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A Internet das Coisas (IoT) do Azure é uma coleção de serviços de nuvem gerenciados pela Microsoft, componentes de borda e SDKs que permitem conectar, monitorar e controlar seus dispositivos IoT em escala. Em termos mais simples, uma solução de IoT é composta por dispositivos IoT que se comunicam com serviços em nuvem.
Uma decisão importante ao projetar uma solução de IoT é usar uma solução baseada em nuvem ou de borda:
- Em uma solução baseada em nuvem, seus dispositivos IoT se conectam diretamente à nuvem onde suas mensagens são processadas e analisadas. Monitoriza e controla os seus dispositivos diretamente a partir da nuvem.
- Em uma solução baseada em borda, seus dispositivos IoT se conectam a um ambiente de borda que processa suas mensagens antes de encaminhá-las para a nuvem para armazenamento e análise. Normalmente, monitoriza e controla os seus dispositivos a partir da nuvem, através do ambiente de tempo de execução na periferia. Também é possível monitorar e controlar seus dispositivos diretamente da borda.
As seções a seguir fornecem uma visão de alto nível dos componentes em soluções típicas de IoT baseadas em nuvem e de borda. Este artigo se concentra nos principais grupos de componentes: dispositivos, serviços de nuvem IoT, ambiente de execução perimetral, outros serviços de nuvem e questões abrangentes da solução. Outros artigos nesta seção fornecem mais detalhes sobre cada um desses componentes.
Solução baseada na nuvem
Uma solução baseada em nuvem é um conjunto integrado de dispositivos, componentes e serviços de IoT que atende a uma necessidade de negócios e que conecta dispositivos diretamente à nuvem. Um exemplo de uma solução baseada na nuvem é uma frota de caminhões de entrega que enviam dados do sensor para a nuvem para análise e visualização:
Você pode criar soluções baseadas em nuvem com serviços como Hub IoT, Serviço de Provisionamento de Dispositivos e Gêmeos Digitais do Azure.
Solução baseada em borda
Uma solução edge-based é um conjunto integrado de dispositivos, componentes e serviços de IoT que atende a uma necessidade empresarial e que conecta dispositivos a serviços de edge próximos. Um exemplo de uma solução baseada em computação periférica é uma fábrica onde os seus equipamentos IoT industriais se conectam a serviços localizados no local porque:
- Os dispositivos se comunicam usando protocolos de rede local, como OPC UA.
- Preocupações de segurança significam que você não deve conectar os dispositivos diretamente à Internet pública.
Uma solução baseada na cloud periférica ainda pode encaminhar dados de dispositivos para a nuvem para processamento adicional, como análise e visualização.
Você pode criar soluções baseadas em edge com Azure IoT Operations ou Azure IoT Edge. O Azure IoT Operations é uma nova oferta que segue a abordagem de nuvem adaptável da Microsoft para integrar componentes de nuvem e borda.
Dispositivos e conectividade
Tanto as soluções baseadas na nuvem quanto as baseadas em borda têm dispositivos que coletam dados dos quais você deseja obter insights de negócios. As seções a seguir descrevem os dispositivos em uma solução de IoT e como eles se conectam à nuvem.
Categorias de dispositivos IoT
É útil categorizar os dispositivos IoT da seguinte forma:
Dispositivo conectado à nuvem (categoria 1): dispositivos que se conectam diretamente à nuvem. Esta categoria inclui dispositivos que se conectam a serviços de nuvem, como o Hub IoT , usando protocolos padrão, como HTTP, MQTT ou AMQP. Esses dispositivos não são relevantes em soluções baseadas em borda, como as Operações do Azure IoT.
Dispositivo conectado à edge (categoria 2): dispositivos que se conectam à nuvem por meio de um proxy ou gateway baseado em edge. Exemplos nesta categoria incluem dispositivos que:
- Conecte-se indiretamente à nuvem por meio do agente MQTT no Azure IoT Operations.
