Skapa smarta platser med hjälp av Azure Digital Twins

Data Explorer
Data Factory
Digital Twins
Functions
IoT Hub

Smarta platser är fysiska miljöer som sammanför anslutna enheter och datakällor. Med hjälp av dessa miljöer kan du se och kontrollera:

  • Produkter och system.
  • Inre och inre utrymmen.
  • Personliga upplevelser med miljöer.

Smarta platser kan vara byggnader, campus på universitet, företags campus, arenor och städer. Dessa miljöer ger värde genom att hjälpa egenskapsägare, anläggningschefer och personer att driva och underhålla platser. Smarta platser gör också utrymmen mer effektiva, kostnadseffektiva, bekväma och produktiva.

Smarta utrymmen modellerar utrymmen digitalt och kompilerar relevanta data. Utifrån dessa data kan du härleda insikter om hur personer, platser och enheter är anslutna.

Den här artikeln beskriver en lösning för smarta utrymmen. Azure Digital Twins utgör kärnan i arkitekturen genom att modellera miljön. Azure IoT Hub, som är en hanterad IoT-tjänst, spelar också en viktig roll, precis som analystjänsten Azure Data Explorer.

Affärsresultat

I den här exempellösningen transformerar en stor kommersiell ägare av en kontorsegenskap digitalt. Den här förbättringen kombinerar äldre hanteringsdata för anläggningar med nya funktioner och tekniker som:

  • Användningsavkänning.
  • – Optimering av köer.
  • Parkering.
  • Transferservice.

Detta kräver integrering av brownfield-enheter och moderna Sakernas Internet(IoT)-enheter som övervakar det fysiska utrymmet. Enheterna brownfield kommunicerar via vanliga byggtransporttjänster som BACnet och Modbus.

Företagets mål är:

  • Optimera energiförbrukningen genom att diagnostisera fel och effektivisera fältservice hantering. Den här optimeringen integrerar det befintliga bygghanteringssystemet med enheter.

  • Härleda nya rumsliga insikter och erbjuda innovativa upplevelser för personer genom att ansluta moderna enheter.

  • Utveckla en sammanhängande digital modell av miljön genom att sammanföra flera datakällor. Modellen bör utöka dataanalysmöjligheter.

  • Skapa en skalbar lösning som kan samla in och arkivera miljontals datapunkter.

  • Skapa en lösning som enkelt kan lägga till partnerlösningar. Lösningen bör även införliva partnerdata i miljöns digitala tvilling.

Potentiella användningsfall

Den här lösningen gäller för många områden:

  • Smarta campus
  • Anläggningshantering
  • Smarta kontor
  • Energioptimering

Arkitektur

Följande diagram visar dataflödet i den här lösningen:

  • Rutorna som innehåller flera ikoner representerar tjänstkategorier. Inom varje kategori fungerar tjänster oberoende eller tillsammans för att tillhandahålla funktioner.
  • Pilar mellan rutor representerar kommunikationen mellan motsvarande områden.

Diagram som illustrerar den rekommenderade arkitekturen för en smart utrymmeslösning.

Ladda ned en SVG för den här arkitekturen.

  1. Miljön kan använda dessa och andra kommunikationsprotokoll:

    • Skapa Automation Controls-nätverk (BACnet)
    • Modbus
    • KNX
    • Lonworks

  2. Lokala enheter och system skickar telemetri och andra data till molnet. Datakällor är:

    • Brownfield-enheter
    • Direkt connect-sensorer
    • Sensorer som oberoende programvaruleverantörer (ISV: er) tillhandahåller
    • Befintliga affärssystem

  3. Enheter, sensorer och actuatorer genererar telemetri. Vissa enheter interagerar direkt med IoT Hub. Andra enheter skickar data till IoT Hub via Azure IoT Edge.

  4. Externa, batch- eller äldre system skickar data till Azure Data Factory. Dessa statiska data kommer vanligtvis från filer och databaser.

