Développement d’appareil IoT

Cette vue d’ensemble présente les concepts clés liés au développement d’appareils qui se connectent à des solutions Azure IoT classiques. Chaque section inclut des liens vers du contenu qui fournit des détails et des conseils supplémentaires.

Dans une solution connectée au cloud, les appareils se connectent directement aux services connectés au cloud tels que IoT Hub, tandis que dans un appareil de solution connecté à la périphérie se connectent à des services connectés à la périphérie dans votre environnement, tels que Azure IoT Operations.

Solution connectée à l'Edge

Le diagramme suivant montre une vue générale des composants dans une solution IoT connectée à la périphérie classique. Cet article se concentre sur les appareils, les ressources et les connecteurs présentés dans le diagramme :

Les ressources ont généralement un microprogramme intégré qui implémente les protocoles standard. Par exemple, un bras robotisé peut être un client OPC UA, et une caméra vidéo de sécurité peut implémenter ONVIF. Azure IoT Operations inclut différents connecteurs qui peuvent utiliser ces protocoles pour communiquer avec les ressources et traduire les messages des ressources en messages MQTT. Certaines ressources peuvent recevoir des messages vous permettant d’effectuer des opérations sur celles-ci, par exemple :

• Effectuer un panoramique ou une inclinaison d’une caméra de sécurité.
• Changer le niveau de journalisation d’un bras robotisé.
• Lancer une mise à jour de microprogramme.

Vous pouvez créer vos propres connecteurs personnalisés pour vous connecter aux ressources qui utilisent des protocoles non pris en charge en mode natif par Azure IoT Operations.

Solution connectée au cloud

Le diagramme suivant montre une vue générale des composants d’une solution IoT connectée au cloud classique. Cet article se concentre sur les appareils et la passerelle présentés dans le diagramme :

Dans Azure IoT, un développeur d’appareils écrit le code à exécuter sur les appareils de la solution. Ce code est généralement le suivant :

• Établit une connexion sécurisée à un point de terminaison cloud.
• Envoie les données de télémétrie collectées à partir de capteurs attachés au cloud.
• Gère l’état de l’appareil et synchronise cet état avec le cloud.
• Répond aux commandes envoyées à partir du cloud.
• Permet l’installation des mises à jour logicielles à partir du cloud.
• Permet à l’appareil de continuer à fonctionner pendant sa déconnexion du cloud.

Types d’appareil

Une solution IoT peut contenir de nombreux types de ressources et d’appareils.

Solution connectée à l'Edge

Voici quelques exemples de ressources dans une solution connectée à la périphérie :

• Bras robotisés, tapis roulants, et ascenseurs
• Machines CNC industrielles, tours, scies, et perceuses
• Machines d’imagerie médicale de diagnostic
• Caméras vidéo de sécurité
• Contrôleurs logiques programmables

Ces ressources ont généralement un microprogramme intégré qui implémente les protocoles standard. Par exemple, un bras robotisé peut être un client OPC UA, et une caméra vidéo de sécurité peut implémenter le protocole ONVIF. Dans une solution connectée à la périphérie, vous utilisez des connecteurs spécialisés pour vous connecter à ces ressources et les traduire dans un format commun.

Pour les ressources, il n’existe pas d’équivalent direct au rôle de développeur d’appareils. À la place, un opérateur peut configurer les connecteurs pour se connecter aux ressources. Toutefois, vous devrez peut-être développer des connecteurs personnalisés pour vous connecter à des ressources qui utilisent des protocoles non pris en charge en mode natif par votre solution connectée à la périphérie.

Solution connectée au cloud

Voici quelques exemples d’appareils dans une solution connectée au cloud :

• Capteur de pression sur une pompe à huile distante
• Capteurs de température et d’humidité sur un climatiseur
• Accéléromètre dans un ascenseur
• Capteurs de présence dans une salle

Ces appareils contiennent généralement des microcontrôleurs (MCU) ou des microprocesseurs (MPU) :

• Les MCU sont moins chers et plus simples à utiliser que les MPU.
• Un MCU héberge un grand nombre des fonctions, telles que la mémoire, les interfaces et les E/S, au sein de la puce elle-même. Un MPU accède à ces fonctionnalités à partir de composants dans des puces de support.
• Un MCU utilise souvent un système d’exploitation en temps réel (RTOS) ou s’exécute nu (sans système d’exploitation) et fournit une réponse en temps réel et des réactions très déterministes aux événements externes. Les MPU exécutent généralement un système d’exploitation à usage général, tel que Windows, Linux ou macOS, qui fournit une réponse en temps réel non déterministe. Il n’existe généralement aucune garantie quant à la fin d’une tâche.

Voici des exemples de matériel et de systèmes d’exploitation spécialisés :

Windows for IoT est une version incorporée de Windows pour les MPU avec une connectivité cloud qui vous permet de créer des appareils sécurisés avec un approvisionnement et une gestion simples.

