Gambaran umum beban kerja IoT

  • Artikel

Bagian Microsoft Azure Well-Architected Framework ini bertujuan untuk mengatasi tantangan membangun beban kerja IoT di Azure. Artikel ini menjelaskan area desain IoT, pola arsitektur, dan lapisan arsitektur dalam beban kerja IoT.

Lima pilar keunggulan arsitektur mendukung metodologi desain beban kerja IoT. Pilar ini berfungsi sebagai kompas untuk keputusan desain berikutnya di seluruh area desain yang dijelaskan dalam artikel ini. Artikel yang tersisa dalam seri ini mempelajari cara mengevaluasi area desain menggunakan prinsip desain khusus IoT dalam keandalan, keamanan, pengoptimalan biaya, keunggulan operasional, dan pilar efisiensi performa.

Tip

Untuk menilai beban kerja IoT Anda melalui lensa keandalan, keamanan, pengoptimalan biaya, keunggulan operasional, dan efisiensi performa, lihat Azure Well-Architected Review.

Apa itu beban kerja IoT?

Istilah beban kerja mengacu pada pengumpulan sumber daya aplikasi yang mendukung tujuan bisnis umum atau eksekusi proses bisnis umum. Tujuan atau proses ini menggunakan beberapa layanan, seperti API dan penyimpanan data. Layanan bekerja sama untuk memberikan fungsionalitas end-to-end tertentu.

Internet of Things (IoT) adalah kumpulan layanan terkelola dan platform di seluruh lingkungan tepi dan cloud yang menghubungkan, memantau, dan mengontrol aset fisik.

Oleh karena itu , beban kerja IoT menjelaskan praktik merancang, membangun, dan mengoperasikan solusi IoT untuk membantu memenuhi tantangan arsitektur sesuai dengan kebutuhan dan batasan Anda.

Beban kerja IoT membahas tiga komponen sistem IoT:

  • Hal-hal, atau objek fisik, peralatan industri, perangkat, dan sensor yang terhubung ke cloud secara terus-menerus atau terputus-putus.
  • Wawasan, informasi yang dikumpulkan hal-hal yang dianalisis manusia atau AI dan berubah menjadi pengetahuan yang dapat ditindak lanjuti.
  • Tindakan, respons orang atau sistem terhadap wawasan, yang terhubung ke hasil, sistem, dan alat bisnis.

Pola arsitektur IoT

Sebagian besar sistem IoT menggunakan produk yang terhubung atau pola arsitektur operasi yang terhubung . Setiap pola memiliki persyaratan dan batasan khusus di area desain IoT.

  • Arsitektur produk yang terhubung berfokus pada jalur panas. Pengguna akhir mengelola dan berinteraksi dengan produk dengan menggunakan aplikasi real-time. Pola ini berlaku untuk produsen perangkat pintar untuk konsumen dan bisnis di berbagai lokasi dan pengaturan. Contohnya termasuk mesin kopi pintar, TV pintar, dan mesin produksi cerdas. Dalam solusi IoT ini, pembuat produk menyediakan layanan yang terhubung kepada pengguna produk.

  • Arsitektur operasi yang terhubung berfokus pada jalur hangat atau dingin dengan perangkat edge, pemberitahuan, dan pemrosesan cloud. Solusi ini menganalisis data dari berbagai sumber, mengumpulkan wawasan operasional, membangun model pembelajaran mesin, dan memulai tindakan perangkat dan cloud lebih lanjut. Pola operasi yang terhubung berlaku untuk perusahaan dan penyedia layanan pintar yang menghubungkan mesin dan perangkat yang sudah ada sebelumnya. Contohnya termasuk pabrik pintar dan bangunan pintar. Dalam solusi IoT ini, penyusun layanan memberikan layanan cerdas yang memberikan wawasan dan mendukung efektivitas dan efisiensi lingkungan yang terhubung.

Untuk mempelajari selengkapnya tentang arsitektur solusi dasar untuk beban kerja IoT, lihat Arsitektur referensi Azure IoT dan Arsitektur referensi Azure IoT khusus industri.

Well-Architected Pilar Kerangka Kerja dalam beban kerja IoT Anda

Azure Well-Architected Framework terdiri dari lima pilar keunggulan arsitektur, yang dapat Anda gunakan untuk meningkatkan kualitas beban kerja IoT. Artikel berikut menyoroti bagaimana prinsip desain khusus IoT memengaruhi keputusan di seluruh area desain IoT:

  • Keandalan memastikan bahwa aplikasi memenuhi komitmen ketersediaan. Ketahanan memastikan bahwa beban kerja tersedia dan dapat pulih dari kegagalan dalam skala apa pun. Keandalan dalam beban kerja IoT Anda membahas bagaimana area desain IoT dari heterogenitas, skalabilitas, konektivitas, dan hibriditas memengaruhi keandalan IoT.

