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Bewährte Methoden für die Gerätekonfiguration in einer IoT-Lösung

Die automatische Geräteverwaltung in Azure IoT Hub automatisiert viele sich wiederholende und komplexe Aufgaben beim Verwalten großer Geräteflotten über die gesamte Lebensdauer ihrer Geräte. In diesem Artikel werden viele der bewährten Methoden für die verschiedenen Rollen definiert, die bei der Entwicklung und dem Betrieb einer IoT-Lösung beteiligt sind.

  • IoT-Hardwarehersteller/Integrator: Hersteller von IoT-Hardware, Integratoren, die Hardware von verschiedenen Herstellern zusammenstellen, oder Lieferanten, die Hardware für eine ioT-Bereitstellung bereitstellen, die von anderen Lieferanten hergestellt oder integriert wird. Beteiligt an der Entwicklung und Integration von Firmware, eingebetteten Betriebssystemen und eingebetteter Software.

  • IoT-Lösungsentwickler: Die Entwicklung einer IoT-Lösung erfolgt in der Regel von einem Lösungsentwickler. Dieser Entwickler ist möglicherweise Teil eines internen Teams oder eines Systemintegrators, der sich auf diese Aktivität spezialisiert hat. Der IoT-Lösungsentwickler kann verschiedene Komponenten der IoT-Lösung von Grund auf neu entwickeln, verschiedene Standard- oder Open-Source-Komponenten integrieren.

  • IoT-Lösungsoperator: Nachdem die IoT-Lösung bereitgestellt wurde, erfordert sie langfristige Vorgänge, Überwachung, Upgrades und Wartung. Mehrere Teams, z. B. ein internes Team, das aus Informationstechnologiespezialisten, Hardwarebetriebs- und Wartungsteams und Domänenspezialisten besteht, die das richtige Verhalten der gesamten IoT-Infrastruktur überwachen, können diese Aufgaben ausführen.

Grundlegendes zur automatischen Geräteverwaltung zum Konfigurieren von IoT-Geräten im großen Maßstab

Die automatische Geräteverwaltung umfasst die vielen Vorteile von Geräte-Zwillingen und Modul-Zwillingen , um die gewünschten und gemeldeten Zustände zwischen der Cloud und den Geräten zu synchronisieren. Bei automatischen Gerätekonfigurationen werden große Gruppen von Zwillingen automatisch aktualisiert, und der Fortschritt und die Konformität werden zusammengefasst. Die folgenden allgemeinen Schritte beschreiben, wie die automatische Geräteverwaltung entwickelt und verwendet wird:

  • Der IoT-Hardwarehersteller/Integrator implementiert Geräteverwaltungsfunktionen in einer eingebetteten Anwendung mittels Gerätezwillinge. Diese Features können Firmwareupdates, Softwareinstallation und Update sowie die Einstellungsverwaltung umfassen.

  • Der IoT-Lösungsentwickler implementiert die Verwaltungsebene von Geräteverwaltungsvorgängen mithilfe von Geräte twins und automatischen Gerätekonfigurationen. Die Lösung sollte das Definieren einer Operatorschnittstelle umfassen, um Geräteverwaltungsaufgaben auszuführen.

  • Der IoT-Lösungsoperator verwendet die IoT-Lösung, um Geräteverwaltungsaufgaben auszuführen, insbesondere um Geräte zusammenzugruppieren, Konfigurationsänderungen wie Firmwareupdates zu initiieren, den Fortschritt zu überwachen und Probleme zu beheben, die auftreten.

