IoT-teknologi og -protokoller

Kom i gang med IoT. Denne veiledningen gir deg et solid grunnlag i IoT-teknologi og -protokoller, slik at du kan ta de rette valgene for prosjektet ditt.

En veiledning i IoT-teknologi og -protokoller

Tingenes Internett (IoT – Internet of Things) er en konvergens av innebygde systemer, trådløse sensornettverk, kontrollsystemer og automatisering som gjør det mulig med tilkoblede fabrikker, intelligent detaljhandel, smarte hjem og byer og bærbare enheter. IoT-teknologi gir deg muligheten til å forvandle bedriften din med datadreven innsikt, forbedrede driftsprosesser, nye bransjer og mer effektiv bruk av materiale.

IoT-teknologi fortsetter å utvide, med utallige tjenesteleverandører, en rekke plattformer og millioner av nye enheter som kommer hvert år, noe som gjør at utviklere kan ta mange beslutninger før de kommer inn i IoT-økosystemet. Denne veiledningen skal hjelpe deg med å forstå vanlige IoT-protokoller og krav til kapasitet og tilkobling.

Økosystemet for IoT-teknologi

Økosystemet for IoT-teknologi består av følgende lag: enheter, data, tilkobling og teknologibrukere.

Enhetslag

Kombinasjonen av sensorer, aktuatorer, maskinvare, programvare, tilkobling og gatewayer som utgjør en enhet som kobles til og samhandler med et nettverk.

Datalag

Dataene som er samlet inn, behandlet, sendt, lagret, analysert, presentert og brukt i forretningssammenheng.

Forretningslag

Forretningsfunksjonene til IoT-teknologi, inkludert administrasjon av fakturerings- og datamarkedsplasser.

Brukerlag

Komponentene som gir mennesker mulighet til å samhandle med IoT-enheter.

IoT-teknologistakken, del 1:
IoT-enheter

IoT-enheter

Her er noen vanlige termer relatert til enheter i IoT-teknologistakken:

Innebygde systemer

Består av både maskinvare og programvare og administrer en bestemt funksjon relatert til et større system. Integrerte systemer er mikroprosessorbaserte eller mikrokontrollerbaserte.

Intelligente enheter

Disse enhetene har muligheten til å beregne og ofte inkludere en mikrokontroller.

Mikrokontrollerenhet (MCU)

Disse små datamaskinene er innebygd på mikrobrikker og inneholder CPU-er, RAM og ROM. Selv om de inneholder elementer som kreves for å utføre enkle oppgaver, har mikrokontrollere mer begrenset kapasitet enn mikroprosessorer.

Mikroprosessorenhet (MPU)

Oppbevarer funksjonene til CPU-er på én eller flere integrerte kretser. Selv om mikroprosessorer krever eksterne enheter for å fullføre oppgaver, reduserer de behandlingskostnader betydelig, fordi de bare inneholder en CPU.

Enheter som ikke støtter databehandling

Disse enhetene kan bare koble til og overføre data og har ikke evnen til databehandling.

Transdusere

Fysiske enheter som konverterer én form for energi til en annen. I IoT-enheter inkluderer dette de interne sensorene og aktuatorene som sender data når objekter samhandler med miljøet.

  • Aktuatorer

    Ta fysiske tiltak når kontrollsenteret gir deg instruksjoner, vanligvis på grunn av endringer som identifiseres av sensorer.

  • Sensorer

    Finner endringer i miljøene sine og bruker elektriske impulser til å kommunisere. Sensorer gjenkjenner vanligvis miljøendringer, for eksempel endringer i temperatur, kjemikalier og fysisk plassering.

IoT-teknologistakken, del 2:
IoT-protokoller og -tilkobling

Når du planlegger et IoT-prosjekt, er det viktig å vurdere hvordan enheten skal koble til og kommunisere. Dette vil avgjøre hvilke IoT-protokoller som gjelder for den.

Tilkobling av IoT-enheter

I IoT-teknologistakken kobles enhetene til enten gjennom gatewayer eller innebygd funksjonalitet.

Hva er IoT-gatewayer?

Gatewayer kobler IoT-enheter til skyen. Data som samles inn fra IoT-enheter, flyttes gjennom en gateway, forhåndsbehandles på kanten, og blir deretter sendt til skyen.

Bruk av IoT-gatewayer forlenger batterilevetiden, gir lavere ventetid og reduserer overføringsstørrelser. Med gatewayer kan du også koble til enheter uten direkte Internett-tilgang og gi et ekstra lag med sikkerhet ved å beskytte data som beveger seg i begge retninger.

Hvordan kobler jeg IoT-enheter til nettverket?

Hva slags tilkobling du trenger, avhenger av enheten, funksjonen og brukerne. Det som bestemmer hva slags IoT-tilkobling som kreves, er vanligvis hvor langt dataene må reise – enten kort eller langt.

IoT-nettverkstyper

Nettverk med kort rekkevidde og lavt strømforbruk

Disse nettverkene er godt egnet for hjem, kontorer og andre små miljøer. De er egnet til små batterier – og i noen tilfeller batteriløse oppsett – og er ofte billige i drift.

Noen vanlige eksempler:

Bluetooth

Bluetooth sender både tale- og datasignaler i opptil 10 meter og egner seg til dataoverføring med høy hastighet.

Wi-Fi/802.11

Den lave kostnaden av Wi-Fi gjør det til standard i hjem og på kontorer. Det er imidlertid ikke det riktige valget for alle scenarioer på grunn av det begrensede området og energiforbruket døgnet rundt.

Z-Wave

Et maskenettverk for hjemmebrukere som kommuniserer ved hjelp av radiobølger med lav energi. Z-Wave tilbyr interoperabilitet for programlag mellom automatiseringssystemer for hjemme.

Zigbee

Zigbee er et vanlig valg for automatisering og medisinske enheter i hjemmet, og er best egnet for personlige nettverk med små enheter med lavt strømforbruk og lav båndbredde på nært hold.

Nettverk med stort område og lavt strømforbruk (LPWAN)

Aktiverer kommunikasjon over minimum 500 meter, krever minimalt med strøm og brukes i de fleste IoT-enheter. Nettverk med lang rekkevidde og stort område (LoRaWANs) kobler for eksempel mobile, sikre, toveis batteridrevne enheter.

Noen vanlige eksempler:

4G LTE IoT

Tilbyr høy kapasitet og kort ventetid, slik at disse nettverkene er et godt valg for IoT-scenarioer som krever informasjon eller oppdateringer i sanntid.

5G IoT

Selv om det ikke ennå er tilgjengelig, forventes det at 5G IoT-nettverk kommer til å gjøre det mulig med mer nyskapning i IoT, på grunn av en mye raskere nedlastingshastighet og tilkobling til mange flere enheter i et gitt område.

Cat-0

Disse LTE-baserte nettverkene er det rimeligste alternativet. De legger grunnlaget for Cat-M, en teknologi som vil erstatte 2G.

Cat-1

Denne standarden for mobil IoT vil etter hvert erstatte 3G. Cat-1-nettverk er enkle å konfigurere og tilbyr en fantastisk løsning for programmer som krever et stemme- eller nettlesergrensesnitt.

LTE Cat-M1

Disse nettverkene er fullstendig kompatible med LTE-nettverk. De optimaliserer kostnader og kraft i en andregenerasjon av LTE-brikker som er utviklet spesielt for IoT-programmer.

Smalbånd

Denne radioteknologistandarden opererer på et delsett av LTE-standarden. Den er rettet mot innendørs dekning og tilbyr lave kostnader og lang batteri leve tid.

NB-IoT/Cat-M2

Bruker DSSS (direct-sequence spread spectrum)-modulering til å sende data direkte til serveren og dermed eliminere behovet for en gateway. Selv om det er dyrere å konfigurere NB-IoT-nettverk, er de billigere å kjøre, siden de ikke krever en gateway.

Sigfox

Denne ledende globale IoT-nettverksleverandøren tilbyr trådløse nettverk for tilkobling til objekter med lavt strømforbruk som sender ut kontinuerlige data.

IoT-protokoller: Slik kommuniserer IoT-enheter med nettverket

IoT-enheter kommuniserer ved hjelp av IoT-protokoller. Internet Protocol (IP) er et sett med regler som dikterer hvordan data sendes til Internett. IoT-protokoller sikrer at informasjon fra én enhet eller sensor blir lest og forstått av en annen. Hvis du har en rekke ulike IoT-enheter tilgjengelig, er det viktig å bruke den riktige protokollen i den rette konteksten.

Hvilken IoT-protokoll er riktig for meg?

Hva slags IoT-protokoll du bruker, avhenger av systemarkitekturlaget som dataene dine trenger for å reise. OSI (Open Systems Interconnection)-modellen gir et kart over de ulike lagene som sender og mottar data. Hver protokoll i IoT-systemarkitekturen muliggjør enhet-til-enhet-, enhet-til-gateway-, gateway-til-datasenter- eller gateway-til-sky-kommunikasjon i tillegg til kommunikasjon mellom datasentre.

Programlag

Programlaget fungerer som grensesnittet mellom brukeren og enheten.

AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)

Et programvarelag som oppretter interoperabilitet mellom meldingsmellomvare. Det hjelper en rekke systemer og programmer med å jobbe sammen, noe som skaper standardiserte meldinger i stor skala.

Constrained Application Protocol (CoAP)

En protokoll med begrenset båndbredde og begrenset nettverk som er utviklet for enheter med begrenset kapasitet til tilkobling i maskin-til-maskin-kommunikasjon. CoAP er også en dokumentoverføringsprotokoll som kjører over UDP (User Datagram Protocol).

Data Distribution Service (DDS)

En allsidig node-til-node-kommunikasjonsprotokoll som gjør alt fra å kjøre små enheter til å koble til nettverk med høy ytelse. DDS effektiviserer distribusjonen, øker påliteligheten og reduserer kompleksiteten.

Message Queue Telemetry Transport (MQTT)

En meldingsprotokoll utviklet for lett maskin-til-maskin-kommunikasjon som hovedsakelig brukes til tilkoblinger med lav båndbredde til eksterne plasseringer. MQTT bruker et utgiver-abonnent-mønster og er ideell for små enheter som krever effektiv båndbredde og batteribruk.

Transportlag

Transportlaget aktiverer og beskytter kommunikasjonen av dataene når de sendes mellom lag.

Transmission Control Protocol (TCP)

Den dominerende protokollen for de fleste Internett-tilkoblinger. Den tilbyr vertsbasert kommunikasjon, deler store datasett i individuelle pakker og sender og setter sammen pakkene på nytt etter behov.

User Datagram Protocol (UDP)

En kommunikasjonsprotokoll som muliggjør prosess-til-prosess-kommunikasjon og kjører i tillegg til IP. UDP forbedrer dataoverføringspriser over TCP og passer best for programmer som krever dataoverføringer uten datatap.

Nettverkslag

Nettverkslaget hjelper individuelle enheter med å kommunisere med ruteren.

6LoWPAN

En svakere versjon av IPv6 som reduserer overføringstidene.

IPv6

Denne nylige oppdateringen av IP ruter trafikk over Internett og identifiserer og finner enheter på nettverket.

Datakoblingslag

Datalaget overfører data i systemarkitekturen, og identifiserer og retter feil som ble funnet i det fysiske laget.

IEEE 802.15.4

En radiostandard for trådløs tilkobling med lavt strømforbruk. Den brukes med ZigBee, 6LoWPAN og andre standarder til å bygge trådløse, innebygde nettverk.

LPWAN

Denne typen nettverk muliggjør kommunikasjon på tvers av minimum 500 meter. LoRaWAN er et eksempel på LPWAN som er optimalisert for lavt strømforbruk.

Fysisk lag

Det fysiske laget oppretter en kommunikasjonskanal som gir enheter mulighet til å koble til innenfor et bestemt miljø.

Bluetooth Low Energy (BLE)

Reduserer strømforbruket og kostnadene betydelig og opprettholder et lignende tilkoblingsområde som klassisk Bluetooth. BLE fungerer systemegent på tvers av mobile operativsystemer og har raskt blitt en favoritt for forbrukerelektronikk på grunn av den lave kostnaden og lange batterilevetiden.

Ethernet

Denne kabelbaserte tilkoblingen er et rimelig alternativ som gir rask datatilkobling og kort ventetid.

Long-term evolution (LTE)

En standard for trådløs bredbåndskommunikasjon for mobilenheter og dataterminaler. LTE øker kapasiteten og hastigheten til trådløse nettverk og støtter multikasting- og kringkastingstrømming.

Nærfeltskommunikasjon (NFC)

Et sett med kommunikasjonsprotokoller som bruker elektromagnetiske felter som gir to enheter mulighet til å kommunisere innenfra fire centimeter av hverandre. NFC-aktiverte enheter fungerer som identitetsnøkkelkort og brukes vanligvis til kontaktløse mobilbetalinger, billetter og smartkort.

Radiofrekvensidentifikasjon (RFID)

Bruker elektromagnetiske felter til å spore ellers strømløs elektronisk overvåking. Kompatibel maskinvare leverer strøm og kommuniserer med disse enhetene for å lese informasjonen for identifikasjon og godkjenning.

Wi-Fi/802.11

Standard i hjem og på kontorer. Selv om det er et rimelig alternativ, kan det hende at det ikke passer for alle scenarioer på grunn av det begrensede området og energiforbruket døgnet rundt.

IoT-teknologistakken, del 3:
IoT-plattformer

IoT-plattformer gjør det enkelt å utvikle og starte IoT-prosjektene dine ved å tilby én enkelt tjeneste som administrerer distribusjon, enheter og data. IoT-plattformer administrerer maskinvare- og programvareprotokoller, tilbyr sikkerhet og godkjenning og leverer brukergrensesnitt.

Den nøyaktige definisjonen av en IoT-plattform varierer, fordi mer enn 400 tjenesteleverandører tilbyr funksjoner fra programvare og maskinvare til SDK-er og API-er. De fleste IoT-plattformene inkluderer imidlertid:

  • En IoT-skygateway
  • Godkjenning, enhetsbehandling og API-er
  • Skyinfrastruktur
  • Integrasjon av tredjepartsapper

Administrerte tjenester

IoT-administrerte tjenester gir bedrifter hjelp med proaktiv drift og vedlikehold av IoT-økosystemet. Det finnes en rekke ulike IoT-administrerte tjenester som kan hjelpe deg med å effektivisere og støtte prosessen med å utvikle, distribuere, administrere og overvåke IoT-prosjektet ditt.

Slik er IoT relatert til eksisterende teknologi

Virtuell virkelighet og IoT

Virtuell virkelighet og IoT brukt sammen kan hjelpe deg med å se komplekse systemer i sammenheng visuelt og foreta avgjørelser i sanntid. Utvidet virkelighet (også kjent som blandet virkelighet) oppretter for eksempel et visuelt overlegg av innsamlede data og har en rekke praktiske bruksområder med IoT. Kombinasjonen av virtuell virkelighet og IoT har inspirert til teknologiske fremskritt i bransjer som helsevesen, felttjeneste, transport og produksjon.

Kvantumdatabehandling og IoT

Den betydelige mengden data som genereres av IoT, egner seg til kvantumdatabehandlingens evne til å foreta tunge utregninger raskt. I tillegg bidrar kvantumkryptografi til å legge til et lag av sikkerhet som er nødvendig, men som for øyeblikket hindres av den lave databehandlingskraften i de fleste IoT-enheter.

Blokkjede og IoT

For øyeblikket er det ikke mulig å bekrefte at dataene fra IoT ikke er manipulert før de blir solgt eller delt. Blokkjeden og IoT samarbeider om å sortere datasiloer og fremme klarering, slik at data kan verifiseres, spores og være til å stole på.

Åpen kilde og IoT

Åpen kilde-teknologi får fart på IoT, noe som gir utviklere muligheten til å bruke verktøyene de ønsker, på programmer med IoT-teknologi.

Serverløs og IoT

Den variable trafikken i IoT-prosjekter betyr at serverløs er en kostnadseffektiv måte å skalere dynamisk på, uten administrasjon av infrastruktur.

Kubernetes og IoT

Distribusjonsmodellen med null nedetid i Kubernetes kan hjelpe IoT-prosjekter med å holde seg oppdatert i sanntid uten at brukerne påvirkes. Kubernetes skaleres enkelt og effektivt ved hjelp av skyressurser, noe som gir en felles plattform for distribusjon til kanten.

AI og IoT

IoT-systemer samler så store datamengder at det ofte er nødvendig å bruke AI og maskinlæring til å sortere og analysere dataene, slik at du kan oppdage mønstre og få innsikt som du kan handle etter. AI kan for eksempel analysere data som samles inn fra produksjonsutstyr, og forutse behovet for vedlikehold, slik at kostnader og nedetid fra uventede brudd reduseres.

IoT-data og -analyse

IoT-teknologier produserer så store mengder data at det er nødvendig med spesialiserte prosesser og verktøy for å gjøre dataene om til innsikt du kan handle etter.

Vanlige bruksområder for IoT-teknologi:

Prediktivt vedlikehold

IoT-maskinlæringsmodeller som er utformet for og opplært til å identifisere signaler i historiske data, kan brukes til å identifisere de samme trendene i gjeldende data. Dette betyr at brukere kan automatisere forebyggende tjenesteforespørsler og bestille nye deler på forhånd, slik at de alltid er tilgjengelige ved behov.

Beslutninger i sanntid

Effektiv arkitektur for IoT-sanntidsanalyse skaleres for høye datavolumer og kort ventetid. En rekke IoT-analysetjenester er tilgjengelige, med komponenter som er utformet for å levere ende-til-ende-rapportering i sanntid, blant annet:

  • Lagring av store datamengder, som bruker formater som kan spørres av analyseverktøy.
  • Behandling av store datastrømmer for filtrering og samling av data før analyser utføres.
  • Analysebehandling med kort ventetid ved hjelp av sanntidsanalyseverktøy som rapporterer og visualiserer data.
  • Dataregistrering i sanntid med meldingsmeglere.

Vanlige utfordringer for IoT-teknologi:

Datalagring

Store datasamlinger fører til store datalagringsbehov. Det finnes flere datalagringstjenester, som varierer når det gjelder blant annet organisatoriske strukturer, godkjenningsprotokoller og størrelsesgrenser.

Databehandling

På grunn av datamengdene som samles gjennom IoT, kan det være en utfordring å rydde, behandle og tolke raskt. Kantdatabehandling tar tak i disse utfordringene ved å flytte det meste av databehandlingen fra et sentralt system til kanten av nettverket, nærmere enhetene som trenger dataene. Desentralisert databehandling introduserer imidlertid nye utfordringer, blant annet påliteligheten og skalerbarheten til kantenheter og sikkerheten til dataene i transitt.

Sikkerhet, trygghet og personvern for tingenes internett

Sikkerhet og personvern i IoT er viktige vurderinger i ethvert IoT-prosjekt. Selv om IoT-teknologi kan transformere forretningsdriften din, kan IoT-enheter utgjøre en trussel hvis de ikke er sikret godt nok. Cyberangrep kan ødelegge data og utstyr og til og med forårsake skade.

En sterk IoT-cybersikkerhet går lenger enn standardtiltak for konfidensialitet og inkluderer trusselmodellering. Første skritt mot å forhindre angrep er å forstå de forskjellige måtene som systemet ditt kan angripes på.

Les mer om IoT-sikkerhet

Ressurser for å komme i gang

IoT i den virkelige verden: Historier fra produksjonen

Finn ut hvordan forretningslederne bruker IoT til å opprettholde kontroll over data, enheter og programmer. Få bedre forståelse av hva det kreves for å kapitalisere på IoT-teknologi og hvordan du får løsningen din i drift.

Les e-boken

Bygg IoT-løsninger med Azure: En veiledning for utviklere

Få oversikt over tjenester som tar tak i viktige IoT-løsningskrav, i tillegg til trinnvis hjelp med å utvikle ferdigheter og raskt komme til fullt fungerende løsninger.

Utforsk veiledningen

IoT-bedriften din trenger den rette forretningsmodellen

Evaluer din nåværende forretningsmodell, eller finn en ny, IoT-basert modell som bedre støtter hvordan du samhandler med kundene dine. Se nærmere på flere strategier basert på prisnivå og jevnlige inntekter.

Les e-boken

Serie om Tingenes Internett

Hold deg oppdatert med de nyeste Microsoft IoT-kunngjøringene, demonstrasjoner av produkter og funksjoner, søkelys på kunder og partnere, viktige bransjeforedrag og tekniske dypdykk.

Se den siste episoden

Arbeid med en pålitelig IoT-leder

Kontakt oss