Eclipse ThreadX est un système d’exploitation en temps réel pour les appareils IoT et les périphériques avec MCU. Eclipse ThreadX est conçu pour prendre en charge des appareils à fortes contraintes alimentés par batterie et disposant de moins de 64 Ko de mémoire flash.

FreeRTOS est un système d’exploitation en temps réel pour les appareils embarqués. Vous pouvez utiliser FreeRTOS avec l’intergiciel Azure IoT pour FreeRTOS pour connecter des appareils à Azure IoT. Pour une vue d’ensemble des options RTOS relatives au développement d’appareils, consultez Scénarios d’usage du SDK C et du SDK Embedded C.

Azure Sphere (intégré) est une plateforme d’application sécurisée et de haut niveau avec des fonctionnalités de communication et de sécurité intégrées pour les appareils basés sur Internet. Elle comprend une MCU transversale, connectée et sécurisée, un système d’exploitation Linux personnalisé et un service de sécurité cloud qui offre une sécurité continue et renouvelable.

Primitives d’appareils

Un développeur d’appareils implémente généralement les primitives suivantes dans le code de l’appareil pour interagir avec le cloud :

• Messages appareil-à-cloud pour envoyer des données de télémétrie de série chronologique au cloud. Par exemple, les données de température collectées à partir d’un capteur attaché à l’appareil.
• Chargements de fichiers pour les fichiers multimédias tels que les images capturées et les vidéos. Les appareils connectés par intermittence peuvent envoyer des lots de télémétrie. Les appareils peuvent compresser les chargements pour économiser de la bande passante.
• Jumeaux d’appareil pour partager et synchroniser les données d’état avec le cloud. Par exemple, un appareil peut utiliser le jumeau d’appareil pour signaler l’état actuel d’une vanne qu’il contrôle au cloud et pour recevoir une température cible souhaitée à partir du cloud.
• Jumeaux numériques pour représenter un appareil dans le monde numérique. Par exemple, un jumeau numérique peut représenter l’emplacement physique d’un appareil, ses fonctionnalités et ses relations avec d’autres appareils.
• Méthodes directes pour recevoir des commandes du cloud. Une méthode directe peut avoir des paramètres et retourner une réponse. Par exemple, le cloud peut appeler une méthode directe pour demander à l’appareil de redémarrer dans 30 secondes.
• Messages du cloud vers l'appareil pour recevoir des notifications unidirectionnelles du cloud. Par exemple, une notification indiquant qu’une mise à jour est prête à être téléchargée.

Pour plus d’informations, consultez les Conseils sur les communications appareil-à-cloud et Conseils sur les communications cloud-à-appareil.

Kits SDK et bibliothèques

Les SDK d’appareil fournissent des abstractions de haut niveau qui vous permettent d’utiliser les primitives sans connaître les protocoles de communication sous-jacents. Les SDK d’appareil gèrent également les détails de l’établissement d’une connexion sécurisée au cloud et de l’authentification de l’appareil.

Pour les appareils MPU, les SDK d’appareil sont disponibles dans les langues suivantes :

• C
• Python
• C# (.NET)
• Node.js
• Java

Pour les appareils MCU, consultez :

• Eclipse ThreadX
• middleware FreeRTOS
• Azure SDK pour Embedded C

Exemples et instructions

Tous les SDK d’appareil incluent des exemples qui montrent comment utiliser le kit de développement logiciel pour se connecter au cloud, envoyer des données de télémétrie et utiliser les autres primitives.

Vous trouverez d’autres exemples dans le navigateur d’exemple de code.

Développement d’appareils sans SDK d’appareil

Bien qu’il soit recommandé d’utiliser l’un des Kits de développement logiciel (SDK) de l’appareil, il est possible qu’il y ait des scénarios où vous préférez ne pas l’utiliser. Dans ces scénarios, le code de votre appareil doit utiliser directement l'un des protocoles de communication que l'IoT Hub et le service de provisionnement d'appareils (DPS) prennent en charge.

Pour plus d'informations, consultez les pages suivantes :

• Utilisation directe du protocole MQTT (en tant qu’appareil)
• Utilisation du protocole AMQP directement (en tant qu’appareil)

Modélisation et schémas

Les modèles d’appareils et de ressources définissent les données que les appareils et les ressources échangent avec le cloud. Les modèles permettent d’accéder à toute une gamme de scénarios low-code ou sans code pour l’intégration de vos appareils et ressources à votre solution IoT.

Solution connectée à l'Edge

Dans une solution connectée à la périphérie, un opérateur configure les connecteurs pour se connecter aux ressources. Cette configuration comprend un mappage entre les données de la ressource et un schéma cloud. Par exemple, le connecteur OPC UA permet à l’opérateur de mapper les ID de nœud OPC UA aux points de données et aux événements dans un message JSON échangé avec le répartiteur MQTT. La capture d’écran suivante montre un exemple dans l’interface utilisateur web de l’expérience des opérations numériques qui définit deux mappages de ce type :

Ailleurs dans la solution, un opérateur peut faire référence directement aux balises Temperature et Tag 10 sans avoir à connaître les détails des ID de nœud OPC UA.

