IoT-teknologier og -protokoller
Kom i gang med IoT-universet og -teknologien. Med denne vejledning får du et stærkt grundlag for IoT-protokoller og -teknologi, der kan hjælpe dig med at træffe de rette valg i forhold til dit projekt.
En vejledning til IoT-teknologier og -protokoller
Tingenes internet er en sammenfald af integrerede systemer, trådløse sensornetværk, kontrolsystemer og automatisering, der gør forbundne fabrikker til industriel produktion, intelligent detailhandel, næste generation af IoT-løsninger til sundhedsplejesundhedspleje, intelligente hjem og byer og bærbare enheder muligt. Med IoT-teknologier kan du transformere din virksomhed med datadrevet indsigt, forbedrede driftsprocesser, nye former for line of business og mere effektiv brug af materialer.
IoT-teknologien udvides fortsat med utallige tjenesteudbydere, en lang række platforme og millioner af nye enheder, der kommer til hvert år, så udviklere skal træffe mange beslutninger, før de indtræder i IoT-økosystemet.
Denne vejledning er udarbejdet for at hjælpe dig med at forstå almindelige IoT-protokoller, energi og forbindelseskrav. Hvis du leder efter en mere grundlæggende introduktion til IoT-teknologi, kan du se webvejledningerne til Hvad er IoT? og IoT-cybersikkerhed .
Økosystem for IoT-teknologi
Økosystemet for IoT-teknologien består af følgende lag: enheder, data, netværksmuligheder og teknologibrugere.
Enhedslag
Kombinationen af sensorer, aktuatorer, hardware, software, netværksmuligheder og gateways, der udgør en enhed, som opretter forbindelse og interagerer med et netværk.
Datalag
De data, der indsamles, behandles, sendes, gemmes, analyseres, præsenteres og bruges i forskellige forretningskontekster.
Forretningslag
IoT-teknologiens forretningsfunktioner, herunder administration af fakturering og datamarkedspladser.
Brugerlag
De personer, der interagerer med IoT-enheder og -teknologier.
Få mere at vide om, hvordan du kan oprette forbindelse mellem enheder på den rigtige måde, når du bygger med Azure IoT Hub.
IoT-teknologistakken, del 1:
IoT-enheder
IoT-enheder varierer meget, men har tendens til at have disse almindelige begreber og ordforråd tilfælles. Du kan også få mere at vide om de enheder, der anvender IoT-teknologi i dette IoT-enhedskatalog.
Aktuatorer
Aktuatorer udfører fysiske handlinger, når deres kontrolcenter giver instruktioner, som regel som reaktion på ændringer, der er identificeret af sensorer. Det er en slags omformere.
Integrerede systemer
Integrerede systemer er mikroprocessor- eller mikrocontroller-baserede systemer, der administrerer en bestemt funktion i et større system. De omfatter både hardware- og softwarekomponenter, f.eks. Azure RTOS.
Intelligente enheder
Enheder, der kan beregne. De omfatter ofte en mikrocontroller og kan bruge tjenester som f.eks. Azure IoT Edge til at udrulle bestemte arbejdsbelastninger på tværs af enheder bedst muligt.
Microcontroller Unit (MCU)
Disse små computere er integreret i mikrochips og indeholder CPU'er, RAM og ROM. Selvom de indeholder de elementer, der skal bruges til at udføre enkle opgaver, er mikrocontrollere mere begrænset i energi end mikroprocessorer.
Microprocessor Unit (MPU)
MPU'er udfører CPU-funktionerne på enkelte eller flere integrerede kredsløb. Selvom mikroprocessorer kræver, at eksterne enheder fuldfører opgaver, reducerer de behandlingsomkostningerne markant, da de kun indeholder en CPU.
Enheder, der ikke kan beregne
Enheder, der kun opretter forbindelse til og overfører data og ikke kan beregne.
