IoT 工作負載中的卓越營運
鑒於IoT解決方案需求的複雜性，組織的營運功能對於推動可持續商業價值很重要。 本指南著重於可唯一解決IoT解決方案核心需求的IoT裝置和服務作業層面。
IoT 工作負載中的卓越營運需要解決方案所有硬體和軟體元件的完整可見度和控制。 設計、開發、布建、監視、支援和維護做法必須敏捷且提供業務價值，而不會增加作業風險。
在IoT解決方案中，裝置多樣性和規模、不同的網路類型，以及地理位置分散的位置，會大幅將雲端和混合式 共同責任模型 從雲端提供者移開。 雲端服務可讓組織更輕鬆地自行操作 IoT 裝置和網路，或使用第三方，但組織本身擁有 IoT 工作負載這些重要元素的操作責任。
卓越營運可確保IoT解決方案可以成功：
- 支援不同的使用者角色。
- 管理所有裝置生命周期階段。
- 有效率地調整以符合隨選變更。
- 使用自動化來管理和監視。
- 與其他後端系統整合。
評估IoT工作負載中的卓越營運
若要透過良好架構架構營運卓越要素的鏡頭來評估IoT工作負載，請在 Azure 良好架構檢 閱中完成IoT工作負載的卓越營運問題。 評估會識別IoT解決方案的重要營運卓越建議之後，請使用下列內容來協助實作建議。
設計原則
架構卓越 五大要素支撐IoT工作負載設計方法。 這些支柱可作為跨 關鍵 IoT 設計區域的後續設計決策指南針。 下列設計原則可延伸 Azure 架構架構 - 營運卓越的品質支柱。
| 設計原則 | 考量 |
|---|---|
| 接受連續作業和調整 | 請確定IoT解決方案可以成功管理自動化裝置布建、與其他後端系統整合、支援不同的角色，例如解決方案開發人員、解決方案管理員和操作員，並視需要有效率地調整和調整任何變更，例如部署新的IoT裝置或更高的擷取輸送量。 |
| 優化建置和發行程式 | 任何成功的企業IoT解決方案都需要建立及更新裝置組態的策略。 裝置的組態包括裝置屬性、連線設定、關聯性和韌體。 IoT 操作員需要簡單且可靠的工具，讓它們能夠在裝置存留期間的任何時間點更新裝置或裝置的組態車隊。 |
| 了解作業健康情況 | 使用IoT解決方案記錄、監視和警示系統來判斷解決方案是否如預期般運作，並協助針對解決方案整個生命週期的問題進行疑難解答。 |
| 使用自動化和DevOps | IoT 裝置基本上是具有特殊硬體和軟體的小型電腦。 IoT 裝置通常會受限於硬體，例如記憶體或計算容量有限。 自動化和 DevOps 是確保 IoT 裝置和閘道的 OS 和軟體正確上傳和部署，以將作業停機時間降到最低的必要條件。 自動化和DevOps對於監視和管理IoT裝置的生命周期至關重要。 |
IoT 架構層
營運卓越設計原則有助於釐清考慮，以確保IoT工作負載符合基礎IoT架構層的需求。
IoT 核心層：裝置和閘道、裝置管理和模型化，以及擷取和通訊，識別IoT特定的解決方案。 其他層級和跨領域活動也經常與其他工作負載共用。 DevOps 跨領域活動對於支援卓越營運支柱特別重要。
裝置和閘道層
此層代表在邊緣或內部部署部署的實體或虛擬設備與閘道硬體。
IoT 營運卓越的關鍵因素是組織規劃、布建、設定、監視和淘汰IoT裝置的能力。 組織必須選取符合商務和技術需求的IoT硬體，並定義適當的測試程式，以確保作業可靠性。
使用新硬體的 Greenfield 專案通常會在裝置類型、韌體和技術規格方面具有更大的彈性。 您可能需要選取符合地區認證需求或法規的裝置，例如 CE、FCC、UL、PCI 或 FDA。
已部署硬體的 Brownfield 專案通常會有更多的硬體限制。 您可能需要尋找其他類型的硬體，例如通訊協定或身分識別轉譯裝置，或藍牙與 MQ 遙測傳輸 （MQTT） 閘道等連線閘道。
