Leitfaden zur Auswahl eines Betriebssystems für Ihr IoT Edge-Gerät

Mit dem Internet der Dinge (IoT) können Unternehmen Echtzeitdaten sammeln, Trends analysieren, Einblicke gewinnen, Ressourcen verfolgen und schnell auf Probleme reagieren. Das Herzstück der meisten IoT-Lösungen ist ein Gerät, das sich registrieren und mit der Cloud verbinden kann, um Daten zu senden und zu empfangen. Einige davon können Edge-Geräte sein, die eine Datenverarbeitung auf dem Gerät selbst oder in einem Feldgateway durchführen.

Dies alles möglich zu machen, ist das Betriebssystem (OS) — aber es ist kein One-Size-fits-all-Ansatz. Gerätehersteller, die das richtige Betriebssystem für ihr IoT-Edge-Gerät auswählen möchten, müssen sicherstellen, dass es die erforderlichen Hardware-, Anwendungs- und Konnektivitätsanforderungen unterstützt. Von Windows für IoT über Azure RTOS bis hin zu Azure Sphere verfügen verschiedene Betriebssysteme im gesamten Azure IoT-Technologieportfolio über spezifische Funktionen und Vorteile, die je nach Ihren Anforderungen ansprechen können. Im Folgenden finden Sie vier Bereiche und wichtige Fragen, die jeder Gerätehersteller bei der Auswahl eines Betriebssystems für seine IoT Edge-Geräte berücksichtigen sollte.

Der Bedarf an IoT-Geräten am intelligenten Rand

Das traditionelle IoT-Anwendungsmuster bestand darin, dass Geräte Daten lokal erstellen und diese Daten dann an die Cloud senden, wo sie mit hochwertiger künstlicher Intelligenz (KI) oder maschinellem Lernen (ML) verarbeitet werden, um geschäftliche Erkenntnisse zu gewinnen. Diese Geschäftseinblicke werden dann häufig verwendet, um Aktionen auszulösen, die an die Geräte zurückgesendet werden. Wie Sie sich vorstellen können, hat dieses traditionelle Muster seine Grenzen: eine Verzögerung der Echtzeitantworten, sporadische Internetverbindungen, die die Übertragung von Daten hemmen, und Datenverlust, der es schwierig und kostspielig macht, Datensätze für Analysezwecke zu verschieben.

Die Verwendung intelligenter Edge-Geräte hilft, diese Probleme zu lösen, indem die Extraktion und Aktion von Erkenntnissen auf das lokale Gerät selbst verlagert wird. Durch die Verlagerung bestimmter Workloads an den Rand des Netzwerks können Geräte weniger Zeit mit der Kommunikation mit der Cloud verbringen, schneller auf lokale Änderungen reagieren und auch in längeren Offline-Zeiträumen zuverlässig arbeiten. Weitere Vorteile des Intelligent Edge sind die Protokollübersetzung, die Datennormalisierung und der erhöhte Datenschutz durch die Entfernung von PII vor Ort.

4 Fragen zur Auswahl eines IoT-Betriebssystems

Abhängig von den spezifischen Anforderungen oder Einschränkungen, die die Entwicklung Ihres IoT-Edge-Geräts vorantreiben, gibt es mehrere Überlegungen, die den Entscheidungsprozess bestimmen. Einer der ersten Bereiche, in denen Gerätehersteller häufig beginnen, ist ihre Vertrautheit mit der Plattform. Wenn Sie Erfahrung damit haben, besteht die Möglichkeit, dass dies die erste Option ist, die Sie in Betracht ziehen. Wir empfehlen Ihnen jedoch auch, diese vier Fragen zu stellen, bevor Sie eine endgültige Entscheidung treffen.

1) Welches Maß an Zuverlässigkeit und langfristiger Unterstützung ist erforderlich?

Die Grundlage dieser Frage basiert auf dem Typ des Edge-Geräts, das erstellt wird. Von Smartphones und Wearables bis hin zu medizinischen Geräten oder Verkaufsautomaten hat jedes seinen eigenen Lebenszyklus. Aus vertrieblicher Sicht wird dies durch das Kaufverhalten der Verbraucher bestimmt – d. H. Die Faktoren, die beeinflussen, wie eine Organisation oder Person ein Produkt kauft, einschließlich Preis, Haltbarkeit und Produkteigenschaften. Aus Entwicklungsperspektive wird der Lebenszyklus eines Geräts von der Zeitspanne beeinflusst, in der seine Software wie das Betriebssystem unterstützt wird.

