O que é o Azure IoT (Internet das Coisas)?

A Internet das Coisas do Azure (IoT) é uma coleção de serviços de nuvem gerenciados pela Microsoft, componentes de borda e SDKs que permitem conectar-se, fazer monitoramento e controlar seus dispositivos de IoT em escala. Em termos mais simples, uma solução IoT é composta por dispositivos IoT que se comunicam com os serviços de nuvem.

Uma decisão importante ao projetar uma solução de IoT é usar uma solução baseada em nuvem ou baseada em borda:

• Em uma solução baseada em nuvem, seus dispositivos IoT se conectam diretamente à nuvem, na qual as mensagens são processadas e analisadas. Você monitora e controla seus dispositivos diretamente da nuvem.
• Em uma solução baseada em borda, seus dispositivos de IoT se conectam a um ambiente de borda que processa as mensagens antes de encaminhá-las para a nuvem, onde são armazenadas e analisadas. Normalmente, o monitoramento e o controle dos dispositivos são feitos a partir da nuvem, por meio do ambiente de runtime da borda. Também é possível monitorar e controlar os dispositivos diretamente a partir da borda.

As seções a seguir trazem uma visão de alto nível dos componentes das soluções de IoT típicas baseadas em nuvem e baseadas em borda. Este artigo aborda os principais grupos de componentes: dispositivos, serviços de nuvem de IoT, ambiente de runtime da borda, outros serviços de nuvem e aspectos gerais da solução. Outros artigos nesta seção fornecem mais detalhes sobre cada um desses componentes.

Solução baseada em nuvem

Uma solução baseada em nuvem é um conjunto integrado de dispositivos, componentes e serviços de IoT que atende a uma necessidade comercial e que conecta dispositivos diretamente à nuvem. Um exemplo de solução baseada em nuvem é uma frota de caminhões de entrega que envia dados de sensores para a nuvem, onde são analisados e visualizados:

Você pode criar soluções baseadas em nuvem com serviços como Hub IoT, Serviço de Provisionamento de Dispositivos e Gêmeos Digitais do Azure.

Solução baseada em borda

Uma solução baseada em borda é um conjunto integrado de dispositivos de IoT, componentes e serviços que atendem a uma necessidade de negócios e conectam dispositivos a serviços de borda próximos. Um exemplo de solução baseada em borda é uma fábrica em que os dispositivos industriais de IoT se conectam a serviços locais porque:

• Os dispositivos se comunicam usando protocolos de rede local, como OPC UA.
• Por questões de segurança, os dispositivos não devem ser conectados diretamente à internet pública.

Uma solução baseada em borda ainda pode encaminhar dados dos dispositivos para a nuvem, para processamento adicional, como análise e visualização:

Você pode criar soluções baseadas em borda com as Operações do Azure IoT ou o Azure IoT Edge. As Operações do Azure IoT são uma nova oferta que segue a abordagem de nuvem adaptativa da Microsoft para integrar componentes de nuvem e borda.

Dispositivos e conectividade

Tanto as soluções baseadas em nuvem quanto as baseadas em borda têm dispositivos que coletam dados dos quais se deseja extrair informações de negócios. As seções a seguir descrevem os dispositivos em uma solução de IoT e como eles se conectam à nuvem.

Categorias de dispositivos de IoT

É útil classificar os dispositivos de IoT da seguinte forma:

• Dispositivo conectado à nuvem (categoria 1): dispositivos que se conectam diretamente à nuvem. Esta categoria inclui dispositivos que se conectam a serviços de nuvem, como o Hub IoT, usando protocolos padrão, como HTTP, MQTT ou AMQP. Esses dispositivos não são relevantes em soluções baseadas em borda, como as Operações do Azure IoT.

• Dispositivo conectado à borda (categoria 2): dispositivos que se conectam à nuvem por meio de um proxy ou gateway baseado em borda. Exemplos dessa categoria incluem dispositivos que:

  • Conectam-se indiretamente à nuvem por meio do agente MQTT nas Operações do Azure IoT.
  • Conectam-se indiretamente ao Hub IoT por meio de um gateway IoT Edge.

• Dispositivo específico do protocolo (categoria 3): esses dispositivos se conectam a um runtime baseado em borda por meio de um conector que permite que os dispositivos usem um protocolo específico. Por exemplo, um servidor OPC UA e seus dispositivos anexados se conectam por meio de um conector para OPC UA. Esses dispositivos não são relevantes em soluções baseadas em nuvem, como o Hub IoT do Azure.

O diagrama a seguir mostra os relacionamentos entre as categorias de dispositivos e os serviços de nuvem em uma solução baseada em nuvem:

O diagrama a seguir mostra os relacionamentos entre as categorias de dispositivos e o runtime da borda em uma solução baseada em borda:

Para simplificar, os diagramas anteriores mostram apenas os fluxos de dados para a nuvem ou para o runtime da borda. Muitas soluções permitem cenários de comando e controle, em que a nuvem ou o runtime da borda enviam comandos aos dispositivos. Por exemplo, um serviço de nuvem pode enviar um comando para uma câmera compatível com ONVIF para ampliar a imagem.