Azure 認證裝置計畫認證會驗證裝置是否可以與 Azure IoT 中樞 連線，並透過 IoT 中樞 裝置佈建服務安全地布建。 Azure 認證裝置目錄可協助您尋找並選取經認證的合作夥伴硬體。 裝置類別目錄具有搜尋和篩選功能，可用來尋找符合解決方案需求的硬體。
在 Azure IoT 認證的硬體中尋找的重要功能是 Azure 隨插即用和數位對應項定義語言 （DTDL） 相容性。 這些功能可確保裝置與 Azure Digital Twins 等服務緊密整合。 針對 Azure IoT Edge 案例，請務必尋找具有 IoT Edge 受控 認證的類別目錄裝置。 此認證可保證裝置可以執行IoT Edge運行時間，並啟用支援邊緣處理和分析工作負載的IoT Edge模組部署和管理。
裝置元件和備用必須可供使用，才能涵蓋解決方案存留期的維護和支持合約。 確保項目開始時及時且安全的設備供應，因為此需求在稍後引進成本可能很高。 使用受信任的廠商鏈結，並考慮雙重或多個供應來源。
擷取和通訊層
組織的網路作業小組通常會與電信業者合作，以處理IoT工作負載的通訊網路技術堆疊。 與您的電信業者協調，以設定及操作IoT解決方案和作業的有線和無線通訊網路元件。
容量調整
設定IoT雲端解決方案的擷取和其他後端層，以調整以處理預期和非預期的容量需求。 如果您的解決方案系結至連接的產品，您必須處理預期負載中的波動。 負載可能會受到營銷計劃的影響，例如銷售或促銷，或受到假日等季節性事件的影響。 您應該先測試事件之前的負載變化，包括非預期的事件，以確保IoT解決方案可以調整規模。
Azure 提供數個選項，以符合業務成長的容量需求。 IoT 解決方案的容量規劃和調整會因您建置 IoT Central 或以 IoT 中樞 為基礎的解決方案而有所不同。
IoT Central 是受控應用程式平臺，可讓您用來快速評估IoT案例，並評估您企業的機會。 不過，IoT Central 會負責大部分的基礎結構元素，但只會儲存 30 天的數據。 由於大部分的IoT解決方案會將數據匯出至其他服務，因此您應該專注於確保其他服務可在評估解決方案期間處理預期和非預期的容量需求。
透過以 IoT 中樞 為基礎的解決方案，您有責任相應增加以處理內嵌訊息數目的成長，以及相應放大以處理區域需求。 瞭解裝置將傳送給 IoT 中樞 的訊息數目，且持續輸送量對於選取正確的 IoT 中樞 層以支持預測的需求至關重要。
如果您接近 IoT 中樞 訊息限制，您的系統應該能夠自動相應增加 IoT 中樞 到下一個容量單位。 IoT 解決方案中的任何後端服務，例如 Azure 串流分析、Azure Cosmos DB 和 Azure 數據總管都必須支援延展性，以確保解決方案數據流中的任何位置都沒有瓶頸。
您也應該規劃邊緣裝置容量需求和需求。 無論您是使用IoT Edge管理即時作業系統 （RTOS） 型裝置或較大的計算裝置，請確定計算和記憶體大小調整適合您的特定使用案例。
裝置管理和模型化層
實作集中式裝置管理解決方案，以管理、監視及操作IoT裝置的生命週期，以及管理IoT解決方案的整體設定。 請考慮實作整合式UI，以協助操作小組進行裝置車隊管理。
裝置佈建
定義遠端裝置布建策略，在不需要人為介入的情況下，在現場啟用IoT裝置的零觸控 Just-In-Time 布建。
針對IoT裝置的遠端布建，Azure IoT 中樞裝置布建服務 （DPS） 可讓您連線及設定遠端裝置以 IoT 中樞。 DPS 可在處理站啟用零觸控布建，而不需在處理站進行硬式編碼資訊，並啟用跨多個 IoT 中樞的裝置負載平衡。