  • Keamanan memberikan kerahasiaan, integritas, dan jaminan ketersediaan terhadap serangan yang disengaja dan penyalahgunaan data dan sistem. Keamanan dalam beban kerja IoT Anda menjelaskan bagaimana heterogenitas dan hibriditas memengaruhi keamanan IoT.

  • Pengoptimalan biaya menyeimbangkan tujuan bisnis dengan pembenaran anggaran untuk menciptakan beban kerja hemat biaya sekaligus menghindari solusi padat modal. Pengoptimalan biaya dalam beban kerja IoT Anda melihat cara untuk mengurangi pengeluaran dan meningkatkan efisiensi operasional di seluruh area desain IoT.

  • Keunggulan operasional mencakup proses yang membangun dan menjalankan aplikasi dalam produksi. Keunggulan operasional dalam beban kerja IoT Anda membahas bagaimana heterogenitas, skalabilitas, konektivitas, dan hibriditas memengaruhi operasi IoT.

  • Efisiensi performa adalah kemampuan beban kerja untuk menskalakan secara efisien untuk memenuhi tuntutan. Efisiensi performa dalam beban kerja IoT Anda menjelaskan bagaimana heterogenitas, skalabilitas, konektivitas, dan hibriditas memengaruhi performa IoT.

Area desain IoT

Area desain IoT utama yang memfasilitasi desain solusi IoT yang baik adalah:

  • Heterogenitas
  • Keamanan
  • Skalabilitas
  • Fleksibilitas
  • Kemampuan servis
  • Konektivitas
  • Hibriditas

Area desain saling terkait dan keputusan yang dibuat dalam satu area dapat memengaruhi keputusan di seluruh desain. Untuk mengevaluasi area desain, gunakan prinsip desain khusus IoT dalam lima pilar keunggulan arsitektur. Prinsip-prinsip ini membantu mengklarifikasi pertimbangan untuk memastikan beban kerja IoT Anda memenuhi persyaratan di seluruh lapisan arsitektur.

Bagian berikut menjelaskan area desain IoT, dan cara penerapannya ke produk yang terhubung dengan IoT dan pola arsitektur operasi yang terhubung .

Heterogenitas

Solusi IoT harus mengakomodasi berbagai perangkat, perangkat keras, perangkat lunak, skenario, lingkungan, pola pemrosesan, dan standar. Penting untuk mengidentifikasi tingkat heterogenitas yang diperlukan untuk setiap lapisan arsitektur pada waktu desain.

Dalam arsitektur produk yang terhubung, heterogenitas menggambarkan varietas mesin dan perangkat yang perlu didukung. Heterogenitas juga menjelaskan berbagai lingkungan tempat Anda dapat menyebarkan produk pintar, seperti jaringan dan jenis pengguna.

Dalam arsitektur operasi yang terhubung, heterogenitas berfokus pada dukungan untuk protokol dan konektivitas teknologi operasional (OT) yang berbeda.

Keamanan

Solusi IoT harus mempertimbangkan langkah-langkah keamanan dan privasi di semua lapisan. Langkah-langkah keamanan meliputi:

  • Perangkat dan identitas pengguna.
  • Autentikasi dan otorisasi.
  • Perlindungan data untuk data tidak aktif dan saat transit.
  • Strategi untuk pengesahan data.

Dalam arsitektur produk yang terhubung, kontrol terbatas atas penggunaan produk di lingkungan heterogen dan terdistribusi secara luas memengaruhi keamanan. Menurut model STRIDE Alat Pemodelan Ancaman Microsoft, risiko tertinggi terhadap perangkat adalah dari perubahan, dan ancaman terhadap layanan berasal dari penolakan layanan dari perangkat yang dibajak.

Dalam arsitektur operasi yang terhubung, persyaratan keamanan untuk lingkungan penyebaran penting. Keamanan berfokus pada persyaratan lingkungan OT dan model penyebaran tertentu, seperti ISA95 dan Purdue, dan integrasi dengan platform IoT berbasis cloud. Berdasarkan STRIDE, risiko keamanan tertinggi untuk operasi yang terhubung adalah spoofing, perusakan, pengungkapan informasi, dan peningkatan hak istimewa.

