Пошаговое руководство по работе с настроенным решением для удаленного мониторинга

Предварительно настроенное решение для удаленного мониторинга набора IoT Suite — это реализация комплексного решения для мониторинга для сценария с использованием нескольких компьютеров в удаленных расположениях. Это решение объединяет основные службы Azure, чтобы обеспечить универсальную реализацию бизнес-сценария. Его можно использовать в качестве отправной точки для собственной реализации и настроить в соответствии с потребностями конкретной организации.

В этой статье рассматриваются некоторые основные компоненты решения для удаленного мониторинга, чтобы вы смогли представить, как оно работает. Эти знания помогут вам:

• устранить проблемы, возникшие с решением;
• спланировать настройку решения в соответствии с определенными требованиями;
• спроектировать собственное решение IoT, использующее службы Azure.

Логическая архитектура

На следующей диаграмме показаны логические компоненты предварительно настроенного решения.

Микрослужбы и контейнеры Docker

Удаленный мониторинг — это первое из наших предварительно настроенных решений, в котором используется архитектура микрослужб. Решение доступно для .NET и Java. Микрослужбы стали наиболее распространенным средством достижения масштабируемости и гибкости (благодаря поддержке индивидуального развертывания контейнеров) без ущерба для скорости разработки. Микрослужбы позволяют секционировать код и предоставляют четко структурированные интерфейсы. Это обеспечивает простоту решений делает их менее монолитными. Кроме того, микрослужбы расширяют возможности партнеров, которые стремятся увеличить доступный набор акселераторов решений, чтобы создавать готовые решения, доступные для монетизации.

Дополнительные сведения о контейнерах Docker

• Установка Docker
• Стандартные команды Docker для удаленного мониторинга
• Начало работы с Docker

Имитированные устройства

В настроенном решении виртуальное устройство представляет собой устройство охлаждения (например, кондиционер воздуха в помещении или установку кондиционирования воздуха объекта). При развертывании предварительно настроенного решения вы также автоматически подготавливаете четыре имитации устройств, которые выполняются в веб-задании Azure. Эти устройства упрощают изучение поведения решения, не требуя развертывания физических устройств. Сведения о развертывании физического устройства см. в статье Подключение устройства к предварительно настроенному решению для удаленного мониторинга (Windows).

Отправка сообщений с устройства в облако

Каждое виртуальное устройство может отправлять следующие типы сообщений в Центр Интернета вещей.

Сообщение	Описание
Запуск	При запуске устройство отправляет в серверную часть сообщение со сведениями об устройстве . Например, идентификатор устройства и список команд и методов, поддерживаемых устройством.
Присутствие	Устройство периодически отправляет сообщение о присутствии , чтобы сообщить, может ли оно определить присутствие датчика.
Телеметрия	Устройство периодически отправляет сообщение телеметрии со значениями температуры и влажности, полученными от виртуальных датчиков.

Примечание

Решение сохраняет список команд, поддерживаемых устройством, в базе данных Cosmos DB, а не в двойнике устройства.

Свойства и двойники устройств

Имитации устройств отправляют следующие свойства устройств двойнику в Центре Интернета вещей в виде сообщаемых свойств. Устройство отправляет сообщаемые свойства при запуске и в ответ на метод или команду изменения состояния устройства.

Свойство	Цель
Config.TelemetryInterval	Частота (в секундах), с которой устройство отправляет данные телеметрии
Config.TemperatureMeanValue	Указывает среднее значение имитированных данных телеметрии (температуры)
Device.DeviceID	Идентификатор, предоставленный или назначенный при создании устройства в решении
Device.DeviceState	Состояние, сообщаемое устройством
Device.CreatedTime	Время создания устройства в решении
Device.StartupTime	Время запуска устройства
Device.LastDesiredPropertyChange	Номер версии последнего изменения требуемых свойств
Device.Location.Latitude	Широта расположения устройства
Device.Location.Longitude	Долгота расположения устройства
System.Manufacturer	Производитель устройства
System.ModelNumber	Номер модели устройства
System.SerialNumber	Серийный номер устройства
System.FirmwareVersion	Текущая версия встроенного ПО на устройстве
System.Platform	Архитектура платформы устройства
System.Processor	Процессор, управляющий устройством
System.InstalledRAM	Объем ОЗУ, установленного на устройстве

