Zpracování dat vozidel v reálném čase s využitím IoT

Azure Cosmos DB
Azure IoT Edge
Azure Sphere
Azure Stream Analytics
Azure SQL Database

Nápady na řešení

Tento článek popisuje myšlenku řešení. Váš cloudový architekt může pomocí těchto pokynů vizualizovat hlavní komponenty pro typickou implementaci této architektury. Tento článek slouží jako výchozí bod k návrhu dobře navrženého řešení, které odpovídá konkrétním požadavkům vaší úlohy.

Toto řešení sestaví kanál pro příjem a zpracování dat v reálném čase pro příjem a zpracování zpráv ze zařízení IoT do analytické platformy pro velké objemy dat v Azure. Tato architektura používá Azure Sphere a Azure IoT Hub ke správě telematikových zpráv a Azure Stream Analytics zprávy zpracovává.

Architektura

Diagram znázorňující příjem, zpracování a vizualizaci dat vozidel

Stáhněte si soubor aplikace Visio s touto architekturou.

Tok dat

Data procházejí tímto řešením:

  1. Zprávy telematiky (rychlost, umístění atd.) se posílají zařízením s podporou mobilní sítě Azure Sphere do Azure IoT Hubu. Ve scénáři zeleného pole může výrobce vozidla zahrnout modul Sphere do každého vozidla v době výroby. Ve scénáři brownfieldu je vozidlo zpětně vybaveno řešením telematiky po uvedení na trh.

  2. Azure Stream Analytics zprávu vybere v reálném čase z Azure IoT Hubu, zpracuje zprávu na základě obchodní logiky a odešle data do obslužné vrstvy pro úložiště.

  3. V závislosti na datech se používají různé databáze. Azure Cosmos DB ukládá zprávy, zatímco Azure SQL DB ukládá relační a transakční data a funguje jako zdroj dat pro prezentační a akční vrstvu. Azure Synapse obsahuje agregovaná data a funguje jako zdroj dat pro nástroje Business Intelligence (BI).

  4. Webové, mobilní aplikace, APLIKACE BI a hybridní reality můžou být založené na obslužné vrstvě. Můžete například zpřístupnit obsluhu dat vrstvy pomocí rozhraní API pro použití třetích stran (například pojišťovací společnosti, dodavatelé atd.).

  5. Pokud vozidlo vyžaduje servis v servisním centru prodejce, je zařízení Azure Sphere připojeno k portu OBD-II vozidla servisním technikem.

  6. Aplikace Azure Sphere se připojí k portu OBD-II vozidla a streamuje data OBD-II do Azure IoT Edge přes MQTT. Zařízení Azure Sphere je připojené přes Wi-Fi k zařízení Azure IoT Edge nainstalovanému v centru služeb. Data OBD-II se streamují z Azure IoT Edge do Azure IoT Hubu a zpracovávají se ve stejném kanálu zpracování zpráv.

    • Díky nejnovější verzi operačního systému 20.10 se teď Azure Sphere může bezpečně připojit k Azure IoT Edge pomocí vlastních certifikátů zařízení. Certifikát zařízení Azure Sphere je jedinečný pro každé zařízení a služba zabezpečení Azure Sphere se automaticky obnoví každých 24 hodin po uplynutí vzdáleného procesu ověření identity a ověřování.

    • Azure Sphere komunikuje přímo se službou zabezpečení Azure Sphere, a ne přes Azure IoT Edge. Azure Sphere Security Service je cloudová služba Microsoftu, která komunikuje s čipy Azure Sphere, aby umožňovala údržbu, aktualizaci a řízení. Někdy se používá zkratka AS3.

  7. Zprostředkovatelství MQTT pro obecné účely je teď dostupné v Azure IoT Edge. Zařízení Azure Sphere bude publikovat zprávy do integrovaného tématu MQTT (devices/{sphere_deviceid}/messages/events/IoT Hub).

    • Moduly Azure IoT Edge jsou kontejnerizované aplikace spravované službou IoT Edge a můžou spouštět služby Azure (například Azure Stream Analytics), vlastní modely ML nebo vlastní kód specifický pro řešení.

  8. Servisní technik s HoloLensem se může přihlásit k odběru tématu MQTT (devices/{sphere_deviceid}/messages/events/) a bezpečně zobrazit data OBD-II pomocí aplikace HoloLens obsahující klienta MQTT. Klient HoloLens MQTT musí mít oprávnění k připojení a přihlášení k odběru tématu. Připojením HoloLensu přímo k bráně IoT Edge může technik služby zobrazit data vozidla téměř v reálném čase a vyhnout se latenci odesílání dat do cloudu a zpět. Servisní technik může také pracovat s portem OBD-II vozidla (například vymazat světlo "kontrolního motoru") i v případě, že je servisní centrum odpojené od cloudu.

