Aset IoT dan pengembangan perangkat

Diagram berikut menunjukkan tampilan tingkat tinggi komponen dalam solusi IoT berbasis tepi yang khas. Artikel ini berfokus pada aset dan konektor yang diperlihatkan dalam diagram:

Aset biasanya memiliki firmware bawaan yang menerapkan protokol standar. Misalnya, lengan robot mungkin merupakan klien OPC UA dan kamera video keamanan mungkin mengimplementasikan ONVIF. Operasi Azure IoT mencakup berbagai konektor yang dapat menggunakan protokol ini untuk berkomunikasi dengan aset dan menerjemahkan pesan dari aset ke dalam pesan MQTT. Beberapa aset dapat menerima pesan yang memungkinkan Anda melakukan operasi seperti:

• Menggeser atau memiringkan kamera keamanan.
• Ubah tingkat pengelogan pada lengan robotik.
• Memulai pembaruan firmware.

Anda dapat membuat konektor kustom Anda sendiri untuk terhubung ke aset yang menggunakan protokol yang tidak didukung secara asli oleh Operasi Azure IoT.

Diagram berikut menunjukkan tampilan tingkat tinggi komponen dalam solusi IoT berbasis cloud yang khas. Artikel ini berfokus pada perangkat dan gateway yang diperlihatkan dalam diagram:

Di Azure IoT, pengembang perangkat menulis kode untuk dijalankan pada perangkat dalam solusi. Kode ini biasanya:

• Membuat koneksi aman ke titik akhir cloud.
• Mengirim telemetri yang dikumpulkan dari sensor yang terpasang ke cloud.
• Mengelola status perangkat dan menyinkronkan status tersebut dengan cloud.
• Merespons perintah yang dikirim dari cloud.
• Memungkinkan penginstalan pembaruan perangkat lunak dari cloud.
• Memungkinkan perangkat untuk tetap berfungsi saat terputus dari cloud.

Contoh aset dalam solusi berbasis tepi meliputi:

• Lengan robotik, sabuk konveyor, dan lift.
• Mesin CNC industri, mesin bubut, gergaja, dan bor.
• Mesin pencitraan diagnostik medis.
• Kamera video keamanan.
• Komponen perangkat lunak atau perangkat lunak
• Pengontrol logika yang dapat diprogram.

Aset ini biasanya memiliki firmware bawaan yang menerapkan protokol standar. Misalnya, lengan robot mungkin merupakan klien OPC UA dan kamera video keamanan mungkin menerapkan protokol ONVIF. Dalam solusi berbasis tepi, Anda menggunakan konektor khusus untuk menyambungkan ke aset ini dan menerjemahkan pesan darinya ke dalam format umum.

Untuk aset, tidak ada yang setara langsung dengan peran pengembang perangkat. Sebagai gantinya, operator dapat mengonfigurasi konektor untuk terhubung ke aset. Namun, Anda mungkin perlu mengembangkan konektor kustom untuk terhubung ke aset yang menggunakan protokol yang tidak didukung secara asli oleh solusi berbasis tepi Anda.

Contoh perangkat dalam solusi berbasis cloud meliputi:

• Sensor tekanan pada pompa oli jarak jauh.
• Sensor suhu dan kelembaban di unit AC.
• Akselerometer di sebuah lift.
• Sensor kehadiran di sebuah ruangan.

Perangkat ini biasanya dibangun menggunakan mikrokontroler (MCUs) atau mikroproscesor (MPUs):

• MCU lebih murah dan lebih mudah dioperasikan daripada MPU.
• MCU berisi banyak fungsi, seperti memori, antarmuka, dan I/O pada chip itu sendiri. MPU mengakses fungsionalitas ini dari komponen dalam chip pendukung.
• MCU sering menggunakan OS real-time (RTOS) atau menjalankan bare-metal (tanpa OS) dan memberikan respons real time dan reaksi yang sangat deterministik terhadap peristiwa eksternal. MPUs umumnya menjalankan OS tujuan umum, seperti Windows, Linux, atau macOS yang memberikan respons real-time yang tidakdeterministik. Biasanya tidak ada jaminan kapan tugas akan selesai.

Contoh perangkat keras dan sistem operasi khusus meliputi:

Windows untuk IoT adalah versi Windows yang disematkan untuk MPUs dengan konektivitas cloud yang memungkinkan Anda membuat perangkat aman dengan provisi dan manajemen yang mudah.

