Slimme plaatsen maken met behulp van Azure Digital Twins

API Management
Data Explorer
Data Factory
Digital Twins
Functions
IoT Hub

Slimme plaatsen zijn fysieke omgevingen die verbonden apparaten en gegevensbronnen samenbrengen. Met behulp van deze omgevingen kunt u het volgende bekijken en beheren:

  • Producten en systemen.
  • Ruimten binnen en buiten.
  • Persoonlijke ervaringen met omgevingen.

Slimme plaatsen kunnen gebouwen, campussen, bedrijfscampussen, stadiums en steden bevatten. Deze omgevingen bieden waarde door eigenaren van eigenschappen, faciliteitsmanagers en gebruikers te helpen sites te beheren en te onderhouden. Slimme plaatsen zorgen er ook voor dat ruimten efficiënter, rendabeler, vertrouwder en productiever zijn.

Smart Spaces modelleren ruimten digitaal en compileren relevante gegevens. Aan de hand van die gegevens kunt u inzicht verkrijgen in de manier waarop mensen, plaatsen en apparaten zijn verbonden.

In dit artikel wordt een oplossing voor slimme ruimten beschreven. Azure Digital Twins vormt de kern van de architectuur door de omgeving te modelleren. Azure IoT Hub, een beheerde IoT-service, speelt ook een belangrijke rol, net als de analyseservice Azure Data Explorer.

Bedrijfsresultaten

In deze voorbeeldoplossing transformeert een grote commerciële onroerend goed-eigenaar een kantoorgebouw digitaal. Deze verbetering combineert verouderde gegevens over faciliteitenbeheer met nieuwe functies en technologieën, waaronder:

  • Bezettingsdetectie.
  • Optimalisatie van de wachtrij voor een wachtrij.
  • Parkeren.
  • Services voor het maken van een service.

Deze inspanning vereist de integratie van brownfield-apparaten en moderne Internet of Things (IoT)-apparaten die de fysieke ruimte bewaken. De brownfield-apparaten communiceren via algemene transporten van gebouwen, zoals BACnet en Modbus.

De doelstellingen van het bedrijf zijn onder andere:

  • Energieverbruik optimaliseren door fouten te diagnosticeren en fieldservice stroomlijnen. Met deze optimalisatie wordt het bestaande systeem voor gebouwbeheer geïntegreerd met apparaten.

  • Nieuwe ruimtelijke inzichten verkrijgen en innovatieve gebruikerservaringen bieden door moderne apparaten met elkaar te verbinden.

  • Het ontwikkelen van een samenhangend digitaal model van de omgeving door meerdere gegevensbronnen samen te brengen. Het model moet de mogelijkheden voor gegevensanalyse uitbreiden.

  • Een schaalbare oplossing maken die miljoenen gegevenspunten kan verzamelen en archiveren.

  • Het bouwen van een oplossing die eenvoudig partneroplossingen kan toevoegen. De oplossing moet ook partnergegevens opnemen in de digitale tweeling van de omgeving.

Potentiële gebruikscases

Deze oplossing is van toepassing op veel gebieden:

  • Slimme campussen
  • Faciliteitenbeheer
  • Slimme kantoren
  • Energieverbruikoptimalisatie

Architectuur

In het volgende diagram ziet u de gegevensstroom in deze oplossing:

  • De vakken met meerdere pictogrammen vertegenwoordigen categorieën van services. Binnen elke categorie werken services onafhankelijk of samen om functionaliteit te bieden.
  • Pijlen tussen vakken vertegenwoordigen de communicatie tussen de bijbehorende gebieden.

Diagram met de aanbevolen architectuur voor een oplossing voor slimme ruimte.

Download een SVG van deze architectuur.

  1. De omgeving kan gebruikmaken van deze en andere communicatieprotocollen:

    • Building Automation Controls Network (BACnet)
    • Modbus
    • KNX
    • LonWorks

  2. On-premises apparaten en systemen verzenden telemetrie en andere gegevens naar de cloud. Gegevensbronnen zijn onder andere:

    • Brownfield-apparaten
    • Sensoren voor directe verbinding
    • Sensoren die onafhankelijke softwareleveranciers (ISV's) bieden
    • Bestaande bedrijfssystemen

  3. Apparaten, sensoren en actuators genereren telemetrie. Sommige apparaten werken rechtstreeks met IoT Hub. Andere apparaten verzenden gegevens naar IoT Hub via Azure IoT Edge.

  4. Externe, batch- of verouderde systemen verzenden gegevens naar Azure Data Factory. Deze statische gegevens zijn doorgaans afkomstig uit bestanden en databases.