  5. Anslutningsappar för företag-till-företag översätter leverantörsdata och strömmar dem till Azure Digital Twins.

  6. IoT Hub matar in enhettelemetri. IoT Hub tillhandahåller även följande tjänster:

    • Säkerhet på enhetsnivå
    • Enhetsetableringstjänster
    • Enhetstvillingarna
    • Kommando- och kontrolltjänster
    • Utskalningsfunktioner

  7. Data Factory transformerar halv statiska data och överför dem till Azure Data Explorer eller till långsiktig lagring.

  8. Azure Functions tar emot IoT Hub data och använder Azure Digital Twins API:er för att uppdatera Azure Digital Twins. Azure Digital Twins innehåller den rumsliga grafen över byggnader och miljöer. Azure Digital Twins modellerar miljön med Digital Twins Definition Language (DTDL). Azure Functions bearbetar data och utför felidentifiering och diagramuppdateringar.

  9. Olika komponenter skapar, lagrar och läser in DTDL-modeller.

  10. Azure Digital Twins skickar data via Azure Event Grid till Azure Data Explorer. Den här analystjänsten fungerar som en skribent genom att lagra lösningens tidsseriedata.

  11. Simuleringsmotorer och AI-verktyg bearbetar data. Exempel är Azure Cognitive Services, AI-modeller och tjänster för partnersimulering.

  12. Azure Data Lake tillhandahåller långsiktig lagring av data. Azure Synapse Analytics analyserar och rapporterar om data.

  13. För visualiseringsverktyg och företagsappar ger lösningsåtkomstlagret säker åtkomst till grundläggande systemtjänster:

    • Azure API Management funktioner för normalisering, skydd och anpassning av API:er. Den här plattformen tillämpar även användningskvoter och hastighetsbegränsningar.

    • Azure SignalR Service skickar meddelanden till UI när telemetri och data ändras.

    • För program som utbyter data asynkront eller i volym tillhandahåller olika komponenter mekanismer för publicering och prenumeration:

      • IoT Hub
      • Azure Service Bus-köer
      • Azure Event Hubs
      • Web Hooks

  14. Tjänstprogram samlar in data från API-lagret för åtkomstkontroll. Dessa program analyserar och förbereder sedan data för slutanvändarprogram. Microsoft-verktyg som Power Apps, Power BI och Azure Kartor skapa rapporter och insikter om data i Azure-datalager.

  15. Företagsprogram använder förberedda data. Exempel:

    • Dynamics 365-moduler.

    • ISV-lösningar.

    • Microsoft Teams appar.

    • Fältoptimerade lösningar som mobilappar och bärbara datorer:

Komponenter

Lösningen använder följande komponenter:

Huvudkomponenter

  • IoT Hub ansluter enheter till Azure-molnresurser. Den här hanterade tjänsten tillhandahåller:

    • Säkerhet på enhetsnivå.
    • Enhetsetableringstjänster.
    • Enhetstvillingarna.
    • Kommando- och kontrolltjänster.
    • Utskalningsfunktioner.

  • Azure IoT-SDK:er är det rekommenderade sättet för enheter att ansluta till IoT Hub. Enheter som kan använda dessa paket är:

    • Azure Sphere enheter.
    • Enheter som kör Azure RTOS.

  • IoT Edge kör molnarbetsbelastningar på IoT Edge enheter. Mer specifikt kan den här centrala meddelandehubben köra realtidsanalys via Azure Machine Learning och Azure Stream Analytics. IoT Edge fungerar också som en gateway att IoT Hub för:

    • Enheter med krav på låg ström.
    • Äldre enheter.
    • Begränsade enheter.

  • Data Factory är en integreringstjänst som fungerar med potentiellt stora datablock från olika datalager. Du kan använda den här plattformen för att samordna och automatisera arbetsflöden för datatransformering. Till exempel kan Data Factory överbrygga brygga mellan delvis statiska lager och komponenter som Azure Data Explorer.

  • Anslutningsappar för företag-till-företag översätter och strömmar data dubbelriktat mellan leverantörskomponenter och Azure Digital Twins. Ett växande antal leverantörer använder DTDL för att skapa branschstandardmodeller. RealEstateCore innehåller ett exempel. Det innebär att integreringarna förväntas bli enklare med tiden.

  • Azure Digital Twins lagrar digitala representationer av IoT-enheter och miljöer. Du kan använda dessa data för dataspridning eller realtidsanalys. Internt Azure Digital Twins:

    Du kan bygga ontologier,eller befintliga modelluppsättningar, med hjälp av DTDL. Du kan också börja med en branschstödd modell:

  • Azure Digital Twins Explorer är ett utvecklarverktyg som du kan använda för att visualisera och interagera Azure Digital Twins data, modeller och grafer. Det här verktyget finns för närvarande i offentlig förhandsversion.

