Průvodce výběrem operačního systému pro vaše zařízení IoT edge

pomocí Internetu věcí (IoT) mohou společnosti shromažďovat data v reálném čase, analyzovat trendy, generovat poznatky, sledovat zdroje a rychle reagovat na problémy. Jádrem většiny řešení IoT je zařízení, které se může zaregistrovat a připojit k cloudu a odesílat a přijímat data. Některé z nich mohou být edge zařízení, která provádějí zpracování dat na samotném zařízení nebo v bráně pole.

aby to všechno možné je operační systém (OS) – přesto to není one-size-fits-all přístup. Tvůrci zařízení, kteří chtějí zvolit správný operační systém pro své zařízení IoT edge, musí zajistit, aby podporoval potřebný hardware, aplikace a požadavky na připojení. Od Windows pro IoT přes Azure RTOS až po Azure Sphere mají různé operační systémy v portfoliu technologií Azure IoT specifické funkce a výhody, které by se mohly líbit v závislosti na vašich potřebách. Níže jsou uvedeny čtyři oblasti a klíčové otázky, které by měl každý tvůrce zařízení zvážit při výběru operačního systému pro svá zařízení IoT edge.

potřeba zařízení IoT na inteligentní hraně

tradiční vzor aplikace IoT spočíval v tom, že zařízení vytvářejí data lokálně a poté je odesílají do cloudu, kde jsou zpracovávána pomocí vysoce hodnotné umělé inteligence (AI) nebo strojového učení (ML) za účelem vytváření obchodních poznatků. Tyto obchodní poznatky se pak často používají ke spouštění akcí, které jsou odesílány zpět do zařízení. Jak si dokážete představit, tento tradiční vzor má svá omezení: zpoždění v reakcích v reálném čase, sporadické připojení k internetu, které brání přenosu dat, a gravitace dat, která ztěžuje a nákladně přesouvá datové sady pro analytické účely.

použití inteligentních zařízení edge pomáhá vyřešit tyto problémy přesunutím extrakce a akce insight do samotného místního zařízení. Přesunutím určitých pracovních zátěží na okraj sítě jsou zařízení schopna trávit méně času komunikací s cloudem, rychleji reagovat na místní změny a spolehlivě pracovat i v delších offline obdobích. Mezi další výhody inteligentního edge patří překlad protokolu, normalizace dat a zvýšené soukromí dat odstraněním PII v prostorách.

4 otázky pro výběr operačního systému IoT

v závislosti na konkrétní potřebě nebo omezeních, které řídí vývoj vašeho zařízení IoT edge, existuje několik úvah, které budou řídit rozhodovací proces. Jednou z prvních oblastí, kde výrobci zařízení často začínají, je jejich úroveň znalosti platformy. Pokud s tím máte zkušenosti, je pravděpodobné, že by to mohla být první možnost, kterou zvážíte. Doporučujeme však také položit tyto čtyři otázky před konečným rozhodnutím.

1) jaká úroveň spolehlivosti a dlouhodobé podpory je zapotřebí?

základ této otázky je založen na typu vytvořeného zařízení edge. Od smartphonů a nositelných až po zdravotnické prostředky nebo prodejní automaty má každý svůj vlastní životní cyklus. Faktory ovlivňující způsob, jakým organizace nebo jednotlivec kupuje produkt, včetně ceny, trvanlivosti a vlastností produktu. Z hlediska vývoje je životní cyklus zařízení ovlivněn dobou, po kterou je podporován jeho software, jako je operační systém.

zařízení s nízkou cenou mají tendenci mít kratší životní cyklus, a proto nemusí podporovat aktualizace funkcí nebo aktualizace softwaru roky po silnici, pokud spotřebitelé často kupují nové verze. Další zařízení mohou být pro kritické systémy a očekává se, že vydrží roky. V tomto případě je nezbytné hledat operační systém, který nabízí dlouhodobou podporu, protože může pomoci vašemu zařízení zůstat v průběhu let chráněno a aktuální. Mezi klíčové faktory, které je třeba zvážit, pokud jde o spolehlivost a dlouhodobou podporu, patří:

• je to zařízení s pevným účelem? Tento scénář má tendenci vyžadovat, aby byl software připojen k zařízení a licencován uživateli jako kompletní produkt, stejně jako to, že OEM poskytuje zákaznickou podporu pro celý produkt, včetně funkcí prováděných operačním systémem.
• je zařízení specializovaným systémem (např. systémy prodeje, Bankomaty)? Specializované systémy obvykle provádějí jeden důležitý úkol a nevyžadují aktualizace funkcí tak často jako jiná zařízení, ale to znamená, že často vyžadují delší servisní možnost a musí být udržovány co nejstabilnější a nejbezpečnější. Proto je důležité podívat se na servisní model nabízený s operačním systémem.
• vyžaduje aplikace zařízení, aby operační systém splňoval určité certifikace nebo normy(např. ISO 62304 pro zdravotnické prostředky)? To se trochu více liší podle konkrétního odvětví, pro které bude zařízení používáno. Ale na vysoké úrovni to znamená posoudit možnosti operačního systému s ohledem na jakékoli standardy nebo požadavky specifické pro dané odvětví.
• vyžaduje zařízení bohaté uživatelské rozhraní (UI)? Jak se řešení IoT stávají složitějšími, mnoho z nich bude vyžadovat operační systém s komplexním uživatelským rozhraním . To může být také důležité pro zařízení, kde zákazníci budou pravidelně komunikovat s rozhraním, jako je plynové čerpadlo nebo kiosek s lístky, a mohou těžit z intuitivního a snadno použitelného uživatelského rozhraní.

vzhledem k tomu, že tvůrci zařízení hledají funkce OS, které pomáhají jejich zařízením zůstat dlouhodobě stabilní a podporované, nabízí společnost Microsoft několik vydání pro vytváření zařízení na platformě Windows for IoT-všechny jsou podporovány 10 let dlouhodobé podpory a jsou navrženy pro snadnou integraci s dalšími službami a platformami Azure.

Windows 10 IoT Enterprise vs. Windows 10 IoT Core vs. Windows Server IoT 2019

Windows 10 IoT Core je ideální pro zařízení, která vyžadují malou stopu, zatímco Windows Server IoT 2019 je vhodnější pro náročné pracovní zatížení edge computing. Pak je tu Windows 10 IoT Enterprise, který má specializované funkce pro vytváření zařízení s pevnou funkcí uzamčených pro konkrétní sadu aplikací a periferií.

Windows 10 IoT Enterprise má možnosti pro krátkodobou i dlouhodobou podporu. Dlouhodobý servisní kanál (LTSC)je navržen speciálně pro specializovaná zařízení, včetně strojů IoT. Tato možnost dlouhodobé podpory poskytuje pravidelné aktualizace jednou za 2-3 roky v průběhu deseti let, což umožňuje, aby zařízení s pevným účelem a specializovaná zařízení zůstala v provozu déle.

2) Jaké jsou vaše požadavky na výkon?

dalším aspektem je sladění potřeb vašeho řešení IoT se skutečnými schopnostmi OS; zejména pokud jde o výpočetní nebo výpočetní výkon a výkon v reálném čase. Otázky, které je třeba zvážit, zahrnují:

• jaké jsou vaše předvídatelné nebo zaručené požadavky na latenci? Nezapomeňte, že čím nižší latence požadujete, tím větší spotřebu energie musíte zohlednit (a naopak).
• jaká úroveň výpočetního výkonu je nutná k provedení úkolů zařízení? Faktor v tom, co je potřeba k podpoře nejen OS, ale také aplikací run-time.
• kolik paměti je potřeba? Velikost paměti může být důležitým rozhodujícím faktorem při výběru mezi OS nebo RTOS.

jak procházíte tímto cvičením, způsob, jakým upřednostňujete výše uvedené funkce, jistě ovlivní funkce, které hledáte v operačním systému. Například zařízení, které upřednostňuje milisekundové odpovědi, jako je protiblokovací brzdový systém, může používat jiný operační systém, než jaký najdete v kiosku vstupenek. Příklady zařízení, která těží z operačního systému s rychlejšími rychlostmi zpracování, zahrnují fitness trackery, chytré telefony a průmyslové automatizované stroje.

výhody operačního systému v reálném čase pro zařízení IoT edge

Azure RTOS (Real Time Operating System) je vestavěná vývojová sada, která obsahuje malý, ale výkonný operační systém pro spolehlivý a ultra rychlý výkon na zařízeních s omezenými zdroji. Vyvinutý s ohledem na rychlost, podporuje nejoblíbenější 32bitové mikrokontroléry a vestavěné vývojové nástroje.

u okrajových zařízení, kde uvažujete o RTOS, je důležité si uvědomit, že jeho hlavním účelem je přidělit čas zpracování mezi různé vestavěné softwarové povinnosti a rozdělit software na části často označované jako “ vlákna.“K přepínání mezi vlákny dochází tak rychle, že je pro uživatele téměř neviditelný, což umožňuje téměř současné doby odezvy.