Симулятор заполняет эти свойства в виртуальных устройствах образцами данных. Каждый раз, когда симулятор инициализирует имитацию устройства, устройство отправляет предварительно определенные метаданные в Центр Интернета вещей в виде сообщаемых свойств. Сообщаемые свойства могут обновляться только устройством. Чтобы изменить сообщаемое свойство, задайте на портале решения требуемое свойство. Устройство отвечает за следующие действия:

1. Периодическое получение требуемых свойств из Центра Интернета вещей.
2. Обновление своей конфигурации с помощью значения требуемого свойства.
3. Отправка нового значения обратно в центр в виде сообщаемого свойства.

На панели мониторинга решения можно воспользоваться требуемыми свойствами, чтобы задать значения свойств устройства с помощью двойника устройства. Как правило, устройство считывает в центре значение требуемого свойства для обновления своего внутреннего состояния и сообщает об изменении в виде сообщаемого свойства.

Примечание

Код имитации устройства использует только требуемые свойства Desired.Config.TemperatureMeanValue и Desired.Config.TelemetryInterval, чтобы обновить сообщаемые свойства, отправляемые обратно в Центр Интернета вещей. Все прочие запросы на изменение требуемых свойств в имитации устройства игнорируются.

Методы

Имитации устройств могут обрабатывать следующие методы (прямые методы), вызываемые из портала решения через Центр Интернета вещей:

Метод	Описание
InitiateFirmwareUpdate	Сообщает устройству о выполнении обновления встроенного ПО
Перезагрузка	Сообщает устройству о перезагрузке
FactoryReset	Сообщает устройству о выполнении сброса до заводских настроек

Некоторые методы используют сообщаемые свойства для продолжения процесса. Например, метод InitiateFirmwareUpdate имитирует на устройстве асинхронное выполнение обновления. Метод немедленно возвращается на устройстве, в то время как асинхронная задача продолжает отправлять обновления состояния обратно на панель мониторинга решения, используя сообщаемые свойства.

Команды

Имитации устройств могут обрабатывать следующие команды (сообщения, отправляемые из облака на устройство), отправляемые из портала решения через Центр Интернета вещей:

Get-Help	Описание
PingDevice	Отправляет на устройство ping-запрос для проверки его активности
StartTelemetry	Запускает отправку данных телеметрии с устройства.
StopTelemetry	Останавливает отправку данных телеметрии устройством
ChangeSetPointTemp	Изменяет значение заданной точки, вокруг которой формируются случайные данные
DiagnosticTelemetry	Вызывает отправку симулятором устройства дополнительного значения телеметрии (externalTemp)
ChangeDeviceState	Изменяет свойство расширенного состояния устройства и отправляет с устройства сообщение со сведениями об устройстве

Примечание

Сравнение этих команд (сообщений, отправляемых из облака на устройство) и методов (прямых методов) см. в статье Руководство по обмену данными между облаком и устройством.

Центр Интернета вещей

Центр Интернета вещей принимает данные, отправленные с устройств в облако, и предоставляет к ним доступ заданиям Azure Stream Analytics (ASA). Каждый поток заданий ASA использует отдельную группу потребителей Центра Интернета вещей для считывания потока сообщений с устройств.