  • Modellhanteringskomponenter underhåller DTDL-modellen:

    • Dessa alternativ är tillgängliga för att skapa modeller:

      • Azure Digital Twins Explorer
      • ISV-lösningar
      • Specialbyggda verktyg
      • Text- eller kodredigerare

    • Lagringsplatsen lagrar ontologier:

    • För inläsning av modeller Azure Digital Twins finns följande alternativ:

  • Functions är en händelsedriven serverlös beräkningsplattform. Med Functions kan du använda utlösare och bindningar för att integrera tjänster i stor skala.

  • Azure Data Explorer är en snabb, fullständigt hanterad dataanalystjänst. Du kan använda den här tjänsten för realtidsanalys på stora mängder data. Azure Data Explorer kan hantera olika dataströmmar från program, webbplatser, IoT-enheter och andra källor.

  • Cognitive Services AI-funktioner. Dessa tjänster erbjuder en uppsättning förtränade, neurala nätverksmodeller för molnet. REST-API:erna och klientbiblioteks-API:erna kan hjälpa dig att bygga in kognitiv intelligens i appar. Du kan använda Cognitive Services funktioner:

    • I nära realtid.
    • Vid vissa datatrösklar.
    • På begäran.
    • För komplexa jobb med långa bearbetningstider.

  • Machine Learning är en molnbaserad miljö som hjälper dig att skapa, distribuera och hantera prediktiva analyslösningar. Med dessa modeller kan du göra prognoser för beteende, resultat och trender.

  • Azure Data Lake lagrar en stor mängd data i sitt ursprungliga råformat. Data kommer vanligtvis från flera heterogena källor och kan vara strukturerade, halvstrukturerade eller ostrukturerade.

  • Azure Synapse Analytics är en analystjänst för informationslager och stordatasystem. Den här tjänsten integreras med Power BI, Machine Learning och andra Azure-tjänster.

  • API Management skapar konsekventa, moderna API-gatewayer för backend-tjänster. Förutom att acceptera API-anrop och dirigera dem till server ändar verifierar den här plattformen även nycklar, token, certifikat och andra autentiseringsuppgifter. API Management även anropa metadata och tillämpar användningskvoter och hastighetsbegränsningar.

  • Service Bus är en fullständigt hanterad meddelandekö för företag. Service Bus stöder meddelandeköer och publicera/prenumerera-ämnen.

  • Event Hubs är en fullständigt hanterad strömningsplattform för stordata.

  • Azure SignalR Service är ett programvarubibliotek med öppen källkod som gör det enkelt att skicka meddelanden till webbappar i realtid.

Tjänstprogram

  • Azure Logic Apps automatiserar arbetsflöden genom att ansluta appar och data mellan moln.

  • Azure Kartor erbjuder geospatiala API:er för att lägga till kartor, rumsliga analyser och mobilitetslösningar i appar.

  • Microsoft Graph tillhandahåller verktyg för åtkomst till data i Microsoft 365, Windows 10 och Enterprise Mobility + Security.

  • Power Platform är en samling produkter och tjänster som tillhandahåller verktyg med lite kod för att skapa effektiva och flexibla lösningar:

    • Power Apps är en uppsättning appar, tjänster, anslutningsappar och en dataplattform. Du kan använda Power Apps för att omvandla manuella verksamhetsåtgärder till digitala, automatiserade processer.
    • Power BI är en samling programvarutjänster och appar som visar analysinformation.
    • Power Automate effektiviserar repetitiva uppgifter och papperslösa processer.
    • Power Virtual Agents innehåller chattrobotar utan kod som uppfyller kundernas och medarbetarnas behov i stor skala.

Företagsprogram

  • Dynamics 365 är en portfölj med program för att hantera verksamheten.

  • Microsoft Teams tillhandahåller tjänster för möte, meddelanden, samtal och samarbete.

  • App Service och dess Web Apps tillhandahåller ett ramverk för att skapa, distribuera och skala webbappar.