tento operační systém je také kompatibilní s čipy od mnoha hlavních křemíkových partnerů,což může usnadnit implementaci do vašich již existujících řešení IoT. Kromě toho jeho malá paměťová stopa-minimálně 2 KB-znamená, že může dobře fungovat v malých zařízeních s omezeným úložným prostorem. Azure RTOS je také kompatibilní s jinými platformami a zařízeními Azure, včetně Azure Sphere. Oba jsou ideální společně pro ty, kteří potřebují s možnostmi zpracování v reálném čase.

Welch Allyn Protocol Inc., společnost specializující se na zdravotnické prostředky, využila rychlost zpracování a omezenou paměťovou stopu Azure RTOS ThreadX ve svém nositelném bezdrátovém monitoru. Přechod na tento operační systém usnadnil týmu Welch Allyn soustředit se na implementaci aplikace, než aby musel trávit čas laděním Systému třetích stran.

3) přinese tento operační systém zabezpečení zařízení?

bezpochyby je nezbytné, aby každé zařízení, které stavíte faktor zabezpečení, do jeho designu. To se vztahuje také na operační systém, který se na něm rozhodnete spustit. Jedno ohrožené zařízení IoT může mimo jiné vést k odcizeným datům nebo narušeným procesům. Úroveň bezpečnostních funkcí, které hledáte, se může také lišit v závislosti na citlivosti zpracovávaných dat a odvětví nebo aplikaci, ve které bude zařízení intelligent edge používáno. Aspekty, které je třeba zvážit, zahrnují:

• nabízí vícevrstvou softwarovou obranu a obnovitelné zabezpečení?
• máte zabezpečené připojení pomocí šifrování a ověřování založené na certifikaci?
• podporuje dynamickou kompartmentalizaci?

pokud jde o bezpečnostní funkce v edicích Windows for IoT, Windows 10 IoT Core je nastaven tak, aby poskytoval podporu na podnikové úrovni zařízením IoT s omezeným zdrojem, vzhledem k tomu, že hardware má prostředky k jeho podpoře. Mezitím je Windows Server IoT 2019 vybaven vrstvami zabezpečení křemíku do cloudu. Podobně Windows 10 IoT Enterprise obsahuje základní a pokročilá bezpečnostní opatření pro zařízení s pevným účelem, včetně Windows Defender Advanced Threat Protection, Unified Write Filter (UWF) a App Locker.

Azure Sphere: zabezpečení a integrace zařízení silicon-to-cloud IoT

zatímco systém Windows pro IoT poskytuje nejlepší řešení ve své třídě pro zařízení s výpočetním výkonem třídy MPU nebo bohatými uživatelskými zkušenostmi, Azure Sphere je komplexní řešení zabezpečení zařízení IoT používané k posílení zařízení IoT s inovacemi zabezpečení společnosti Microsoft a odbornými znalostmi v oblasti hardwaru, softwaru a cloudu. To znamená, že můžete vytvářet připojená zařízení, která jsou Azure Sphere se skládá z hardwaru certifikovaného Azure Sphere, operačního systému Azure Sphere a bezpečnostní služby Azure Sphere s probíhajícími aktualizacemi OS a zabezpečení. Azure Sphere OS je založen na Linuxu a nabízí obranu do hloubky prostřednictvím vrstev ochrany a probíhajících aktualizací zabezpečení.

kromě nabídky obrany do hloubky a základů bezpečnosti pro aktivní ochranu zařízení je Azure Sphere navržen tak, aby se integroval s jakoukoli cloudovou službou, veřejnou nebo soukromou. Můžete se připojit k jiným cloudům pro data aplikací při spuštění Azure Sphere nebo optimalizovat efektivitu pomocí Azure Sphere spolu s Visual Studio a Azure IoT, což umožňuje robustní strategii. Například IoT Central-plně spravovaná platforma IoT aplikací software-as-a-service (SaaS), která umožňuje vývojářům vytvářet aplikace IoT bez správy základní infrastruktury-lze spárovat s integrovaným bezpečnostním řešením Azure Sphere. Přitom poskytuje základ potřebný k vybudování, monitorování a správě zařízení a produktů IoT.