Geräte mit niedrigen Preisen haben in der Regel kürzere Lebenszyklen und müssen daher möglicherweise nicht viele Jahre lang Funktionsupdates oder Software-Upgrades unterstützen, wenn Verbraucher häufig neue Versionen kaufen. Andere Geräte sind möglicherweise für geschäftskritische Systeme gedacht und werden voraussichtlich jahrelang halten. In diesem Fall ist es wichtig, nach einem Betriebssystem zu suchen, das langfristigen Support bietet, da es Ihrem Gerät helfen kann, im Laufe der Jahre geschützt und auf dem neuesten Stand zu bleiben. Zu den wichtigsten Faktoren für Zuverlässigkeit und langfristigen Support gehören:

• Ist es ein Fixed-Purpose-Gerät? Dieses Szenario erfordert in der Regel, dass die Software an das Gerät angehängt und als vollständiges Produkt an den Benutzer lizenziert wird und dass der OEM Kundensupport für das vollständige Produkt einschließlich der vom Betriebssystem ausgeführten Funktionen bereitstellt.
• Ist das Gerät ein spezialisiertes System (z. B. Kassensysteme, Geldautomaten)? Spezialisierte Systeme führen in der Regel eine einzige wichtige Aufgabe aus und erfordern keine Funktionsupdates so oft wie andere Geräte, aber es bedeutet, dass sie oft eine längere Wartungsoption erfordern und so stabil und sicher wie möglich gehalten werden müssen. Aus diesem Grund ist es wichtig, das mit dem Betriebssystem angebotene Servicemodell zu betrachten.
• Erfordert die Geräteanwendung, dass das Betriebssystem bestimmte Zertifizierungen oder Standards erfüllt (z. B. ISO 62304 für Medizinprodukte)? Dies wird je nach Branche, für die das Gerät verwendet wird, etwas nuancierter. Auf hoher Ebene bedeutet dies jedoch, Ihre Betriebssystemoptionen unter Berücksichtigung branchenspezifischer Standards oder Anforderungen zu bewerten.
• Benötigt das Gerät eine Rich User Interface (UI)? Da IoT-Lösungen komplexer werden, benötigen viele ein Betriebssystem mit einer umfassenden Benutzeroberfläche . Dies kann auch für Geräte wichtig sein, bei denen Kunden regelmäßig mit der Benutzeroberfläche interagieren, z. B. mit einer Zapfsäule oder einem Ticketkiosk, und von einer intuitiven und benutzerfreundlichen Benutzeroberfläche profitieren können.

Da Gerätehersteller nach Betriebssystemfunktionen suchen, mit denen ihre Geräte langfristig stabil und unterstützt bleiben, bietet Microsoft mehrere Editionen zum Erstellen von Geräten auf der Windows for IoT—Plattform an, die alle durch 10 Jahre langfristigen Support unterstützt werden und für die einfache Integration mit anderen Azure-Diensten und -Plattformen konzipiert sind.

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

Windows 10 IoT Core ist ideal für Geräte, die einen geringen Platzbedarf erfordern, während Windows Server IoT 2019 eher für anspruchsvolle Edge-Computing-Workloads geeignet ist. Dann gibt es Windows 10 IoT Enterprise, das über spezielle Funktionen zum Erstellen von Geräten mit fester Funktion verfügt, die für einen bestimmten Satz von Anwendungen und Peripheriegeräten gesperrt sind.

Windows 10 IoT Enterprise bietet Optionen für kurz- und langfristigen Support. Der Long-Term Servicing Channel (LTSC) wurde speziell für spezialisierte Geräte, einschließlich IoT-Maschinen, entwickelt. Diese langfristige Support-Option bietet regelmäßige Updates einmal alle 2-3 Jahre im Laufe eines Jahrzehnts, so dass Festzweck- und Spezialgeräte länger laufen bleiben.

2) Was sind Ihre Leistungsanforderungen?