- Conecte-se indiretamente ao Hub IoT por meio de um gateway IoT Edge.
Dispositivo específico do protocolo (categoria 3): esses dispositivos conectam-se a um runtime baseado em edge através de um conector que permite que os dispositivos usem um protocolo específico. Por exemplo, um servidor OPC UA e seus dispositivos conectados se conectam através de um conector para OPC UA. Esses dispositivos não são relevantes em soluções baseadas em nuvem, como o Hub IoT do Azure.
O diagrama a seguir mostra as relações entre as categorias de dispositivos e os serviços de nuvem em uma solução baseada em nuvem:
O diagrama a seguir mostra as relações entre as categorias de dispositivo e o tempo de execução periférico numa solução com base em periférico:
Para simplificar, os diagramas anteriores mostram apenas fluxos de dados para a nuvem ou tempo de execução na periferia. Muitas soluções permitem cenários de comando e controle em que o runtime da nuvem ou da periferia envia comandos para os dispositivos. Por exemplo, um serviço de nuvem pode enviar um comando para uma câmera compatível com ONVIF para aumentar o zoom.
Dispositivos IoT
Os dispositivos IoT das categorias 1 e 2 são normalmente constituídos por uma placa de circuito com sensores que recolhem dados. Os dispositivos IoT de categoria 1 se conectam diretamente à internet e os dispositivos de categoria 2 dependem de um gateway local para conectividade com a nuvem. Os seguintes itens são exemplos de dispositivos IoT de categoria 1 e 2:
- Um sensor de pressão numa bomba de óleo remota.
- Sensores de temperatura e humidade numa unidade de ar condicionado.
- Um acelerômetro em um elevador.
- Sensores de presença numa sala.
Os dispositivos de categoria 3 são dispositivos físicos no seu ambiente que pretende monitorizar e controlar. Estes dispositivos podem:
- Terão firmware integrado fornecido pelo fabricante que implementa um protocolo padrão, como ONVIF.
- Sejam servidores, com ativos anexados, que implementem protocolos industriais como o OPC UA.
Seguem-se exemplos de dispositivos da categoria 3:
- Braços robóticos e correias transportadoras.
- Máquinas CNC industriais, tornos, serras e furadeiras.
- Máquinas de diagnóstico médico por imagem.
- Câmaras de vídeo de segurança.
- Controladores lógicos programáveis.
Há uma grande variedade de dispositivos disponíveis de diferentes fabricantes para criar sua solução. Para prototipar um dispositivo de microprocessador, você pode usar um dispositivo como um Raspberry Pi. O Raspberry Pi permite-lhe ligar muitos tipos diferentes de sensores. Para prototipar um dispositivo microcontrolador, use dispositivos como o ESPRESSIF ESP32 ou o kit de descoberta STMicroelectronics B-L475E-IOT01A para o Hub IoT. Essas placas normalmente têm sensores integrados, como sensores de temperatura e acelerômetro.
A Microsoft fornece SDKs de dispositivo de código aberto que pode utilizar para criar as aplicações que são executadas nos seus dispositivos.
Para saber mais sobre os dispositivos em sua solução de IoT, consulte Desenvolvimento de dispositivos IoT.
Conectividade dos dispositivos
Normalmente, os dispositivos IoT enviam dados de seus sensores conectados para serviços de nuvem em sua solução. No entanto, outros tipos de comunicação são possíveis, como um serviço de nuvem enviando comandos para seus dispositivos. Seguem-se exemplos de comunicação dispositivo-a-nuvem e nuvem-a-dispositivo:
- Um caminhão de refrigeração móvel envia a temperatura a cada 5 minutos para um Hub IoT.
- Um serviço de nuvem envia um comando para um dispositivo para alterar a frequência com que envia dados do sensor para ajudar a diagnosticar um problema.
