiště, která se dají dotazovat okamžitě.
- Historická data studené cesty se uchovávají v úložišti s nižšími náklady, aby bylo možné dotazovat ve velkých dávkách.
Vrstva úložiště
Jedním z cílů řešení IoT je poskytování dat koncovým uživatelům. Je důležité porozumět typům úložiště, kapacitám a cenám, abyste vytvořili strategii pro optimalizaci nákladů na úložiště.
Typy úložiště
Volba úložiště pro telemetrii závisí na případu použití vašich dat IoT. Pokud je účelem pouze monitorovat data IoT a svazky jsou nízké, můžete použít databázi. Pokud váš scénář zahrnuje analýzu dat, měli byste ukládat telemetrická data do úložiště. Pro časovou řadu optimalizované úložiště a dotazování zvažte účelově navržená řešení, jako je Azure Data Explorer.
Úložiště a databáze se vzájemně nevylučují. Obě služby můžou spolupracovat, zejména s dobře definovanými horkými, teplými a studenými analytickými cestami. Azure Data Explorer a databáze se běžně používají pro scénáře horké a teplé cesty.
Pro Azure Storage je také důležité zvážit faktory životního cyklu dat, jako jsou frekvence přístupu, požadavky na uchovávání informací a zálohy. Azure Storage pomáhá definovat životní cyklus dat a automatizovat proces přesunu dat z horké vrstvy na jiné úrovně, což snižuje dlouhodobé náklady na úložiště. Další informace najdete v tématu Konfigurace zásad správy životního cyklu.
Databázová řešení
U databázových funkcí se běžně volí mezi SQL a řešeními bez SQL. Databáze SQL jsou nejvhodnější pro telemetrii s pevným schématem s jednoduchými požadavky na transformaci dat nebo agregaci dat. Další informace najdete v tématu Typy databází v Azure.
Azure SQL Database a TimescaleDB for PostgreSQL jsou běžné volby pro databázi SQL. Další informace najdete v následujících článcích:
- Plánování a správa nákladů na službu Azure SQL Database
- Azure SQL Database a optimalizace nákladů
- Rozšíření Azure SQL Database for PostgreSQL
- Ladění výkonu pro azure SQL Database
Pokud jsou data nejlépe reprezentována jako objekt nebo dokument bez pevného schématu, je lepší volbou no-SQL. Azure Cosmos DB poskytuje více rozhraní API, jako je SQL nebo MongoDB. Pro každou databázi jsou strategie dělení a indexu důležité pro optimalizaci výkonu a snížení zbytečných nákladů. Další informace naleznete v tématu:
- Dělení a horizontální škálování ve službě Azure Cosmos DB
- Plánování a správa nákladů na službu Azure Cosmos DB
Azure Synapse Analytics je moderní datový sklad Azure. Synapse Analytics se škáluje podle jednotek datového skladu (DWU) a měli byste zvolit správnou kapacitu pro zvládnutí požadavků řešení. V závislosti na případu použití můžete pozastavit výpočetní prostředky, když není spuštěná žádná úloha, aby se snížily provozní náklady.
Transportní vrstva
Přenosová vrstva přenáší a směruje data mezi jinými vrstvami. Při cestě dat mezi vrstvami a službami ovlivňuje volba protokolu náklady. Případy použití, jako jsou brány polí, oborový otevřený protokol a výběr sítě IoT, mají vliv také na náklady v přenosové vrstvě.
Pokud chcete snížit velikost a náklady na přenos, zvolte pro zařízení IoT správný protokol pro odesílání telemetrie.
Klienti zařízení pravidelně odesílají zprávy o zachování do IoT Hubu. Podle poplatků za operaci se za zprávy udržování naživu neúčtují žádné poplatky. Pokud ale neexistuje žádný konkrétní požadavek, nemusíte do telemetrie přidávat vlastnost keep-alive. Kvůli flexibilitě poskytují některé sady SDK pro zařízení Azure IoT možnost nastavit časový rozsah pro tyto zprávy, pokud používáte protokoly AMQP nebo MQTT.