Ein weiterer Aspekt besteht darin, die Anforderungen Ihrer IoT-Lösung an die tatsächlichen Betriebssystemfunktionen anzupassen. insbesondere in Bezug auf Rechen- oder Verarbeitungsleistung und Echtzeitleistung. Zu berücksichtigende Fragen sind:

• Was sind Ihre vorhersehbaren oder garantierten Latenzanforderungen? Denken Sie daran, dass je niedriger die Latenz ist, desto mehr Stromverbrauch müssen Sie berücksichtigen (und umgekehrt).
• Welche Rechenleistung ist erforderlich, um die Geräteaufgaben auszuführen? Berücksichtigen Sie, was benötigt wird, um nicht nur das Betriebssystem, sondern auch Laufzeitanwendungen zu unterstützen.
• Wie viel Speicher wird benötigt? Beachten Sie, dass die Speichergröße ein wichtiger Entscheidungsfaktor bei der Wahl zwischen einem Betriebssystem oder RTOS sein kann.

Wenn Sie diese Übung durchlaufen, wird die Priorisierung der oben genannten Funktionen sicherlich die Funktionen beeinflussen, nach denen Sie in einem Betriebssystem suchen. Beispielsweise verwendet ein Gerät, das Millisekundenantworten wie ein Antiblockiersystem priorisiert, möglicherweise ein anderes Betriebssystem als das, was Sie in einem Ticketkiosk finden. Beispiele für Geräte, die von einem Betriebssystem mit schnelleren Verarbeitungsgeschwindigkeiten profitieren, sind Fitness-Tracker, Smartphones und industrielle automatisierte Maschinen.

Vorteile eines Echtzeitbetriebssystems für IoT-Edge-Geräte

Azure RTOS (Real Time Operating System) ist eine eingebettete Entwicklungssuite, die ein kleines, aber leistungsstarkes Betriebssystem für zuverlässige, ultraschnelle Leistung auf Geräten mit begrenzten Ressourcen enthält. Entwickelt mit Geschwindigkeit im Auge, unterstützt es die beliebtesten 32-Bit-Mikrocontroller und Embedded-Entwicklungstools.

Bei Edge-Geräten, bei denen Sie ein RTOS in Betracht ziehen, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass sein Hauptzweck darin besteht, die Verarbeitungszeit auf verschiedene Aufgaben der eingebetteten Software aufzuteilen und die Software in Abschnitte zu unterteilen, die häufig als „Threads“ bezeichnet werden.“ Der Wechsel zwischen Threads erfolgt so schnell, dass er für Benutzer fast unsichtbar ist und nahezu gleichzeitige Antwortzeiten ermöglicht.

Dieses Betriebssystem ist auch mit Chips vieler wichtiger Siliziumpartner kompatibel, was die Implementierung in Ihre bereits vorhandenen IoT-Lösungen erleichtern kann. Darüber hinaus kann es aufgrund seines geringen Speicherbedarfs — mindestens 2 KB — auch auf kleinen Geräten mit begrenztem Speicherplatz eingesetzt werden. Azure RTOS ist auch mit anderen Azure-Plattformen und -Geräten kompatibel, einschließlich Azure Sphere. Die beiden sind ideal zusammen für diejenigen, die eine mit Echtzeit-Verarbeitungsfunktionen benötigen.

Welch Allyn Protocol Inc., ein auf medizinische Geräte spezialisiertes Unternehmen, nutzte die Verarbeitungsgeschwindigkeit und den begrenzten Speicherbedarf von Azure RTOS ThreadX in seinem tragbaren drahtlosen Monitor. Der Wechsel zu diesem Betriebssystem erleichterte es dem Welch Allyn-Team, sich auf die Implementierung der Anwendung zu konzentrieren, anstatt Zeit mit dem Debuggen eines Drittanbietersystems verbringen zu müssen.

3) Bringt dieses Betriebssystem Sicherheit für das Gerät?

Ohne Zweifel ist es unerlässlich, dass jedes Gerät, das Sie bauen, Sicherheit in sein Design einbezieht. Dies gilt auch für das Betriebssystem, das Sie darauf ausführen möchten. Ein kompromittiertes IoT-Gerät kann unter anderem zu gestohlenen Daten oder gestörten Prozessen führen. Das Niveau der Sicherheitsfunktionen, nach denen Sie suchen, kann auch abhängig von der Sensibilität der verarbeiteten Daten und der Branche oder Anwendung, in der das intelligente Edge-Gerät verwendet wird, variieren. Zu berücksichtigende Aspekte sind:

• Bietet es mehrschichtige Softwareabwehr und erneuerbare Sicherheit?
• Haben Sie sichere Verbindungen mit Verschlüsselung und zertifizierungsbasierter Authentifizierung?
• Unterstützt es die dynamische Unterteilung?