Eclipse ThreadX adalah sistem operasi real time untuk perangkat IoT dan edge yang didukung oleh MCUs. Eclipse ThreadX dirancang untuk mendukung perangkat yang sangat dibatasi yang bertenaga baterai dan memiliki memori flash kurang dari 64 KB.

FreeRTOS adalah sistem operasi real time untuk perangkat yang disematkan. Anda dapat menggunakan FreeRTOS dengan Azure IoT Middleware for FreeRTOS untuk menyambungkan perangkat ke Azure IoT. Untuk gambaran umum opsi RTOS untuk pengembangan perangkat, lihat skenario penggunaan C SDK dan Embedded C SDK.

Azure Sphere (Terintegrasi) adalah platform aplikasi tingkat tinggi yang aman dengan fitur komunikasi dan keamanan bawaan untuk perangkat yang terhubung ke internet. Ini terdiri dari MCU yang aman, terhubung, crossover, sistem operasi berbasis Linux tingkat tinggi kustom, dan layanan keamanan berbasis cloud yang memberikan keamanan berkelanjutan dan terbarukan.

Primitif perangkat

Pengembang perangkat biasanya mengimplementasikan primitif berikut dalam kode perangkat untuk berinteraksi dengan cloud:

• Pesan perangkat ke cloud untuk mengirim telemetri rangkaian waktu ke cloud. Misalnya, data suhu yang dikumpulkan dari sensor yang terpasang pada perangkat.
• Unggahan file untuk file media seperti gambar dan video yang diambil. Perangkat yang terhubung secara terputus-putus dapat mengirim batch telemetri. Perangkat dapat mengompres unggahan untuk menyimpan bandwidth.
• Perangkat kembar untuk berbagi dan menyinkronkan data status dengan cloud. Misalnya, perangkat dapat menggunakan perangkat kembar untuk melaporkan status katup saat ini yang dikontrolnya ke cloud dan untuk menerima suhu target yang diinginkan dari cloud.
• Kembar digital untuk mewakili perangkat di dunia digital. Misalnya, kembar digital dapat mewakili lokasi fisik perangkat, kemampuannya, dan hubungannya dengan perangkat lain.
• Metode langsung untuk menerima perintah dari cloud. Metode langsung dapat memiliki parameter dan mengembalikan respons. Misalnya, cloud dapat memanggil metode langsung untuk meminta perangkat melakukan boot ulang dalam 30 detik.
• Pesan cloud-ke-perangkat untuk menerima pemberitahuan satu arah dari cloud. Misalnya, pemberitahuan bahwa pembaruan siap diunduh.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat Panduan komunikasi perangkat ke cloud dan panduan komunikasi cloud-ke-perangkat.

SDK dan pustaka

SDK perangkat menyediakan abstraksi tingkat tinggi yang memungkinkan Anda menggunakan primitif tanpa mengetahui protokol komunikasi yang mendasar. SDK perangkat juga menangani detail pembuatan koneksi aman ke cloud dan mengautentikasi perangkat.

Untuk perangkat MPU, SDK perangkat tersedia untuk bahasa berikut:

• C
• Python
• C# (.NET)
• Node.js
• Java

Untuk perangkat MCU, lihat:

• Eclipse ThreadX
• FreeRTOS Middleware
• Azure SDK untuk Embedded C

Sampel dan panduan

Semua SDK perangkat mencakup sampel yang menunjukkan cara menggunakan SDK untuk terhubung ke cloud, mengirim telemetri, dan menggunakan primitif lainnya.

Situs pengembangan perangkat IoT mencakup tutorial dan panduan cara yang menunjukkan kepada Anda cara menerapkan kode untuk berbagai jenis dan skenario perangkat.

Anda dapat menemukan lebih banyak sampel di browser sampel kode.

Pengembangan perangkat tanpa SDK perangkat

Meskipun Anda disarankan untuk menggunakan salah satu SDKS perangkat, mungkin ada skenario di mana Anda lebih suka tidak. Dalam skenario ini, kode perangkat Anda harus langsung menggunakan salah satu protokol komunikasi yang didukung IoT Hub dan Device Provisioning Service (DPS).

