IoT w Microsoft Azure

Typowe scenariusze wykorzystania IoT w Microsoft Azure

Smart Home – rozwiązania, które nie wymagają naszej ingerencji, czy rozwiązują realny problem i nie chodzi tutaj o wyłączanie światła za pomocą aplikacji w telefonie, ale rozwiązanie, które może nam ułatwić funkcjonowanie, np. otwieranie bramy wjazdowej na podstawie rejestracji samochodu.

Smart watch/smart band – pozwalają analizować nasz sen, monitorować parametry życiowe, ilość czujników i odpowiednie oprogramowanie może uratować życie, alarmując odpowiednie służby, poprzez wskazanie naszej lokalizacji.

Smart Shopping – w pełni zautomatyzowane sklepy, w których nie potrzebujemy przede wszystkim interakcji z obsługą sklepu. Sklepy, które same kontrolują zużycie i atrakcyjność kupowanych produktów, przez co mogą same decydować o łańcuchu zamówień jak i miejscu w którym te produkty się znajdują, a uzupełnianiem półek sklepowych nie zajmują się ludzie, a zaawansowana automatyka. Zainteresowanych odsyłamy do case study Azure + Żabka

Smart Farming – funkcjonujące w terenie czujniki obsługujące IoT mogą monitorować wszystko, od pH gleby i jej jakości po nasycenie wody, aby zapewnić właściwe dla danego miejsca nawadnianie, pestycydy czy nawozy.

Smart Cars - ponieważ nawet tradycyjny nowoczesny i ocynkowany pojazd, potrafi generować nawet 25GB danych na godzinę. Natomiast szacuje się że samochody w pełni autonomiczne będą w stanie generować nawet pojedyncze TB danych na godzinę – z czego ok 30% danych będzie lądować w chmurze. W skrócie, bardzo dużo czujników, których praca wpływa na bezpieczeństwo przemieszczania się. Czujniki te mogą też posłużyć do wykrywania tzw. wad fabrycznych, co daje firmie możliwość bezpiecznego przygotowania się do procedury serwisowej.

Smart city - automatyczna regulacja oświetlenia, alarmowanie w przypadku przekroczenia poziomu rzek, czy tez wybicia studzienek kanalizacyjnych. Różnego rodzaju systemy monitoringu dróg, które na podstawie kamer, będą w stanie same kierować ruchem drogowym w celu rozładowani korków, czy w przypadku rozpoznania na drodze pachołków czy tzw. awaryjnego trójkąta.

Smart Healthcare - to przed wszystkim zdalne monitorowanie zdrowia pacjentów – namiastkę tego powinni znać wszyscy Ci, którzy spotkali się z systemami monitorowania pracy serca. Tutaj w przypadku wykrycia nieprawidłowości, może być uruchamiana cała lawina zdarzeń, mająca utrzymać przy życiu pacjenta z problemami sercowymi. Ale to też dużo lepsze zarządzanie placówkami i procesami tam zachodzącymi, czy nawet wykonywanymi operacjami.

Smart Production – przede wszystkim automatyzacja procesów powiązana z analizą danych, które dostarczają wszystkie zamontowane czujniki. Takie rozwiązanie oprócz tego, że przyśpiesza produkcję to dodatkowo umożliwia wczesne wykrycie błędu. Narzędzia, które upraszczają i obniżają koszty monitorowania oraz sterowania procesami produkcyjnymi. To technologia pozwalająca na bieżące zbieranie informacji o procesie wytwarzania. Pełny dostęp do danych o stanie maszyn technologicznych, narzędzi, parametrów, zachodzących procesów technologicznych a także rezultatów jakościowych oraz ilościowych, umożliwia planowanie przyszłego rozwoju i sterowanie, zapewniające ciągłość procesu produkcyjnego.

IoT Hub to usługa zarządzana, hostowana w chmurze, która działa jako centralne centrum komunikatów dla dwukierunkowej komunikacji między aplikacją IoT a zarządzanymi przez nią urządzeniami. Za pomocą usługi Azure IoT Hub można tworzyć rozwiązania IoT z niezawodną i bezpieczną komunikacją między milionami urządzeń IoT i zapleczem rozwiązań hostowanych w chmurze. Do IoT Hub można podłączyć praktycznie każde urządzenie. Warto zapoznać się z katalogiem urządzeń certyfikowanych, które można bez problemu podpiąć pod rozwiązania Azure

IoT Hub obsługuje komunikację zarówno z urządzenia do chmury, jak i z chmury do urządzenia. IoT Hub obsługuje wiele wzorców obsługi komunikatów, takich jak telemetria z urządzenia do chmury, przekazywanie plików z urządzeń i metody odpowiedzi na żądanie w celu kontrolowania urządzeń z chmury. Monitorowanie IoT Hub pomaga w utrzymaniu kondycji rozwiązania, śledząc zdarzenia, takie jak aktywowanie urządzeń, awarie urządzeń i połączenia urządzeń.

