この記事では、監視と管理プロセス ループのアーキテクチャ、特性、コンポーネントの概要について説明します。
アーキテクチャ
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IoT の監視と管理ループは、システムが運用しきい値の範囲内で動作していることを確認する監督システムです。 システム内の複数のデバイスは、望ましい状態の許容範囲内に移行して留まるように、連携して動作する必要があります。 監視と管理ループでは、複数のデバイスからのホット テレメトリ シグナルの傾向が観測および相関されて、現在の状態が推測されます。 ロジックにより、これらの傾向とウォーム時系列履歴およびエンタープライズ システム信号が組み合わされて、新しい分析情報が計算されます。 その後、監視と管理ループにより、ルール エンジンを介して分析情報がプッシュされ、アクチュエータ コマンドが生成されたり、必要に応じてアラームが作成されたりします。
特性
監視と管理ループの特性は次のとおりです。
- 物理 IoT デバイスから離れている場合と、近くにある場合があります。 石油ガス パイプライン、変圧器、スマート ドアベル、危険な環境、資産トラッカーなど、本質的に離れた場所にある施設は、このインフラストラクチャに対応できません。 これらの環境では、監視と管理ループは、パブリック クラウドやプライベート クラウドなどの遠隔施設から実行されます。 製油や化学製造などのプロセス業界では、監視と管理ループがデバイスの近くに配置される場合があります。 組立製造でも、ネットワークのダウンタイムはコストがかかるため、これらのループが近くに配置される場合があります。
- 中心となる監視および管理プロセスは、デバイスベースの測定と制御ループに依存します。
- コンテキスト対応の動作のため、エンタープライズ リソース プランニング (ERP)、カスタマー リレーションシップ マネジメント (CRM)、製品ライフサイクル管理 (PLM)、サポート システムなどの他のエンタープライズ システムと統合される場合があります。 監視と管理ループは、それらのシステムの動作には依存しません。
- センサー テレメトリ ストリームを使用し、最後の既知のデバイス状態、ホット時系列キャッシュ、ウォーム時系列履歴、および集計ロールアップに寄与します。
- 状態を修正する必要がある場合は、デバイスに返送される監督コマンドが生成されます。
- 依存デバイスの状態が計算され、外部システムに対するイベント フィードが提供されます。
- 主に、HTTP、MQTT、AMQP ネットワーク プロトコルを介して、デバイスおよびエンタープライズ システムと統合されます。
- IoT のシナリオによっては、数秒のサイクル時間が発生する場合があります。 MQTT、HTTP、AMQP などの時間に注意が払われないネットワーク プロトコルを使用すると、一定でないネットワーク パケット遅延つまり "ジッター" が発生する可能性があります。
コンポーネント
監視と管理ループには、次のコンポーネントが含まれます。
- メッセージ ブローカーでは、テレメトリが処理されて、デバイスにコマンドが送信されます。
- デバイス レジストリ (つまり、すべての IoT デバイスに対する記録と単一の真実のシステム) には、デバイスおよびデバイス間の関係に関するメタデータが格納されます。 テレメトリ ストリーム プロセッサでは、レジストリ情報を使用して、テレメトリ メッセージの構造が把握され、ストリーム処理ロジックが解析および実行されます。 メッセージ ブローカーでは、レジストリを使用してデバイスの接続要求が検証され、メッセージのルーティングの決定が行われます。 イベント処理ロジックでは、エンティティ メタデータを使用して、入力、出力、および処理ロジックの構造とセマンティックがエンティティのリレーションシップと相互作用に準拠していることが確認されます。
- テレメトリ ストリーム プロセッサ (TSP) では、デバイスのテレメトリが受信され、個々のデバイスとデバイス セットの状態が推測されて、エラーおよび望ましい状態からの逸脱が検出されます。 TSP により、エラー状態および集計されたデータ ポイントまたは生のデータ ポイントが、適切なイベント ハンドラーと、後続の処理や記録保存のためにホットおよびウォーム ストレージに送信されます。
- ホット時系列履歴は、メモリ内またはリモートの高速キャッシュ ストレージであり、ほぼリアルタイムで傾向を検出するために、最新の既知のデバイス メトリックとデータ ポイントのセットが提供されます。
- ウォーム時系列履歴には数週間のデータ ポイントが格納され、ほぼリアルタイムの傾向と長期的な傾向の関連付け、および望ましい状態からの逸脱の可能性の検出に役立ちます。 監視と管理ループでは、インデックス付きストレージを使用して、傾向を事前に計算することもできます。
- イベント計算では、ストリーム プロセッサのイベント、最後の既知のデバイス状態、ホット時系列履歴からのほぼリアルタイムの傾向、および必要に応じてウォーム時系列履歴が組み合わされて、アクション可能なイベントが計算されます。
- ルール エンジンでは、適切なコマンドを使用して望ましいデバイスの状態を調整することにより、ビジネス イベントが使用および処理されます。 また、ルール エンジンからは、イベントとアラームを監視コンソールに発行することもできます。
- 監視コンソールでは、視覚的な表示が提供され、必要な場合は人間が操作できます。
シナリオの詳細
モノのインターネット (IoT) の "監視と管理ループ" は、ネットワークに接続された一連の IoT デバイスによって制御される物理システムを継続的に監視する監督システムです。 監視と管理ループにより、システムが望ましい状態設定ポイントの許容範囲内にあることが確認され、システムを制御するためのコマンドが発行されます。
考えられるユース ケース
このソリューションは、エネルギー、環境、製造、教育、施設、不動産の各業界に最適です。 監視と管理ループのシナリオの例を次に示します。
- スマートごみ収集: ごみ収集が最も必要なルートにトラックを誘導します。
- スマート キャンパス: 複数の建物で火災が検出されたら、キャンパス避難アラートを発行します。
- 電力配分: 強風と雨の予報に基づいて、複数の都市ブロックへの送電を前もって停止します。
- ガス パイプライン監視: リモート パイプラインの複数のセグメントで圧力が低下したら、ガス ポンプ ステーションを停止します。
- スマート メーター: 電力消費の少ない利用者に割引を提供するプログラムの一環として、電力消費を監視し、それを天気予報と組み合わせることで、屋内サーモスタットの設定ポイントを自動的に上げます。
- 風力発電所: 風力発電所で力率の低下が検出されたら、問題のある風力タービンの検査をスケジュールします。
- プロセス産業: 石油精製所における原油分解プロセスを監視して制御します。 塗料および大量の化学物質の製造を監視して制御します。
- 組立製造: 製品検査およびパッケージ セルを監視および制御します。
共同作成者
この記事は、Microsoft によって保守されています。 当初の寄稿者は以下のとおりです。
プリンシパル作成者:
- Hanu Kommalapati | プリンシパル ソフトウェア エンジニア
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