Przewodnik po wyborze systemu operacyjnego dla urządzenia IoT edge

korzystając z Internetu Rzeczy (IoT), firmy mogą zbierać dane w czasie rzeczywistym, analizować trendy, generować informacje, śledzić zasoby i szybko reagować na problemy. Sercem większości rozwiązań IoT jest urządzenie, które może rejestrować i łączyć się z chmurą w celu wysyłania i odbierania danych. Niektóre z nich mogą być urządzeniami brzegowymi, które wykonują pewne przetwarzanie danych na samym urządzeniu lub w bramie polowej.

wszystko to jest możliwe dzięki systemowi operacyjnemu (OS)—jednak nie jest to podejście uniwersalne. Twórcy urządzeń, którzy chcą wybrać odpowiedni system operacyjny dla swojego urządzenia brzegowego IoT, muszą upewnić się, że obsługuje on niezbędny sprzęt, aplikacje i wymagania dotyczące łączności. Od Windows for IoT, przez Azure RTO po Azure Sphere, różne systemy operacyjne w portfolio technologii Azure IoT mają określone funkcje i korzyści, które mogą się podobać w zależności od twoich potrzeb. Poniżej znajdują się cztery obszary i kluczowe pytania, które każdy konstruktor urządzeń powinien wziąć pod uwagę przy wyborze systemu operacyjnego dla swoich urządzeń brzegowych IoT.

potrzeba urządzeń IoT w inteligentnej krawędzi

tradycyjny wzór aplikacji IoT polega na tym, że urządzenia wytwarzają dane lokalnie, a następnie wysyłają je do chmury, gdzie są przetwarzane przy użyciu wysokiej jakości sztucznej inteligencji (AI) lub uczenia maszynowego (ML) w celu uzyskania informacji biznesowych. Te informacje biznesowe są następnie często używane do wyzwalania działań, które są wysyłane z powrotem do urządzeń. Jak można sobie wyobrazić, ten tradycyjny wzór ma swoje ograniczenia: opóźnienia w odpowiedziach w czasie rzeczywistym, sporadyczne połączenia internetowe, które hamują transmisję danych, oraz grawitacja danych, która utrudnia i kosztuje przenoszenie zbiorów danych do celów analitycznych.

zastosowanie inteligentnych urządzeń brzegowych pomaga rozwiązać te problemy, przenosząc ekstrakcję i działanie wglądu do samego urządzenia lokalnego. Przenoszenie niektórych obciążeń na krawędź sieci pozwala urządzeniom spędzać mniej czasu na komunikacji z chmurą, szybciej reagować na zmiany lokalne i działać niezawodnie nawet w dłuższych okresach offline. Dodatkowe korzyści płynące z rozwiązania intelligent edge obejmują tłumaczenie protokołów, normalizację danych i zwiększoną prywatność danych poprzez usunięcie PII lokalnych.

4 pytania dotyczące wyboru systemu operacyjnego IoT

w zależności od konkretnych potrzeb lub ograniczeń napędzających rozwój urządzenia IoT edge, istnieje kilka czynników, które napędzają proces podejmowania decyzji. Jednym z pierwszych obszarów, w których producenci urządzeń często zaczynają, jest ich znajomość platformy. Jeśli masz z tym doświadczenie, są szanse, że może to być pierwsza opcja, którą rozważasz. Sugerujemy jednak również, abyś zadał te cztery pytania przed podjęciem ostatecznej decyzji.

1) Jaki poziom niezawodności i długoterminowego wsparcia jest potrzebny?

podstawą tego pytania jest typ tworzonego urządzenia krawędziowego. Od smartfonów i urządzeń do noszenia po urządzenia medyczne lub Automaty sprzedające-każdy ma swój własny cykl życia. Z punktu widzenia sprzedaży, jest to określone przez zachowania zakupowe konsumenta-czyli czynniki wpływające na to, jak organizacja lub osoba kupuje produkt, w tym cenę, trwałość i cechy produktu. Z punktu widzenia rozwoju na cykl życia urządzenia wpływa czas, przez jaki obsługiwane jest jego oprogramowanie, takie jak system operacyjny.

urządzenia o niskich cenach mają zwykle krótszy cykl życia, więc mogą nie potrzebować aktualizacji funkcji lub aktualizacji oprogramowania, jeśli konsumenci często kupują nowe wersje. Inne urządzenia mogą być przeznaczone do systemów o znaczeniu krytycznym i powinny trwać latami. W takim przypadku poszukiwanie systemu operacyjnego, który oferuje długoterminowe wsparcie, jest niezbędne, ponieważ może pomóc urządzeniu pozostać chronionym i aktualnym przez lata. Kluczowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę, jeśli chodzi o niezawodność i długoterminowe wsparcie, to:

• czy to urządzenie o stałym przeznaczeniu? Ten scenariusz zwykle wymaga dołączenia oprogramowania do urządzenia i licencjonowania dla użytkownika jako kompletnego produktu, a także zapewnienia przez OEM obsługi klienta kompletnego produktu, w tym funkcji wykonywanych przez system operacyjny.
• czy urządzenie jest wyspecjalizowanym systemem (np. systemy punktów sprzedaży, Bankomaty)? Wyspecjalizowane systemy zazwyczaj wykonują jedno ważne zadanie i nie wymagają aktualizacji funkcji tak często, jak inne urządzenia, ale to oznacza, że często wymagają dłuższej opcji serwisowania i muszą być utrzymywane tak stabilnie i bezpiecznie, jak to możliwe. Dlatego ważne jest, aby przyjrzeć się modelowi serwisowania oferowanemu z systemem operacyjnym.
• czy aplikacja urządzenia wymaga, aby system operacyjny spełniał określone certyfikaty lub normy (np. ISO 62304 dla urządzeń medycznych)? Staje się to nieco bardziej dopracowane w zależności od konkretnej branży, dla której urządzenie będzie używane. Ale na wysokim poziomie oznacza to ocenę opcji systemu operacyjnego z uwzględnieniem wszelkich standardów lub wymagań branżowych.
• czy urządzenie wymaga rozbudowanego interfejsu użytkownika (UI)? Ponieważ rozwiązania IoT stają się bardziej złożone, wiele z nich wymaga systemu operacyjnego z kompleksowym interfejsem użytkownika . Może to być również ważne w przypadku urządzeń, w których klienci będą regularnie wchodzić w interakcję z interfejsem, takich jak pompa gazu lub kiosk z biletami, i mogą korzystać z intuicyjnego i łatwego w użyciu interfejsu użytkownika.

wiedząc, że twórcy urządzeń szukają możliwości systemu operacyjnego, które pomagają ich urządzeniom pozostać stabilnymi i obsługiwanymi przez dłuższą metę, Microsoft oferuje wiele wersji do tworzenia urządzeń na platformie Windows for IoT—wszystkie z nich są wspierane przez 10-letnie długoterminowe wsparcie i są zaprojektowane z myślą o łatwej integracji z innymi usługami i platformami platformy Azure.

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

Windows 10 IoT Core jest idealny dla urządzeń, które wymagają niewielkiej powierzchni, podczas gdy Windows Server IoT 2019 jest bardziej odpowiedni dla wymagających obciążeń obliczeniowych brzegowych. Następnie jest Windows 10 IoT Enterprise, który ma wyspecjalizowane funkcje do tworzenia urządzeń o stałej funkcji zablokowanych do określonego zestawu aplikacji i urządzeń peryferyjnych.

Windows 10 IoT Enterprise ma opcje krótko-i długoterminowego wsparcia. Kanał obsługi długoterminowej (LTSC) został zaprojektowany specjalnie dla specjalistycznych urządzeń, w tym maszyn IoT. Ta długoterminowa opcja pomocy technicznej zapewnia regularne aktualizacje raz na 2-3 lata w ciągu dekady, dzięki czemu urządzenia stacjonarne i specjalistyczne działają dłużej.

2) Jakie są Twoje wymagania dotyczące wydajności?

kolejnym aspektem jest dostosowanie potrzeb Twojego rozwiązania IoT do rzeczywistych możliwości systemu operacyjnego; zwłaszcza w odniesieniu do mocy obliczeniowej lub przetwarzania i wydajności w czasie rzeczywistym. Pytania do rozważenia obejmują:

• jakie są Twoje przewidywalne lub gwarantowane wymagania dotyczące opóźnienia? Pamiętaj, że im mniejsze opóźnienie potrzebujesz, tym większe zużycie energii musisz wziąć pod uwagę (i odwrotnie).
• jaki poziom mocy obliczeniowej jest wymagany do wykonania zadań urządzenia? Uwzględnij to, co jest potrzebne do obsługi nie tylko systemu operacyjnego, ale także aplikacji uruchamianych w czasie pracy.
• ile pamięci jest wymagane? Należy pamiętać, że rozmiar pamięci może być ważnym czynnikiem decydującym o wyborze między systemem operacyjnym a RTOS.