• IoT Hub zapewnia bezpieczny kanał komunikacyjny dla urządzeń do wysyłania danych. Uwierzytelnianie na urządzeniu umożliwia każdemu urządzeniu bezpieczne połączenie z IoT Hub i bezpieczne zarządzanie każdym urządzeniem.
• Umożliwia pełną kontrolę nad dostępem do urządzeń, umożliwia kontrolowanie połączenia na poziomie poszczególnych urządzeń.

Usługa IoT Hub Device Provisioning Service (DPS) to usługa pomocnicza dla IoT Hub, która umożliwia bezdotykowe, just-in-time zaopatrywanie we właściwe centrum IoT bez konieczności interwencji człowieka, umożliwiając klientom udostępnianie milionów urządzeń w bezpiecznym i skalowalnym sposób. Usługa DPS umożliwia przypisywanie i rejestrowanie urządzeń do określonych punktów końcowych usługi Azure IoT Hub na dużą skalę.

Wiele typów uwierzytelniania obsługuje różne funkcje urządzenia:

• Uwierzytelnianie oparte na tokenach SAS, aby szybko rozpocząć korzystanie z rozwiązania IoT.
• Indywidualne uwierzytelnianie za pomocą certyfikatu X.509 dla bezpiecznego, opartego na standardach uwierzytelniania.
• Uwierzytelnianie X.509 CA w celu prostej rejestracji opartej na standardach.

IoT Hub w Azure Stack Hub umożliwia tworzenie hybrydowych rozwiązań IoT. IoT Hub to usługa zarządzana, działająca jako centralne centrum komunikatów dla dwukierunkowej komunikacji między aplikacją IoT a urządzeniami, którymi zarządza. Za pomocą IoT Hub w Azure Stack Hub można tworzyć rozwiązania IoT z niezawodną i bezpieczną komunikacją między urządzeniami IoT a rozwiązaniami lokalnymi.

Azure IoT Edge rozszerza IoT Hub - umożliwia analizowanie danych urządzeń lokalnie zamiast w chmurze, aby wysyłać mniej danych do chmury, szybko reagować na zdarzenia i działać w trybie offline.

Usługa Azure IoT Edge składa się z trzech składników:

• Moduły IoT Edge to kontenery, w których działają usługi platformy Azure, usługi innych firm lub własny kod. Moduły są wdrażane na urządzeniach IoT Edge i są wykonywane lokalnie na tych urządzeniach.
• Runtime Internet urządzeń działa na każdym urządzeniu i zarządza modułami wdrożonymi.
• Interfejs chmurze pozwala na zdalne monitorowanie i zarządzanie urządzeniami.

Usługa Azure Event Hubs to platforma przesyłania strumieniowego danych big data i usługa pozyskiwania zdarzeń. Może odbierać i przetwarzać miliony zdarzeń na sekundę. Dane wysłane do centrum zdarzeń mogą zostać przekształcone i zmagazynowane przy użyciu dowolnego dostawcy analityki czasu rzeczywistego lub adapterów przetwarzania wsadowego/magazynowania. Event Hubs to w pełni zarządzana usługa PaaS (Platform-as-a-Service), która wymaga niewielkich nakładów na konfigurację i zarządzanie. Usługa Event Hubs ma certyfikaty CSA STAR, ISO, SOC, GxP, HIPAA, HITRUST i PCI. Pozyskiwanie danych z dowolnego miejsca i projektowanie na wiele platform z obsługą popularnych protokołów, łącznie z AMQP, HTTPS i Apache Kafka®.

Następujące scenariusze to niektóre z możliwych zastosowań usługi Event Hubs:

• Wykrywanie anomalii (oszustwa/wartości odstające),
• Rejestrowanie aplikacji,
• Potoki analiz, na przykład w analizie strumienia kliknięć,
• Tworzenie dynamicznych pulpitów nawigacyjnych,
• Archiwizowanie danych,
• Przetwarzanie transakcji,
• Przetwarzanie dane telemetrycznych o użytkownikach,
• Strumieniowe przesyłanie danych telemetrycznych z urządzenia.

Aplikacje IoT Microsoft opisuje  jako trzy bloki:

• rzeczy (urządzenia) – narzędzia, które dostarczają dane,
• wgląd - narzędzia, które umożliwiają zbieranie, przechowywanie i analizę danych, wgląd w dostarczone dane
• działanie – narzędzia, które wykonują akcje na podstawie otrzymanych danych, czy też wizualizują je.  