雖然 DPS 支援對稱金鑰證明，但在生產環境中，您應該使用 X.509 憑證或 TPM 證明機制。 如果您使用 X.509 憑證，您應該將跟證書或跟證書簽署的中繼憑證部署到 DPS，以允許字段中的裝置正確向服務進行驗證，並指派給其正確的 IoT 中樞。
IoT 解決方案生命週期的一部分包括重新佈建字段中的裝置，或在IoT中樞之間行動裝置。 DPS 可讓您設定 重新布建原則 ，以判斷 IoT 裝置提交新的布建要求時的預期行為。 裝置應設定為在重新啟動時傳送布建要求，並應實作方法來手動觸發隨選布建。 此機制可確保每次裝置啟動時，都會連絡 DPS 以重新導向至適當的 IoT 中樞。
裝置設定和更新管理
建立更新裝置或裝置機隊組態的策略。 裝置的組態包括裝置屬性、韌體、連線設定和關聯性。 IoT 操作員需要簡單且可靠的工具，讓他們在裝置存留期內隨時更新裝置或裝置機隊的設定。
IoT 解決方案的規模和裝置設定的特定使用，會影響設定管理策略的設計。 請務必儘可能自動執行此策略，並確保可以有效率地設定和更新設定。
組態管理原則應該支援：
- 在欄位中部署的IoT裝置和IoT Edge裝置的清查。
- 透過裝置群組逐步推出更新。
- 復原更新以支持測試和復原。
- 現有或新裝置的自動更新。
- 已更新狀態報告和警示。
支援這些組態管理需求的 Azure 功能包括 IoT 中樞 自動裝置管理、IoT Edge 自動部署、IoT 中樞 排程工作，以及 IoT 中樞 的裝置更新。
若要持續更新現有或新的裝置和IoT Edge裝置組態，例如屬性、應用程式特定設定或關聯性，請使用 IoT 中樞 自動裝置管理或IoT Edge自動部署。 這兩項功能都提供有效率、安全且可靠的方式，可將車隊或特定裝置群組的組態部署自動化。 服務會根據標記持續監視所有新的和現有的目標裝置及其設定，以確保裝置一律具有指定的設定。 這些功能之間的主要差異在於自動裝置管理僅適用於非 IoT Edge 裝置，而 IoT Edge 自動部署僅適用於 IoT Edge 裝置。
若要根據一次性或週期性排程更新現有的裝置或IoT Edge裝置設定，請使用 IoT 中樞 排程的工作。 這項功能是一種有效率、安全且可靠的方式，可在排程時間為車隊或特定裝置群組提供組態更新。
若要更新現有的裝置或IoT Edge裝置韌體、應用程式或套件更新無線 （OTA），請使用裝置更新進行 IoT 中樞。 此服務是更新車隊或特定裝置群組的安全、安全且可靠的方式。
最好是擁有IoT裝置的手動更新方法。 由於跟證書變更或連線問題，您可能需要手動更新裝置，方法是實際連線到本機計算機或使用藍牙等本機連線通訊協定。
若要深入瞭解裝置管理，請參閱：
管理使用者介面
解決方案操作員和系統管理員需要介面來與IoT解決方案互動，例如布建裝置、新增或移除使用者、將命令傳送至IoT裝置，或管理裝置更新。
IoT Central 具有內建且易於使用的管理介面，可讓操作員和系統管理員專注於新增產業知識，以及評估解決方案。
當您使用平臺服務來建置企業解決方案時，例如 IoT 中樞 和 Azure Digital Twins，您可以使用 IoT 中樞 REST API 和 Azure Digital Twins REST API 中公開的 REST API 來建置自定義管理 UI。
整合層
