Redigera

Skapa smarta platser med hjälp av Azure Digital Twins

Azure Data Explorer
Azure Data Factory
Azure Digital Twins
Azure Functions
Azure IoT Hub

Den här artikeln beskriver en lösning för smarta utrymmen. Azure Digital Twins utgör kärnan i arkitekturen genom att modellera miljön. Azure IoT Hub, som är en hanterad IoT-tjänst, spelar också en viktig roll, liksom analystjänsten Azure Data Explorer.

Arkitektur

Följande diagram visar dataflödet i den här lösningen:

  • Rutorna som innehåller flera ikoner representerar kategorier av tjänster. Inom varje kategori arbetar tjänsterna oberoende eller tillsammans för att tillhandahålla funktioner.
  • Pilar mellan rutor representerar kommunikation mellan motsvarande områden.

Diagram som illustrerar den rekommenderade arkitekturen för en lösning för smart utrymme.

Ladda ned en Visio-fil med den här arkitekturen.

Dataflöde

  1. Miljön kan använda dessa och andra kommunikationsprotokoll:

    • Skapa Automation Controls-nätverk (BACnet)
    • Modbus
    • KNX
    • Lonworks

  2. Lokala enheter och system skickar telemetri och andra data till molnet. Datakällor inkluderar:

    • Brownfield-enheter
    • Direktanslutningssensorer
    • Sensorer som oberoende programvaruleverantörer tillhandahåller
    • Befintliga affärssystem

  3. Enheter, sensorer och ställdon genererar telemetri. Vissa enheter interagerar direkt med IoT Hub. Andra enheter skickar data till IoT Hub via Azure IoT Edge.

  4. Externa, batchbaserade eller äldre system skickar data till Azure Data Factory. Dessa statiska data kommer vanligtvis från filer och databaser.

  5. Anslutningsappar för företag översätter leverantörsdata och strömmar dem till Azure Digital Twins.

  6. IoT Hub matar in enhetens telemetri. IoT Hub tillhandahåller också följande tjänster:

    • Säkerhet på enhetsnivå
    • Enhetsetableringstjänster
    • Enhetstvillingar
    • Kommando- och kontrolltjänster
    • Utskalningsfunktioner

  7. Data Factory transformerar semi-statiska data och överför dem till Azure Data Explorer eller till långsiktig lagring.

  8. Azure Functions tar emot IoT Hub-data och använder Azure Digital Twins-API:er för att uppdatera Azure Digital Twins. Azure Digital Twins innehåller den rumsliga grafen över byggnader och miljö. Azure Digital Twins modellerar miljön med DTDL (Digital Twins Definition Language). Azure Functions bearbetar data, utför felidentifiering och grafuppdateringar.

  9. Olika komponenter skapar, lagrar och läser in DTDL-modeller.

  10. Azure Digital Twins skickar data via Azure Event Grid till Azure Data Explorer. Den här analystjänsten fungerar som historiker genom att lagra lösningens tidsseriedata.

  11. Simuleringsmotorer och AI-verktyg bearbetar data. Exempel är Azure Cognitive Services, AI-modeller och partnersimuleringstjänster.

  12. Azure Data Lake tillhandahåller långsiktig lagring för data. Azure Synapse Analytics analyserar och rapporterar om data.

  13. För visualiseringsverktyg och företagsappar ger lösningsåtkomstlagret säker åtkomst till kärnsystemtjänster:

    • Azure API Management erbjuder funktioner för att normalisera, skydda och anpassa API:er. Den här plattformen tillämpar även användningskvoter och hastighetsgränser.

    • Azure SignalR Service skickar meddelanden till UIs när telemetri och data ändras.

    • För program som utbyter data asynkront eller på volym tillhandahåller olika komponenter publicerings- och prenumerationsmekanismer:

      • IoT-hubb
      • Azure Service Bus-köer
      • Azure Event Hubs
      • Webhooks

  14. Tjänstprogram samlar in data från API-lagret för åtkomstkontroll. Dessa program analyserar och förbereder sedan data för slutanvändarprogram. Microsoft-verktyg som Power Apps, Power BI och Azure Kartor skapa rapporter och insikter om data i Azure-datalager.

  15. Företagsprogram använder förberedda data. Exempel:

    • Dynamics 365-moduler.

    • ISV-lösningar.

    • Microsoft Teams-appar.

    • Fältoptimerade lösningar som mobilappar och bärbara datorer:

Komponenter

Lösningen använder följande komponenter:

Kärnkomponenter

  • IoT Hub ansluter enheter till Azure-molnresurser. Den här hanterade tjänsten tillhandahåller:

    • Säkerhet på enhetsnivå.
    • Enhetsetableringstjänster.
    • Enhetstvillingar.
    • Kommando- och kontrolltjänster.
    • Skalbara funktioner.