U zařízení IoT s bateriemi si můžete vybrat, jestli jsou připojení aktivní, nebo se znovu připojit, když se zařízení probouzí. Tato volba ovlivňuje spotřebu energie a náklady na síť.
Opětovné připojení využívá pakety přibližně 6 kB pro připojení TLS, ověřování zařízení a načítání dvojčete zařízení, ale šetří kapacitu baterie, pokud se zařízení probudí jen jednou nebo dvakrát denně. Zprávy můžete seskupit a snížit tak režijní náklady na tls. Udržování naživu spotřebovává stovky bajtů, ale udržování připojení naživu šetří náklady na síť, pokud se zařízení probudí každých několik hodin nebo méně.
Základní pokyny k funkcím připojení a spolehlivého zasílání zpráv v sadách SDK pro zařízení Azure IoT najdete v tématu Správa připojení a spolehlivého zasílání zpráv pomocí sad SDK zařízení služby Azure IoT Hub. Tyto pokyny vám pomůžou snížit náklady na zpracování neočekávaného chování mezi zařízeními a službami Azure IoT.
SLUŽBA DPS snižuje náklady na správu životního cyklu zařízení od zřizování bez dotyku až po vyřazení z provozu, ale připojení k DPS spotřebovává náklady na síť pro protokol TLS a ověřování. Aby se snížil síťový provoz, měla by zařízení ukládat informace ioT Hubu do mezipaměti během zřizování a pak se připojovat k IoT Hubu přímo, dokud je nebude potřeba znovu zřídit. Další informace najdete v tématu Odeslání žádosti o zřízení ze zařízení.
Interakce a vrstva vytváření sestav
Protože IoT zpracovává data časových řad, existuje mnoho interakcí z velkého počtu zařízení. Vytváření sestav a vizualizace si uvědomuje hodnotu těchto dat. Intuitivní a zjednodušené uživatelské prostředí a dobře navržené interakce s daty můžou být nákladné při sestavování.
Grafana je opensourcový nástroj pro vizualizaci dat, který poskytuje optimalizované řídicí panely pro data časových řad. Komunity Grafana poskytují příklady, které můžete ve svém prostředí opakovaně používat a přizpůsobovat. Metriky a řídicí panel můžete implementovat z dat časových řad s malým úsilím. Azure poskytuje modul plug-in Grafana pro Azure Monitor.
Nástroje pro vytváření sestav a řídicích panelů, jako je Power BI, umožňují rychlý start z nestrukturovaných dat IoT. Power BI poskytuje intuitivní uživatelské rozhraní a možnosti. Řídicí panely a sestavy můžete snadno vyvíjet pomocí dat časových řad a získat výhody zabezpečení a nasazení s nízkými náklady.
Vrstva integrace
Integrace s jinými systémy a službami může být složitá. Mnoho služeb pomáhá maximalizovat efektivitu za účelem optimalizace nákladů ve vrstvě integrace.
Azure Digital Twins dokáže integrovat různé systémy a služby s daty IoT. Azure Digital Twins transformuje všechna data na vlastní digitální entitu, takže je důležité pochopit limity služeb a ladit body pro snížení nákladů. Při návrhu architektury si projděte limity služeb Azure Digital Twins. Seznamte se s funkčními omezeními, která vám pomůžou efektivně integrovat s obchodními systémy.
Když použijete rozhraní API pro dotazy, azure Digital Twins se účtuje za jednotku dotazů (QU). Můžete sledovat počet jednotek QU, které dotaz spotřeboval v hlavičce odpovědi. Snižte složitost dotazů a počet výsledků pro optimalizaci nákladů. Další informace najdete v tématu Vyhledání spotřeby QU ve službě Azure Digital Twins.
Vrstva DevOps
Cloudové platformy transformují kapitálové výdaje (CAPEX) na provozní výdaje (OPEX). I když tento model poskytuje flexibilitu a flexibilitu, stále potřebujete dobře definovaný model nasazení a provozního modelu, abyste plně využili výhod cloudové platformy. Dobře plánované nasazení vytvoří opakovatelné prostředky, které zkracují dobu uvedení na trh.