Solution connectée au cloud

Dans une solution connectée au cloud, IoT Plug and Play permet aux générateurs de solutions d’intégrer des appareils IoT à leurs solutions sans aucune configuration manuelle. Au cœur de IoT Plug and Play, il s’agit d’un modèle d’appareil qu’un appareil utilise pour publier ses fonctionnalités à une application compatible avec IoT Plug and Play, telle qu’IoT Central. Ce modèle est structuré sous la forme d’un ensemble d’éléments qui définissent ce qui suit :

• Propriétés qui représentent l’état en lecture seule ou en écriture d’un appareil ou d’une autre entité. Par exemple, un numéro de série d’appareil peut être une propriété en lecture seule et une température cible sur un thermostat peut être une propriété accessible en écriture.
• Télémétrie qui correspond aux données émises par un appareil, qu’il s’agisse d’un flux régulier de relevés de capteurs, d’une erreur occasionnelle ou d’un message d’information.
• Commandes qui décrivent une fonction ou une opération qui peut être effectuée sur un appareil. Par exemple, une commande peut redémarrer une passerelle ou prendre une photo à l’aide d’une caméra distante.

Vous pouvez regrouper ces éléments dans des interfaces afin de les réutiliser dans différents modèles pour faciliter la collaboration et accélérer le développement.

Le modèle est spécifié à l’aide du Digital Twins Definition Language (DTDL).

L’utilisation de IoT Plug and Play, de modélisation et de DTDL est facultative. Vous pouvez utiliser les primitives d’appareil IoT sans utiliser de IoT Plug and Play ou de modélisation. Le service Azure Digital Twins utilise également des modèles DTDL pour créer des graphiques de jumeaux basés sur des modèles numériques d’environnements tels que des bâtiments ou des usines.

En tant que développeur d’appareils, lorsque vous implémentez un appareil IoT Plug and Play il existe un ensemble de conventions à suivre. Ces conventions fournissent un moyen normalisé d’implémenter le modèle d’appareil dans le code à l’aide des primitives disponibles dans les SDK d’appareil.

Mise en conteneur

La conteneurisation est un moyen de packager et d’exécuter votre code dans un environnement léger et isolé. Les conteneurs sont portables et peuvent s’exécuter sur n’importe quelle plateforme prenant en charge le runtime de conteneur. Les conteneurs sont un bon moyen de packager et de déployer du code, car ils fournissent un environnement d’exécution cohérent pour votre code. L’environnement d’exécution comprend généralement les services, les bibliothèques et les packages dont votre code a besoin pour s’exécuter.

Solution connectée à l'Edge

Azure IoT Operations conteneurise tous ses connecteurs, répartiteurs et autres composants qui s’exécutent sur la périphérie. Azure IoT Operations déploie sur un cluster Kubernetes, qui est une plateforme d’orchestration de conteneurs. Déployez les connecteurs personnalisés ou autres composants que vous créez sur le cluster Kubernetes.

Vous pouvez afficher une solution qui utilise Azure IoT Edge en tant que passerelle connectée à la périphérie pour IoT Hub en tant que solution hybride qui inclut des éléments de solutions connectées à la périphérie et connectées au cloud.

Solution connectée au cloud

Si vous utilisez des conteneurs, tel que dans Docker, vous pouvez déployer du code dans vos appareils pour exécuter votre code d’appareil en utilisant des fonctionnalités de l’infrastructure de conteneur. Les conteneurs vous permettent également de définir un environnement d’exécution pour votre code avec toutes les versions de bibliothèque et de package requises installées. Les conteneurs facilitent le déploiement des mises à jour et la gestion du cycle de vie de vos appareils IoT.

Azure IoT Edge exécute du code d’appareil dans des conteneurs. Vous pouvez utiliser Azure IoT Edge pour déployer des modules de code sur vos appareils. Pour plus d’informations, consultez Develop your own IoT Edge modules.

Conseil

Azure IoT Edge active plusieurs scénarios. Outre l’exécution de votre code d’appareil IoT dans des conteneurs, vous pouvez utiliser Azure IoT Edge pour exécuter des services Azure sur vos appareils et implémenter des passerelles field. Pour plus d’informations, consultez Qu’est-ce que Azure IoT Edge ?

Outils de développement d’appareils

Le tableau suivant liste certains des outils de développement d’appareils IoT disponibles :

Outil	Description
Azure IoT Hub (extension VS Code)	Cette extension VS Code vous permet de gérer vos ressources et appareils IoT Hub à partir de VS Code.
explorateur Azure IoT	Cet outil multiplateforme vous permet de gérer vos ressources et appareils IoT Hub à partir d’une application de bureau.
extension Azure IoT pour Azure CLI	Cette extension CLI comprend des commandes telles que az iot device simulate, az iot device c2d-messageet az iot hub monitor-events qui vous aident à tester les interactions avec les appareils.

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