Untuk informasi selengkapnya, lihat:

• Menggunakan protokol MQTT secara langsung (sebagai perangkat)
• Menggunakan protokol AMQP secara langsung (sebagai perangkat)

Dalam solusi berbasis tepi, operator mengonfigurasi konektor untuk terhubung ke aset. Konfigurasi ini mencakup pemetaan antara data aset dan skema cloud. Misalnya, konektor OPC UA memungkinkan operator memetakan Id node OPC UA ke tag dan peristiwa dalam pesan JSON yang ditukar dengan broker MQTT. Cuplikan layar berikut menunjukkan contoh dalam antarmuka pengguna web pengalaman operasi digital yang menentukan dua pemetaan tersebut untuk aset:

Di tempat lain dalam solusi, operator dapat merujuk langsung ke tag Suhu dan Tag 10 tanpa perlu mengetahui detail Id simpul AGEN PENGGUNA OPC.

Dalam solusi berbasis cloud, IoT Plug and Play memungkinkan penyusun solusi untuk mengintegrasikan perangkat IoT dengan solusi mereka tanpa konfigurasi manual. Inti dari IoT Plug and Play, adalah model perangkat yang digunakan perangkat untuk mengiklankan kemampuannya ke aplikasi yang mendukung IoT Plug and Play seperti IoT Central. Model ini disusun sebagai kumpulan elemen yang menentukan:

• Properti yang mewakili status baca-saja atau bisa-tulis dari perangkat atau entitas lain. Misalnya, nomor seri perangkat mungkin merupakan properti baca-saja dan suhu target pada termostat mungkin merupakan properti yang dapat ditulis.
• Telemetri adalah data yang dipancarkan oleh perangkat, baik data tersebut berupa aliran reguler pembacaan sensor, kesalahan sesekali, atau pesan informasi.
• Perintah yang menjelaskan fungsi atau operasi yang bisa dilakukan pada perangkat. Misalnya, perintah bisa me-reboot gateway atau mengambil gambar menggunakan kamera jarak jauh.

Anda dapat mengelompokkan elemen-elemen ini dalam antarmuka untuk digunakan kembali di seluruh model untuk membuat kolaborasi lebih mudah dan mempercepat pengembangan.

Model ditentukan dengan menggunakan Digital Twins Definition Language (DTDL).

Penggunaan IoT Plug and Play, pemodelan, dan DTDL bersifat opsional. Anda dapat menggunakan primitif perangkat IoT tanpa menggunakan IoT Plug and Play atau pemodelan. Layanan Azure Digital Twins juga menggunakan model DTDL untuk membuat grafik kembar berdasarkan model lingkungan digital seperti bangunan atau pabrik.

Sebagai pengembang perangkat, saat Anda menerapkan perangkat IoT Plug and Play, ada serangkaian konvensi yang harus diikuti. Konvensi ini menyediakan cara standar untuk mengimplementasikan model perangkat dalam kode dengan menggunakan primitif yang tersedia di SDK perangkat.

Untuk mempelajari selengkapnya, lihat:

• Apa itu IoT Plug and Play?
• Panduan pemodelan IoT Plug and Play

Azure IoT Operations mengkontainerisasi semua konektor, broker, dan komponen lain yang berjalan di tepi. Operasi Azure IoT disebarkan ke kluster Kubernetes, yang merupakan platform orkestrasi kontainer. Sebarkan konektor kustom atau komponen lain yang Anda buat ke kluster Kubernetes.

Anda dapat melihat solusi yang menggunakan Azure IoT Edge sebagai gateway berbasis tepi ke IoT Hub sebagai solusi hibrid yang mencakup elemen solusi berbasis tepi dan berbasis cloud.

Jika Anda menggunakan kontainer, seperti di Docker, untuk menjalankan kode perangkat, Anda dapat menyebarkan kode ke perangkat Anda dengan menggunakan kemampuan infrastruktur kontainer. Kontainer juga memungkinkan Anda menentukan lingkungan runtime untuk kode Anda dengan semua versi pustaka dan paket yang diperlukan terinstal. Kontainer memudahkan penyebaran pembaruan dan mengelola siklus hidup perangkat IoT Anda.

Azure IoT Edge menjalankan kode perangkat dalam kontainer. Anda dapat menggunakan Azure IoT Edge untuk menyebarkan modul kode ke perangkat Anda. Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat Mengembangkan modul IoT Edge Anda sendiri.