典型的IoT解決方案是由多個元件所組成，例如擷取、路由、數據儲存和數據處理。 請務必記錄並充分瞭解IoT解決方案的整個數據流。 備妥測試程式，以確保解決方案的不同部分如預期般運作，並符合組織的技術和作業需求。 實作自動化，以在裝置連線到IoT解決方案時大規模識別裝置功能，並輕鬆地與後端服務整合。
設定及測試與其他支援IoT應用程式後端和前端服務之 Azure 和第三方服務的可靠整合。 成功的IoT實作需要整合IoT服務，例如IoT 中樞和 DPS 與其他 Azure 和第三方服務。
例如，DPS 使用自定義程式代碼和 Azure Functions 支援自定義配置原則，因此請務必確認 Azure 函式允許來自 DPS 和 IoT 中樞 的流量。 另一個範例是 IoT 中樞 與後端服務之間的整合，以啟用訊息路由和檔案上傳等功能。 IoT 中樞 必須正確地向這些 Azure 服務進行驗證。 您應該使用受控識別來消除手動管理這些認證的需求。
DevOps 層
DevOps 包括角色和使用者管理、計量集合、監視和自動化。
角色和使用者管理
解決方案設計階段早期的關鍵決策是定義實作和管理解決方案的角色。 判斷負責大規模開發、管理及操作IoT解決方案的角色，以及指派給這些角色的使用者。
在理想情況下，解決方案應該信任集中式識別提供者，例如 Microsoft Entra ID，並且只讓這些角色中的適當使用者執行管理或作業活動，例如建立和布建新裝置、將命令傳送至字段中的硬體、部署更新，以及修改用戶權力。
在以 IoT 中樞 為基礎的解決方案中，您可以使用 Microsoft Entra ID 來驗證 IoT 中樞 服務 API 的要求，例如建立裝置身分識別或叫用直接方法。 您可以為解決方案操作員和系統管理員開發自定義管理UI，以針對 Microsoft Entra ID 驗證使用者，並代表這些使用者對IoT解決方案後端執行 API 要求。
IoT Edge 計量收集器
Azure IoT Edge 會在 IoT Edge 模組 Marketplace 中提供 IoT Edge 計量收集器 現成可用的 IoT Edge 模組。 將本課程模組新增至IoT Edge部署，以收集計量，並將其傳送至 Azure 監視器。 開放原始碼模組程式代碼是支援 Linux x64、ARM32 和 Arm64 版本 1809 的多架構 Docker 容器映像。
計量收集器模組可以從可使用 Prometheus 數據模型發出計量的所有模組收集記錄。 雖然 內建計量 預設可啟用廣泛的工作負載可見度，但您也可以使用自定義模組來發出可增強監視解決方案的案例特定計量。
有兩個選項可將計量從計量收集器模組傳送至雲端：
將計量傳送至Log Analytics。 使用名為
InsightsMetrics的固定原生資料表，將收集的計量內嵌至特定的 Log Analytics 工作區。將計量傳送至 IoT 中樞。 您可以設定收集器模組，透過邊緣中樞模組將收集的計量傳送為UTF-8編碼的JSON裝置到雲端訊息。 此選項會解除鎖定監視僅允許外部存取 IoT 中樞 端點的已鎖定IoT Edge裝置。
AllowedMetrics 和 BlockedMetrics 設定選項接受計量選取器的空白或逗號分隔清單。 如果計量符合任一列表中的一或多個計量，則會比對清單並包含或排除。
使用 Azure 監視器活頁簿，即可以視覺化方式探索從 IoT Edge 裝置收集的計量。 策劃的活頁簿會使用內建計量，從內嵌至Log Analytics工作區的IoT Edge運行時間。 這些檢視不需要任何來自工作負載模組的計量檢測。