technologie VERSE používala Azure Sphere při vytváření IoT řešení pro Grupo Bimbo, jednu z největších pekařských společností na světě. Navrhli připojené řešení pro Bimbo založené na Azure – od Azure IoT Hub, který spojuje všechna data streamovaná na platformu pro různá okrajová zařízení a senzory s databází Azure SQL, která ukládá všechna tato data – což společnosti umožnilo prototypovat, reagovat a konfigurovat rychleji než konkurence. Kromě toho, s Azure Sphere, VERSE pracoval na vytvoření senzorů nové generace, které poskytují end-to-end zabezpečení v továrnách. Senzory nejen pomáhají sledovat bezpečnost fyzických aktiv v továrně, ale citlivá data senzorů zůstávají chráněna. Toto celkové spojení a snadná integrace umožnily VERSE proměnit mozaiku továrních zařízení Bimbo na cloudovou platformu s jednotou end-to-end.

4) nabízí tento operační systém škálovatelnost?

většina operací se v průběhu času mění, ale pokud s řešením IoT očekáváte velký růst, budete chtít upřednostnit operační systém, který lze škálovat pro jakýkoli typ zařízení. Vytvoření zařízení IoT edge se škálovatelným operačním systémem znamená, že v budoucnu nebudete muset provádět rozsáhlé změny, abyste mohli přizpůsobit jiný systém. Škálovatelný operační systém dokáže zpracovat další zdroje bez změny výstupní rychlosti-některé mohou dokonce zahrnovat více zařízení a zeměpisných oblastí. Verze systému Windows pro IoT, včetně Windows 10 IoT Core, Windows 10 IoT Enterprise a Windows IoT Server, jsou navrženy s ohledem na škálovatelnost a interoperabilitu systému.

partner společnosti Microsoft, PharmID, použil operační systém Windows 10 IoT Core k vytvoření řešení pro validaci léčiv pro sběr a analýzu dat o lécích. Jednotliví lékaři používají řešení k ověření léků, které předepisují, a nemocnice a lékárny mohou sledovat, co proudí dovnitř a ven. Pomocí Windows 10 IoT Core se PharmID a jeho zákazníci mohou spolehnout na škálovatelnost podniku bez požadavků na zdroje v podnikovém měřítku. PharmID může neustále vytvářet a dodávat nové aplikační služby a funkce bez velkých investic R&D nebo narušení zákaznických operací.

Build pro komplexní cloud-to-edge zážitky

nakonec je OS, který si vyberete, jen jedním kusem skládačky. Doporučujeme také přemýšlet o tom, jak bude zařízení používáno, a o typech integrací, které mohou být potřebné k vytvoření kompletního řešení. Od správy cloudových zdrojů a prostředí edge přes analýzu a zpracování vašich místních dat až po rozšíření cloudové inteligence a analytiky na edge zařízení, s edge technologiemi můžete udělat hodně.

a napříč dostupnými operačními systémy Microsoft pro zařízení IoT edge-Windows pro IoT, Azure RTOS nebo Azure Sphere-výhodou, kterou mají všichni společnou, je, že se mohou snadno integrovat s jinými platformami a službami Azure, takže můžete vyvíjet vysoce přizpůsobené a flexibilní aplikace IoT.

Azure IoT Edge je jen jeden příklad navržený s ohledem na tuto integraci edge to cloud. Jako plně spravovaná služba postavená na Azure IoT Hub vám umožňuje přesunout určitá pracovní zatížení na okraj sítě, takže vaše zařízení mohou trávit méně času komunikací s cloudem, rychleji reagovat na místní změny a spolehlivě fungovat i v delších offline obdobích. Navíc pracuje s vašimi zařízeními Linux nebo Windows, která podporují kontejnerové motory.

další zdroje pro hodnocení operačních systémů IoT

to jsou jen některé z aspektů, které je třeba zvážit při výběru operačního systému pro vaše zařízení IoT edge. A je důležité začít tím, že zjistíte, které funkce jsou pro vás důležité, abyste upřednostnili na základě zamýšleného případu použití a aplikací pro vaše zařízení edge. Pro více informací o dostupných operačních systémech IoT procházejte tyto další zdroje:

• Windows pro IoT white paper: základ pro váš inteligentní edge
• Sestavte si svůj IoT zařízení s Windows pro IoT: nové aktualizace platformy pro vývojáře zařízení
• real-time operační systém white paper: Co to je a proč byste mohli chtít použít jeden
• zabezpečení white paper: Sedm vlastností vysoce zabezpečených zařízení
• Azure IoT: podívejte se, co je možné od inteligentního okraje k cloudu