Skalabilitas

Solusi IoT harus dapat mendukung skalabilitas hiper, dengan jutaan perangkat dan peristiwa yang terhubung menyerap data dalam jumlah besar pada frekuensi tinggi. Solusi IoT harus mengaktifkan bukti konsep dan proyek pilot yang dimulai dengan beberapa perangkat dan peristiwa, lalu menskalakan ke dimensi skala hiper. Mempertimbangkan skalabilitas setiap lapisan arsitektur sangat penting untuk keberhasilan solusi IoT.

Dalam arsitektur produk yang terhubung, skala menjelaskan jumlah perangkat. Dalam kebanyakan kasus, setiap perangkat memiliki sekumpulan data dan interaksi terbatas, yang dikendalikan oleh penyusun perangkat, dan skalabilitas hanya berasal dari jumlah perangkat yang disebarkan.

Dalam arsitektur operasi yang terhubung, skalabilitas tergantung pada jumlah pesan dan peristiwa yang akan diproses. Secara umum, jumlah mesin dan perangkat terbatas, tetapi mesin dan perangkat OT mengirim sejumlah besar pesan dan peristiwa.

Fleksibilitas

Solusi IoT dibangun berdasarkan prinsip komposabilitas, yang memungkinkan menggabungkan berbagai komponen pihak pertama atau pihak ketiga sebagai blok penyusun. Solusi IoT yang dirancang dengan baik memiliki titik ekstensi yang memungkinkan integrasi dengan perangkat, sistem, dan aplikasi yang ada. Arsitektur berskala tinggi yang digerakkan oleh peristiwa dengan komunikasi broker adalah bagian dari tulang punggung, dengan komposisi layanan dan modul pemrosesan yang digabungkan secara longgar.

Dalam arsitektur produk yang terhubung, mengubah persyaratan pengguna akhir menentukan fleksibilitas. Solusi akan memungkinkan Anda untuk dengan mudah mengubah perilaku perangkat dan layanan pengguna akhir di cloud, dan menyediakan layanan baru.

Dalam arsitektur operasi yang terhubung, dukungan untuk berbagai jenis perangkat menentukan fleksibilitas. Solusi harus dapat dengan mudah menghubungkan protokol warisan dan kepemilikan.

Kemampuan servis

Solusi IoT harus mempertimbangkan kemudahan dalam memelihara dan memperbaiki komponen, perangkat, dan elemen sistem lainnya. Deteksi dini potensi masalah sangat penting. Idealnya, solusi IoT yang dirancang dengan baik harus memperbaiki masalah secara otomatis sebelum masalah serius terjadi. Operasi pemeliharaan dan perbaikan harus menyebabkan waktu henti atau gangguan sesedikempat mungkin.

Dalam arsitektur produk yang terhubung, distribusi perangkat yang luas memengaruhi kemampuan servis. Kemampuan untuk memantau, mengelola, dan memperbarui perangkat dalam konteks dan kontrol pengguna akhir, tanpa akses langsung ke lingkungan tersebut, terbatas.

Dalam arsitektur operasi yang terhubung, kemampuan layanan tergantung pada konteks, kontrol, dan prosedur lingkungan OT yang diberikan, yang mungkin mencakup sistem dan protokol yang sudah tersedia atau digunakan.

Konektivitas

Solusi IoT harus dapat menangani konektivitas offline, bandwidth rendah, atau terputus-putus dalam jangka waktu yang lama. Untuk mendukung konektivitas, Anda dapat membuat metrik untuk melacak perangkat yang tidak berkomunikasi secara teratur.

Produk yang terhubung berjalan di lingkungan konsumen yang tidak terkendali, sehingga konektivitas tidak diketahui dan sulit dipertahankan. Arsitektur produk yang terhubung harus dapat mendukung jangka waktu konektivitas offline dan bandwidth rendah yang tidak terduga.

Dalam arsitektur operasi yang terhubung, model penyebaran lingkungan OT memengaruhi konektivitas. Biasanya, tingkat konektivitas, termasuk konektivitas terputus-putus, diketahui dan dikelola dalam skenario OT.

Hibriditas

Solusi IoT harus mengatasi kompleksitas hibrid, berjalan pada perangkat keras dan platform yang berbeda di seluruh lingkungan lokal, tepi, dan multicloud. Sangat penting untuk mengelola arsitektur beban kerja IoT yang berbeda, memastikan keamanan yang tidak dikomromi, dan memungkinkan kelincahan pengembang.