Komponenty

  • Azure Sphere je zabezpečená platforma aplikací vysoké úrovně s integrovanými funkcemi komunikace a zabezpečení pro zařízení připojená k internetu. Skládá se ze zabezpečené, připojené, křížové mikrořadiče (MCU), vlastního operačního systému založeného na Linuxu a cloudové služby zabezpečení, která poskytuje nepřetržité a obnovitelné zabezpečení.

  • Azure IoT Edge poskytuje zprostředkování MQTT a spouští inteligentní hraniční aplikace místně, aby se zajistilo nízké latence a nižší využití šířky pásma.

  • Azure IoT Hub je ve vrstvě příjmu dat a podporuje obousměrnou komunikaci zpět na zařízení, což umožňuje odesílání akcí z cloudu nebo Azure IoT Edge do zařízení.

  • Azure Stream Analytics (ASA) poskytuje zpracování bezserverového streamu v reálném čase, které může spouštět stejné dotazy v cloudu a na hraničních zařízeních. ASA v Azure IoT Edge může filtrovat nebo agregovat data místně, což umožňuje inteligentní rozhodnutí o tom, která data je potřeba odeslat do cloudu pro další zpracování nebo úložiště.

  • Azure Cosmos DB, Azure SQL Database a Azure Synapse Analytics jsou ve vrstvě obsluhy úložiště. Azure Stream Analytics může zapisovat zprávy přímo do služby Azure Cosmos DB pomocí výstupu. Data je možné agregovat a přesouvat ze služby Azure Cosmos DB a Azure SQL do Azure Synapse pomocí služby Azure Data Factory.

  • Azure Synapse Analytics je distribuovaný systém pro ukládání a analýzu velkých datových sad. Díky použití mpP (Massive Parallel Processing) je vhodný pro spouštění vysoce výkonných analýz.

  • Azure Synapse Link pro Azure Cosmos DB umožňuje spouštět analýzy téměř v reálném čase přes provozní data ve službě Azure Cosmos DB bez jakéhokoli dopadu na výkon nebo náklady na transakční úlohy pomocí dvou analytických modulů dostupných z pracovního prostoru Azure Synapse: BEZserverové a sparkové fondy.

  • Microsoft Power BI je sada nástrojů pro obchodní analýzy pro analýzu dat a sdílení přehledů. Power BI může dotazovat sémantický model uložený ve službě Analysis Services nebo se může dotazovat přímo na Azure Synapse.

  • služby Aplikace Azure lze použít k vytváření webových a mobilních aplikací. Azure API Management je možné použít ke zveřejnění dat třetím stranám na základě dat uložených v obslužné vrstvě.

  • Microsoft HoloLens můžou použít servisní technici k zobrazení dat vozidel (například historie služeb, data OBD-II, diagramy částí atd.) holograficky, aby pomohli při řešení potíží a opravách.

Alternativy

  • Synapse Link je upřednostňovaným řešením Microsoftu pro analýzu nad daty Azure Cosmos DB.

Podrobnosti scénáře

Příjem, zpracování a vizualizace dat vozidel jsou klíčové funkce potřebné k vytváření řešení připojených automobilů. Díky zachytávání a analýze těchto dat můžeme dešifrovat cenné poznatky a vytvářet nová řešení.

Například u vozidel vybavených zařízeními telematiky můžeme monitorovat živé umístění vozidel, plánovat optimalizované trasy, poskytovat pomoc řidičům a odvětvím podpory, která využívají nebo využívají data telematiky, jako jsou pojišťovny. U výrobců vozidel mohou diagnostické informace poskytovat důležité informace pro údržbu vozidel a záruky.

Potenciální případy použití

Představte si výrobní společnost, která chce vytvořit řešení pro:

  • Bezpečně odesílejte data v reálném čase do cloudu ze senzorů a počítačů nainstalovaných ve svých vozidlech.

  • Vytvořte pro své zákazníky a prodejce služby s přidanou hodnotou tím, že analyzují polohu vozidla a další data snímačů (například senzory související s motorem a senzory související s prostředím).

  • Uložte data pro další podřízené zpracování, abyste mohli poskytnout užitečné přehledy (například upozornění na údržbu pro vlastníky vozidel, informace o nehodách pro pojišťovací agentury atd.).

  • Umožňuje servisním technikům prodejcům pracovat s vozidly pomocí aplikace hybridní reality, která pomáhá při řešení potíží a opravách (například pomocí aplikace HoloLens zobrazující data v reálném čase a zobrazit/vymazat diagnostické kódy dostupné prostřednictvím portu OBD-II vozidla, zobrazit postupy opravy nebo zobrazit rozložený diagram 3D dílů).

Přispěvatelé

Tento článek aktualizuje a udržuje Microsoft. Původně byla napsána následujícími přispěvateli.

Hlavní autor:

Další kroky

  • Projděte si referenční architekturu Azure IoT, která ukazuje doporučenou architekturu pro aplikace IoT v Azure pomocí komponent PaaS (platforma jako služba).