Центр Интернета вещей также выполняет в решении следующие функции:

• Поддерживает реестр удостоверений, в котором хранятся идентификаторы и ключи аутентификации всех устройств с разрешением на подключение к порталу. С помощью реестра удостоверений можно включать и отключать устройства.
• Отправляет устройствам команды от имени портала устройства.
• Вызывает на устройствах методы от имени портала устройства.
• Поддерживает двойники устройств для всех зарегистрированных устройств. Двойник устройства хранит значения свойств, сообщаемые устройством. Двойник устройства также хранит требуемые свойства, заданные на портале решения, которые извлекаются устройством при следующем подключении.
• Планирует задания, чтобы задать значения свойств для нескольких устройств или вызвать методы на нескольких устройствах.

Azure Stream Analytics

В решении для удаленного мониторинга Azure Stream Analytics (ASA) отправляет сообщения, полученные с устройств в Центре Интернета вещей, другим компонентам серверной части для обработки или хранения. Каждое задание ASA выполняет определенные функции в зависимости от содержимого сообщений.

Задание 1. Сведения об устройстве. Фильтрует сообщения со сведениями об устройстве из входящего потока сообщений и отправляет их в конечную точку концентратора событий. Устройство отправляет сообщения с информацией об устройстве при запуске и в ответ на команду SendDeviceInfo. Чтобы определить сообщения со сведениями об устройстве, задание использует следующее определение запроса.

SELECT * FROM DeviceDataStream Partition By PartitionId WHERE  ObjectType = 'DeviceInfo'

Это задание отправляет выходные данные в концентратор событий для дальнейшей обработки.

Задание 2. Правила. Оценивает входящие телеметрические значения температуры и влажности и сравнивает с пороговым значением для устройства. Пороговые значения задаются в редакторе правил, доступном на портале решения. Каждая пара "устройство/значение" хранится с меткой времени в большом двоичном объекте, который обработчик Stream Analytics считывает как ссылочные данные. Задание сравнивает все непустые значения с заданным пороговым значением для устройства. Если оно превышает условие ">", задание выводит событие тревоги , указывающее, что пороговое значение превышено, и предоставляет значения устройства, значения и метки времени. Чтобы определить сообщения телеметрии, которые должны активировать оповещение, задание использует следующее определение запроса:

WITH AlarmsData AS 
(
SELECT
     Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
     'Temperature' as ReadingType,
     Stream.Temperature as Reading,
     Ref.Temperature as Threshold,
     Ref.TemperatureRuleOutput as RuleOutput,
     Stream.EventEnqueuedUtcTime AS [Time]
FROM IoTTelemetryStream Stream
JOIN DeviceRulesBlob Ref ON Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId = Ref.DeviceID
WHERE
     Ref.Temperature IS NOT null AND Stream.Temperature > Ref.Temperature

UNION ALL

SELECT
     Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
     'Humidity' as ReadingType,
     Stream.Humidity as Reading,
     Ref.Humidity as Threshold,
     Ref.HumidityRuleOutput as RuleOutput,
     Stream.EventEnqueuedUtcTime AS [Time]
FROM IoTTelemetryStream Stream
JOIN DeviceRulesBlob Ref ON Stream.IoTHub.ConnectionDeviceId = Ref.DeviceID
WHERE
     Ref.Humidity IS NOT null AND Stream.Humidity > Ref.Humidity
)

SELECT *
INTO DeviceRulesMonitoring
FROM AlarmsData

SELECT *
INTO DeviceRulesHub
FROM AlarmsData

Задание отправляет выходные данные в концентратор событий для дальнейшей обработки и сохраняет сведения о каждом оповещении в хранилище BLOB-объектов, откуда их может считывать портал решения.

