Upravit

Vytváření inteligentních míst pomocí služby Azure Digital Twins

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

Tento článek popisuje řešení inteligentních prostorů. Azure Digital Twins tvoří jádro architektury modelováním prostředí. Azure IoT Hub, což je spravovaná služba IoT, hraje také významnou roli, stejně jako analytická služba Azure Data Explorer.

Architektura

Následující diagram znázorňuje tok dat v tomto řešení:

  • Pole, která obsahují více ikon, představují kategorie služeb. V rámci každé kategorie fungují služby nezávisle nebo společně, aby poskytovaly funkce.
  • Šipky mezi poli představují komunikaci mezi odpovídajícími oblastmi.

Diagram znázorňující doporučenou architekturu pro řešení inteligentního prostoru

Stáhněte si soubor aplikace Visio s touto architekturou.

Tok dat

  1. Prostředí může používat tyto a další komunikační protokoly:

    • Vytváření sítě ovládacích prvků automatizace (BACnet)
    • Modbus
    • KNX
    • LonWorks

  2. Místní zařízení a systémy odesílají telemetrická data a další data do cloudu. Mezi zdroje dat patří:

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

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

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

  5. Konektory typu Business-to-business překládají data dodavatele a streamují je do služby Azure Digital Twins.

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

    • Zabezpečení na úrovni zařízení
    • Služby zřizování zařízení
    • Dvojčata zařízení
    • Služby příkazů a řízení
    • Možnosti škálování na více instancí

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

  8. Azure Functions přijímá data ioT Hubu a k aktualizaci služby Azure Digital Twins používá rozhraní API služby Azure Digital Twins. Azure Digital Twins obsahuje prostorový graf budov a prostředí. Azure Digital Twins modeluje prostředí pomocí DTDL (Digital Twins Definition Language). Azure Functions zpracovává data a provádí zjišťování chyb a aktualizace grafů.

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

  10. Azure Digital Twins odesílá data prostřednictvím služby Azure Event Grid do Azure Data Exploreru. Tato analytická služba funguje jako historie uložením dat časových řad řešení.

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

  12. Azure Data Lake poskytuje dlouhodobé úložiště dat. Azure Synapse Analytics analyzuje a hlásí data.

  13. Pro vizualizační nástroje a podnikové aplikace 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 také vynucuje kvóty využití a omezení rychlosti.

    • Služba Azure SignalR odesílá oznámení do uživatelských rozhraní při změně telemetrie a dat.

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

      • IoT Hub
      • Fronty Azure Service Bus
      • Azure Event Hubs
      • Webhooky

  14. Aplikace služeb shromažďují data z vrstvy rozhraní API řízení přístupu. Tyto aplikace pak analyzují a připraví data pro aplikace koncových uživatelů. Nástroje Microsoftu, jako jsou Power Apps, Power BI a Azure Mapy vytvářejí sestavy a přehledy o datech v úložištích dat Azure.

  15. Podnikové aplikace používají připravená data. Příkladem může být:

    • Moduly Dynamics 365

    • Řešení nezávislých výrobců softwaru.

    • Aplikace Microsoft Teams.

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

Komponenty

Řešení používá tyto komponenty:

Základní součásti

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

    • Zabezpečení na úrovni zařízení
    • Služby zřizování zařízení.
    • Dvojče zařízení.
    • Služby příkazů a řízení.
    • Možnosti škálování na více instancí

  • Sady Azure IoT SDK poskytují doporučený způsob připojení zařízení ke službě IoT Hub. Mezi zařízení, která můžou používat tyto sady, patří:

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

    • Zařízení s nízkými požadavky na napájení.
    • Starší verze zařízení.
    • Omezená zařízení.

  • Data Factory je integrační služba, která funguje s potenciálně velkými bloky dat z různorodých úložišť dat. Tuto platformu můžete použít k orchestraci a automatizaci pracovních postupů transformace dat. Služba Data Factory může například překlenout mezeru mezi polostatičtími úložišti a komponentami historie, jako je Azure Data Explorer.

  • Konektory typu Business-to-business překládají a streamují data obousměrně mezi komponentami dodavatele a službou Azure Digital Twins. Rostoucí počet dodavatelů používá DTDL k vytváření standardních modelů. RealEstateCore poskytuje příklad. V důsledku toho se očekává, že tyto integrace budou v průběhu času jednodušší.