IoT-Hardwarehersteller/Integrator

Es folgen bewährte Methoden für Hardwarehersteller und Integratoren, die sich mit der Entwicklung eingebetteter Software befassen:

  • Implementieren sie Geräte-Zwillinge: Geräte-Twins ermöglichen die Synchronisierung der gewünschten Konfiguration aus der Cloud und das Melden aktueller Konfigurations- und Geräteeigenschaften. Die beste Möglichkeit zur Implementierung von Geräte-Zwillingen in eingebetteten Anwendungen ist durch die Azure IoT SDKs. Geräte-Zwillinge eignen sich am besten für die Konfiguration, da sie:

    • Unterstützen Sie bidirektionale Kommunikation.
    • Sowohl verbundene als auch getrennte Gerätezustände zulassen.
    • Folgen Sie dem Grundsatz der eventuellen Konsistenz.
    • Sie können in der Cloud vollständig abgefragt werden.

  • Struktur des Geräte-Zwillings für die Geräteverwaltung: Der Geräte-Zwilling sollte so strukturiert werden, dass die Geräteverwaltungseigenschaften logisch in Abschnitte gruppiert werden. Dadurch können Konfigurationsänderungen isoliert werden, ohne dass andere Abschnitte des Zwillings beeinträchtigt werden. Erstellen Sie z. B. einen Abschnitt innerhalb der gewünschten Eigenschaften für Firmware, einen anderen Abschnitt für Software und einen dritten Abschnitt für Netzwerkeinstellungen.

  • Melden von Geräteattributen, die für die Geräteverwaltung nützlich sind: Attribute wie physische Geräte-Marke und -Modell, Firmware, Betriebssystem, Seriennummer und andere Kennungen sind nützlich für die Berichterstellung und als Parameter für die Zielkonfiguration von Änderungen.

  • Definieren Sie die Hauptzustände für die Meldung von Status und Fortschritt: Status der obersten Ebene sollten aufgezählt werden, damit sie dem Operator gemeldet werden können. Beispielsweise würde ein Firmwareupdate den Status "Aktuell", "Herunterladen", "Anwenden", "In Bearbeitung" und "Fehler" melden. Definieren Sie weitere Felder für weitere Informationen zu jedem Zustand.

IoT-Lösungsentwickler

Im Folgenden sind bewährte Methoden für IoT-Lösungsentwickler aufgeführt, die Systeme erstellen, die in Azure basieren:

  • Implementieren sie Geräte-Zwillinge: Geräte-Twins ermöglichen die Synchronisierung der gewünschten Konfiguration aus der Cloud und das Melden aktueller Konfigurations- und Geräteeigenschaften. Die beste Möglichkeit zum Implementieren von Geräte-Twins in Cloud-Lösungen-Anwendungen besteht aus den Azure IoT-SDKs. Geräte-Zwillinge eignen sich am besten für die Konfiguration, da sie:

    • Unterstützen Sie bidirektionale Kommunikation.
    • Sowohl verbundene als auch getrennte Gerätezustände zulassen.
    • Folgen Sie dem Grundsatz der eventuellen Konsistenz.
    • Sie können in der Cloud vollständig abgefragt werden.

  • Organisieren von Geräten mithilfe von Geräte-Twin-Tags: Die Lösung sollte es dem Betreiber ermöglichen, Qualitätsringe oder andere Gerätegruppen basierend auf verschiedenen Bereitstellungsstrategien wie Canary zu definieren. Die Geräteorganisation kann in Ihrer Lösung mithilfe von Geräte-Twin-Tags und -Abfragen implementiert werden. Die Geräteorganisation ist erforderlich, um Konfigurationsrollouts sicher und präzise zu ermöglichen.

  • Implementieren von automatischen Gerätekonfigurationen: Automatische Gerätekonfigurationen stellen Konfigurationsänderungen für große Mengen an IoT-Geräten bereit und überwachen sie über Device Twins.

    Automatische Gerätekonfigurationen werden über die Zielbedingung auf Gruppen von Gerätezwillingen ausgerichtet. Die Zielbedingung ist eine Abfrage für Gerätezwillingstags oder gemeldete Eigenschaften. Der Zielinhalt ist der Satz der gewünschten Eigenschaften, die innerhalb der Zielgeräte-Zwillinge festgelegt werden. Der Zielinhalt sollte mit der vom IoT-Hardwarehersteller/-integrator definierten Geräte-Twin-Struktur übereinstimmen. Bei den Metriken handelt es sich um Abfragen zu den gemeldeten Eigenschaften des Gerätetwins und sollten auch mit der vom IoT-Hardwarehersteller/-Integrator definierten Gerätetwin-Struktur übereinstimmen.