Задание 3. Телеметрия. Работает на входящем потоке телеметрии устройства, используя два метода. Первый отправляет все сообщения телеметрии с устройств в постоянное хранилище BLOB-объектов для долгосрочного хранения. Второй вычисляет среднее, минимальное и максимальное значения влажности в течение пятиминутного скользящего окна, а потом отправляет эти данные в хранилище BLOB-объектов. Портал решения считывает данные телеметрии из хранилища BLOB-объектов, чтобы заполнить диаграммы. Это задание использует следующее определение запроса:

WITH 
    [StreamData]
AS (
    SELECT
        *
    FROM [IoTHubStream]
    WHERE
        [ObjectType] IS NULL -- Filter out device info and command responses
) 

SELECT
    IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
    Temperature,
    Humidity,
    ExternalTemperature,
    EventProcessedUtcTime,
    PartitionId,
    EventEnqueuedUtcTime,
    * 
INTO
    [Telemetry]
FROM
    [StreamData]

SELECT
    IoTHub.ConnectionDeviceId AS DeviceId,
    AVG (Humidity) AS [AverageHumidity],
    MIN(Humidity) AS [MinimumHumidity],
    MAX(Humidity) AS [MaxHumidity],
    5.0 AS TimeframeMinutes 
INTO
    [TelemetrySummary]
FROM [StreamData]
WHERE
    [Humidity] IS NOT NULL
GROUP BY
    IoTHub.ConnectionDeviceId,
    SlidingWindow (mi, 5)

Центры событий

Задания ASA Сведения об устройстве и Правила выводят данные в Центры событий, чтобы надежно перенаправить их в обработчик событий, запущенный в веб-задании.

Хранилище Azure

Решение использует хранилище BLOB-объектов Azure, чтобы сохранять все необработанные и сводные данные телеметрии с устройств в решении. Портал считывает данные телеметрии из хранилища BLOB-объектов, чтобы заполнить диаграммы. Чтобы отобразить оповещения, портал решения считывает данные из хранилища BLOB-объектов, регистрирующего события превышения настроенных пороговых значений телеметрии. Решение также использует хранилище BLOB-объектов для записи пороговых значений, которые пользователь задал на портале решения.

веб-задания;

В дополнение к размещению имитаций устройств в веб-заданиях решения также размещается обработчик событий, работающий в веб-задании Azure, который обрабатывает ответы команд. Он использует сообщения об ответе на команды для обновления журнала команд устройства (хранится в базе данных Cosmos DB).

Cosmos DB

Решение использует базу данных Cosmos DB для хранения сведений о подключенных к нему устройствах, например журнала команд, отправленных на устройства с портала решения, и методов, вызванных с портала решения.

Портал решения

Портал решения представляет собой веб-приложение, разворачиваемое в составе предварительно настроенного решения. Основными страницами на портале решения являются панель мониторинга и список устройств.

Панель мониторинга

Эта страница в веб-приложении использует элементы управления JavaScript PowerBI (см. в репозитории визуальных элементов PowerBI) для визуализации данных телеметрии с устройств. Решение использует задание телеметрии ASA для записи данных телеметрии в хранилище BLOB-объектов.

Список устройств

На этой странице портала решения можно выполнить перечисленные ниже действия.

• Подготовка нового устройства. Это действие задает уникальный идентификатор устройства и создает ключ проверки подлинности. Сведения об устройстве записываются в реестр удостоверений Центра Интернета вещей и базу данных Cosmos DB определенного решения.
• Управление свойствами устройства. Это действие выполняет просмотр имеющихся свойств и их обновление.
• Отправка команд на устройство.
• Просмотр журнала команд для устройства.
• Включение и отключение устройств.

Дальнейшие действия

В записях блога на сайте TechNet приведены дополнительные сведения о предварительно настроенном решении удаленного мониторинга:

• IoT Suite - Under The Hood - Remote Monitoring (IoT Suite. Как работает удаленный мониторинг).
• IoT Suite - Remote Monitoring - Adding Live and Simulated Devices (IoT Suite. Удаленный мониторинг: добавление реальных и виртуальных устройств).

Дополнительные сведения об IoT Suite см. в следующих статьях.

• Подключение устройства к предварительно настроенное решение для удаленного мониторинга
• Разрешения на сайте azureiotsuite.com