  5. Business-to-business-connectors vertalen leveranciersgegevens en streamen deze naar Azure Digital Twins.

  6. IoT Hub apparaat-telemetrie opgenomen. IoT Hub biedt ook de volgende services:

    • Beveiliging op apparaatniveau
    • Services voor apparaatinrichting
    • Apparaattweeling
    • Opdracht- en controleservices
    • Mogelijkheden voor uitschalen

  7. Data Factory transformeert semi-statische gegevens en draagt deze over naar Azure Data Explorer opslag of naar langetermijnopslag.

  8. Azure Functions ontvangt de IoT Hub en gebruikt Azure Digital Twins API's om de Azure Digital Twins. Azure Digital Twins bevat de ruimtelijke grafiek van de gebouwen en omgeving. Azure Digital Twins de omgeving met Digital Twins Definition Language (DTDL) . Azure Functions verwerkt de gegevens, met foutdetectie en grafiekupdates.

  9. Verschillende onderdelen maken, opslaan en laden van DTDL-modellen.

  10. Azure Digital Twins verzendt de gegevens via Azure Event Grid naar Azure Data Explorer. Deze analyseservice fungeert als een probleem door de tijdreeksgegevens van de oplossing op te slaan.

  11. Simulatie-engines en AI-hulpprogramma's verwerken de gegevens. Voorbeelden zijn Azure Cognitive Services, AI-modellen en partnersimulatieservices.

  12. Azure Data Lake biedt langetermijnopslag voor de gegevens. Azure Synapse Analytics analyseert en rapporteert over de gegevens.

  13. Voor visualisatiehulpprogramma's en zakelijke apps biedt de toegangslaag van de oplossing beveiligde toegang tot kernsysteemservices:

    • Azure API Management biedt functionaliteit voor het normaliseren, beveiligen en aanpassen van API's. Dit platform dwingt ook gebruiksquota en snelheidslimieten af.

    • Azure SignalR Service verzendt meldingen naar UIs wanneer telemetrie en gegevens worden gewijzigd.

    • Voor toepassingen die gegevens asynchroon of op volume uitwisselen, bieden verschillende onderdelen publicatie- en abonneermechanismen:

      • IoT Hub
      • Azure Service Bus-wachtrijen
      • Azure Event Hubs
      • Web hooks

  14. Servicetoepassingen verzamelen gegevens van de API-laag voor toegangsbeheer. Deze toepassingen analyseren en bereiden de gegevens vervolgens voor op toepassingen van eindgebruikers. Met hulpprogramma's van Microsoft Power Apps, Power BI en Azure kunt Kaarten rapporten en inzichten maken over gegevens in de Azure-gegevensopslag.

  15. Bedrijfstoepassingen gebruiken de voorbereide gegevens. Enkele voorbeelden:

    • Dynamics 365-modules.

    • ISV-oplossingen.

    • Microsoft Teams apps.

    • Voor velden geoptimaliseerde oplossingen, zoals mobiele apps en wearables:

Onderdelen

De oplossing maakt gebruik van de volgende onderdelen:

Kernonderdelen

  • IoT Hub verbindt apparaten met Azure-cloudbronnen. Deze beheerde service biedt:

    • Beveiliging op apparaatniveau.
    • Services voor apparaatinrichting.
    • Apparaattweeling.
    • Opdracht- en controleservices.
    • Mogelijkheden voor uitschalen.

  • Azure IoT SDK's bieden de aanbevolen manier voor apparaten om verbinding te maken met IoT Hub. Apparaten die deze kits kunnen gebruiken, zijn onder andere:

    • Azure Sphere apparaten.
    • Apparaten met Azure RTOS.

  • IoT Edge voert cloudworkloads uit op IoT Edge apparaten. Met name deze centrale berichtenhub kan realtime analyses uitvoeren via Azure Machine Learning en Azure Stream Analytics. IoT Edge fungeert ook als een gateway voor IoT Hub voor:

    • Apparaten met weinig energievereisten.
    • Verouderde apparaten.
    • Beperkte apparaten.

  • Data Factory is een integratieservice die werkt met mogelijk grote gegevensblokken uit verschillende gegevensopslag. U kunt dit platform gebruiken om werkstromen voor gegevenstransformatie te beheren en te automatiseren. Zo kunnen Data Factory de hiaat tussen semi-statische winkels en onderdelen zoals Azure Data Explorer.

  • Business-to-business-connectors vertalen en streamen gegevens bidirectioneel tussen onderdelen van de leverancier en Azure Digital Twins. Een groeiend aantal leveranciers gebruikt DTDL om modellen te maken die voldoen aan de industriestandaard. RealEstateCore biedt een voorbeeld. Als gevolg hiervan worden deze integraties naar verwachting na een periode eenvoudiger.