Transducere
Generelt kan man sige, at omformere er enheder, der konverterer én form for energi til en anden. I forbindelse med IoT-enheder omfatter dette de interne sensorer og aktuatorer, der overfører data, i takt med at enhederne interagerer med deres miljø.
Sensorer
Sensorer registrerer ændringer i deres miljø og opretter elektriske impulser for at kommunikere. Sensorer registrerer ofte miljøskift, f.eks. ændringer i temperatur samt kemiske og fysiske placeringer og er en slags omformere.
IoT-teknologistakken, del 2:
IoT-protokoller og -netværksmuligheder
Forbindelse til IoT-enheder
Et overordnet aspekt af at planlægge et projekt med IoT-teknologi er at bestemme enhedernes IoT-protokoller – med andre ord, hvordan enhederne opretter forbindelse og kommunikerer. I IoT-teknologistakken opretter enheder forbindelse enten via gateways eller indbygget funktionalitet.
Hvad er IoT-gateways?
Gateways er en del af den IoT-teknologi, der kan bruges til at forbinde IoT-enheder med cloudmiljøet. Selvom det ikke er alle IoT-enheder, der kræver en gateway, kan de bruges til at oprette kommunikation mellem enheder eller oprette forbindelse mellem enheder, der ikke er IP-baserede og ikke kan oprette direkte forbindelse til cloudmiljøet. Data, der indsamles fra IoT-enheder via en gateway, bliver forbehandlet på grænseenheden og bliver derefter sendt til cloudmiljøet.
Hvis du bruger IoT-gateways, kan det reducere ventetiden og reducere transmissionsstørrelsen. Med gateways som en del af dine IoT-protokoller kan du også oprette forbindelse til enheder uden direkte internetadgang og levere et ekstra sikkerhedslag ved at beskytte data, der bevæger sig i begge retninger.
Hvordan opretter jeg forbindelse mellem IoT-enheder og netværket?
Den type netværksmulighed, du skal bruge som en del af IoT-protokollen, afhænger af enheden, dens funktion og dens brugere. Den afstand, som dataene skal bevæge sig – enten kort eller langt – bestemmer den påkrævede type IoT-netværksmulighed.
Typer af IoT-netværk
Netværk med lavt strømforbrug og kort rækkevidde
Disse netværk med et lavt strømforbrug og en kort rækkevidde er velegnede til private hjem, kontorer og andre mindre miljøer. De bruger som regel kun små batterier og er normalt billige i drift.
Almindelige eksempler:
Bluetooth
Bluetooth er godt til dataoverførsler med høj hastighed og sender både stemme- og datasignaler op til 10 meter.
NFC
Et sæt kommunikationsprotokoller til kommunikation mellem to elektroniske enheder på en afstand af 4 cm eller mindre. NFC giver en forbindelse med lav hastighed og en enkel konfiguration, der kan bruges til selvstart af trådløse forbindelser for flere enheder.
Wi-Fi/802.11
De lave driftsomkostninger ved Wi-Fi gør det til en standard i mange hjem og på mange kontorer. Det er dog ikke nødvendigvis det rette valg i alle scenarier pga. den begrænsede rækkevidde og energiforbruget døgnet rundt.
Z-Wave
Et lokalnetværk, der bruger radiobølger med lavt strømforbrug til kommunikation mellem apparater.
Zigbee
En IEEE 802.15.4-baseret specifikation til en række kommunikationsprotokoller på højt niveau bruges til at oprette personlige netværk med små digitale radioer, der har et lavt strømforbrug.
Low-Power, Wide-Area Network (LPWAN)
LPWAN'er muliggør kommunikation på tværs af minimum 500 meter, kræver minimal energi og bruges til de fleste IoT-enheder. Almindelige eksempler på LPWAN'er er:
4G LTE IoT
Disse netværk har høj kapacitet og lav ventetid, hvilket gør dem til et godt valg i forbindelse med IoT-scenarier, der kræver oplysninger eller opdateringer i realtid.
