Dieser Artikel bietet einen Überblick über die Architektur von Überwachungs- und Verwaltungsschleifen, über ihre Merkmale und die dazugehörigen Komponenten.
Aufbau
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Bei einer IoT-Verwaltungs- und -Überwachungsschleife handelt es sich um ein Überwachungssystem, das sicherstellt, dass das System innerhalb der operativen Schwellenwerte arbeitet. Mehrere Geräte in einem System müssen zusammenarbeiten, um den tolerierbaren Bereich für den gewünschten Zustand zu erreichen und innerhalb dieses Bereichs zu bleiben. Die Verwaltungs- und Überwachungsschleife beobachtet die Trends von heißen Telemetriesignalen von mehreren Geräten und setzt sie miteinander in Beziehung, um daraus den aktuellen Zustand abzuleiten. Die Logik kombiniert diese Trends mit warmen Zeitreihenverlaufs- und Unternehmenssystemsignalen, um neue Erkenntnisse zu berechnen. Die Überwachungs- und Verwaltungsschleife lässt diese Erkenntnisse dann eine Regel-Engine durchlaufen, um Aktuatorbefehle zu generieren oder bei Bedarf Alarme auszulösen.
Merkmale
Überwachungs- und Verwaltungsschleifen verfügen über die folgenden Merkmale:
- Sie können weit entfernt von oder nah bei den physischen IoT-Geräten sein. Standorte, die von Natur aus weit entfernt sind, z. B. Öl- und Gaspipelines, Transformatoren, intelligente Türklingeln, gefährliche Umgebungen und Objekttracker können diese Infrastruktur nicht bereitstellen. Bei solchen Umgebungen arbeiten Überwachungs- und Verwaltungsschleifen von weit entfernen Einrichtungen aus, z. B. in öffentlichen oder privaten Clouds. In den Prozessindustrien, z. B. beim Raffinieren von Öl und der Herstellung von Chemikalien, werden Überwachungs- und Verwaltungsschleifen möglicherweise näher an den Geräten bereitgestellt. Bei der diskreten Fertigung werden diese Schleifen möglicherweise ebenfalls lokal bereitgestellt, da Netzwerkdowntime kostspielig sein kann.
- Sie sind von gerätebasierten Messungs- und Steuerungsschleifen für die wichtigsten Überwachungs- und Verwaltungsprozesse abhängig.
- Sie können mit anderen Unternehmenssystemen wie Enterprise-Resource-Planning-Systemen (ERP), Kundenbeziehungsmanagement-Systemen (Customer Relationship Management, CRM), Produktlebenszyklus-Verwaltungssystemen (Product Lifecycle Management, PLM) und Supportsystemen integriert werden, um Vorgänge zu kontextualisieren. Überwachungs- und Verwaltungsschleifen sind nicht auf diese Systeme angewiesen, um zu funktionieren.
- Sie nutzen Sensortelemetrie-Datenströme und wirken mit am letzten bekannten Gerätezustand, dem heißen Zeitreihencache, dem warmen Zeitreihenverlauf und an zusammengefassten Rollups.
- Sie senden Überwachungsbefehle in Bezug auf zu korrigierende Bedingungen zurück an die Geräte.
- Sie berechnen abhängige Gerätezustände und stellen Ereignisfeeds für externe Systeme bereit.
- Sie können hauptsächlich über die Netzwerkprotokolle HTTP, MQTT und AMQP mit Geräten und Unternehmenssystemen integriert werden.
- Sie können je nach IoT-Szenario Zykluszeiten von einigen Sekunden aufweisen. Bei der Verwendung von zeitunabhängigen Netzwerkprotokollen wie MQTT, HTTP und AMQP kann eine Abweichung der Netzwerkpaketverzögerung oder ein Jitter auftreten.
Komponenten
Überwachungs- und Verwaltungsschleifen enthalten die folgenden Komponenten:
- Nachrichtenbroker verarbeiten Telemetriedaten und senden Befehle an Geräte.
- Eine Geräteregistrierung oder ein System of Record und eine Single Source of Truth für alle IoT-Geräte speichert Metadaten zu Geräten und Beziehungen zwischen Geräten. Der Telemetriedatenstrom-Prozessor verwendet Registrierungsinformationen, um die Telemetrienachrichtenstruktur zu verstehen und die Datenstrom-Verarbeitungslogik zu analysieren und auszuführen. Der Nachrichtenbroker verwendet die Registrierung, um Geräteverbindungsanforderungen zu überprüfen und Entscheidungen in Bezug auf das Nachrichtenrouting zu treffen. Die Ereignisbehandlungslogik verwendet Entitätsmetadaten, um sicherzustellen, dass Eingaben, Ausgaben und Verarbeitungslogik den strukturellen und semantischen Entitätsbeziehungen und -interaktionen entsprechen.