Przykładem jest silnik (przedmiot) wysyłający dane o temperaturze. Te dane są używane do oceny, czy silnik działa zgodnie z oczekiwaniami (wgląd). Wgląd służy do proaktywnego ustalania priorytetów harmonogramu konserwacji silnika (działania).

Ta architektura składa się z następujących komponentów:

• Urządzenia IoT - urządzenia mogą bezpiecznie rejestrować się w chmurze i mogą łączyć się z chmurą w celu wysyłania i odbierania danych. Niektóre urządzenia mogą być urządzeniami brzegowymi, które wykonują pewne przetwarzanie danych na samym urządzeniu. Do przetwarzania brzegowego należy skorzystać Azure IoT Edge .
• Brama w chmurze - stanowi centrum chmury dla urządzeń do bezpiecznego łączenia się z chmurą i wysyłania danych. Zapewnia również zarządzanie urządzeniami, możliwości, w tym dowodzenie i kontrolę urządzeń. IoT Hub to hostowana usługa w chmurze, która pozyskuje zdarzenia z urządzeń, działając jako broker komunikatów między urządzeniami i usługami zaplecza. IoT Hub zapewnia bezpieczną łączność, pozyskiwanie zdarzeń, komunikację dwukierunkową i zarządzanie urządzeniami.
• Obsługa administracyjna urządzeń - w przypadku rejestrowania i łączenia dużych zestawów urządzeń zalecamy korzystanie z usługi IoT Hub Device Provisioning Service (DPS).
• Przetwarzanie strumieniowe - analizuje duże strumienie rekordów danych i ocenia reguły dla tych strumieni. Do analizy danych oprócz usługi Stream Analytics można skorzystać z narzędzi Apache Spark w usłudze Azure Databricks.
• Uczenie maszynowe Azure Machine Learning umożliwia wykonywanie algorytmów predykcyjnych na historycznych danych telemetrycznych, umożliwiając realizację scenariuszy, takich jak konserwacja predykcyjna.
• Do przechowywania danych, które muszą być dostępne natychmiast z urządzenia w celu raportowania i wizualizacji należy skorzystać z Cosmos DB.
• Magazyn „cold path” przechowuje dane, które są przechowywane przez dłuższy czas i są używane do przetwarzania wsadowego. Dane mogą być archiwizowane w magazynie Azure Blob Storage w nieskończoność przy niskich kosztach i są łatwo dostępne do przetwarzania wsadowego.
• Transformacja danych manipuluje lub agreguje strumień telemetryczny. Przykłady obejmują transformację protokołu, taką jak konwersja danych binarnych do formatu JSON lub łączenie punktów danych. Jeśli dane muszą zostać przekształcone przed osiągnięciem. W takim przypadku należy skorzystać z usługi Azure Functions , która ma wbudowaną integrację z usługami IoT Hub, Cosmos DB i Blob Storage.
• Azure Logic Apps - integracja procesów biznesowych obejmować przechowywanie wiadomości informacyjnych, zgłaszanie alarmów, wysyłanie wiadomości e-mail lub SMS-ów lub integrację z CRM.
• Azure Active Directory do uwierzytelniania i autoryzowania użytkowników.
• Monitorowanie zabezpieczeń Azure Security Center for IoT zapewnia kompleksowe rozwiązanie zabezpieczające dla obciążeń IoT i upraszcza ich ochronę, zapewniając ujednolicony wgląd i kontrolę, zapobieganie zagrożeniom oraz inteligentne wykrywanie i reagowanie na zagrożenia.

Oprócz już wcześniej wymienionych narzędzi wykorzystywanych do analizy danych, warto jeszcze zwrócić uwagę na:

• Azure cognitive services – kiedy analiza ma dotyczyć obrazu, języku czy mowy, można wykorzystać dostępne zdefiniowane modele, które można po API REST podpiąć.
• Usługa Live Video Analytics w ramach usługi IoT Edge udostępnia platformę do tworzenia inteligentnych aplikacji wideo, które rozciągają się na brzeg sieci i chmurę. Platforma oferuje możliwość przechwytywania, rejestrowania i analizowania wideo na żywo wraz z publikowaniem wyników (wideo i/lub analiz wideo) do usług platformy Azure (w chmurze i/lub sieci brzegowej). Platforma może służyć do ulepszania rozwiązań IoT dzięki analizie wideo. Funkcje analizy filmów wideo na żywo w witrynie IoT Edge mogą być łączone z innymi modułami Azure IoT Edge, takimi jak Stream Analytics na IoT Edge, Cognitive Services na IoT Edge, a także usług platformy Azure w chmurze, takich jak Media Services, centrum zdarzeń, Cognitive Services itd., aby tworzyć zaawansowane hybrydowe (na przykład aplikacje brzegowe i w chmurze).

źródło: Microsoft Azure