Cloudová platforma poskytuje vývojářům flexibilitu při nasazování prostředků během několika sekund, ale existuje riziko neúmyslného zřizování prostředků nebo nadměrného zřizování. Správný model zásad správného řízení v cloudu může taková rizika minimalizovat a vyhnout se nežádoucím nákladům.
Vývojová prostředí
Vývojáři můžou využít flexibilitu, kterou Azure poskytuje k optimalizaci nákladů na vývoj. Úroveň Free služby IoT Hub, omezená na jednu instanci na předplatné, nabízí standardní funkce, ale je omezená na 8 000 zpráv denně. Tato úroveň je dostatečná pro vývoj v rané fázi s omezeným počtem zařízení a zpráv.
Pro výpočetní prostředí můžete pro cloudová nativní řešení IoT využít bezserverovou architekturu. Mezi oblíbené služby Azure pro úlohy IoT patří Azure Functions a Azure Stream Analytics. Fakturační mechanismus závisí na službě. Některé služby, jako je Azure Stream Analytics pro zpracování v reálném čase, umožňují vývojářům pozastavit služby bez dalších nákladů. Jiné služby se účtují podle využití. Například Služba Azure Functions se fakturuje na základě počtu transakcí. Vývojáři můžou využít tyto funkce nativní pro cloud k optimalizaci nákladů na vývoj i provoz.
Integrované vývojové prostředí (IDE) urychluje vývoj a nasazení. Některé opensourcové integrované vývojové prostředí ,jako je Visual Studio Code, poskytují rozšíření Azure IoT, která vývojářům umožňují vyvíjet a nasazovat kód do služeb Azure IoT bez nákladů.
Azure IoT poskytuje bezplatné ukázky kódu GitHubu s pokyny. Tyto ukázky pomáhají vývojářům rozšířit aplikace zařízení, IoT Edge, IoT Hub a Azure Digital Twins. GitHub má také funkce pro implementaci bezproblémového prostředí kontinuální integrace a průběžného nasazování (CI/CD) s nízkými náklady a úsilím. GitHub Actions je zdarma pro opensourcové projekty. Další informace najdete v plánech a funkcích GitHubu.
Zátěžové testování odhadu nákladů
Pomocí zátěžového testování můžete odhadnout celkové náklady, včetně cloudových služeb, pro komplexní řešení IoT. Vzhledem k tomu, že řešení IoT používají velké objemy dat, může simulátor pomoct s zátěžovým testováním. Ukázky kódu simulace, jako je simulátor telemetrie zařízení Azure IoT, vám pomůžou testovat a odhadnout náklady ve velkém měřítku s různými parametry.
Prostředí nasazení
Úlohy se běžně nasazují v několika prostředích, jako je vývoj a produkční prostředí. Prostřednictvím infrastruktury jako kódu (IaC) můžete urychlit nasazení a zkrátit dobu uvedení kódu na trh. IaC může pomoct vyhnout se neúmyslným nasazením, jako jsou nesprávné úrovně. Mezi běžné možnosti IaC patří služby Azure, jako jsou Azure Resource Manager a Azure Bicep nebo služby třetích stran, jako je Terraform a Pulumi.
Postupy nasazení DevOps můžete použít pro řešení IoT pomocí kanálů sestavení a verzí v různých prostředích. Příklad najdete v tématu Použití kanálu DevOps k nasazení řešení prediktivní údržby.
Podpora a údržba
Dlouhodobá podpora a údržba polních zařízení může eskalovat, aby se stala největší nákladovou zátěží nasazeného řešení. Pečlivé zvážení celkových nákladů na vlastnictví systému je zásadní pro realizaci návratnosti investic (ROI).
Potřebujete podporovat a udržovat zařízení IoT po celou dobu životnosti řešení. Mezi úlohy patří opravy hardwaru, upgrady softwaru, údržba operačního systému a opravy zabezpečení. Zvažte průběžné licenční náklady na komerční software a proprietární ovladače a protokoly. Pokud nemůžete provádět vzdálenou údržbu, potřebujete rozpočet na opravy a aktualizace na místě. Pro opravy hardwaru nebo náhrady je nutné zachovat vhodné náhradní díly na skladě.
