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IoT-Geräteentwicklung

In dieser Übersicht werden die wichtigsten Konzepte für die Entwicklung von Geräten vorgestellt, die eine Verbindung mit typischen Azure IoT-Lösungen herstellen. Jeder Abschnitt enthält Links zu Inhalten, die weitere Details und Anleitungen enthalten.

In einer cloudbasierten Lösung stellen Geräte eine direkte Verbindung mit cloudbasierten Diensten wie IoT Hub her, während geräte mit edgebasierten Lösungsgeräten in Ihrer Umgebung wie Azure IoT Operations eine Verbindung mit edgebasierten Diensten herstellen.

Das folgende Diagramm zeigt eine allgemeine Ansicht der Komponenten in einer typischen edgebasierten IoT-Lösung. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Geräte, Objekte und Connectors, die im Diagramm gezeigt werden:

Diagramm, das die allgemeine IoT-Lösungsarchitektur mit hervorgehobenen Gerätekonnektivitätsbereichen zeigt.

Ressourcen verfügen in der Regel über integrierte Firmware, die Standardprotokolle implementiert. So kann z. B. ein Roboterarm ein OPC UA-Client sein, und eine Sicherheitsvideokamera ONVIF implementieren. Azure IoT Operationen umfasst verschiedene Connectors, die diese Protokolle nutzen können, um mit Anlagen zu kommunizieren und Nachrichten von diesen in MQTT-Nachrichten zu übersetzen. Einige Ressourcen können Nachrichten empfangen, mit denen Sie Vorgänge auf diesen Ressourcen ausführen können, z. B.:

  • Schwenken oder Kippen einer Sicherheitskamera
  • Ändern des Protokolliergrads für einen Roboterarm
  • Initiieren eines Firmwareupdates

Sie können eigene, benutzerdefinierte Connectors erstellen, um eine Verbindung mit Ressourcen herzustellen, die Protokolle verwenden, die von Azure IoT Einsatz nicht nativ unterstützt werden.

Gerätetypen

Eine IoT-Lösung kann viele Typen von Ressourcen und Geräten enthalten. Typischerweise finden Sie in cloudbasierten Lösungen Geräte und in edgebasierten Lösungen Vermögenswerte. Es ist auch möglich, eine Hybridlösung zu haben, die sowohl Geräte als auch Ressourcen enthält.

Beispiele für Ressourcen in einer edgebasierten Lösung:

  • Roboterarme, Förderbänder und Aufzüge
  • Industrielle CNC-Maschinen, Drehmaschinen, Sägen und Bohrer
  • Medizinische Geräte für bildgebende Diagnoseverfahren
  • Sicherheitsvideokameras
  • Programmierbare Logikcontroller

Diese Ressourcen verfügen in der Regel über integrierte Firmware, die Standardprotokolle implementiert. So kann z. B. ein Roboterarm ein OPC UA-Client sein, und eine Sicherheitsvideokamera das ONVIF-Protokoll implementieren. In einer auf Edge-Technologie basierenden Lösung verwenden Sie spezielle Anschlüsse, um eine Verbindung mit diesen Ressourcen herzustellen und deren Nachrichten in ein einheitliches Format zu übersetzen.

Für Ressourcen gibt es keine direkte Entsprechung für die Geräteentwicklerrolle. Stattdessen kann ein Bediener die Connectoren so konfigurieren, dass eine Verbindung mit den Anlagen hergestellt wird. Möglicherweise müssen Sie jedoch benutzerdefinierte Connectors entwickeln, um eine Verbindung mit Ressourcen herzustellen, die Protokolle verwenden, die von Ihrer edgebasierten Lösung nicht nativ unterstützt werden.

Modellierung und Schemas

Geräte- und Objektmodelle definieren die Daten, die Geräte und Ressourcen mit der Cloud austauschen können. Modelle ermöglichen verschiedene Low-Code- oder No-Code-Szenarien für die Integration Ihrer Geräte und Ressourcen in Ihre IoT-Lösung.

In einer edgebasierten Lösung konfigurieren Operatoren Connectors für die Verbindung mit Ressourcen. Diese Konfiguration umfasst eine Zuordnung zwischen den Daten der Ressource und einem Cloudschema. Beispielsweise ermöglicht der OPC UA-Connector dem Operator die Zuordnung von OPC UA-Knoten-IDs zu Datenpunkten und Ereignissen in einer JSON-Nachricht, die mit dem MQTT-Broker ausgetauscht wird. Der folgende Screenshot zeigt ein Beispiel für die Web-UI für digitale Vorgänge, die zwei solche Zuordnungen definiert:

Screenshot einer Beispielressourcendefinition

An anderer Stelle in der Lösung kann ein Operator direkt auf die Tags Temperatur und Tag 10 verweisen, ohne die Details der OPC UA-Knoten-IDs kennen zu müssen.

Containerisierung

Die Containerisierung ist eine Möglichkeit zum Packen und Ausführen Ihres Codes in einer schlanken, isolierten Umgebung. Container sind portierbar und können auf jeder Plattform ausgeführt werden, die die Containerruntime unterstützt. Container bieten eine gute Möglichkeit zum Packen und Bereitstellen Ihres Codes, da sie eine konsistente Laufzeitumgebung für Ihren Code bereitstellen. Die Laufzeitumgebung enthält in der Regel die Dienste, Bibliotheken und Pakete, die für die Ausführung Ihres Codes erforderlich sind.

Azure IoT Einsatz containerisiert alle Connectors, Broker und anderen Komponenten, die am Edge ausgeführt werden. Azure IoT Operationen werden in einem Kubernetes-Cluster bereitgestellt, einer Plattform zur Containerorchestrierung. Stellen Sie benutzerdefinierte Connectors oder andere Komponenten bereit, die Sie im Kubernetes-Cluster erstellen.

Sie können sich eine Lösung ansehen, die Azure IoT Edge als edgebasiertes Gateway mit IoT Hub als Hybridlösung verwendet, die Elemente von edgebasierten und cloudbasierten Lösungen enthält.

Tools für die Geräteentwicklung

In der folgenden Tabelle sind einige der verfügbaren Tools für die Entwicklung von IoT-Geräten aufgeführt:

Werkzeug BESCHREIBUNG
Azure IoT Hub (VS Code-Erweiterung) Mit dieser VS Code-Erweiterung können Sie Ihre IoT Hub-Ressourcen und Geräte in VS Code verwalten.
Azure IoT-Explorer Mit diesem plattformübergreifenden Tool können Sie Ihre IoT Hub-Ressourcen und Geräte über eine Desktop-Anwendung verwalten.
Azure IoT-Erweiterung für die Azure CLI Diese CLI-Erweiterung enthält Befehle wie az iot device simulate, az iot device c2d-message und az iot hub monitor-events, mit denen Sie Interaktionen mit Geräten testen können.

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