5G IoT
Selvom det endnu ikke er tilgængeligt, forventes det, at 5G IoT-netværk muliggør yderligere innovationer inden for IoT ved at levere meget hurtigere downloadhastigheder og netværksmuligheder til mange flere enheder i et givet område.
Cat-0
Disse LTE-baserede netværk har den laveste pris. De danner grundlag for Cat-M, som er en teknologi, der vil erstatte 2G.
Cat-1
Denne standard for IoT på mobil vil med tiden erstatte 3G. Netværk med Cat-1 er nemme at konfigurere og er en fantastisk løsning til programmer, der kræver en stemme- eller browsergrænseflade.
LoRaWAN
Der oprettes forbindelse til sikre, batteridrevne mobilenheder i begge retninger via LoRaWANs (Long-Range Wide-Area Networks).
LTE Cat-M1
Disse netværk er fuldt kompatible med LTE-netværk. De optimerer omkostningerne og energiforbruget i en anden generation af LTE-chips, der er udviklet specielt til IoT-programmer.
Narrowband eller NB-IoT/Cat-M2
NB-IoT/Cat-M2 bruger DSSS-modulation (Direct-Sequence Spread Spectrum) til at sende data direkte til serveren, hvilket eliminerer behovet for en gateway. Selvom NB-IoT-netværk koster mere at konfigurere, er de billigere at køre, fordi de ikke kræver nogen gateway.
Sigfox
Denne globale IoT-netværksudbyder tilbyder trådløse netværk til at oprette forbindelse til objekter med lavt strømforbrug, der udsender kontinuerlige data.
IoT-protokoller: Sådan kommunikerer IoT-enheder med netværket
IoT-enheder kommunikerer ved hjælp af IoT-protokoller. Internet Protocol (IP) er et sæt regler, der dikterer, hvordan data sendes til internettet. IoT-protokoller sikrer, at oplysninger fra én enhed eller sensor bliver læst og forstået af en anden enhed, gateway eller en tjeneste. Forskellige IoT-protokoller er designet og optimeret til forskellige scenarier og former for brug. På grund af de mange forskellige typer tilgængelige IoT-enheder, er det vigtigt at bruge den rette protokol i den rette kontekst.
Hvilken IoT-protokol er den rette for mig?
Den type IoT-protokol, du skal bruge, afhænger af det lag for systemarkitekturen, som dataene skal bevæge sig i. Dokumentationen til OSI-modellen (Open Systems Interconnection) OSI-modellen (Open Systems Interconnection) giver et kort over de forskellige lag, der sender og modtager data. Hver IoT-protokol i IoT-systemarkitekturen muliggør kommunikation mellem enheder, enheder og gateways, gateways og datacentre, gateways og cloudmiljøer samt kommunikation mellem datacentre.
Programlag
Programlaget fungerer som grænseflade mellem brugeren og enheden i en given IoT-protokol.
Advanced Message Queuing Protocol (AMQP)
Et softwarelag, der skaber interoperabilitet mellem beskedmiddleware. Det hjælper en række systemer og programmer med at arbejde sammen og opretter en standardiseret besked i industriel skala.
Constrained Application Protocol (CoAP)
En begrænset båndbredde og en begrænset netværksprotokol, der er udviklet til enheder med begrænset kapacitet til at oprette forbindelse mellem maskiner. CoAP er også en protokol til dokumentoverførsler, der kører via UDP (User Datagram Protocol).
Data Distribution Service (DDS)
En alsidig peer to peer-kommunikationsprotokol, der udfører alt lige fra kørsel af små enheder til oprettelse af forbindelse til netværk med høj ydeevne. DDS strømliner udrulning, øger pålideligheden og reducerer kompleksiteten.
Message Queue Telemetry Transport (MQTT)
En beskedprotokol, der er udviklet til let kommunikation mellem maskiner, og som primært bruges til forbindelser med lav båndbredde til fjernplaceringer. MQTT bruger et mønster af typen udgiver-abonnent og er ideelt til mindre enheder, der kræver effektiv båndbredde og batteriforbrug.