  • Azure IoT SDK:er är det rekommenderade sättet för enheter att ansluta till IoT Hub. Enheter som kan använda dessa kit är:

  • IoT Edge kör molnarbetsbelastningar på IoT Edge-enheter. Mer specifikt kan den här centrala meddelandehubben köra realtidsanalyser via Azure Machine Learning och Azure Stream Analytics. IoT Edge fungerar också som en gateway till IoT Hub för:

    • Enheter med låg effekt.
    • Äldre enheter.
    • Begränsade enheter.

  • Data Factory är en integrationstjänst som fungerar med potentiellt stora datablock från olika datalager. Du kan använda den här plattformen för att samordna och automatisera arbetsflöden för datatransformering. Data Factory kan till exempel överbrygga klyftan mellan semi-statiska lager och historikerkomponenter som Azure Data Explorer.

  • Anslutningsappar mellan företag översätter och strömmar data dubbelriktat mellan leverantörskomponenter och Azure Digital Twins. Ett växande antal leverantörer använder DTDL för att skapa branschstandardmodeller. RealEstateCore innehåller ett exempel. Därför förväntas dessa integreringar bli enklare över tid.

  • Azure Digital Twins lagrar digitala representationer av IoT-enheter och miljöer. Du kan använda dessa data för dataspridning eller realtidsanalys. Internt, Azure Digital Twins:

    Du kan bygga ontologier eller befintliga modelluppsättningar med hjälp av DTDL. Du kan också börja med en modell som stöds av branschen:

  • Azure Digital Twins Explorer är ett utvecklarverktyg som du kan använda för att visualisera och interagera med Azure Digital Twins-data, modeller och grafer. Det här verktyget är för närvarande i offentlig förhandsversion.

  • Modellhanteringskomponenter underhåller DTDL-modellen:

    • För att skapa modeller är dessa alternativ tillgängliga:

      • Azure Digital Twins Explorer
      • ISV-lösningar
      • Specialbyggda verktyg
      • Text- eller kodredigerare

    • Lagringsplatser lagrar ontologier:

      • GitHub lagrar RealEstateCore, ontologin Smart Cities och Energy Grid-ontologin.
      • För anpassade ontologier är anpassade lagringsplatser och lösningsspecifika lagringsplatser i GitHub tillgängliga.

    • För att läsa in modeller i Azure Digital Twins finns följande alternativ:

      • UploadModels, ett verktyg för att ladda upp DTDL-ontologier
      • Exempel på Azure Digital Twins-verktygslagringsplatsen

  • Azure Functions är en händelsedriven serverlös beräkningsplattform. Med Functions kan du använda utlösare och bindningar för att integrera tjänster i stor skala.

  • Azure Data Explorer är en snabb, fullständigt hanterad dataanalystjänst. Du kan använda den här tjänsten för realtidsanalys på stora mängder data. Azure Data Explorer kan hantera olika dataströmmar från program, webbplatser, IoT-enheter och andra källor.

  • Azure Cognitive Services tillhandahåller AI-funktioner. Dessa tjänster erbjuder en uppsättning förtränade neurala nätverksmodeller för molnet. REST-API:er och SDK:er för klientbibliotek kan hjälpa dig att skapa kognitiv intelligens i appar. Du kan använda Cognitive Services-funktioner:

    • I nära realtid.
    • Vid vissa datatrösklar.
    • På begäran.
    • För komplexa jobb med långa bearbetningstider.

  • Azure Machine Learning är en molnbaserad miljö som hjälper dig att skapa, distribuera och hantera lösningar för förutsägelseanalys. Med dessa modeller kan du förutsäga beteende, resultat och trender.

  • Azure Data Lake lagrar en stor mängd data i sitt ursprungliga rådataformat. Data kommer vanligtvis från flera heterogena källor och kan vara strukturerade, halvstrukturerade eller ostrukturerade.

  • Azure Synapse Analytics är en analystjänst för informationslager och stordatasystem. Den här tjänsten integreras med Power BI, Machine Learning och andra Azure-tjänster.

  • Azure API Management skapar konsekventa, moderna API-gatewayer för serverdelstjänster. Förutom att acceptera API-anrop och dirigera dem till serverdelar verifierar den här plattformen även nycklar, token, certifikat och andra autentiseringsuppgifter. API Management loggar även anropsmetadata och tillämpar användningskvoter och hastighetsgränser.

  • Azure Service Bus är en fullständigt hanterad meddelandekö för företag. Service Bus stöder meddelandeköer och publiceringsprenumeranter.