- Ein Telemetriedatenstrom-Prozessor (Telemetry Stream Processor, TSP) empfängt Gerätetelemetriedaten, leitet den Zustand einzelner Geräte und den von Gruppen von Geräten daraus ab und erkennt Fehler und Abweichungen vom gewünschten Zustand. Der TSP sendet Fehlerzustände und aggregierte Datenpunkte oder Rohdatenpunkte zur weiteren Verarbeitung und Aufzeichnung an die entsprechenden Ereignishandler sowie den heißen Speicher und den Warm Storage.
- Der heiße Zeitreihenverlauf ist ein Hochgeschwindigkeits-In-Memory-Cachespeicher oder -Remotecachespeicher, der die letzten bekannten Gerätemetriken und eine Reihe von Datenpunkten zum Erkennen von Quasi-Echtzeittrends bereitstellt.
- Der warme Zeitreihenverlauf speichert Datenpunkte für einige Wochen, um Sie dabei zu unterstützen, Quasi-Echtzeittrends mit langfristigen Trends in Beziehung zu setzen und mögliche Abweichungen vom gewünschten Zustand zu erkennen. Überwachungs- und Verwaltungsschleifen können auch indizierten Speicher für die Vorabberechnung von Trends verwenden.
- Die Ereignisberechnung berechnet handlungsrelevante Ereignisse durch das Kombinieren der Datenstromprozessor-Ereignisse, der letzten bekannten Gerätezustände, der Quasi-Echtzeittrends aus dem heißen Zeitreihenverlauf und, sofern erforderlich, der aus dem warmen Zeitreihenverlauf.
- Eine Regel-Engine nutzt und verarbeitet Geschäftsereignisse, indem sie die gewünschten Gerätezustände durch entsprechende Befehle anpasst. Diese Engine veröffentlicht möglicherweise auch Ereignisse und Alarme in der Überwachungskonsole.
- Eine Überwachungskonsole bietet eine visuelle Anzeige und die Möglichkeit für menschliches Eingreifen bei Bedarf.
Szenariodetails
Eine IoT-Überwachungs- und -Verwaltungsschleife (Internet of Things, Internet der Dinge) ist ein Überwachungssystem, das ein physisches System, das von einer Reihe von vernetzten IoT-Geräten gesteuert wird, kontinuierlich überwacht. Die Überwachungs- und Verwaltungsschleife stellt sicher, dass sich das System innerhalb des tolerierbaren Bereichs für den Sollwert für den gewünschten Zustand befindet, und gibt Befehle zum Steuern des Systems aus.
Mögliche Anwendungsfälle
Diese Lösung ist ideal für die Bereiche Energie, Umwelt, Fertigung, Bildung, Einrichtungen und Immobilien. Einige Beispielszenarios für Überwachungs- und Verwaltungsschleifen:
- Intelligente Müllabfuhr: Lassen Sie den Müllwagen die Route fahren, auf der die Müllabfuhr am meisten benötigt wird.
- Intelligenter Campus: Lösen Sie bei Branderkennung in mehreren Gebäuden den Campusevakuierungsalarm aus.
- Stromverteiler: Schalten Sie bei vorhergesagtem starkem Wind und Regen die Stromversorgung für mehrere Blöcke proaktiv aus.
- Gasleitungsüberwachung: Schalten Sie eine Gaspumpstation aus, wenn ein Druckabfall in mehreren Abschnitten einer Fernpipeline erkannt wird.
- Intelligente Stromzähler: Überwachen Sie im Rahmen eines Rabattprogramms für sparsame Stromverbraucher den Stromverbrauch, und kombinieren Sie dies mit Wettervorhersagen zur automatischen Erhöhung des Sollwerts für Heimthermostate.
- Windfarm: Planen Sie bei Erkennung eines gesunkenen Leistungsfaktors einer Windfarm die Inspektion der verdächtigen Windturbinen.
- Prozessindustrien: Überwachen und steuern Sie den Crackprozess für Rohöl in einer Ölraffinerie. Überwachen und steuern Sie die Herstellung von Farben und die Massenproduktion von Chemikalien.
- Diskrete Fertigung: Überwachen und steuern Sie eine Produktinspektions- und -verpackungszelle.
Beitragende
Dieser Artikel wird von Microsoft gepflegt. Er wurde ursprünglich von folgenden Mitwirkenden geschrieben:
Hauptautor:
- Hanu Kommalapati | Principal Software Engineer
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