Delade supportkomponenter

Dessa tjänster ger stöd för komponenter i alla delar av lösningen:

  • Azure Monitor samlar in och analyserar apptelemetri, till exempel prestandamått och aktivitetsloggar. Den här tjänsten meddelar appar och personal om oregelbundna villkor.

  • Microsoft Defender for IoT är en enhetlig säkerhetstjänst som skyddar IoT-system genom att identifiera sårbarheter och hot.

  • Azure DevOps Services tillhandahåller tjänster, verktyg och miljöer för att hantera kodning av projekt och distributioner.

  • Azure Active Directory (Azure AD) är en molnbaserad identitetstjänst som styr åtkomsten till Azure och andra molnappar, inklusive ISV-lösningar och lokala lösningar.

  • Azure Key Vault lagrar och styr åtkomsten till ett systemhemligheter på ett säkert sätt, till exempel API-nycklar, lösenord, certifikat och kryptografiska nycklar.

Alternativ

  • Azure Cosmos DB är ett annat alternativ för datalagring. Den här fullständigt hanterade NoSQL-databastjänsten kan enkelt skalas. Azure Cosmos DB finns olika sätt att komma åt data, inklusive:

    • Dokumentera databaser.
    • Graph databaser.
    • SQL-liknande frågor.
    • En API för Cassandra.

    Azure Synapse Link för Azure Cosmos DB ett sätt att köra analyser på Azure Cosmos DB data med hjälp av Azure Synapse Analytics. Därför kan du kombinera olika datatjänster i lösningar som använder Azure Cosmos DB.

  • Event Hubs kan också ge en inmatningstjänst som är skalbar och säker. Till IoT Hub, som stöder dubbelriktad kommunikation med enheter, stöder Event Hubs enkelriktad trafik. Det innebär att du inte kan använda Event Hubs för att skicka kommandon och principer tillbaka till enheter. Event Hubs inte heller säkerhet på enhetsnivå. Men Event Hubs är lämpligt för miljöer med en stor mängd meddelanden från ett lågt antal indataenheter.

Överväganden

Följande överväganden gäller för den här lösningen:

Skalbarhetsöverväganden

Lösningar för smarta platser kan vara relativt enkla implementeringar med låg volym. De kan också vara avancerade implementeringar som hanterar en stor mängd data. En lösning som aggregerar telemetri för uppvärmning, luftkonditionering och luftkonditionering (HVAC) på ett stort campus är ett exempel på en implementering med stora volymer.

De viktigaste Azure-tjänsterna i den här lösningen är skalbara design och passar bra för komplexa lösningar. Men när du kombinerar dessa tjänster bör du se till att de inte skapar några poäng. Tidigt i utvecklingscykeln kör du prestandatester med schemalagda intervall för att identifiera potentiella problem.

Överväganden för flexibilitet

Utforma ditt smarta utrymme så att det är väl integrerat men även flexibelt. Användningsfall för smarta platser utvecklas snabbt. När du har distribuerat din lösning behöver du lägga till nya sensorer, datatyper, AI-funktioner och visualiseringstekniker. För att öka flexibiliteten:

  • Välj en löst kopplad lösning som den föreslagna arkitekturen.
  • Använd branschstandarder för data ontologi. Den här metoden hjälper till att minska den tid som krävs för att lägga till nya funktioner och integrera ny programvara.
  • Använd API Management. Den här plattformen är ett sätt att skapa flera API-format och signaturer för ett enda underliggande API.

Säkerhetsöverväganden

Äldre lösningar förlitar sig ofta på brist på externa anslutningar som primär källa till säkerhet. Men även data som inte identifierar personer kan ge information om ett företag eller personerna i en byggnad. Organisationer använder till exempel kameror för att räkna personer, spåra tillgångar och tillhandahålla säkerhetsdata.

Var försiktig med var du bearbetar och sparar avbildningar. Se till att du uppfyller alla kundkrav, inklusive sekretessproblem. Prioritera säkerheten under hela datalivscykeln för din smarta rymdlösning. Mer specifikt bör du vara medveten om vilka data du samlar in, var du bearbetar och lagrar dem och vilka slutsatser du drar från dem.

Prissättning

Använd priskalkylatorn för Azure för att beräkna kostnaden för en IoT-lösning.

Nästa steg