Vytváření inteligentních míst pomocí Azure Digital Twins

API Management
Data Explorer
Data Factory
Digital Twins
Functions
IoT Hub

Inteligentní místa jsou fyzická prostředí, která přinášejí připojená zařízení a zdroje dat. Pomocí těchto prostředí můžete zobrazit a řídit:

  • Produkty a systémy.
  • Vnitřní a vnější prostory.
  • Osobní zkušenosti s okolím.

Inteligentní místa můžou zahrnovat budovy, vysokoškolské areály, školní areály, Stadium a města. Tato prostředí poskytují hodnotu tím, že pomáhají vlastníkům vlastností, manažerům zařízení a uživatelům provozovat a spravovat lokality. Inteligentní místa také přivedou k efektivnějším, cenově efektivním, příjemnému a produktivnímu prostoru.

Inteligentní prostory vám umožní digitálně modelovat prostory a kompilovat relevantní data. Z těchto dat můžete odvodit přehled o tom, jak jsou lidé, místa a zařízení připojeni.

Tento článek popisuje řešení pro inteligentní prostory. Služba Azure Digital Forms sepodobí jádro architektury modelováním prostředí. Azure IoT Hub, což je spravovaná služba IoT, hraje také významnou roli, protože služba Analytics Průzkumník dat Azure.

Obchodní výsledky

V tomto ukázkovém řešení může velké komerční vlastnictví skutečné nemovitosti digitálně transformovat vlastnost Office. Toto vylepšení kombinuje data správy starších zařízení s novými funkcemi a technologiemi, jako jsou:

  • Prosensování.
  • Optimalizace fronty Cafe
  • Parkovací.
  • Kyvadlové služby.

Toto úsilí vyžaduje integraci zařízení brownfield a zařízení s moderní Internet věcí (IoT), která monitorují fyzické místo. Zařízení brownfield komunikují prostřednictvím běžných stavebních přenosů, jako je BACnet a Modbus.

Mezi cíle společnosti patří:

  • optimalizace využití energie diagnostikou chyb a zjednodušením správy služby u zákazníků. Tato optimalizace integruje existující systém správy sestavení se zařízeními.

  • Odvození nových prostorových přehledů a nabídka inovativního prostředí pro cestující propojením moderních zařízení.

  • Vývoj soudržného digitálního modelu prostředí díky spojování více zdrojů dat. Model by měl rozšířit možnosti analýzy dat.

  • Vytvoření škálovatelného řešení, které může shromažďovat a archivovat miliony datových bodů.

  • Sestavování řešení, které umožňuje snadno přidat Partnerská řešení. Řešení by taky mělo zahrnovat Partnerská data do digitálního vlákna v prostředí.

Potenciální případy použití

Toto řešení se vztahuje na mnoho oblastí:

  • Inteligentní areály
  • Správa zařízení
  • Inteligentní kanceláře
  • Optimalizace energie

Architektura

Následující diagram znázorňuje tok dat v tomto řešení:

  • Pole, která obsahují více ikon, označují kategorie služeb. V rámci jednotlivých kategorií služby pracují nezávisle nebo dohromady a poskytují funkce.
  • Šipky mezi poli představuje komunikaci mezi odpovídajícími oblastmi.

Diagram, který znázorňuje doporučenou architekturu pro řešení inteligentního prostoru.

Stáhnout SVG této architektury.

  1. Prostředí může používat tyto a jiné komunikační protokoly:

    • Sestavování sítě pro řízení automatizace (BACnet)
    • Modbus
    • KNX
    • LonWorks

  2. Místní zařízení a systémy odesílají telemetrii a další data do cloudu. Zdroje dat zahrnují:

    • Zařízení brownfield
    • Snímače s přímým připojením
    • Senzory, které nezávislí dodavatelé softwaru (ISV) poskytují
    • Stávající obchodní systémy

  3. Zařízení, senzory a poháněcí generují telemetrii. Některá zařízení komunikují přímo s IoT Hub. Jiná zařízení odesílají data do IoT Hub prostřednictvím Azure IoT Edge.

  4. Externí, dávková nebo starší systémy odesílají data do Azure Data Factory. Tato statická data obvykle pocházejí ze souborů a databází.