Transportlag
Transportlaget muliggør og beskytter datakommunikationen i enhver IoT-protokol, i takt med at det bevæger sig mellem lag.
Transmission Control Protocol (TCP)
Den dominerende protokol for hovedparten af internetforbindelserne. Den tilbyder kommunikation mellem værter, opdeler store datasæt i individuelle pakker og gensender og samler pakker igen efter behov.
User Datagram Protocol (UDP)
En kommunikationsprotokol, der muliggør kommunikation mellem processer og kører på IP. UDP forbedrer dataoverførselshastigheder via TCP og passer bedst til programmer, der kræver tabsfrie dataoverførsler.
Netværkslag
En IoT-protokols netværkslag hjælper individuelle enheder med at kommunikere med routeren.
IP
Mange IoT-protokoller bruger IPv4, mens de seneste udførelser bruger IPv6. Den seneste opdatering til IP dirigerer trafik på tværs af internettet og identificerer og finder enheder på netværket.
6LoWPAN
Denne IoT-protokol fungerer bedst sammen enheder, der har et lavt strømforbrug og begrænset behandlingsfunktionalitet.
Lag for datalink
Datalaget er en del af en IoT-protokol, der overfører data i systemarkitekturen og identificerer og retter fejl, der blev fundet i det fysiske lag.
IEEE 802.15.4
En radiostandard for en trådløs forbindelse med lavt strømforbrug. Det bruges sammen med Zigbee, 6LoWPAN og andre standarder til at skabe integrerede trådløse netværk.
LPWAN
LPWAN-netværk (Low-power wide-area) med et lavt strømforbrug giver mulighed for kommunikation med en rækkevidde på 500 m til visse steder 10 km afstand. LoRaWAN er et eksempel på LPWAN, der er optimeret til lavt energiforbrug.
Fysisk lag
Det fysiske lag er kommunikationskanalen mellem enheder i et bestemt miljø.
Bluetooth Low Energy (BLE)
BLE reducerer energiforbruget og omkostningerne markant og bevarer en tilsvarende forbindelsesrækkevidde som det klassiske Bluetooth. BLE fungerer lokalt på tværs af mobiloperativsystemer og er hurtigt ved at blive en favorit blandt forbrugerelektronik pga. de lave omkostninger og den lange batterilevetid.
Ethernet
Denne kabelforbundne forbindelse er en billigere mulighed, der giver hurtig dataforbindelse og lav ventetid.
Long-Term Evolution (LTE)
En trådløs kommunikationsstandard for bredbånd til mobilenheder og dataterminaler. LTE øger kapaciteten og hastigheden for trådløse netværk og understøtter multicast- og broadcast-streams.
Near Field Communication (NFC)
Et sæt kommunikationsprotokoller, der bruger elektromagnetiske felter, og som gør det muligt for to enheder inden for fire centimeters afstand at kommunikere med hinanden. NFC-aktiverede enheder fungerer som identitetskort og bruges ofte til kontaktløse mobilbetalinger, billetudstedelse og chipkort.
PLC (Power Line Communication)
En kommunikationsteknologi, der gør det muligt at sende og modtage data via eksisterende strømkabler. Det giver dig mulighed for både at drive og styre en IoT-enhed via samme kabel.
Radio Frequency Identification (RFID)
RFID bruger elektromagnetiske felter til at spore elektroniske tags, der ellers er uden strøm. Kompatibelt hardware leverer strøm og kommunikerer med disse tags og læser deres oplysninger med henblik på identifikation og godkendelse.
Wi-Fi/802.11
Wi-Fi/802.11 er en standard i private hjem og kontorer. Selvom det er en billig løsning, passer det muligvis ikke til alle scenarier pga. den begrænsede rækkevidde og energiforbruget døgnet rundt.
Z-Wave
Et lokalnetværk, der bruger radiobølger med lavt strømforbrug til kommunikation mellem apparater.