Dalam arsitektur produk yang terhubung, distribusi perangkat yang luas mendefinisikan hibriditas. Penyusun solusi IoT mengontrol platform perangkat keras dan runtime, dan hibriditas berfokus pada keragaman lingkungan penyebaran.

Dalam arsitektur operasi yang terhubung, hibriditas menjelaskan logika distribusi dan pemrosesan data. Persyaratan skala dan latensi menentukan tempat untuk memproses data dan seberapa cepat umpan balik harus.

Lapisan arsitektur IoT

Arsitektur IoT terdiri dari satu set lapisan dasar. Teknologi tertentu mendukung lapisan yang berbeda, dan beban kerja IoT menyoroti opsi untuk merancang dan membuat setiap lapisan.

  • Lapisan inti mengidentifikasi solusi khusus IoT.
  • Lapisan umum tidak spesifik untuk beban kerja IoT.
  • Lapisan lintas pemotongan mendukung semua lapisan dalam merancang, membangun, dan menjalankan solusi.

Beban kerja IoT membahas persyaratan dan implementasi khusus lapisan yang berbeda. Kerangka kerja berfokus pada lapisan inti, dan mengidentifikasi dampak spesifik dari beban kerja IoT pada lapisan umum.

Diagram yang menunjukkan lapisan dan aktivitas pemotongan silang dalam arsitektur IoT.

Bagian berikut menjelaskan lapisan arsitektur IoT dan teknologi Microsoft yang mendukungnya.

Lapisan dan layanan inti

Lapisan dan layanan inti IoT mengidentifikasi apakah solusi adalah solusi IoT. Lapisan inti beban kerja IoT adalah:

  • Perangkat dan gateway
  • Manajemen dan pemodelan perangkat
  • Penyerapan dan komunikasi

Beban kerja IoT berfokus terutama pada lapisan-lapisan ini. Untuk mewujudkan lapisan ini, Microsoft menyediakan teknologi dan layanan IoT seperti:

Tip

Azure IoT Central adalah platform aplikasi terkelola yang dapat Anda gunakan untuk mengevaluasi skenario IoT Anda dengan cepat dan menilai peluang untuk bisnis Anda. Setelah Anda menggunakan IoT Central untuk mengevaluasi skenario IoT, Anda kemudian dapat membangun solusi siap perusahaan Anda dengan menggunakan kekuatan platform Azure IoT.

Lapisan perangkat dan gateway

Lapisan ini mewakili perangkat fisik atau virtual dan perangkat keras gateway yang disebarkan di tepi atau lokal. Elemen dalam lapisan ini mencakup sistem operasi dan perangkat atau firmware gateway. Sistem operasi mengelola proses pada perangkat dan gateway. Firmware adalah perangkat lunak dan instruksi yang diprogram ke perangkat dan gateway. Lapisan ini bertanggung jawab untuk:

  • Merasakan dan bertindak pada perangkat dan sensor periferal lainnya.
  • Memproses dan mentransfer data IoT.
  • Berkomunikasi dengan platform cloud IoT.
  • Keamanan perangkat tingkat dasar, enkripsi, dan akar kepercayaan.
  • Perangkat lunak tingkat perangkat dan manajemen pemrosesan.

Kasus penggunaan umum termasuk membaca nilai sensor dari perangkat, memproses dan mentransfer data ke cloud, dan mengaktifkan komunikasi lokal.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Lapisan penyerapan dan komunikasi

Lapisan ini mengagregasi dan perantara komunikasi antara lapisan perangkat dan gateway dan solusi cloud IoT. Lapisan ini memungkinkan:

  • Dukungan untuk komunikasi dua arah dengan perangkat dan gateway.
  • Menggabungkan dan menggabungkan komunikasi dari perangkat dan gateway yang berbeda.
  • Merutekan komunikasi ke perangkat, gateway, atau layanan tertentu.
  • Menjeda dan mengubah antara protokol yang berbeda. Misalnya, mediasi layanan cloud atau tepi ke dalam pesan MQTT masuk ke perangkat atau gateway.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Manajemen perangkat dan lapisan pemodelan

Lapisan ini mempertahankan daftar perangkat dan identitas gateway, statusnya, dan kemampuannya. Lapisan ini juga memungkinkan pembuatan model jenis perangkat dan hubungan antara perangkat.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Lapisan dan layanan umum

Beban kerja selain IoT, seperti Data & AI dan aplikasi modern, juga menggunakan lapisan umum. Azure Well-Architected Framework tingkat atas membahas elemen generik dari lapisan umum ini, dan kerangka kerja beban kerja lainnya memenuhi persyaratan lain. Bagian berikut menyentuh pengaruh terkait IoT pada persyaratan, dan menyertakan tautan ke panduan lain.