Azure 入口網站 提供IoT Edge裝置的策劃監視活頁簿作為公用範本。 若要存取活頁簿，請從 Azure 入口網站 中的 IoT 中樞 或 IoT Central 頁面，流覽至 [監視] 區段中的 [活頁簿] 頁面。
監視
使用IoT解決方案記錄、監視和警示系統來判斷解決方案是否如預期般運作，並協助疑難解答和減輕問題。 監視和記錄有助於判斷裝置或系統是否處於錯誤狀況、正確設定、產生精確的數據，以及符合定義的服務等級目標。
IoT 記錄和監視系統比標準企業營運應用程式更為複雜。 之所以複雜，是因為IoT解決方案通常會跨越：
- 與環境互動的實體感測器。
- 邊緣上的應用程式會執行數據成形和通訊協議轉譯等活動。
- 基礎結構元件，例如內部部署網關、防火牆和交換器。
- 擷取和傳訊服務。
- 持續性機制。
- 深入解析和報告應用程式。
- 在雲端中獨立運作和調整的子系統。
下列簡化的記錄和監視架構顯示一般IoT解決方案元件的範例，以及它們如何使用建議的技術。
如果您的重要應用程式和商務程式依賴 Azure 資源，您應該監視這些資源的可用性和效能。 您可以使用 Azure 監視器 來執行下列監視活動：
- 使用 Application Insights 偵測及診斷應用程式與相依性問題。
- 將基礎結構問題與 VM Insights 和 Container Insights 相互關聯。
- 使用 Log Analytics 向下鑽研您的監視資料，以進行疑難排解與深入診斷。
- 使用 智慧警示 和 自動化動作大規模支援作業。
- 使用 Azure 儀表板與 Workbooks 建立視覺效果。
- 使用 Azure 監視器計量從受監視的資源收集數據。
監視 IoT 中樞
Azure IoT 中樞 會收集與其他 Azure 資源相同的監視數據類型，如中所述監視來自 Azure 資源的數據。 每個 IoT 中樞 Azure 入口網站 的 [概觀] 頁面包含提供一些使用計量的圖表，例如所使用的訊息數目和連線到中樞的裝置數目。 [概觀] 頁面上的資訊很有用，但只代表適用於IoT中樞的少量監視數據。
一些監視數據會自動收集，並可在您建立IoT中樞時立即進行分析。 您可以設定其他類型的數據收集。 若要深入瞭解 IoT 中樞 建立的計量和記錄，請參閱監視 Azure IoT 中樞 數據參考。
監視更新
如同任何部署或更新，您應該監視部署和裝置的更新狀態。 DevOps 提供持續提供全新軟體更新的方式。 IoT 中樞 裝置更新會測量已安裝最高版本相容更新的裝置數目，以監視合規性。 如果裝置已安裝最高版本可用的相容更新，裝置即符合規範。
監視組態
如同任何部署或更新，您應該監視和警示裝置設定或更新部署的狀態。 每個 Azure IoT 組態服務都會收集及儲存 Azure 監視器中的記錄和計量。 您可以使用此數據來建立 Azure 監視器警示，以在設定部署或更新建立、完成或失敗時傳送通知。
如果每個 Azure IoT 組態服務所提供的監視數據不夠，Azure IoT 中樞 服務 API 會提供更細微的檢視。
監視自動化和DevOps
DPS、IoT 中樞 和 IoT Edge 提供持續計量和狀態更新，這些是監視持續整合/持續部署（CI/CD） 狀態或自動化腳本輸出的重要輸入。 您可以在Log Analytics工作區中收集及分析這些計量，然後定義警示。
若要深入了解監視，請參閱：
- 使用 Azure CLI IoT 擴充功能監視裝置連線能力
- 監視、診斷和疑難解答裝置連線能力 Azure IoT 中樞
- 監視 Azure IoT 中樞
- 檢查 Azure IoT 中樞 服務和資源健康情況
- 教學課程：設定及使用 Azure IoT 中樞的計量和記錄