Zigbee
En IEEE 802.15.4-baseret specifikation til en række kommunikationsprotokoller på højt niveau bruges til at oprette personlige netværk med små digitale radioer, der har et lavt strømforbrug.
IoT-teknologistakken, del 3:
IoT-platforme
Med IoT-platforme er det nemt at skabe og lancere IoT-projekter ved at levere en enkelt tjeneste, der administrerer din udrulning, dine enheder og dine data. IoT-platforme administrerer hardware- og softwareprotokoller, byder på sikkerhed og godkendelse samt leverer brugergrænseflader.
Den nøjagtige definition af en IoT-platform varierer, fordi mere end 400 tjenesteudbydere tilbyder funktioner, der spænder fra software og hardware til SDK'er og API'er. De fleste IoT-platforme omfatter dog følgende:
- En IoT-cloudgateway
- Godkendelse, enhedshåndtering og API'er
- Cloudinfrastruktur
- Integrationer af programmer fra tredjepart
Administrerede tjenester
Administrerede IoT-tjenester hjælper virksomheder med proaktivt at drive og vedligeholde deres IoT-økosystem. Der findes en række IoT-administrerede tjenester, , f.eks. Azure IoT Hub, som kan hjælpe med at strømline og understøtte processen med at bygge, udrulle, administrere og overvåge dit IoT-projekt.
IoT-anvendelser af aktuelle teknologier
Kunstig intelligens og IoT
IoT-systemer indsamler så store mængder data, at det ofte er nødvendigt at bruge kunstig intelligens og maskinel indlæring til at sortere og analysere disse data, så du kan registrere mønstre og udføre handlinger på baggrund af indsigt. Med kunstig intelligens kan du f.eks. analysere data, der indsamles fra produktionsudstyr, og forudsige behovet for vedligeholdelse, hvilket reducerer omkostningerne og nedetiden mod uventede nedbrud.
Blokkæde og IoT
Der er i øjeblikket ingen måde at bekræfte, at data fra IoT ikke er blevet manipuleret på, før de bliver solgt eller delt. Blokkæden og IoT arbejder sammen for at nedbryde datasiloer og opbygge tillid, så man kan bekræfte, spore og stole på data.
Kubernetes og IoT
Med en udrulningsmodel uden nedetid hjælper Kubernetes med at holde IoT-projekter opdateret i realtid uden at påvirke brugerne. Kubernetes skalerer nemt og effektivt ved hjælp af cloudressourcer og leverer en fælles platform til udrulning på grænseenheder.
Åben kildekode og IoT
Teknologier i åben kildekode sætter fart på IoT, hvilket giver udviklere mulighed for at bruge de værktøjer, de vil, til programmer med IoT-teknologi.
Kvanteberegning og IoT
Den betydelige mængde data, der genereres af IoT, udlåner naturligt sig selv til kvanteberegningens evne til at skynde sig gennem tunge beregninger. Derudover hjælper kvantekryptografi med at tilføre et sikkerhedsniveau, der kræves, men som i øjeblikket forhindres af lav beregningsstrøm, som er indgroet i de fleste IoT-enheder.
Serveruafhængighed og IoT
Serveruafhængig databehandling giver udviklerne mulighed for hurtigt at udvikle programmer, da behovet for at administrere infrastruktur fjernes. Med serveruafhængige programmer klargør, skalerer og administrerer udbyderen af cloudtjenester automatisk den infrastruktur, der er nødvendig for at køre koden. Med den varierende trafik i forbindelse med IoT-projekter får man med serveruafhængighed en omkostningseffektiv måde at skalere dynamisk på.
Virtual reality og IoT
Når virtual reality og IoT bruges sammen, får du hjælp til at visualisere komplekse systemer og træffe beslutninger i realtid. Hvis du f.eks. bruger en form for virtual reality kaldet augmented reality (også kaldet mixed reality), kan du få vist vigtige IoT-data som grafik oveni virkelige objekter (f.eks. dine IoT-enheder) eller arbejdsområder. Kombinationen af virtual reality og IoT har givet inspiration til teknologiske fremskridt inden for en række brancher, f.eks. sundhedsvæsenet, teknisk service, transport og produktion.