  • Azure Digital Twins digitale weergaven van IoT-apparaten en -omgevingen op. U kunt deze gegevens gebruiken voor het doorgeven van gegevens of voor analyse in realtime. Intern Azure Digital Twins:

    U kunt ontologieënof bestaande modelsets bouwen met behulp van DTDL. U kunt ook beginnen met een model dat wordt ondersteund door de branche:

  • Azure Digital Twins Explorer is een hulpprogramma voor ontwikkelaars dat u kunt gebruiken om gegevens, modellen en grafieken te visualiseren en Azure Digital Twins te gebruiken. Dit hulpprogramma is momenteel beschikbaar als openbare preview.

  • Modelbeheeronderdelen onderhouden het DTDL-model:

  • Functions is een gebeurtenisgestuurd serverloos rekenplatform. Met Functions kunt u triggers en bindingen gebruiken om services op schaal te integreren.

  • Azure Data Explorer is een snelle, volledig beheerde service voor gegevensanalyse. U kunt deze service gebruiken voor realtime analyse van grote hoeveelheden gegevens. Azure Data Explorer kunt diverse gegevensstromen van toepassingen, websites, IoT-apparaten en andere bronnen verwerken.

  • Cognitive Services biedt AI-functionaliteit. Deze services bieden een set vooraf getrainde, neurale netwerkmodellen voor de cloud. Met de REST API's en clientbibliotheek-SDK's kunt u cognitieve intelligentie in apps bouwen. U kunt de Cognitive Services gebruiken:

    • Nagenoeg in realtime.
    • Bij bepaalde gegevensdrempels.
    • Op aanvraag.
    • Voor complexe taken met lange verwerkingstijden.

  • Machine Learning is een cloudomgeving die u helpt bij het bouwen, implementeren en beheren van predictive analytics oplossingen. Met deze modellen kunt u gedrag, resultaten en trends voorspellen.

  • Azure Data Lake slaat een grote hoeveelheid gegevens op in de oorspronkelijke, onbewerkte indeling. De gegevens zijn doorgaans afkomstig uit meerdere, heterogene bronnen en kunnen gestructureerd, semi-gestructureerd of ongestructureerd zijn.

  • Azure Synapse Analytics is een analyseservice voor datawarehouses en big data systemen. Deze service kan worden geïntegreerd met Power BI, Machine Learning en andere Azure-services.

  • API Management maakt consistente, moderne API-gateways voor back-endservices. Naast het accepteren van API-aanroepen en doorsturen naar back-ends, verifieert dit platform ook sleutels, tokens, certificaten en andere referenties. API Management logboeken worden ook metagegevens aanroepen en worden gebruiksquota en snelheidslimieten afgedwongen.

  • Service Bus is een volledig beheerde berichtenbroker voor ondernemingen. Service Bus ondersteunt berichtenwachtrijen en onderwerpen over publiceren/abonneren.

  • Event Hubs is een volledig beheerd streamingplatform voor big data.

  • Azure SignalR Service is een opensource-softwarebibliotheek die een manier biedt om in realtime meldingen naar web-apps te verzenden.

Servicetoepassingen

  • Azure Logic Apps automatiseert werkstromen door apps en gegevens te verbinden tussen clouds.

  • Azure Kaarten biedt georuimtelijke API's voor het toevoegen van kaarten, ruimtelijke analyses en mobiliteitsoplossingen aan apps.

  • Microsoft Graph hulpprogramma's voor toegang tot gegevens in Microsoft 365, Windows 10 en Enterprise Mobility + Security.

  • Power Platform is een verzameling producten en services die hulpprogramma's met weinig code bieden voor het maken van efficiënte en flexibele oplossingen:

    • Power Apps is een suite met apps, services, connectors en een gegevensplatform. U kunt deze Power Apps om handmatige bedrijfsactiviteiten te transformeren naar digitale, geautomatiseerde processen.
    • Power BI is een verzameling softwareservices en apps die analysegegevens weergeven.
    • Power Automate stroomlijnt terugkerende taken en papierloze processen.
    • Power Virtual Agents biedt chatbots zonder code om op schaal te voldoen aan de behoeften van klanten en werknemers.

Bedrijfstoepassingen

  • Dynamics 365 is een portfolio met toepassingen voor het beheren van bedrijfsactiviteiten.

  • Microsoft Teams biedt services voor vergadering, berichten, oproepen en samenwerken.

  • App Service en de Web Apps bieden een framework voor het bouwen, implementeren en schalen van web-apps.

Gedeelde ondersteuningsonderdelen

Deze services bieden ondersteuning voor onderdelen op alle gebieden van de oplossing:

  • Azure Monitor verzamelt en analyseert app-telemetrie, zoals metrische prestatiegegevens en activiteitenlogboeken. Deze service waarschuwt apps en medewerkers over onregelmatige omstandigheden.

  • Azure Defender for IoT is een geïntegreerde beveiligingsservice die IoT-systemen beschermt door beveiligingsproblemen en bedreigingen te identificeren.

  • Azure DevOps Services biedt services, hulpprogramma's en omgevingen voor het beheren van codeprojecten en implementaties.