Wenn es um Sicherheitsfunktionen in den Windows for IoT-Editionen geht, ist Windows 10 IoT Core so eingerichtet, dass es Unterstützung auf Unternehmensebene für ressourcenbeschränkte IoT-Geräte bietet, da die Hardware über die erforderlichen Mittel verfügt. In der Zwischenzeit ist Windows Server IoT 2019 mit Schichten von Silicon-to-Cloud-Sicherheit ausgestattet. In ähnlicher Weise umfasst Windows 10 IoT Enterprise grundlegende und erweiterte Sicherheitsmaßnahmen für Geräte mit festem Zweck, einschließlich Windows Defender Advanced Threat Protection, Unified Write Filter (UWF) und App Locker.

Azurblaue Kugel: silicon-to-Cloud-IoT-Gerätesicherheit und -integration

Während Windows für IoT eine branchenführende Lösung für Geräte mit MPU-Verarbeitungsleistung oder umfangreichen Benutzererfahrungen bietet, ist Azure Sphere eine umfassende IoT-Gerätesicherheitslösung, mit der IoT-Geräte mit Sicherheitsinnovationen von Microsoft und Know-how in Hardware, Software und Cloud gestärkt werden. Dies bedeutet, dass Sie verbundene Geräte erstellen können, bei denen Azure Sphere aus Azure Sphere-zertifizierter Hardware besteht, das Azure Sphere-Betriebssystem, und Azure Sphere Security Service mit laufenden Betriebssystem- und Sicherheitsupdates. Das Azure Sphere-Betriebssystem basiert auf Linux und bietet umfassende Verteidigung durch Schutzebenen und laufende Sicherheitsupdates.

Azure Sphere bietet nicht nur eine umfassende Verteidigung und eine Sicherheitsgrundlage für den aktiven Schutz von Geräten, sondern lässt sich auch in jeden öffentlichen oder privaten Cloud-Dienst integrieren. Sie können eine Verbindung zu anderen Clouds für App-Daten herstellen, während Sie Azure Sphere ausführen, oder die Effizienz optimieren, indem Sie Azure Sphere neben Visual Studio und Azure IoT verwenden, um eine robuste Strategie zu ermöglichen. IoT Central – eine vollständig verwaltete Software-as-a—Service (SaaS) -IoT-App-Plattform, mit der Entwickler IoT-Anwendungen erstellen können, ohne die zugrunde liegende Infrastruktur verwalten zu müssen – kann beispielsweise mit der integrierten Sicherheitslösung von Azure Sphere kombiniert werden. Dies bietet die Grundlage für den Aufbau, die Überwachung und die Verwaltung von IoT-Geräten und -Produkten.

VERSE Technology verwendete Azure Sphere bei der Entwicklung von IoT-Lösungen für Grupo Bimbo, eines der größten Backunternehmen der Welt. Sie entwarfen eine vernetzte Lösung für Bimbo auf Azure-Basis – vom Azure IoT Hub, der alle auf die Plattform gestreamten Daten für verschiedene Edge-Geräte und Sensoren verbindet, bis zur Azure SQL-Datenbank, in der all diese Daten gespeichert sind —, mit der das Unternehmen Prototypen erstellen, reagieren und konfigurieren konnte schneller als die Konkurrenz. Darüber hinaus arbeitete VERSE mit Azure Sphere an der Entwicklung von Sensoren der nächsten Generation, um End-to-End-Sicherheit in Fabriken zu gewährleisten. Die Sensoren tragen nicht nur dazu bei, die Sicherheit der physischen Anlagen in der Fabrik zu überwachen, sondern auch, dass sensible Sensordaten geschützt bleiben. Diese umfassende Verbindung und einfache Integration ermöglichten es VERSE, einen Flickenteppich von Bimbo Factory-Geräten in eine Cloud-Plattform mit End-to-End-Einheit zu verwandeln.

4) Bietet dieses Betriebssystem Skalierbarkeit?