Os SDKs de dispositivo IoT e o Hub IoT suportam protocolos de comunicação comuns, como HTTP, MQTT e AMQP para comunicação dispositivo-a-nuvem e nuvem-a-dispositivo. Em alguns cenários, você pode precisar de um gateway para conectar seus dispositivos IoT aos seus serviços de nuvem.
Os dispositivos IoT têm características diferentes quando comparados a outros clientes, como navegadores e aplicativos móveis. Especificamente, os dispositivos IoT:
- São frequentemente sistemas integrados sem nenhum operador humano.
- Podem ser implementados em localizações remotas, onde o acesso físico é dispendioso.
- Só pode ser acessível através do back-end da solução.
- Pode ter energia e recursos de processamento limitados.
- Pode ter conectividade de rede intermitente, lenta ou cara.
- Pode ser necessário usar protocolos de aplicativos proprietários, personalizados ou específicos do setor.
Os SDKs de dispositivo ajudam você a enfrentar os desafios de conectar dispositivos de forma segura e confiável aos seus serviços de nuvem.
Para saber mais sobre conectividade de dispositivos e gateways, consulte Conectividade e infraestrutura de dispositivos IoT.
Conectividade numa solução baseada em periférico
Em uma solução baseada em borda, os dispositivos IoT se conectam a um ambiente de borda que processa suas mensagens antes de encaminhá-las para a nuvem para armazenamento e análise. Os dispositivos podem usar protocolos e padrões de comunicação de rede, como:
- OPC UA em ambientes industriais.
- ONVIF para gerenciar e monitorar dispositivos de vídeo.
- MQTT como um protocolo de mensagens padrão para dispositivos IoT.
No diagrama da solução baseada em borda apresentado anteriormente, os conectores southbound representam os protocolos e padrões que os dispositivos usam para se conectar ao ambiente de borda.
Para saber mais sobre como processar mensagens enviadas de seus dispositivos, consulte Processamento de mensagens em uma solução IoT.
Comparações de dispositivos
A tabela a seguir resume as opções atuais para dispositivos e conectividade:
| Ofertas atuais (GA) | Solução baseada na nuvem | Solução baseada em borda |
|---|---|---|
| Tipos de objetos conectados | Dispositivos IoT de categoria 1 e 2 | Dispositivos IoT de categoria 2 e 3 |
| Protocolos de conectividade de dispositivos | HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1 | O Azure IoT Edge habilita HTTP, AMQP, MQTT v3.1.1 e MQTT v5. O Azure IoT Operations habilita o MQTT v3.1.1 e o MQTT v5 para dispositivos de categoria 2, os conectores habilitam outros protocolos, como OPC UA, ONVIF, SQL e REST para dispositivos de categoria 3. Conectores personalizados são possíveis. |
| Implementação do dispositivo | SDKs de dispositivo IoT da Microsoft Azure e SDKs de dispositivo incorporado | Os dispositivos de categoria 2 podem usar qualquer biblioteca MQTT para se conectar ao broker MQTT. Os dispositivos de categoria 3 normalmente vêm com firmware padrão. |
| Gestão de dispositivos | IoT DPS, Atualização de Dispositivos, IoT Central, Azure Device Registry (pré-visualização) | Em Operações do Azure IoT, use o Registro de Dispositivo do Azure. Use o Akri para habilitar a descoberta automatizada de dispositivos com protocolos nativos. No IoT Edge, utilize IoT DPS para gestão de dispositivos em larga escala. |
Serviços e Aplicações
Em uma solução baseada em nuvem, os serviços de nuvem específicos da IoT fornecem a infraestrutura para conectar, monitorar e controlar seus dispositivos. Numa solução baseada na periferia, o ambiente de execução na periferia hospeda os serviços para conectar, monitorizar e controlar os seus dispositivos. Outros serviços de nuvem fornecem serviços genéricos, como armazenamento, análise e visualizações para sua solução.