  5. Konektory Business-to-Business převádějí data dodavatelů a streamují je do digitálních vláken Azure.

  6. IoT Hub ingestuje telemetrii zařízení. IoT Hub také poskytuje tyto služby:

    • Zabezpečení na úrovni zařízení
    • Služby Device Provisioning
    • Vlákna zařízení
    • Služby pro příkazy a řízení
    • Možnosti škálování na více instancí

  7. Data Factory transformuje částečně statická data a přenáší je do Azure Průzkumník dat nebo do dlouhodobého úložiště.

  8. Azure Functions přijímá data IoT Hub a používá rozhraní API digitálních vláken Azure k aktualizaci digitálních vláken Azure. Digitální vlákna Azure obsahuje prostorové grafy budov a prostředí. Digitální vlákna Azure modeluje prostředí pomocí digitálního DTDL (Digital vlákna Definition Language). Azure Functions zpracovává data, provádí detekci chyb a aktualizace grafu.

  9. Různé komponenty vytváří, ukládají a načítají modely DTDL.

  10. Digitální vlákna Azure odesílá data prostřednictvím Azure Event Grid do Azure Průzkumník dat. Tato analytická služba funguje jako historian, protože ukládá data časových řad řešení.

  11. Simulační moduly a nástroje AI zpracovávají data. Mezi příklady patří Azure Cognitive Services, AI modely a služby simulace partnerů.

  12. Azure Data Lake poskytuje dlouhodobé úložiště pro data. Azure synapse Analytics analyzuje a sestavuje data.

  13. V případě nástrojů vizualizace a podnikových aplikací poskytuje vrstva přístupu k řešení zabezpečený přístup ke základním systémovým službám:

    • Azure API Management nabízí funkce pro normalizaci, zabezpečení a přizpůsobení rozhraní API. Tato platforma taky vynutila kvóty využití a omezení přenosové rychlosti.

    • Služba Azure Signaler odesílá oznámení uživatelská rozhraní při změně telemetrie a dat.

    • Pro aplikace, které vyměňují data asynchronně nebo na svazku, poskytují různé komponenty mechanismy publikování a odběru:

      • IoT Hub
      • Fronty Azure Service Bus
      • Azure Event Hubs
      • Webové háky

  14. Aplikace služby shromažďují data z vrstvy rozhraní API řízení přístupu. Tyto aplikace pak analyzují a připravují data pro aplikace koncového uživatele. nástroje microsoftu jako Power Apps, Power BI a Azure Maps vytvářejí sestavy a přehledy o datech v úložištích Azure data.

  15. aplikace Enterprise používají připravená data. Mezi příklady patří:

    • Moduly Dynamics 365.

    • Řešení ISV.

    • aplikace Microsoft Teams.

    • Řešení optimalizovaná pro pole, jako jsou například mobilní aplikace a wearables:

Komponenty

Řešení používá tyto komponenty:

Základní součásti

  • IoT Hub připojí zařízení ke cloudovým prostředkům Azure. Tato spravovaná služba poskytuje:

    • Zabezpečení na úrovni zařízení.
    • Služby zřizování zařízení.
    • Dvojčata zařízení.
    • Služby příkazů a řízení.
    • Možnosti horizontálního navýšení kapacity.

  • Azure IoT SDK nabízí doporučený způsob, jak se zařízení připojovat k IoT Hub. Mezi zařízení, která mohou tyto sady používat, patří:

    • Azure Sphere zařízení.
    • Zařízení se spuštěnou Azure RTOS.

  • IoT Edge spouští cloudové úlohy na IoT Edge zařízeních. Konkrétně toto centrální centrum zpráv může spouštět analýzy v reálném čase prostřednictvím Azure Machine Learning a Azure Stream Analytics. IoT Edge také funguje jako brána, která IoT Hub pro:

    • Zařízení s nízkými požadavky na výkon
    • Starší zařízení.
    • Zařízení s omezeným omezením.

  • Data Factory je integrační služba, která pracuje s potenciálně velkými bloky dat z různorodých úložišť dat. Tuto platformu můžete použít k orchestraci a automatizaci pracovních postupů transformace dat. Může například Data Factory překlenout mezeru mezi částečně statickými obchody a historickými komponentami, jako je Azure Data Explorer.

  • Konektory business-to-business překládají a streamuje data obousměrně mezi komponentami dodavatelů a Azure Digital Twins. Rostoucí počet dodavatelů používá DTDL k vytváření oborových standardních modelů. Příklad uvádí RealEstateCore. V důsledku toho se očekává, že tyto integrace budou v průběhu času jednodušší.

  • Azure Digital Twins uchovává digitální reprezentace zařízení a prostředí IoT. Tato data můžete použít k šíření dat nebo analýze v reálném čase. Interně Azure Digital Twins:

    Pomocí DTDL můžete vytvářet ontologienebo už existující sady modelů. Můžete také začít s oborem podporovaným modelem:

  • Azure Digital Twins Explorer je vývojářský nástroj, který můžete použít k vizualizaci a interakci s Azure Digital Twins daty, modely a grafy. Tento nástroj je aktuálně ve verzi Public Preview.