Dispositivos IoT

Os dispositivos de IoT das categorias 1 e 2 geralmente são compostos por uma placa de circuito com sensores que coletam dados. Os dispositivos de IoT da categoria 1 se conectam diretamente à internet, enquanto os da categoria 2 dependem de um gateway local para se conectar à nuvem. Os seguintes itens são exemplos de dispositivos de IoT das categorias 1 e 2:

• Um sensor de pressão em uma bomba de óleo remota.
• Sensores de temperatura e umidade em uma unidade de ar-condicionado.
• Um acelerômetro em um elevador.
• Sensores de presença em uma sala.

Os dispositivos da categoria 3 são equipamentos físicos em seu ambiente que você deseja monitorar e controlar. Esses dispositivos podem:

• Possuem firmware interno fornecido pelo fabricante que implementa um protocolo padrão, como ONVIF.
• São servidores, com ativos anexados, que implementem protocolos industriais como OPC UA.

A seguir estão exemplos de dispositivos da categoria 3:

• Braços robóticos e esteiras transportadoras.
• Máquinas CNC industriais, tornos mecânicos, serras e furadeiras.
• Máquinas de diagnóstico médico por imagens.
• Câmeras de vídeo de segurança.
• Controladores lógicos programáveis.

Há uma ampla variedade de dispositivos disponíveis de diferentes fabricantes para criar a sua solução. Para criar protótipos de um dispositivo microprocessador, você pode usar um dispositivo como um Raspberry Pi. O Raspberry Pi permite anexar muitos tipos diferentes de sensor. Para a criação de protótipo de um dispositivo microcontrolador, use dispositivos como o ESPRESSIF ESP32 ou o Kit de Descoberta do STMicroelectronics B-L475E-IOT01A para o Hub IoT. Essas placas normalmente têm sensores internos, como sensores de temperatura e acelerômetro.

A Microsoft fornece SDKs do dispositivo open-source que você pode usar para criar os aplicativos que são executados em seus dispositivos.

Para saber mais sobre os dispositivos em sua solução de IoT, confira Desenvolvimento de dispositivos IoT.

Conectividade do dispositivo

Normalmente, os dispositivos de IoT enviam dados de seus sensores anexados para os serviços de nuvem da sua solução. No entanto, outros tipos de comunicação são possíveis, como um serviço de nuvem que envia comandos para os seus dispositivos. Estes são exemplos de comunicação de dispositivo para nuvem e de nuvem para dispositivo:

• Um caminhão de refrigeração móvel envia a temperatura a cada 5 minutos para um Hub IoT.
• Um serviço de nuvem envia um comando a um dispositivo para alterar a frequência com que ele envia dados dos sensores, ajudando a diagnosticar um problema.

Os SDKs de dispositivo IoT e o Hub IoT oferecem suporte a protocolos de comunicação comuns, como HTTP, MQTT e AMQP, para comunicação entre dispositivo e nuvem e entre nuvem e dispositivo. Em alguns cenários, talvez seja necessário um gateway para conectar seus dispositivos IoT aos seus serviços de nuvem.

Os dispositivos IoT têm características diferentes quando comparados a outros clientes, como navegadores e aplicativos móveis. Especificamente, os dispositivos IoT:

• Com frequência, são sistemas internos sem operadores humanos.
• Eles podem ser implantados em locais remotos, nos quais o acesso físico é caro.
• Podem ser acessados apenas por meio do back-end da solução.
• Podem ter recursos de energia e de processamento limitados.
• Podem ter conectividade de rede intermitente, lenta ou cara.
• Podem precisar de protocolos de aplicativo proprietários, personalizados ou específicos do setor.

Os SDKs de dispositivo ajudam você a resolver os desafios de conectar dispositivos de maneira segura e confiável ao serviço de nuvem.

Para saber mais sobre conectividade de dispositivos e gateways, confira Conectividade e infraestrutura de dispositivos de IoT.

Conectividade em uma solução baseada em borda

Em uma solução baseada em borda, os dispositivos de IoT se conectam a um ambiente de borda que processa suas mensagens antes de encaminhá-las para a nuvem, onde são armazenadas e analisadas. Os dispositivos podem usar protocolos e padrões de comunicação de rede, como:

• OPC UA em ambientes industriais.
• ONVIF para gerenciar e monitorar dispositivos de vídeo.
• MQTT como protocolo de mensagens padrão para dispositivos de IoT.

No diagrama da solução baseada em borda mostrado anteriormente, os conectores southbound representam os protocolos e padrões que os dispositivos usam para se conectar ao ambiente de borda.

Para saber mais sobre o processamento de mensagens enviadas pelos dispositivos, confira Processamento de mensagens em uma solução de IoT.

Comparações entre dispositivos

A tabela a seguir resume as opções atuais de dispositivos e conectividade:

Serviços e aplicativos

Em uma solução baseada em nuvem, os serviços de nuvem específicos de IoT fornecem a infraestrutura para se conectar, monitorar e controlar seus dispositivos. Em uma solução baseada na borda, o ambiente de execução da borda hospeda os serviços que conectam, monitoram e controlam seus dispositivos. Outros serviços de nuvem fornecem serviços genéricos, como armazenamento, análise e visualizações para sua solução.