- 收集和傳輸計量
自動化
IoT 裝置基本上是具有特殊硬體和軟體的小型電腦。 IoT 裝置通常是硬體限制，例如記憶體或計算容量有限。 自動化和 DevOps 可確保 IoT 裝置和閘道軟體已正確上傳並部署，以將作業停機時間降到最低。 自動化和 DevOps 對於監視和管理開發、部署及操作 IoT 解決方案和裝置的完整生命周期至關重要。
成熟 DevOps 實作的主要優點是靈活度、快速感知和響應商務需求變更的能力。 若要使用自動化搭配 DevOps 進行敏捷式軟體開發、部署、測試、整合和作業，請遵循下列建議：
使用 CI/CD DevOps 原則和程式來提升生產力，並建立順暢的快速開發週期。
在基礎結構即程式代碼 （IaC） 環境中部署應用程式軟體變更，以自動化和管理已部署軟體的持續作業。
將IoT應用程式軟體生命週期從開發到測試自動化至IT作業。
使用 IoT 中樞 和 IoT Edge 中的 DevOps 工具和程式，將邊緣軟體生命週期自動化。 使用IoT Edge在裝置上部署IoT應用程式軟體。
為操作員提供工具來取得可見度和見解、共同作業、控制和維護可靠的IoT解決方案。
採用跨功能小組，持續提供解決方案。 裝置廠商和跨功能解決方案開發人員應共同開發及部署IoT解決方案。
發展商務和部署模型，以建立不同商務模型的可能性，以及試驗驗證、部署和增強功能。
自動化裝置生命週期
連線的 IoT Edge 裝置有一個生命週期，其延伸超過部署、中斷和修正，並淘汰。 連線的裝置讓組織處於最佳位置，利用商機並持續在整個系統生命週期中新增累加創新。
在IoT解決方案中，安裝在硬體上的軟體程式會定義系統功能。 數千個裝置可能連線到單一雲端端點，例如 IoT 中樞。 組態或軟體的任何變更都必須分散到所有裝置。 若要變更系統功能，請更新軟體，而不是進行硬體變更或本機干預。
當您在IoT系統中實作自動化和DevOps時，請遵循每個裝置生命週期階段的特定自動化和DevOps需求。 下表說明支援裝置生命週期三個階段的 Azure IoT 功能。
人生的開始
| 預期結果 | 代碼段可用的平臺功能 |
|---|---|
| 非 DPS 裝置註冊 | 大量裝置更新 |
| 裝置佈建 | 提供零觸控裝置布建所需的 DPS 設定 |
| 裝置憑證和令牌管理 | 使用共享存取簽章控制對 IoT 中樞 的存取權 （SAS） |
| 裝置憑證生命週期管理 | 使用 DPS 和 DigiCert 的 CA 憑證生命週期管理 |
| 裝置初始設定 | 裝置對應項和裝置模組 |
中年
| 預期結果 | 代碼段可用的平臺功能 |
|---|---|
| 大規模持續裝置組態管理 | 裝置對應項和裝置模組 |
| IoT Edge 模組的 CI/CD 管線 | 持續整合和持續部署 （CI/CD） 至 Azure IoT Edge 裝置 |
| 裝置重新佈建 | DPS 裝置重新佈建 |
| 變更或到期的SAS 金鑰產生 | 使用共享存取簽章控制對 IoT 中樞 的存取權 （SAS） |
| 記錄和裝置診斷 | 預先設定 IoT 中樞 的 Azure 活頁簿 |
| Azure IoT Edge 監視診斷 | 收集及傳輸IoT Edge裝置記錄和計量 |
| OTA 裝置更新 | IoT 中樞裝置更新 |
生命周期結束
| 預期結果 | 代碼段可用的平臺功能 |
|---|---|
| 取消註冊裝置 | 從 DPS 取消註冊裝置 |
| 拿掉裝置特定設定 | 裝置對應項和裝置模組 |
| 裝置更換 | 與人生的開始相同 |