Die meisten Vorgänge ändern sich im Laufe der Zeit, aber wenn Sie mit Ihrer IoT-Lösung ein großes Wachstum erwarten, sollten Sie ein Betriebssystem priorisieren, das für jeden Gerätetyp skaliert werden kann. Wenn Sie ein IoT-Edge-Gerät mit einem skalierbaren Betriebssystem erstellen, müssen Sie in Zukunft keine umfangreichen Änderungen mehr vornehmen, um ein anderes System aufzunehmen. Ein skalierbares Betriebssystem kann zusätzliche Ressourcen verarbeiten, ohne die Ausgabegeschwindigkeit zu ändern – einige können sogar mehrere Geräte und Regionen umfassen. Die Windows for IoT-Editionen, einschließlich Windows 10 IoT Core, Windows 10 IoT Enterprise und Windows IoT Server, sind alle auf Systemskalierbarkeit und Interoperabilität ausgelegt.

Der Microsoft-Partner PharmID verwendete das Windows 10 IoT Core-Betriebssystem, um Arzneimittelvalidierungslösungen für die Erfassung und Analyse von Medikamentendaten zu erstellen. Einzelne Ärzte verwenden die Lösung, um die von ihnen verschriebenen Medikamente zu überprüfen, und Krankenhäuser und Apotheken können überwachen, was ein- und ausfließt. Durch die Verwendung von Windows 10 IoT Core können sich PharmID und seine Kunden auf die Skalierbarkeit des Unternehmens verlassen, ohne dass Ressourcenanforderungen im Unternehmensmaßstab erforderlich sind. PharmID kann kontinuierlich neue Anwendungsdienste und -funktionen erstellen und bereitstellen, ohne große Investitionen in R & D oder Unterbrechungen des Kundenbetriebs.

Bauen Sie für umfassende Cloud-to-Edge-Erfahrungen

Am Ende ist das Betriebssystem, das Sie wählen, nur ein Teil des Puzzles. Wir empfehlen auch, im Voraus zu überlegen, wie das Gerät verwendet wird und welche Arten von Integrationen erforderlich sind, um eine vollständige Lösung zu erstellen. Von der Verwaltung von Cloud-Ressourcen und Ihrer Edge-Umgebung über die Analyse und Verarbeitung Ihrer lokalen Daten bis hin zur Erweiterung von Cloud Intelligence und Analytics auf Edge-Geräte können Sie mit Edge-Technologien viel tun.

Und über die verfügbaren Microsoft-Betriebssysteme für IoT-Edge-Geräte hinweg – Windows für IoT, Azure RTOS oder Azure Sphere — haben sie alle den Vorteil gemeinsam, dass sie sich problemlos in andere Azure-Plattformen und -Dienste integrieren lassen, sodass Sie hochgradig maßgeschneiderte und flexible IoT-Anwendungen entwickeln können.

Azure IoT Edge ist nur ein Beispiel, das speziell für diese Edge-to-Cloud-Integration entwickelt wurde. Als vollständig verwalteter Dienst, der auf Azure IoT Hub basiert, können Sie bestimmte Workloads an den Rand des Netzwerks verschieben, sodass Ihre Geräte weniger Zeit mit der Cloud kommunizieren, schneller auf lokale Änderungen reagieren und auch in längeren Offline-Zeiträumen zuverlässig arbeiten können. Außerdem funktioniert es mit Ihren Linux- oder Windows-Geräten, die Container-Engines unterstützen.

Zusätzliche Ressourcen zur Bewertung von IoT-Betriebssystemen

Dies sind nur einige der Aspekte, die Sie bei der Auswahl eines Betriebssystems für Ihr IoT Edge-Gerät berücksichtigen sollten. Und es ist wichtig, dass Sie zunächst herausfinden, welche Funktionen für Sie wichtig sind, um sie basierend auf dem beabsichtigten Anwendungsfall und den Anwendungen für Ihr Edge-Gerät zu priorisieren. Weitere Informationen zu verfügbaren IoT-Betriebssystemen finden Sie in diesen zusätzlichen Ressourcen:

• Windows für IoT-Whitepaper: Die Grundlage für Ihren intelligenten Edge
• Erstellen Sie Ihre IoT-Geräte mit Windows für IoT: Neue Plattform-Updates für Geräteentwickler
• Echtzeitbetriebssystem-Whitepaper: Was es ist und warum Sie eines verwenden sollten
• Sicherheits-Whitepaper: Sieben Eigenschaften hochsicherer Geräte
• Azure IoT: Sehen Sie, was vom Intelligent Edge bis zur Cloud möglich ist