  • Azure Event Hubs är en fullständigt hanterad strömningsplattform för stordata.

  • Azure SignalR Service är ett programvarubibliotek med öppen källkod som ger ett sätt att skicka meddelanden till webbappar i realtid.

Tjänstprogram

  • Azure Logic Apps automatiserar arbetsflöden genom att ansluta appar och data mellan moln.

  • Azure Kartor erbjuder geospatiala API:er för att lägga till kartor, spatial analys och mobilitetslösningar i appar.

  • Microsoft Graph innehåller verktyg för åtkomst till data i Microsoft 365, Windows 10 och Enterprise Mobility + Security.

  • Power Platform är en samling produkter och tjänster som tillhandahåller verktyg med låg kod för att skapa effektiva och flexibla lösningar:

    • Power Apps är en uppsättning appar, tjänster, anslutningsappar och en dataplattform. Du kan använda Power Apps för att omvandla manuella affärsåtgärder till digitala, automatiserade processer.
    • Power BI är en samling programvarutjänster och appar som visar analysinformation.
    • Power Automate effektiviserar repetitiva uppgifter och papperslösa processer.
    • Power Virtual Agents tillhandahåller chattrobotar utan kod för att uppfylla kundernas och medarbetarnas behov i stor skala.

Företagsprogram

  • Dynamics 365 är en portfölj med program för att hantera affärsåtgärder.

  • Microsoft Teams tillhandahåller tjänster för möte, meddelanden, samtal och samarbete.

  • Azure App Service och dess Web Apps-funktion tillhandahåller ett ramverk för att skapa, distribuera och skala webbappar.

Delade supportkomponenter

Dessa tjänster ger stöd för komponenter i alla delar av lösningen:

  • Azure Monitor samlar in och analyserar apptelemetri, till exempel prestandamått och aktivitetsloggar. Den här tjänsten meddelar appar och personal om oregelbundna villkor.

  • Microsoft Defender för IoT är en enhetlig säkerhetstjänst som skyddar IoT-system genom att identifiera sårbarheter och hot.

  • Azure DevOps Services tillhandahåller tjänster, verktyg och miljöer för hantering av kodningsprojekt och distributioner.

  • Microsoft Entra ID är en molnbaserad identitetstjänst som styr åtkomsten till Azure och andra molnappar, inklusive ISV-lösningar och lokala lösningar.

  • Azure Key Vault lagrar och styr åtkomsten till ett systems hemligheter på ett säkert sätt, till exempel API-nycklar, lösenord, certifikat och kryptografiska nycklar.

Alternativ

  • Azure Cosmos DB är ett annat alternativ för datalagring. Den här fullständigt hanterade NoSQL-databastjänsten skalas enkelt. Azure Cosmos DB erbjuder olika sätt att komma åt data, inklusive:

    • Dokumentdatabaser.
    • Graph-databaser.
    • SQL-frågor.
    • En Azure Cosmos DB för Apache Cassandra.

    Azure Synapse Link för Azure Cosmos DB är ett sätt att köra analys på Azure Cosmos DB-data med hjälp av Azure Synapse Analytics. Därför kan du kombinera olika datatjänster i lösningar som använder Azure Cosmos DB.

  • Event Hubs kan också tillhandahålla en inmatningstjänst som är skalbar och säker. Till skillnad från IoT Hub, som stöder dubbelriktad kommunikation med enheter, stöder Event Hubs enkelriktad trafik. Därför kan du inte använda Event Hubs för att skicka tillbaka kommandon och principer till enheter. Event Hubs erbjuder inte heller säkerhet på enhetsnivå. Event Hubs är dock lämpligt för miljöer med stora mängder meddelanden från ett lågt antal indataenheter.

Lösningsdetaljer

Smarta platser är fysiska miljöer som sammanför anslutna enheter och datakällor. Med hjälp av dessa miljöer kan du se och styra:

  • Produkter och system.
  • Inre och yttre utrymmen.
  • Personliga upplevelser med omgivningen.

Smarta platser kan vara byggnader, universitetsområden, företagscampus, arenor och städer. Dessa miljöer ger värde genom att hjälpa fastighetsägare, anläggningschefer och boende att driva och underhålla platser. Smarta platser gör också utrymmen mer effektiva, kostnadseffektiva, bekväma och produktiva.

Smarta utrymmen modellerar utrymmen digitalt och kompilerar relevanta data. Utifrån dessa data kan du härleda insikter om hur personer, platser och enheter är anslutna.