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

    Pomocí DTDL můžete vytvářet ontologie nebo existující sady modelů. Můžete také začít s modelem podporovaným v oboru:

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

  • Komponenty správy modelů udržují model DTDL:

    • Pro vytvoření modelu jsou k dispozici tyto možnosti:

      • Azure Digital Twins Explorer
      • Řešení nezávislých výrobců softwaru
      • Vlastní nástroje
      • Textové editory nebo editory kódu

    • Úložiště ontologií:

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

  • Azure Functions je bezserverová výpočetní platforma řízená událostmi. Pomocí služby Functions 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 dokáže zpracovávat různorodé datové proudy z aplikací, webů, zařízení IoT a dalších zdrojů.

  • Azure Cognitive Services poskytuje funkce umělé inteligence. Tyto služby nabízejí sadu předem natrénovaných modelů neurálních sítí pro cloud. Rozhraní REST API a sady SDK klientské knihovny vám můžou pomoct se sestavováním kognitivních inteligentních funkcí do aplikací. Můžete použít funkce služeb Cognitive Services:

    • Téměř v reálném čase.
    • Při určitých prahových hodnotách dat.
    • Na vyžádání.
    • U složitých úloh s dlouhými dobami zpracování.

  • Azure Machine Učení je cloudové prostředí, které pomáhá sestavovat, nasazovat a spravovat řešení prediktivní analýzy. Pomocí těchto modelů můžete předpovídat chování, výsledky a trendy.

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

  • Azure Synapse Analytics je analytická služba pro datové sklady a systémy pro velké objemy dat. Tato služba se integruje s Power BI, machine Učení a dalšími službami Azure.

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

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

  • Azure Event Hubs je plně spravovaná platforma streamování pro velké objemy dat.

  • Azure SignalR Service je opensourcová softwarová knihovna, která poskytuje způsob odesílání oznámení do webových aplikací v reálném čase.

Aplikace služeb

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

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

  • Microsoft Graph poskytuje nástroje pro přístup k datům v Microsoftu 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. Power Apps můžete použít k transformaci ručních obchodních operací na digitální automatizované procesy.
    • Power BI je kolekce softwarových služeb a aplikací, které zobrazují analytické informace.
    • Power Automate zjednodušuje opakující se úlohy a bez papíru.
    • Power Virtual Agents poskytuje chatovací roboty bez kódu, které splňují potřeby zákazníků a zaměstnanců ve velkém měřítku.

Podnikové aplikace

  • Dynamics 365 je portfolio aplikací pro správu obchodních operací.

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

  • služba Aplikace Azure a její funkce Web Apps poskytují architekturu pro vytváření, nasazování a škálování webových aplikací.

Sdílené součásti 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.

  • Microsoft 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.

  • Microsoft Entra ID je cloudová služba identit, která řídí přístup k Azure a dalším cloudovým aplikacím, včetně řešení nezávislých výrobců softwaru a místních řešení.

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

Alternativy

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

    • Databáze dokumentů.
    • Grafové databáze.
    • Dotazy ve stylu SQL
    • Azure Cosmos DB pro Apache Cassandra.

    Azure Synapse Link pro Službu Azure Cosmos DB poskytuje způsob spouštění analýz dat služby Azure Cosmos DB pomocí služby Azure Synapse Analytics. V důsledku toho můžete kombinovat různé datové služby v řešeních, která používají Službu Azure Cosmos DB.

  • Služba Event Hubs může také poskytovat službu pro příjem dat, která je škálovatelná a zabezpečená. Na rozdíl od IoT Hubu, který podporuje obousměrnou komunikaci se zařízeními, podporuje Event Hubs jednosměrný provoz. V důsledku toho nemůžete službu Event Hubs použít k odesílání příkazů a zásad zpět do zařízení. Event Hubs také nenabízí zabezpečení na úrovni zařízení. Služba Event Hubs je ale vhodná pro prostředí s velkým objemem zpráv z nízkého počtu vstupních zařízení.

Podrobnosti řešení

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

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

Chytrá místa můžou zahrnovat budovy, školní areály, podnikové areály, stadiony a města. Tato prostředí poskytují hodnotu tím, že pomáhají vlastníkům nemovitostí, správcům zařízení a uživatelům provozovat a udržovat lokality. Inteligentní místa také zefektivní, nákladově efektivní, pohodlná a produktivní.

Inteligentní prostory digitálně modelují prostory a kompilují relevantní data. Z dat můžete odvodit přehledy o tom, jak jsou lidé, místa a zařízení připojeni.