    Automatische Gerätekonfigurationen werden zum ersten Mal kurz nach der Erstellung der Konfiguration und dann in fünfMinütigen Intervallen ausgeführt. Außerdem profitieren sie von dem IoT Hub, der Geräte-Twin-Vorgänge mit einer Rate durchführt, die die Drosselungsgrenzwerte für Geräte-Twin-Lesevorgänge und -updates überschreitet.

  • Verwenden Sie den Gerätebereitstellungsdienst: Lösungsentwickler sollten den Gerätebereitstellungsdienst verwenden, um neuen Geräten zwei Tags zuzuweisen, sodass sie automatisch durch automatische Gerätekonfigurationen konfiguriert werden, die auf Zwillinge mit diesem Tag ausgerichtet sind.

IoT-Lösungsoperator

Im Folgenden sind bewährte Methoden für IoT-Lösungsoperatoren aufgeführt, die eine auf Azure basierende IoT-Lösung verwenden:

  • Organisieren von Geräten für die Verwaltung: Die IoT-Lösung sollte die Erstellung von Qualitätsringen oder anderen Gerätegruppen basierend auf verschiedenen Bereitstellungsstrategien wie Canary definieren oder zulassen. Die Gruppen mit den Geräten werden verwendet, um den Rollout für Konfigurationsänderungen und andere bedarfsabhängige Vorgänge für die Geräteverwaltung durchzuführen.

  • Durchführen von Konfigurationsänderungen mithilfe eines phasenweisen Rollouts: Bei einem phasenweisen Rollout handelt es sich um einen allgemeinen Prozess, bei dem ein Operator Änderungen an einem erweiterten Satz von IoT-Geräten bereitstellt. Das Ziel ist es, schrittweise Änderungen vorzunehmen, um das Risiko zu verringern, dass große Änderungen vorgenommen werden.  Der Operator sollte die Schnittstelle der Lösung verwenden, um eine automatische Gerätekonfiguration zu erstellen, und die Zielbedingung sollte auf einen anfänglichen Satz von Geräten (z. B. eine Canarygruppe) abzielen. Der Operator sollte dann die Konfigurationsänderung in der ersten Gruppe von Geräten überprüfen.

    Sobald die Überprüfung abgeschlossen ist, aktualisiert der Operator die automatische Gerätekonfiguration, um einen größeren Satz von Geräten einzuschließen. Der Operator sollte auch die Priorität für die Konfiguration festlegen, die höher als andere Konfigurationen ist, die derzeit auf diese Geräte ausgerichtet sind. Der Rollout kann mithilfe der Metriken überwacht werden, die von der automatischen Gerätekonfiguration gemeldet werden.

  • Durchführen von Rollbacks bei Fehlern oder Fehlkonfigurationen: Eine automatische Gerätekonfiguration, die Fehler oder Fehlkonfigurationen verursacht, kann durch Ändern der Zielbedingung zurückgesetzt werden, sodass die Geräte die Zielbedingung nicht mehr erfüllen. Stellen Sie sicher, dass eine weitere automatische Gerätekonfiguration mit niedrigerer Priorität weiterhin für diese Geräte vorgesehen ist. Überprüfen der erfolgreichen Durchführung des Rollbacks, indem die Metriken angezeigt werden: Die Konfiguration, für die der Rollback durchgeführt wurde, sollte den Status für herausgenommene Geräte nicht mehr anzeigen, und die Metriken der zweiten Konfiguration sollten nun die Anzahl für die Geräte enthalten, die der Ausrichtung weiterhin unterliegen.

Nächste Schritte

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