Lapisan Transport

Lapisan ini mewakili cara perangkat, gateway, dan layanan terhubung dan berkomunikasi, protokol yang mereka gunakan, dan bagaimana mereka memindahkan atau merutekan peristiwa, baik di tempat maupun di cloud.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Lapisan pemrosesan peristiwa dan analitik

Lapisan ini memproses dan bertindak pada peristiwa IoT dari lapisan penyerapan dan komunikasi.

  • Pemrosesan aliran jalur panas dan analitik terjadi mendekati real-time untuk mengidentifikasi wawasan dan tindakan langsung. Misalnya, pemrosesan aliran menghasilkan pemberitahuan ketika suhu naik.
  • Pemrosesan dan analitik jalur hangat mengidentifikasi wawasan dan tindakan jangka pendek. Misalnya, analitik memprediksi tren peningkatan suhu.
  • Pemrosesan dan analitik jalur dingin membuat model data cerdas untuk jalur panas atau hangat untuk digunakan.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Lapisan penyimpanan

Lapisan ini mempertahankan peristiwa perangkat IoT dan data status untuk beberapa periode waktu. Jenis penyimpanan tergantung pada penggunaan yang diperlukan untuk data.

  • Penyimpanan streaming, seperti antrean pesan, memisahkan layanan IoT, dan ketersediaan komunikasi.
  • Penyimpanan berbasis rangkaian waktu memungkinkan analisis jalur hangat.
  • Penyimpanan jangka panjang mendukung pembelajaran mesin dan pembuatan model AI.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Lapisan interaksi dan pelaporan

Lapisan ini memungkinkan pengguna akhir berinteraksi dengan platform IoT dan memiliki tampilan berbasis peran ke status perangkat, analitik, dan pemrosesan peristiwa.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Lapisan integrasi

Lapisan ini memungkinkan interaksi dengan sistem di luar solusi IoT dengan menggunakan API komunikasi mesin-ke-mesin atau layanan-ke-layanan.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Aktivitas lintas pemotongan

Aktivitas lintas pemotongan seperti DevOps membantu Anda merancang, membangun, menyebarkan, dan memantau solusi IoT. DevOps memungkinkan peran yang sebelumnya disedot, seperti pengembangan, operasi, rekayasa kualitas, dan keamanan, berkoordinasi dan berkolaborasi untuk menghasilkan produk yang lebih baik, lebih andal, dan tangkas.

DevOps terkenal dalam pengembangan perangkat lunak, tetapi dapat berlaku untuk pengembangan dan operasi produk atau proses apa pun. Tim yang mengadopsi budaya, praktik, dan alat DevOps dapat merespons kebutuhan pelanggan dengan lebih baik, meningkatkan keyakinan pada aplikasi dan produk yang mereka bangun, dan mencapai tujuan bisnis lebih cepat.

Diagram berikut menunjukkan siklus perencanaan, pengembangan, pengiriman, dan operasi berkelanjutan DevOps:

Diagram yang memperlihatkan bagaimana DevOps terus memberikan nilai.

  • Aktivitas pengembangan dan penyebaran mencakup desain, build, pengujian, dan penyebaran solusi IoT dan komponennya. Aktivitas ini mencakup semua lapisan dan mencakup perangkat keras, firmware, layanan, dan laporan.

  • Aktivitas manajemen dan operasi mengidentifikasi status kesehatan sistem IoT saat ini di semua lapisan.

Menjalankan DevOps dengan benar dan aktivitas lintas pemotongan lainnya dapat menentukan keberhasilan Anda dalam membuat dan menjalankan solusi IoT yang dirancang dengan baik. Aktivitas lintas pemotongan membantu Anda memenuhi persyaratan yang ditetapkan pada waktu desain dan menyesuaikan untuk mengubah persyaratan dari waktu ke waktu. Penting untuk menilai dengan jelas keahlian Anda dalam kegiatan ini dan mengambil langkah-langkah untuk memastikan eksekusi pada tingkat kualitas yang diperlukan.

Teknologi Microsoft yang relevan meliputi:

Langkah berikutnya

Keandalan dalam beban kerja IoT Anda

Keamanan dalam beban kerja IoT Anda

Pengoptimalan biaya dalam beban kerja IoT Anda

Keunggulan operasional dalam beban kerja IoT Anda

Efisiensi performa dalam beban kerja IoT Anda