  • Komponenty správy modelů udržují model DTDL:

    • Při vytváření modelu jsou k dispozici tyto možnosti:

      • Azure Digital Twins Explorer
      • Řešení isv
      • Vlastní nástroje
      • Textové editory nebo editory kódu

    • Úložiště ukládají ontologie:

    • Pro načítání modelů do Azure Digital Twins existují tyto možnosti:

  • Functions je bez serveru řízená výpočetní platformou řízenou událostmi. Pomocí funkcí můžete pomocí triggerů a vazeb integrovat služby ve velkém měřítku.

  • Azure Data Explorer je rychlá, plně spravovaná služba pro analýzu dat. Tuto službu můžete použít k analýze velkých objemů dat v reálném čase. Azure Data Explorer zpracovávat různorodé datové proudy z aplikací, webů, zařízení IoT a dalších zdrojů.

  • Cognitive Services poskytuje funkce AI. Tyto služby nabízejí sadu předem natrénovaných modelů neurální sítě pro cloud. Rozhraní REST API a klientské knihovny SDK vám můžou pomoct s vytvářením kognitivních inteligentních funkcí do aplikací. Můžete použít Cognitive Services funkce:

    • Téměř v reálném čase.
    • Při určitých prahových hodnotách dat.
    • Na vyžádání.
    • Pro složité úlohy s dlouhými dobami zpracování.

  • Machine Learning je cloudové prostředí, které pomáhá vytvářet, nasazovat a spravovat řešení prediktivní analýzy. Pomocí těchto modelů můžete předpovídáte chování, výsledky a trendy.

  • Azure Data Lake ukládá velké množství dat v nativním nezpracovanném formátu. Data obvykle pochází z několika heterogenních zdrojů a mohou být strukturovaná, částečně strukturovaná nebo nestrukturovaná.

  • Azure Synapse Analytics je analytická služba pro datové sklady a systémy pro velké datové systémy. Tato služba se integruje s Power BI, Machine Learning a dalšími službami Azure.

  • API Management vytváří konzistentní moderní brány rozhraní API pro back-endové služby. Kromě přijetí volání rozhraní API a jejich směrování do back-endsu tato platforma také ověřuje klíče, tokeny, certifikáty a další přihlašovací údaje. API Management protokoluje také metadata volání a vynucuje kvóty využití a omezení přenosové rychlosti.

  • Service Bus je plně spravovaný podnikový zprostředkovatel zpráv. Service Bus podporuje fronty zpráv a témata publikování a odběru.

  • Event Hubs je plně spravovaná streamovací platforma pro velké datové proudy.

  • Azure SignalR Service je open source softwarová knihovna, která poskytuje způsob odesílání oznámení webovým aplikacím v reálném čase.

Aplikace služeb

  • Azure Logic Apps pracovní postupy propojením aplikací a dat napříč cloudy.

  • Azure Mapy nabízí geoprostorová rozhraní API pro přidávání map, prostorové analýzy a řešení mobility do aplikací.

  • Microsoft Graph poskytuje nástroje pro přístup k datům v Microsoft 365, Windows 10 a Enterprise Mobility + Security.

  • Power Platform je kolekce produktů a služeb, které poskytují nástroje s nízkým kódem pro vytváření efektivních a flexibilních řešení:

    • Power Apps je sada aplikací, služeb, konektorů a datové platformy. Ruční obchodní operace Power Apps transformovat na digitální automatizované procesy.
    • Power BI je kolekce softwarových služeb a aplikací, které zobrazují analytické informace.
    • Power Automate zjednodušuje opakující se úlohy a procesy bez papírování.
    • Power Virtual Agents chatovací roboty bez kódu, aby splňovaly potřeby zákazníků a zaměstnanců ve velkém měřítku.

Podnikové aplikace

  • Dynamics 365 je portfolio aplikací pro správu obchodních operací.

  • Microsoft Teams poskytuje služby pro schůzky, zasílání zpráv, volání a spolupráci.

  • App Service a její Web Apps poskytují rozhraní pro vytváření, nasazování a škálování webových aplikací.

Sdílené komponenty podpory

Tyto služby poskytují podporu komponent ve všech oblastech řešení:

  • Azure Monitor shromažďuje a analyzuje telemetrii aplikací, jako jsou metriky výkonu a protokoly aktivit. Tato služba upozorní aplikace a pracovníky na nepravidelné podmínky.