Serviços de nuvem IoT
Em uma solução de IoT baseada em nuvem, os serviços de nuvem de IoT normalmente:
- Receba dados de sensores em larga escala dos seus dispositivos e determine a melhor forma de processar e armazenar esses dados.
- Envie comandos da nuvem para dispositivos específicos.
- Provisione dispositivos e controle quais dispositivos podem se conectar à sua infraestrutura.
- Controle o estado dos seus dispositivos e monitorize as suas atividades.
- Faça a gestão do firmware instalado nos seus dispositivos.
Por exemplo, em uma solução de monitoramento remoto para uma estação de bombeamento de óleo, os serviços usam dados de sensores das bombas para identificar comportamentos anômalos. Quando um serviço de nuvem identifica uma anomalia, ele pode enviar automaticamente um comando para o dispositivo para tomar uma ação corretiva. Este processo implementa um ciclo de feedback automatizado entre o dispositivo e a nuvem que aumenta consideravelmente a eficiência da solução.
Para saber mais sobre os principais conceitos de gerenciamento e controle de dispositivos, consulte Gerenciamento e controle de dispositivos IoT.
Tempo de execução na periferia
Em uma solução de IoT baseada em extremidade, os serviços locais hospedados no ambiente de execução na extremidade normalmente:
- Gerencie a conectividade com seus dispositivos através dos conectores para o sul
- Receba dados em escala de seus dispositivos e determine para onde encaminhar as mensagens para processamento posterior.
- Encaminhe comandos da nuvem para dispositivos específicos.
- Execute algum processamento de mensagens locais. Nas Operações IoT do Azure, esse processamento ocorre nos conectores norte.
Outros serviços na nuvem
Tanto as soluções baseadas na nuvem como as baseadas na borda podem usar outros serviços de nuvem para fornecer mais funcionalidade à sua solução. Por exemplo, você pode usar:
- Serviços de armazenamento do Azure para armazenar dados coletados.
- Azure Stream Analytics para processar dados do sensor em tempo real.
- Azure Functions para responder a eventos de dispositivo.
- O Azure Logic Apps para automatizar os processos de negócio.
- O Azure Machine Learning para adicionar a aprendizagem automática e modelos de IA à sua solução.
- Microsoft Fabric para armazenar e analisar dados do sensor.
- Microsoft Power BI para visualizar dados do sensor.
Para saber mais, veja:
Comparações de serviços IoT
A tabela a seguir resume as opções atuais de serviço e aplicações edge:
| Ofertas atuais (GA) | Solução baseada na nuvem | Solução baseada em borda |
|---|---|---|
| Serviços | IoT Hub, IoT DPS, IoT Hub Device Update, Azure Digital Twins, Azure Device Registry (pré-visualização) |
Azure IoT Operations, em conjunto com o Azure Device Registry. Você também pode usar o IoT Edge. |
| Opções de aplicações de computação de ponta | Nenhuma | Com as Operações do Azure IoT, você pode usar DAPR (aplicativos de tempo de execução de aplicativos distribuídos). Com o IoT Edge, você pode usar módulos do IoT Edge. |
Comparações de implantação
A tabela a seguir resume as opções de implantação atuais:
| Ofertas atuais (GA) | Solução baseada na nuvem | Solução baseada em borda |
|---|---|---|
| Topologia | Os dispositivos se conectam diretamente a serviços de mensagens na nuvem, como o Hub IoT. Gerenciado na nuvem usando o Azure Resource Manager (ARM) ou SDKs de serviço do Hub IoT. |
O Azure IoT Operations fornece uma maneira de conectar dispositivos a um cluster Kubernetes local. Os dispositivos se conectam ao agente MQTT do Azure IoT Operations, diretamente por meio de protocolos de rede padrão ou por meio de dispositivos intermediários. Gerenciado na nuvem usando serviços habilitados para Azure Arc. Você também pode usar o IoT Edge. O IoT Edge é um runtime focado no dispositivo que permite implantar, executar e monitorizar cargas de trabalho Linux em contêineres à periferia, aproximando a análise dos seus dispositivos para obter insights mais rápidos e tomar decisões offline. O IoT Edge é um recurso do Hub IoT. |
