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Azure IoT Central-Architektur

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IoT Central ist eine vorgefertigte Umgebung, mit der Sie Ihr IoT-Szenario schnell auswerten können. Es handelt sich um eine aPaaS-IoT-Lösung (Application Platform as a Service), und die primäre Schnittstelle ist eine Webbenutzeroberfläche. Es gibt auch eine REST-API, mit der Sie programmgesteuert mit Ihrer Anwendung interagieren können.

Dieser Artikel bietet eine Übersicht über die wichtigsten Elemente in einer IoT Central-Lösungsarchitektur.

Diagramm der allgemeinen Architektur einer IoT Central-Lösung

Zu den wichtigsten Funktionen einer IoT Central-Anwendung gehören folgende:

Verwalten von Geräten

Mit IoT Central können Sie den Bestand an IoT-Geräten verwalten, die Daten an Ihre Lösung senden. Beispielsweise können Sie folgende Aktionen ausführen:

  • Steuern Sie, welche Geräte eine Verbindung mit Ihrer Anwendung herstellen können und wie sie sich authentifizieren.
  • Verwenden Sie Gerätevorlagen, um die Gerätetypen zu definieren, die eine Verbindung mit Ihrer Anwendung herstellen können.
  • Verwalten Sie Geräte, indem Sie Eigenschaften festlegen oder Befehle auf verbundenen Geräten aufrufen. Legen Sie beispielsweise eine Zieltemperatureigenschaft für ein Thermostat fest, oder rufen Sie einen Befehl auf, um für ein Gerät ein Update seiner Firmware auszulösen. Sie können Eigenschaften und Aufrufbefehle für Folgendes festlegen:
    • Für einzelne Geräte über eine anpassbare Webbenutzeroberfläche
    • Für mehrere Geräte mit geplanten oder bedarfsorientierten Aufträgen
  • Verwalten Sie Gerätemetadaten wie Kundenadresse oder Datum des letzten Diensts.

Anzeigen und Analysieren von Daten

In einer IoT Central-Anwendung können Sie Daten für einzelne Geräte oder aggregierte Daten von mehreren Geräten anzeigen und analysieren:

  • Mithilfe der Zuordnung können Sie komplexe Gerätetelemetriedaten in strukturierte Daten innerhalb von IoT Central transformieren.
  • Verwenden Sie Gerätevorlagen, um benutzerdefinierte Ansichten für einzelne Geräte bestimmter Typen zu definieren. Sie können z. B. die Temperatur im Zeitverlauf für ein einzelnes Thermostat zeichnen oder den Livestandort eines Lieferlastwagens anzeigen.
  • Verwenden Sie die integrierte Analyse, um aggregierte Daten für mehrere Geräte anzuzeigen. Sie können z. B. die Gesamtauslastung in mehreren Einzelhandelsläden anzeigen oder die Filialen mit den höchsten oder niedrigsten Auslastungsraten identifizieren.
  • Erstellen Sie benutzerdefinierte Dashboards, um Ihre Geräte zu verwalten. Sie können z. B. Karten, Kacheln und Diagramme hinzufügen, um Gerätetelemetriedaten anzuzeigen.

Sichern Ihrer Lösung

In IoT Central können Sie die Sicherheit in den folgenden Bereichen konfigurieren und verwalten:

  • Benutzerzugriff auf Ihre Anwendung
  • Gerätezugriff auf Ihre Anwendung
  • Programmgesteuerter Zugriff auf Ihre Anwendung
  • Authentifizierung bei anderen Diensten über Ihre Anwendung
  • Überwachungsprotokolle verfolgen Aktivitäten in Ihrer Anwendung.

Weitere Informationen finden Sie im Sicherheitsleitfaden für IoT Central.

Geräte

Geräte sammeln Daten von Sensoren, die als Telemetriedatenstrom an eine IoT Central Anwendung gesendet werden. Beispielsweise sendet eine Kühleinheit einen Datenstrom mit Temperaturwerten, oder ein Lieferlastwagen streamt seinen Standort.

Ein Gerät kann Eigenschaften verwenden, um seinen Zustand zu melden, z. B. ob ein Ventil geöffnet oder geschlossen ist. Eine IoT Central-Anwendung kann auch Eigenschaften verwenden, um den Gerätezustand festzulegen, z. B. eine Zieltemperatur für ein Thermostat einstellen.

IoT Central kann Geräte auch steuern, indem Befehle auf dem Gerät aufgerufen werden. Ein Beispiel ist die Anweisung an ein Gerät, ein Firmwareupdate herunterzuladen und zu installieren.