Potentiella användningsfall

Den här lösningen gäller för många områden:

  • Smarta campus (utbildningsbranschen)
  • Anläggningshantering (fastigheter)
  • Smarta arenor (idrottsbransch)
  • Smarta kontor
  • Energioptimering

Affärsresultat

I den här exempellösningen omvandlar en stor kommersiell fastighetsägare en kontorsfastighet digitalt. Den här förbättringen kombinerar äldre hanteringsdata för anläggningar med nya funktioner och tekniker, bland annat:

  • Beläggningsavkänning.
  • Optimering av caféköer.
  • Parkering.
  • Transferservice.

Det här arbetet kräver integrering av brownfield-enheter och moderna IoT-enheter (Internet of Things) som övervakar det fysiska utrymmet. Brownfield-enheterna kommunicerar via vanliga byggnadstransporter som BACnet och Modbus.

Företagets mål är:

  • Optimera energianvändningen genom att diagnostisera fel och effektivisera fältservice hantering. Den här optimeringen integrerar det befintliga bygghanteringssystemet med enheter.

  • Härleda nya rumsliga insikter och erbjuda innovativa boendeupplevelser genom att ansluta moderna enheter.

  • Utveckla en sammanhängande digital modell av miljön genom att sammanföra flera datakällor. Modellen bör utöka dataanalysmöjligheterna.

  • Skapa en skalbar lösning som kan samla in och arkivera miljontals datapunkter.

  • Skapa en lösning som enkelt kan lägga till partnerlösningar. Lösningen bör också införliva partnerdata i miljöns digitala tvilling.

Att tänka på

Dessa överväganden implementerar grundpelarna i Azure Well-Architected Framework, som är en uppsättning vägledande grundsatser som kan användas för att förbättra kvaliteten på en arbetsbelastning. Mer information finns i Microsoft Azure Well-Architected Framework.

Följande överväganden gäller för den här lösningen.

Tillförlitlighet

Tillförlitlighet säkerställer att ditt program kan uppfylla de åtaganden du gör gentemot dina kunder. Mer information finns i Översikt över tillförlitlighetspelare.

Skalbarhet

Lösningar för smarta platser kan vara relativt enkla implementeringar med låg volym. De kan också vara avancerade implementeringar som hanterar en stor mängd data. En lösning som aggregerar HVAC-telemetri (värme, ventilation och luftkonditionering) över ett stort campus är ett exempel på en högvolymimplementering.

De grundläggande Azure-tjänsterna i den här lösningen är skalbara enligt design och passar bra för komplexa lösningar. Men när du kombinerar dessa tjänster ser du till att de inte skapar chokepunkter. Tidigt i utvecklingscykeln kör du prestandatester med schemalagda intervall för att identifiera potentiella problem.

Flexibilitet

Utforma ditt smarta utrymme så att det är väl integrerat men också flexibelt. Användningsfall för smarta platser utvecklas snabbt. När du har distribuerat lösningen behöver du lägga till nya sensorer, datatyper, AI-funktioner och visualiseringstekniker. Så här ökar du flexibiliteten:

  • Välj en löst kopplad lösning som den föreslagna arkitekturen.
  • Använd branschstandarder för data ontologi. Den här metoden hjälper till att minska den tid som krävs för att lägga till nya funktioner och integrera ny programvara.
  • Använd API Management. Den här plattformen är ett sätt att skapa flera API-format och signaturer för ett enda underliggande API.

Säkerhet

Säkerhet ger garantier mot avsiktliga attacker och missbruk av dina värdefulla data och system. Mer information finns i Översikt över säkerhetspelare.

Äldre bygglösningar förlitar sig ofta på brist på extern anslutning som primär säkerhetskälla. Men även data som inte identifierar personer kan ge information om ett företag eller personerna i en byggnad. Organisationer använder till exempel kameror för att räkna personer, spåra tillgångar och tillhandahålla säkerhetsdata.

Var försiktig när du bearbetar och sparar bilder. Se till att du hanterar alla kundkrav, inklusive sekretessproblem. Prioritera säkerheten under hela datalivscykeln för din smarta utrymmeslösning. Mer specifikt bör du vara medveten om vilka data du samlar in, var du bearbetar och lagrar dem och vilka slutsatser du drar av dem.

Kostnadsoptimering

Kostnadsoptimering handlar om att titta på sätt att minska onödiga utgifter och förbättra drifteffektiviteten. Mer information finns i Översikt över kostnadsoptimeringspelare.

Använd Priskalkylatorn för Azure för att beräkna kostnaden för en IoT-lösning.

Deltagare

Den här artikeln underhålls av Microsoft. Det har ursprungligen skrivits av följande medarbetare.

Huvudförfattare:

Annan deltagare:

Nästa steg