Serviços de nuvem de IoT

Em uma solução de IoT baseada em nuvem, os serviços de nuvem de IoT normalmente:

• Receber dados de sensores em escala a partir dos seus dispositivos e definir como processar e armazenar esses dados.
• Envie comandos da nuvem para o dispositivo específico.
• Provisione dispositivos e controle quais dispositivos podem se conectar à sua infraestrutura.
• Gerenciar o estado dos dispositivos e monitorar suas atividades.
• Gerenciam o firmware instalado nos dispositivos.

Por exemplo, em uma solução de monitoramento remoto para uma estação de bombeamento de petróleo, os serviços usam dados dos sensores das bombas para identificar comportamentos anômalos. Quando o serviço de nuvem identifica uma anomalia, ele pode enviar de modo automático um comando ao dispositivo para executar uma ação corretiva. Esse processo implementa um loop de comentários automatizado entre o dispositivo e a nuvem, o que aumenta a eficiência da solução.

Para saber mais sobre os principais conceitos de gerenciamento e controle de dispositivos, confira Gerenciamento e controle de dispositivos IoT.

Runtime de borda

Em uma solução de IoT baseada em borda, os serviços locais hospedados no ambiente de runtime de borda normalmente:

• Gerenciar a conectividade dos seus dispositivos por meio dos conectores southbound
• Receber dados em escala dos seus dispositivos e definir para onde encaminhar as mensagens para processamento adicional.
• Encaminhar comandos da nuvem para dispositivos específicos.
• Executam um processamento de mensagens locais. Nas Operações do Azure IoT, esse processamento ocorre nos conectores de direção norte

Outros serviços de nuvem

As soluções baseadas em nuvem e baseadas em borda podem usar outros serviços de nuvem para fornecer mais funcionalidade à sua solução. Por exemplo, você pode usar:

• Serviços de armazenamento do Azure para armazenar os dados coletados.
• Azure Stream Analytics para processar dados de sensores em tempo real.
• Azure Functions para responder aos eventos do dispositivo.
• Aplicativos Lógicos do Azure para automatizar processos de negócios.
• Azure Machine Learning para adicionar modelos de machine learning e IA à sua solução.
• Microsoft Fabric para armazenar e analisar dados de sensores.
• Microsoft Power BI para visualizar dados de sensores.

Para obter mais informações, consulte:

• Estenda sua solução de IoT
• Analise e visualize seus dados de IoT

Comparações entre serviços de IoT

A seguinte tabela resume as opções atuais de serviço e aplicativo de borda:

Comparações entre implantações

A seguinte tabela resume as opções de implantação atuais:

Questões que envolvem toda a solução

Qualquer solução de IoT deve resolver as seguintes questões em toda a solução:

• Gerenciamento de soluções, incluindo implantação e monitoramento.
• Segurança, incluindo a segurança física, autenticação, autorização e criptografia.
• Escalabilidade, alta disponibilidade e recuperação de desastres para todos os componentes da sua solução.

Gerenciamento de soluções

A abordagem de nuvem adaptável unifica equipes isoladas, locais distribuídos e sistemas distintos em um único modelo de operações, segurança, aplicativo e dados. Essa abordagem permite que você use as mesmas tecnologias de nuvem e IA para gerenciar e monitorar soluções de IoT híbridas, baseadas em nuvem e baseadas em borda.

As soluções baseadas no Hub IoT, no IoT Central e no IoT Edge oferecem suporte limitado para uma abordagem de nuvem adaptável. Embora as instâncias do Hub IoT, do IoT Central e do IoT Edge sejam recursos próprios do Azure, elas não expõem nativamente recursos, como gerenciamento de dispositivos e transformação de dados, como recursos que você pode gerenciar como recursos padrão do Azure.

Por outro lado, as soluções baseadas nas Operações do Azure IoT oferecem uma experiência de gerenciamento unificada para todos os componentes da sua solução. As Operações do Azure IoT usam serviços habilitados para Azure Arc para gerenciar e monitorar sua solução baseada em borda como se fosse uma solução baseada em nuvem. Por exemplo, dispositivos e transformações de dados em execução na borda são expostos como recursos de nuvem no Azure. Essa abordagem permite que você use tecnologias padrão do Azure para gerenciar e monitorar toda a solução baseada em borda.

Comparações de segurança

A seguinte tabela resume as opções de segurança atuais:

Próximas etapas

As próximas etapas sugeridas para explorar ainda mais a Internet das Coisas do Azure incluem:

• Desenvolvimento de dispositivo IoT
• Processamento de mensagens em uma solução de IoT
• Gerenciar sua solução de IoT
• Escolher um serviço de IoT do Azure

Para saber mais sobre arquiteturas do Azure IoT, confira:

• Práticas recomendadas de arquitetura para o Hub IoT do Azure
• Arquiteturas IoT no Centro de Arquitetura do Azure