  • Azure Defender for IoT je jednotná služba zabezpečení, která chrání systémy IoT identifikací ohrožení zabezpečení a hrozeb.

  • Azure DevOps Services poskytuje služby, nástroje a prostředí pro správu projektů a nasazení kódování.

  • Azure Active Directory (Azure AD) je cloudová služba identit, která řídí přístup k Azure a dalším cloudovým aplikacím, včetně řešení ISV a místních řešení.

  • Azure Key Vault bezpečně ukládá a řídí přístup k tajným kódům systému, jako jsou klíče rozhraní API, hesla, certifikáty a kryptografické klíče.

Alternativy

  • Další možností pro ukládání dat je Azure Cosmos DB. Tato plně spravovaná databázová služba NoSQL se snadno škáluje. Azure Cosmos DB nabízí různé způsoby přístupu k datům, mezi které patří:

    • Dokumentovat databáze.
    • Graph databáze.
    • SQL ve stylu dotazů.
    • A rozhraní API Cassandra.

    Azure Synapse Link pro Azure Cosmos DB nabízí způsob, jak spouštět analýzy dat Azure Cosmos DB pomocí Azure Synapse Analytics. V důsledku toho můžete kombinovat různé datové služby v řešeních, která používají Azure Cosmos DB.

  • Event Hubs můžete také poskytovat službu příjmu dat, která je škálovatelná a zabezpečená. Na IoT Hub, která podporuje obousměrnou komunikaci se zařízeními, Event Hubs podporuje jednosměrný provoz. V důsledku toho nemůžete pomocí příkazu Event Hubs odesílat příkazy a zásady zpět do zařízení. Event Hubs také nenabízí zabezpečení na úrovni zařízení. Ale Event Hubs vhodné pro prostředí s vysokým objemem zpráv z nízkého počtu vstupních zařízení.

Požadavky

Pro toto řešení platí následující aspekty:

Aspekty zabezpečení

Řešení pro řešení inteligentních míst mohou být relativně jednoduchá implementace s malým objemem. Mohou to být také sofistikované implementace, které zpracování vysokých objemů dat. Příkladem velkoobjemové implementace je řešení, které agreguje telemetrii topení, ventilace a klimatizace (TVK) ve velkém areálu.

Základní služby Azure v tomto řešení jsou z návrhu škálovatelné a jsou vhodné pro složitá řešení. Když ale tyto služby zkombinujte, ujistěte se, že nevytvářenou základní body. V rané fázi vývojového cyklu spusťte testy výkonnosti v naplánovaných intervalech, abyste identifikovali potenciální problémy.

Aspekty flexibility

Navrhovat inteligentní prostor tak, aby byl dobře integrovaný, ale zároveň flexibilní. Případy použití inteligentních míst se rychle vyvíjejí. V nějakém okamžiku po nasazení řešení budete muset přidat nové senzory, datové typy, funkce AI a techniky vizualizace. Zvýšení flexibility:

  • Zvolte volně promyšlené řešení, jako je navrhovaná architektura.
  • Pro ontologii dat používejte oborové standardy. Tento přístup pomáhá zkrátit dobu potřebnou k přidání nových funkcí a integraci nového softwaru.
  • Použijte API Management. Tato platforma poskytuje způsob, jak vytvořit více stylů a podpisů rozhraní API pro jedno základní rozhraní API.

Důležité informace o zabezpečení

Starší řešení sestavení často spoléhají na chybějící externí připojení jako na primární zdroj zabezpečení. Ale i data, která ne identifikují lidi, mohou poskytovat informace o firmě nebo lidech v budově. Organizace například používají fotoaparáty k počítání lidí, sledování prostředků a poskytování bezpečnostních dat.

Při zpracování a ukládání obrázků buďte opatrní. Ujistěte se, že řešíte všechny požadavky zákazníků, včetně problémů s ochranou osobních údajů. Zajistěte prioritu zabezpečení v průběhu životního cyklu dat vašeho řešení inteligentního prostoru. Konkrétně si uvědomte, jaká data shromáždíte, kde je zpracujete a uložíte a jaké závěry z těchto dat vyvozíte.

Ceny

K odhadu nákladů na řešení IoT použijte cenovou kalkulačku Azure.

  • Další aspekty nákladů najdete v tématu Principy optimalizace nákladů v dokumentaci Microsoft Azure Well-Architected Framework.
  • Diskuzi o optimalizaci nákladů na služby, které řešení IoT běžně používají, najdete v tématu Referenční architektura Azure IoT.

Další kroky