  • Azure Active Directory (Azure AD) is een identiteitsservice in de cloud die de toegang tot Azure en andere cloud-apps beheert, waaronder ISV-oplossingen en on-premises oplossingen.

  • Azure Key Vault wordt de toegang tot de geheimen van een systeem, zoals API-sleutels, wachtwoorden, certificaten en cryptografische sleutels, veilig opgeslagen en gecontroleerd.

Alternatieven

  • Azure Cosmos DB is een andere optie voor gegevensopslag. Deze volledig beheerde NoSQL-databaseservice kan eenvoudig worden geschaald. Azure Cosmos DB biedt verschillende manieren om toegang te krijgen tot gegevens, waaronder:

    • Documentdatabases.
    • Graph databases.
    • SQL query's in de stijl.
    • Een Cassandra-API.

    Azure Synapse Link voor Azure Cosmos DB biedt een manier om analyses uit te voeren op Azure Cosmos DB gegevens met behulp van Azure Synapse Analytics. Als gevolg hiervan kunt u verschillende gegevensservices combineren in oplossingen die gebruikmaken van Azure Cosmos DB.

  • Event Hubs kan ook een schaalbare en veilige opnameservice bieden. In tegenstelling IoT Hub, dat bidirectionele communicatie met apparaten ondersteunt, Event Hubs ondersteuning voor eenrichtingsverkeer. Als gevolg hiervan kunt u geen gebruik Event Hubs opdrachten en beleid terug te sturen naar apparaten. Event Hubs biedt ook geen beveiliging op apparaatniveau. Maar Event Hubs is geschikt voor omgevingen met een groot aantal berichten van een laag aantal invoerapparaten.

Overwegingen

De volgende overwegingen zijn van toepassing op deze oplossing:

Schaalbaarheidsoverwegingen

Oplossingen voor slimme plaatsen kunnen relatief eenvoudige implementaties met een laag volume zijn. Dit kunnen ook geavanceerde implementaties zijn die een grote hoeveelheid gegevens verwerken. Een oplossing voor het aggregeren van de telemetrie van airconditioning, koeling en airconditioning (HVAC) op een grote campus is een voorbeeld van een hoge volume-implementatie.

De belangrijkste Azure-services in deze oplossing zijn schaalbaar en zijn qua ontwerp zeer geschikt voor complexe oplossingen. Maar wanneer u deze services combineert, moet u ervoor zorgen dat ze geen punten maken. Voer vroeg in de ontwikkelingscyclus prestatietests uit met geplande intervallen om mogelijke problemen te identificeren.

Overwegingen voor flexibiliteit

Ontwerp uw slimme ruimte zo dat deze goed is geïntegreerd, maar ook flexibel is. Smart places-gebruiksgevallen ontwikkelen zich snel. Nadat u uw oplossing hebt geïmplementeerd, moet u op een bepaald moment nieuwe sensoren, gegevenstypen, AI-functionaliteit en visualisatietechnieken toevoegen. Flexibiliteit vergroten:

  • Kies een losjes gekoppelde oplossing zoals de voorgestelde architectuur.
  • Gebruik industriestandaarden voor gegevensontologie. Deze aanpak vermindert de tijd die nodig is om nieuwe functionaliteit toe te voegen en nieuwe software te integreren.
  • Gebruik API Management. Dit platform biedt een manier om meerdere API-stijlen en handtekeningen te maken voor één onderliggende API.

Beveiligingsoverwegingen

Verouderde oplossingen voor bouwen zijn vaak afhankelijk van een gebrek aan externe connectiviteit als primaire bron van beveiliging. Maar zelfs gegevens die geen personen identificeren, kunnen informatie geven over een bedrijf of de personen in een gebouw. Organisaties gebruiken bijvoorbeeld camera's om mensen te tellen, assets bij te houden en beveiligingsgegevens te verstrekken.

Wees voorzichtig met het verwerken en opslaan van afbeeldingen. Zorg ervoor dat u aan alle klantvereisten voldoet, inclusief privacyproblemen. Maak beveiliging een prioriteit gedurende de gegevenslevenscyclus van uw slimme-ruimteoplossing. Let met name op welke gegevens u verzamelt, waar u deze verwerkt en opgeslagen, en welke conclusies u op basis daarvan trekt.

Prijzen

Gebruik de Azure-prijscalculator om een schatting te maken van de kosten van een IoT-oplossing.

  • Zie Principles of cost optimization (Principes van kostenoptimalisatie) in de documentatie van Microsoft Azure Well-Architected Framework voor andere kostenoverwegingen.
  • Zie Azure IoT Reference Architecture (Referentiearchitectuur voor Azure IoT) voor een discussie over het optimaliseren van de kosten van services die vaak door IoT-oplossingen worden gebruikt.

Volgende stappen