Potenciální případy použití

Toto řešení platí pro mnoho oblastí:

  • Inteligentní areály (obor vzdělávání)
  • Správa zařízení (nemovitosti)
  • Inteligentní stadiony (sportovní průmysl)
  • Inteligentní kanceláře
  • Optimalizace využití energií

Obchodní výsledky

V tomto ukázkovém řešení je vlastníkem rozsáhlých komerčních nemovitostí digitální transformace kancelářské nemovitosti. Toto vylepšení kombinuje starší data správy zařízení s novými funkcemi a technologiemi, mezi které patří:

  • Senzor obsazenosti.
  • Optimalizace front v kavárně.
  • Parkování.
  • Kyvadlová doprava.

Toto úsilí vyžaduje integraci zařízení brownfieldu a moderních zařízení Internetu věcí (IoT), která monitorují fyzický prostor. Zařízení brownfield komunikují prostřednictvím společných přenosů budov, jako jsou BACnet a Modbus.

Mezi cíle společnosti patří:

  • Optimalizace spotřeby energie diagnostikou chyb a zjednodušením správy služby u zákazníků. Tato optimalizace integruje stávající systém správy budov se zařízeními.

  • Odvozování nových prostorových přehledů a nabízení inovativních prostředí okupantů propojením moderních zařízení

  • Vývoj soudržného digitálního modelu prostředí propojením více zdrojů dat Model by měl rozšířit příležitosti analýzy dat.

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

  • Vytvoření řešení, které může snadno přidávat partnerová řešení. Řešení by také mělo zahrnovat partnerská data do digitálního dvojčete prostředí.

Důležité informace

Tyto aspekty implementují pilíře dobře architektuře Azure, což je sada hlavních principů, které je možné použít ke zlepšení kvality úlohy. Další informace naleznete v tématu Microsoft Azure Well-Architected Framework.

Pro toto řešení platí následující aspekty.

Spolehlivost

Spolehlivost zajišťuje, že vaše aplikace může splňovat závazky, které uděláte pro vaše zákazníky. Další informace najdete v tématu Přehled pilíře spolehlivosti.

Škálovatelnost

Řešení pro řešení inteligentních míst můžou být relativně jednoduchá implementace s nízkým objemem. Mohou také být sofistikované implementace, které zpracovávají velký objem dat. Příkladem implementace s vysokým objemem je řešení agregované telemetrie topení, ventilace a klimatizace (TVK) ve velkém areálu.

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

Flexibilita

Navrhněte inteligentní prostor tak, aby byl dobře integrovaný, ale také flexibilní. Inteligentní případy použití míst se rychle vyvíjejí. V určitém okamžiku po nasazení řešení budete muset přidat nové senzory, datové typy, funkce AI a techniky vizualizace. Zvýšení flexibility:

  • Zvolte volně svázané řešení, jako je navržená architektura.
  • Pro datové ontologie používejte oborové standardy. Tento přístup pomáhá zkrátit dobu potřebnou k přidání nových funkcí a integraci nového softwaru.
  • Použití služby API Management Tato platforma poskytuje způsob, jak vytvořit více stylů a podpisů rozhraní API pro jedno základní rozhraní API.

Zabezpečení

Zabezpečení poskytuje záruky proti záměrným útokům a zneužití cenných dat a systémů. Další informace najdete v tématu Přehled pilíře zabezpečení.

Starší řešení pro sestavování často spoléhají na nedostatek externího připojení jako primárního zdroje zabezpečení. Ale i data, která neidentifikují lidi, můžou poskytnout informace o firmě nebo lidech v budově. Organizace například používají kamery k počítání lidí, sledování prostředků a poskytování bezpečnostních dat.

Dávejte pozor, kde zpracováváte a ukládáte obrázky. Ujistěte se, že řešíte všechny požadavky zákazníků, včetně problémů s ochranou osobních údajů. Zajištění priority zabezpečení v průběhu životního cyklu dat vašeho řešení inteligentního prostoru Konkrétně si uvědomte, jaká data shromažďujete, kde je zpracováváte a ukládáte, a jaké závěry z ní vykreslíte.

Optimalizace nákladů

Optimalizace nákladů se zabývá způsoby, jak snížit zbytečné výdaje a zlepšit efektivitu provozu. Další informace najdete v tématu Přehled pilíře optimalizace nákladů.

K odhadu nákladů na řešení IoT použijte cenovou kalkulačku Azure.

Přispěvatelé

Tento článek spravuje Microsoft. Původně byla napsána následujícími přispěvateli.

Hlavní autor:

Další přispěvatel:

Další kroky