Die Telemetriedaten, Eigenschaften und Befehle, die ein Gerät implementiert, werden zusammen als Gerätefunktionen bezeichnet. Sie definieren diese Fähigkeiten in einem Modell, welches das Gerät und die IoT Central-Anwendung gemeinsam nutzen. In IoT Central ist dieses Modell Teil der Gerätevorlage, die einen bestimmten Gerätetyp definiert. Weitere Informationen finden Sie unter Zuweisen eines Geräts zu einer Gerätevorlage.

Die Geräteimplementierung sollte die IoT Plug & Play-Konventionen befolgen, um sicherzustellen, dass eine Kommunikation mit IoT Central möglich ist. Weitere Informationen finden Sie in den verschiedenen Sprach-SDKs und Beispielen.

Geräte stellen über eines der unterstützten Protokolle eine Verbindung mit IoT Central her: MQTT, AMQP oder HTTP.

Gateways

Lokale Gatewaygeräte sind in verschiedenen Szenarios nützlich, z. B.:

  • Geräte können keine direkte Verbindung mit IoT Central herstellen, da sie keine Verbindung mit dem Internet herstellen können. Sie könnten zum Beispiel eine Sammlung von Bluetooth-fähigen Präsenzmeldern haben, die über ein Gateway-Gerät verbunden werden müssen.
  • Die Menge der von Ihren Geräten generierten Daten ist hoch. Zur Kostensenkung kombinieren oder aggregieren Sie die Daten in einem lokalen Gateway, bevor sie an Ihre IoT Central-Anwendung gesendet werden.
  • Ihre Lösung erfordert schnelle Antworten auf Anomalien in den Daten. Sie können Regeln auf einem Gatewaygerät ausführen, die Anomalien identifizieren, und lokal Maßnahmen ergreifen, ohne Daten an Ihre IoT Central-Anwendung senden zu müssen.

Gatewaygeräte erfordern in der Regel mehr Verarbeitungsleistung als ein eigenständiges Gerät. Eine Möglichkeit zum Implementieren eines Gatewaygeräts besteht darin, Azure IoT Edge zu verwenden und eines der Standard-IoT Edge-Gatewaymuster anzuwenden. Sie können auch Ihren eigenen benutzerdefinierten Gatewaycode auf einem geeigneten Gerät ausführen.

Exportieren von Daten

IoT Central verfügt zwar über integrierte Analysefeatures, Sie können Daten aber in andere Dienste und Anwendungen exportieren.

Transformationen in einer IoT Central-Datenexportdefinition ermöglichen es Ihnen, das Format und die Struktur der Gerätedaten zu bearbeiten, bevor sie in ein Ziel exportiert werden.

Gründe für den Export von Daten:

Speicher und Analyse

Für die langfristige Speicherung und Kontrolle über Archivierungs- und Aufbewahrungsrichtlinien können Sie Ihre Daten kontinuierlich in andere Speicherziele exportieren. Durch die Verwendung eines separaten Speicherdiensts außerhalb von IoT Central können Sie andere Analysetools verwenden, um Erkenntnisse aus den Daten in Ihrer Lösung abzuleiten.

Geschäftsautomatisierung

Mit Regeln in IoT Central können Sie externe Aktionen auslösen, z. B. das Senden einer E-Mail oder das Auslösen eines Ereignisses als Reaktion auf Bedingungen innerhalb von IoT Central. Beispielsweise können Sie einen Techniker benachrichtigen, wenn die Umgebungstemperatur für ein Gerät einen Schwellenwert erreicht.

Zusätzliche Berechnung

Möglicherweise müssen Sie Ihre Daten umwandeln oder Berechnungen durchführen, bevor sie entweder in IoT Central oder einem anderen Dienst verwendet werden können. Beispielsweise können Sie den Standortdaten, die von einem Lieferlastwagen gemeldet werden, lokale Wetterinformationen hinzufügen.

Erweitern mit der REST-API

Erstellen Sie Integrationen, mit denen andere Anwendungen und Dienste Ihre Anwendung verwalten können. Beispielsweise können Sie die Geräte in Ihrer Anwendung programmgesteuert verwalten oder Benutzerinformationen mit einem externen System synchronisieren.