U řešení, která používají mobilní nebo placená média připojení, vyberte vhodný datový plán na základě počtu zařízení, velikosti a frekvence přenosů dat a umístění nasazení zařízení. Pokud máte smlouvu o úrovni služeb (SLA), potřebujete nákladově efektivní kombinaci hardwaru, infrastruktury a vyškolených zaměstnanců, aby splnili smlouvu SLA.
Zásady správného řízení cloudu
Zásady správného řízení v cloudu jsou nezbytné pro dodržování předpisů, zabezpečení a zabránění zbytečným nákladům.
Rozhraní API služby Cost Management umožňují zkoumat data o nákladech a využití prostřednictvím multidimenzionální analýzy. Můžete vytvořit přizpůsobené filtry a výrazy, které pomáhají zodpovědět otázky související se spotřebou prostředků Azure. Rozhraní API služby Cost Management můžou generovat výstrahy, když spotřeba dosáhne nakonfigurovaných prahových hodnot. Rozhraní API služby Cost Management jsou k dispozici pro IoT Central, IoT Hub a DPS.
Označování prostředků používá popisky na nasazené prostředky. Spolu se službou Microsoft Cost Management poskytuje označování přehled o průběžných nákladech na základě popisků. Další informace najdete v tématu Běžná analýza nákladů.
Azure Policy obsahuje předdefinované zásady pro automatické označování prostředků nebo označení prostředků příznakem bez označování. Další informace najdete v tématu Přiřazení definic zásad pro dodržování předpisů značky. Dalším případem použití pro Azure Policy je zabránit zřizování určitých úrovní, což pomáhá zabránit nadměrnému zřizování ve vývojových nebo produkčních prostředích.
Sledování
Mnoho nástrojů zahrnutých ve vašem předplatném Azure může vaší organizaci pomoct implementovat finanční zásady správného řízení a získat větší hodnotu ze služeb IoT. Tyto nástroje vám pomůžou sledovat využití prostředků a spravovat náklady napříč všemi cloudy pomocí jediného sjednoceného zobrazení. Máte přístup k bohatým provozním a finančním přehledům, abyste mohli provádět informovaná rozhodnutí.
Protokolování telemetrie běžně používá pracovní prostory Služby Log Analytics ve službě Azure Monitor. Log Analytics zahrnuje 5 GB úložiště a prvních 30 dnů uchovávání je zdarma. V závislosti na obchodních potřebách možná budete potřebovat delší dobu uchovávání. Zkontrolujte a rozhodněte se, jaká je správná doba uchovávání, abyste se vyhnuli neúmyslným nákladům.
Log Analytics poskytuje prostředí pracovního prostoru pro interaktivní dotazování protokolů. Protokoly můžete pravidelně exportovat do externích umístění, jako je Azure Data Explorer nebo archivovat protokoly v účtu úložiště, a získat tak levnější možnost úložiště. Další informace najdete v tématu Monitorování využití a odhadovaných nákladů ve službě Azure Monitor.
Azure Advisor
Azure Advisor je individuální cloudový konzultant, který vám pomůže postupovat podle osvědčených postupů pro optimalizaci nasazení Azure. Advisor analyzuje konfiguraci prostředků a telemetrii využití a doporučí řešení, která vám můžou pomoct zlepšit nákladovou efektivitu, výkon, spolehlivost a zabezpečení.
Advisor vám pomůže optimalizovat a snížit celkové výdaje za Azure tím, že identifikuje nečinné a nedostatečně využité prostředky. Doporučení k nákladům můžete získat na kartě Náklady na řídicím panelu Advisoru.
I když Advisor nenabízí konkrétní doporučení pro služby IoT, může poskytovat užitečná doporučení pro infrastrukturu, úložiště a analytické služby Azure. Další informace najdete v tématu Snížení nákladů na služby pomocí Azure Advisoru.