Digital Twins og IoT
Test af dine systemer før udførelse kan være en meget omkostnings- og tidsbesparende forholdsregel. Digital Twins henter data fra flere IoT-enheder og integrerer dem med data fra andre kilder for at oprette en visualisering af, hvordan systemet interagerer med enheder, personer og områder.
IoT-data og -analyse
IoT-teknologier producerer så høje mængder data, at der kræves specialiserede processer og værktøjer til at omdanne dataene til indsigt, der kan handles på. Almindelige anvendelser af og udfordringer med IoT-teknologi:
Anvendelse: Forudsigende vedligeholdelse
IoT-modeller til maskinel indlæring, der er udviklet og oplært til at identificere signaler fra historiske data, kan bruges til at identificere de samme tendenser i aktuelle data. Dette giver brugerne mulighed for at automatisere forebyggende tjenesteanmodninger og bestille nye dele på forhånd, så de altid er tilgængelige, når der er brug for dem.
Anvendelse: Beslutninger i realtid
Der findes en række IoT-analysetjenester, der er udviklet til rapportering fra slutpunkt til slutpunkt i realtid, herunder:
- Lager til store datamængder ved hjælp af formater, som analyseværktøjer kan sende forespørgsler til.
- Behandling af store mængder datastrømme for at filtrere og samle data, før de analyseres.
- Behandlingstid af analyse med lav ventetid ved hjælp af analyseværktøjer i realtid, som rapporterer om og visualiserer data.
- Dataindtagelse i realtid ved hjælp af beskedmæglere.
Udfordring: Datalager
Store datasamlinger fører til et behov for store datalagre. Der findes adskillige datalagertjenester, som varierer i funktionalitet, f.eks. organisationsstrukturer, godkendelsesprotokoller og størrelsesbegrænsninger.
Udfordring: Databehandling
Mængden af data, der indsamles via IoT, er også en udfordring i forhold til hastigheden i forbindelse med oprydning, behandling og fortolkning. GrænseberegningEdge-databehandling løser disse udfordringer ved at flytte det meste af databehandlingen fra et centraliseret system til kanten af netværket tættere på de enheder, der har brug for dataene. Decentralisering af databehandling byder dog på nye udfordringer, herunder pålideligheden og skalerbarheden af grænseenheder og sikkerheden af dataene undervejs.
IoT-sikkerhed, tryghed og beskyttelse af personlige oplysninger
IoT-sikkerhed og beskyttelse af personlige oplysninger er kritiske overvejelser i et hvilket som helst IoT-projekt. Selvom IoT-teknologien kan transformere dine forretningsprocesser, kan IoT-enheder udgøre en trussel, hvis de ikke sikres tilstrækkeligt. Cyberangreb kan kompromittere data, ødelægge udstyr og tilmed forvolde skade.
Stærk IoT-cybersikkerhed, f.eks. Azure Sphere, rækker ud over standardforanstaltningerne for fortrolighed for at inkludere trusselsmodellering. Det første skridt til at undgå angreb er at have en forståelse for de forskellige måder, som personer med ondsindede hensigter kan kompromittere dit system på.
Når du planlægger og udvikler dit IoT-sikkerhedssystem, er det vigtigt at vælge den rette løsning til alle trin på din platform og i dit system, fra driftsteknologi til it. Softwareløsninger, f.eks. Azure Defender, giver dig den beskyttelse, du har brug for, i hele dit givne system.
Ressourcer, der hjælper dig med at komme i gang
Internet of Things Show
Hold dig opdateret med de nyeste Microsoft IoT-meddelelser, produkt- og funktionsdemoer, kunde- og partnerspotlights, de bedste brancheforedrag og tekniske gennemgange.