Skalierbarkeit

IoT Central-Anwendungen nutzen intern mehrere Azure-Dienste, wie zum Beispiel den IoT Hub den Gerätebereitstellungsdienst (Device Provisioning Service DPS). Viele dieser zugrunde liegenden Dienste sind mehrstufige Dienste. Um jedoch die vollständige Isolierung von Kundendaten sicherzustellen, verwendet IoT Central IoT Hubs mit nur einem Mandanten.

IoT Central skaliert automatisch dessen IoT Hubs, basierend auf den Lastprofilen in Ihrer Anwendung. IoT Central kann einzelne IoT-Hubs hochskalieren und die Anzahl von IoT-Hubs in einer Anwendung aufskalieren. Auch andere zugrunde liegende Dienste werden von IoT Central automatisch skaliert.

Datenexport

IoT Central-Anwendungen verwenden häufig andere, vom Benutzer konfigurierte Dienste. Beispielsweise können Sie Ihre IoT Central-Anwendung so konfigurieren, dass Daten kontinuierlich in Dienste wie Azure Event Hubs und Azure Blob Storage exportiert werden.

Wenn ein konfigurierter Datenexport sich nicht in sein Ziel einschreiben kann, versucht IoT Central bis zu 15 Minuten lang, die Daten erneut zu übertragen. Anschließend markiert IoT Central das Ziel als fehlgeschlagen. Fehlerhafte Ziele werden regelmäßig überprüft, um zu ermitteln, ob sie beschreibbar sind.

Sie können erzwingen, dass IoT Central die fehlerhaften Exporte erneut startet, indem Sie den Datenexport deaktivieren und erneut aktivieren.

Hier finden Sie bewährte Methoden für Hochverfügbarkeit und Skalierbarkeit für den von Ihnen verwendeten Datenexportzieldienst an:

Hochverfügbarkeit und Notfallwiederherstellung

HADR-Funktionen hängen davon ab, wann Sie Ihre IoT Central-Anwendung erstellt haben:

Vor April 2021 erstellte Anwendungen

Einige Anwendungen, die vor April 2021 erstellt wurden, verwenden einen einzelnen IoT-Hub. Für diese Anwendungen bietet IoT Central keine HADR-Funktionen. Wenn der IoT-Hub nicht verfügbar ist, steht die Anwendung nicht mehr zur Verfügung.

Verwenden Sie den Befehl az iot central device manual-failover, um zu überprüfen, ob Ihre Anwendung immer noch einen einzelnen IoT Hub verwendet. Dieser Befehl gibt einen Fehler zurück, wenn die Anwendung über einen einzelnen IoT-Hub verfügt.

Anwendungen, die nach April 2021 und vor April 2023 erstellt wurden

Für hochverfügbare Gerätekonnektivität verfügt eine IoT Central-Anwendung immer über mindestens zwei IoT-Hubs. Die Anzahl von Hubs kann zu- oder abnehmen, wenn die Anwendung von IoT Central skaliert wird, um auf Änderungen im Auslastungsprofil zu reagieren.

IoT Central nutzt auch Verfügbarkeitszonen, um verschiedene verwendete Dienste hochverfügbar zu machen.

Eine Notfallwiederherstellung kann in verschiedenen Situationen erforderlich sein – von der Nichtverfügbarkeit einiger Dienste bis hin zum Ausfall einer gesamten Region. Von IoT Central werden je nach Art und Umfang des Incidents unterschiedliche Wiederherstellungsprozesse verwendet. Wenn beispielsweise nach einem schwerwiegenden Fehler eine gesamte Azure-Region nicht mehr verfügbar ist, wird für Anwendungen im Zuge der Notfallwiederherstellung ein Failover auf eine andere Region im gleichen geografischen Raum durchgeführt.

Nach April 2023 erstellte Anwendungen

IoT Central-Anwendungen, die nach April 2023 erstellt wurden, verfügen zunächst über einen einzigen IoT-Hub. Wenn der IoT-Hub nicht verfügbar ist, steht die Anwendung nicht mehr zur Verfügung. IoT Central skaliert die Anwendung jedoch automatisch und fügt einen neuen IoT-Hub für alle 10.000 verbundenen Geräte hinzu. Wenn Sie mehrere IoT-Hubs für Anwendungen mit weniger als 10.000 Geräten benötigen, senden Sie eine Anfrage an den IoT Central-Support.

Verwenden Sie den Befehl az iot central device manual-failover, um zu überprüfen, ob Ihre Anwendung derzeit einen einzelnen IoT-Hub verwendet. Dieser Befehl gibt einen Fehler zurück, wenn die Anwendung derzeit über einen einzelnen IoT-Hub verfügt.