| Infraestrutura | Serviços de nuvem, como o Hub IoT, e dispositivos de computação padrão que contêm uma CPU/MPU, ou dispositivos restritos e incorporados que contêm um MCU. |
Azure IoT Operations, que é executado em um cluster Kubernetes, e dispositivos que se conectam ao cluster. Você também pode usar o IoT Edge, que é executado em um dispositivo de gateway como um Raspberry Pi ou um PC industrial, e dispositivos que se conectam ao dispositivo de gateway. Os dispositivos que se conectam ao Azure IoT Operations ou IoT Edge podem incluir dispositivos de computação padrão que contêm uma CPU/MPU ou dispositivos restritos e incorporados que contêm uma MCU. |
Preocupações gerais da solução
Qualquer solução de IoT deve abordar as seguintes preocupações em toda a solução:
- Gerenciamento de soluções, incluindo implantação e monitoramento.
- Segurança , incluindo segurança física, autenticação, autorização e criptografia.
- Escalabilidade, alta disponibilidade e recuperação de desastres para todos os componentes da sua solução.
Gestão de soluções
A abordagem de nuvem adaptável unifica equipes isoladas, sites distribuídos e sistemas diferentes em um único modelo de operações, segurança, aplicativos e dados. Essa abordagem permite que si utilize as mesmas tecnologias de nuvem e IA para gerenciar e monitorizar soluções de IoT baseadas em borda, baseadas em nuvem e híbridas.
As soluções baseadas no Hub IoT, IoT Central e IoT Edge oferecem suporte limitado para uma abordagem de nuvem adaptável. Embora as instâncias do Hub IoT, do IoT Central e do IoT Edge sejam recursos do Azure, elas não expõem nativamente recursos, como gerenciamento de dispositivos e transformação de dados, como recursos que você pode gerenciar como recursos padrão do Azure.
Por outro lado, as soluções baseadas nas Operações IoT do Azure fornecem uma experiência de gerenciamento unificada para todos os componentes da sua solução. O Azure IoT Operations utiliza serviços habilitados para o Azure Arc para gerir e monitorizar a sua solução baseada em edge de forma a que seja como uma solução baseada em nuvem. Por exemplo, dispositivos e transformações de dados em execução na borda são expostos como recursos de nuvem no Azure. Esta abordagem permite-lhe usar as tecnologias padrão do Azure para gerir e monitorizar toda a sua solução baseada em periférica.
Comparações de segurança
A tabela a seguir resume as opções de segurança atuais:
| Ofertas atuais (GA) | Solução baseada na nuvem | Solução baseada em borda |
|---|---|---|
| Autenticação | Assinaturas de acesso compartilhado (SAS), X.509 |
O Azure IoT Operations usa identidades gerenciadas atribuídas pelo usuário e pelo sistema, tokens de conta de serviço (SAT), SAS e X.509 para autenticação no cluster. O IoT Edge usa autenticação baseada em certificado. |
| Autorização | Exclusivo dentro das ofertas de serviços atuais, como Hub IoT |
O Azure IoT Operations usa a identidade Microsoft Entra ID para controle de acesso baseado em função (RBAC). O IoT Edge usa um esquema de autorização proprietário que se comunica com o Hub IoT, mas lida com a autorização localmente. |
Próximos passos
As próximas etapas sugeridas para explorar ainda mais o Azure IoT incluem:
- Desenvolvimento de dispositivos IoT
- Processamento de mensagens em uma solução de IoT
- Gerencie sua solução de IoT
- Escolher um serviço do Azure IoT
Para saber mais sobre as arquiteturas do Azure IoT, consulte: