Chương 2 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
2.5 Giới thiệu cách gởi dữ liệu lên AZURE IoT Suite
2.5.2 Quản lý thiết bị IoT bằng Azure IoT Hub
Azure IoT Hub cung cấp những đặc tính và mô hình mở rộng mà cho phép khởi động thiết bị và các nhà phát triển back-end xây dựng những giải pháp quản lý thiết bị khác nhau. Các thiết bị bao gồm cả những cảm biển, hay những bộ vi xử lý có mục đích đơn giản hay cả những cổng thông tin phức tạm đều được định hướng giao tiếp đến nhóm các thiết bị. Thêm vào đó, trong nhiều trường hợp thì yêu cầu các hoạt động điều hành IoT phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, vì vậy việc quản lý thiết bị phải cung cấp các khả năng, các khuôn mẫu và các thư viện mã nguồn đến từng thiết bị và người sử dụng đầu cuối.
a) Khái niệm quản lý thiết bị
IoT mang đến một loạt các thách thức về việc quản lý tập các thiết bị duy nhất mà tất cả các công ty đều phải yêu cầu để đáp ứng các khái niệm sau
Hình 2.14: Yêu cầu quản lý thiết bị IoT
- Mở rộng và tự động hóa: Các giải pháp IoT yêu cầu các công cụ đơn giản để có thể tự động hóa các tác vụ và cho phép các nhân viên điều hành có thể quản lý hàng triệu các thiết bị. Ngày qua ngày, các điều hành viên mong muốn có khả năng điều khiển các hoạt động của thiết bị từ xa, trong phòng điều khiển và thậm chí là chỉ cần cảnh báo khi có vấn đề phát sinh phù hợp với yêu cầu cảnh báo trực tiếp.
- Có tính mở và tương thích: Trong hệ sinh thái này, các công cụ quản lý phải được xây dựng cho tương thích với hàng loạt các yêu cầu của thiết bị, các nền tảng hoặc các giao thức khác nhau. Các nhà điều hành hoạt động phải có khả năng hỗ trợ nhiều dạng thiết bị, từ các thiết bị nhúng chỉ có một con chip xử lý đến các máy tính đầy đủ các chức năng.
- Cảnh báo ngữ cảnh: Môi trường IoT là một môi trường năng động và thay đổi liên tục. Nhưng độ tin cậy của các dịch vụ là phải tốt nhất. Các nhà điều hành quản lý các thiết bị phải thực hiện nhiều nhiệm vụ và phải đảm bảo việc hư hỏng không ảnh hưởng đến các hoạt động kinh doanh hoặc tạo ra những tình trạng nguy hiểm. Do đó nó phải đáp ứng được một vài yêu cầu sau:
- Dịch vụ đóng nhiều vai trò: Việc hỗ trợ cho một luồng làm việc duy nhất và xử lý các tiến trình của các hoạt động IoT là thiết yếu. Các nhân viên điều hành phải làm việc một cách hài hòa với những ràng buộc được cung cấp bởi phòng Công nghệ thông tin. Họ phải tìm thấy giải pháp giải quyết tốt nhất để đảm bảo các thông tin hoạt động điều hành thời gian thực được gởi tới người giám sát hoặc các các nhà quản lý khác.
b) Vòng đời thiết bị IoT trong Azure
Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về việc sử dụng các thiết bị IoT, đây là là một kịch bản chung nhất trong việc quản lý các thiết bị được áp dụng cho hầu hết các dự án IoT. Với Azure IoT, có năm kịch bản trong một vòng đời thiết bị.
MỞ RỘNG &
TỰ ĐỘNG HÓA CÓ TÍNH MỞ &
TƯƠNG THÍCH CẢNH BÁO
NGỮ CẢNH
DỊCH VỤ ĐÓNG NHIỀU
VAI TRÒ
Hình 2.15 Vòng đời thiết bị IoT trong Azure IoT
Trong mỗi kịch bản này, có nhiều hoạt động các thiết bị yêu cầu phải cung cấp một giải pháp hoàn thiện:
- Lên kế hoạch: Cho phép các hoạt động điều hành tạo một tập dữ liệu thiết bị để cho phép truy vấn dữ liệu đó một cách chính xác và dễ dàng, và tập trung một nhóm thiết bị cho việc điều hành các hoạt động cỡ lớn.
- Cung cấp: Cung cấp một cách an toàn cho thiết bị mới kết nối đến IoT Hub và cho phép nhà điều hành ngay lập tức phát hiện ra thiết bị đó. Việc sử dụng đăng ký định danh IoT Hub tạo cho việc định danh và xác thực thiết bị được mềm dẻo, thực hiện các hoạt động bằng việc sử dụng một công việc. Xây dựng thiết bị để báo cáo khả năng hoạt động và trạng thái thông qua thuộc tính của thiết bị trong phần ghép nối thiết bị.
- Cấu hình: Tính năng cấu hình thay đổi và cập nhật phần mềm quản lý đến thiết bị trong khi duy trì trạng thái và an ninh của thiết bị. Việc thực thi những thiết bị này được thực hiện bằng việc sử dụng những thuộc tính yêu cầu hoặc bằng những phương thức trực tiếp và những công việc quảng bá.
- Giám sát: Giám sát trạng thái toàn bộ tập hợp các thiết bị, sức khỏe hoạt động, điều hành và thông báo đến các điều hành viên những vẫn đề cần chú ý. Cho phép các thiết bị báo cáo và cập nhật tình trạng của thiết bị theo thời gian thực.
- Thanh lý: Thay thế hoặc thải loại các thiết bị sau khi có lỗi, cập nhật lại quy trình hoặc kết thúc hoạt động của vòng đời thiết bị.
c) Các mô hình quản lý thiết bị trong Azure IoT Hub
IoT Hub cho phép xây dựng các mô hình quản lý thiết bị phù hợp với chính xác từng kịch bản và làm cách nào thiết kế những mô hình mới dựa vào một số mô hình cơ bản có sẵn. Sau đây là một mô hình có sẵn cho các hoạt động quản lý thiết bị IoT bao gồm khởi động lại, reset lại về chế độ ban đầu của nơi sản xuất của thiết bị, cấu hình thiết bị, cập nhật firmware và báo cáo tiến trình và trạng thái của thiết bị.
Lên kế hoạch
Cung cấp
Cấu hình Giám sát
Thanh lý
- Khởi động hoặc khởi tạo lại thiết bị về trạng thái ban đầu: Các ứng dụng hậu kỳ chỉ định thiết bị thông qua một phương thức trực tiếp để khởi động lại hoặc khởi tạo lại thiết bị về trạng thái ban đầu. Thiết bị sẽ sử dụng các thuộc tính báo cáo để cập nhận trạng thái khởi động hoặc reset của thiết bị.
Hình 2.16 Tiến trình Reboot và Reset thiết bị trong Azure IoT Hub
- Để cấu hình thiết bị thì các ứng dụng hầu kỳ sử dụng những thuộc tính mong muốn để cấu hình phần mềm chạy trên thiết bị. Thiết bị sử dụng các thuộc tính báo cáo để cập nhật thông tin và trạng thái cấu hình của thiết bị.
Hình 2.17 Cấu hình thiết bị trong Azure IoT Hub
- Cập nhật Firmware: Các ứng dụng hậu kỳ báo tin cho thiết bị thông qua phương thức trực tiếp để có thể khởi tạo việc cập nhật firmware. Thiết bị khởi tạo một tiến trình nhiều bước để tiến hành download firmware, cập nhật firmware và cuối cùng là kết nối lại đến dịch vụ của IoT Hub. Xuyên suốt quá trình nhiều bước này, thiết bị sử dụng thuộc tính báo cáo để cập nhật trạng thái và tình trạng của thiết bị
Cập nhật Thiết bị vật lý
Phương thức điều khiển
2
Ứng dụng hậu kỳ Gọi phương thức
Reboot/Reset 1
Báo cáo thời gian Reboot/Reset
3 Reboot/Reset và
khởi động lại 4
Truy vấn Phương thức hồi đáp
Đồng bộ thiết bị
Lấy đồng bộ hoặc truy vấn
4 Properties.Reported
Dữ liệu Phương thức yêu cầu
Thiết bị vật lý
Điều khiển sự kiện thay đổi mong muốn
2
Ứng dụng hậu kỳ Cập nhật cấu hình
muốn thay đổi 1
Chấp nhận cấu hình thay đổi
3 Báo cáo sự thay
đổi cấu hình 4
Đồng bộ thiết bị
Lấy đồng bộ hoặc truy vấn
4 Properties.Desired
Dữ liệu
Truy vấn Properties.Reported
Dữ liệu Cập nhật
Hình 2.18 Quá trình cập nhật firmware của thiết bị trong Azure IoT Hub
- Quá trình báo cáo tiến trình và trạng thái: Giải pháp hậu kỳ chạy các truy vấn đồng bộ thiết bị, thông qua tập hợp các thiết bị để báo cáo về tình trạng và trạng thái của các hoạt động chạy trên thiết bị.