kiedy przechodzisz przez to ćwiczenie, sposób priorytetyzacji powyższych możliwości z pewnością wpłynie na funkcje, których szukasz w systemie operacyjnym. Na przykład urządzenie, które priorytetyzuje odpowiedzi milisekundowe, takie jak system przeciwblokujący, może używać innego systemu operacyjnego niż ten, który znajdziesz w kiosku z biletami. Przykładami urządzeń, które korzystają z systemu operacyjnego o większej prędkości przetwarzania, są monitory fitness, smartfony i automatyczne maszyny przemysłowe.

zalety systemu operacyjnego czasu rzeczywistego dla urządzeń IoT edge

Azure RTOS (Real Time Operating System) to wbudowany pakiet programistyczny, który zawiera mały, ale wydajny system operacyjny zapewniający niezawodną i ultraszybką wydajność na urządzeniach z ograniczeniem zasobów. Opracowany z myślą o szybkości, obsługuje najpopularniejsze 32-bitowe mikrokontrolery i wbudowane narzędzia programistyczne.

w przypadku urządzeń brzegowych, w których rozważa się RTO, należy pamiętać, że jego głównym celem jest przydzielanie czasu przetwarzania między różne zadania związane z oprogramowaniem wbudowanym, dzieląc oprogramowanie na części często określane jako „wątki”.”Przełączanie między wątkami odbywa się tak szybko, że jest prawie niewidoczne dla użytkowników, co pozwala na niemal jednoczesne czasy reakcji.

ten system operacyjny jest również kompatybilny z chipami wielu głównych partnerów silicon, co może ułatwić wdrożenie go w istniejących wcześniej rozwiązaniach IoT. Co więcej, niewielki rozmiar pamięci-co najmniej 2 KB-oznacza, że może działać dobrze na małych urządzeniach z ograniczoną dostępną przestrzenią dyskową. Usługa Azure RTO jest również zgodna z innymi platformami i urządzeniami platformy Azure, w tym z usługą Azure Sphere. Oba są idealne razem dla tych, którzy potrzebują możliwości przetwarzania w czasie rzeczywistym.

Welch Allyn Protocol Inc. firma specjalizująca się w urządzeniach medycznych wykorzystała szybkość przetwarzania i ograniczoną ilość pamięci platformy Azure RTOS ThreadX w swoim poręcznym bezprzewodowym monitorze. Przejście na ten system operacyjny ułatwiło zespołowi Welch Allyn skupienie się na implementacji aplikacji, zamiast poświęcania czasu na debugowanie systemu innej firmy.

3) Czy ten system operacyjny zapewni bezpieczeństwo urządzeniu?

bez wątpienia konieczne jest, aby każde urządzenie, które zbudujesz, uwzględniało zabezpieczenia. Dotyczy to również systemu operacyjnego, na którym zdecydujesz się uruchomić. Jedno uszkodzone urządzenie IoT może między innymi spowodować kradzież danych lub zakłócenia procesów. Poziom funkcji zabezpieczeń, których szukasz, może się również różnić w zależności od wrażliwości przetwarzanych danych oraz branży lub aplikacji, w której będzie używane Inteligentne urządzenie brzegowe. Aspekty do rozważenia obejmują:

• czy oferuje wielowarstwową ochronę oprogramowania i odnawialne zabezpieczenia?
• czy masz bezpieczne połączenia z szyfrowaniem i uwierzytelnianiem opartym na certyfikatach?
• czy obsługuje dynamiczne dzielenie?

jeśli chodzi o funkcje bezpieczeństwa w systemie Windows dla wersji IoT, Windows 10 IoT Core jest skonfigurowany tak, aby zapewnić obsługę urządzeń IoT z ograniczonymi zasobami na poziomie przedsiębiorstwa, biorąc pod uwagę, że sprzęt ma środki, aby go obsługiwać. Tymczasem Windows Server IoT 2019 jest wyposażony w warstwy zabezpieczeń od krzemu do chmury. Podobnie Windows 10 IoT Enterprise zawiera podstawowe i zaawansowane środki bezpieczeństwa dla urządzeń o stałym przeznaczeniu, w tym zaawansowaną ochronę przed zagrożeniami Windows Defender, zunifikowany filtr zapisu (UWF) i szafkę aplikacji.

Lazurowa Kula: Bezpieczeństwo i integracja urządzeń IoT typu silicon-to-cloud

chociaż System Windows dla IoT zapewnia najlepsze w swojej klasie rozwiązanie dla urządzeń z mocą obliczeniową klasy MPU lub bogatymi doświadczeniami użytkowników, Usługa Azure Sphere to kompleksowe rozwiązanie zabezpieczające urządzenia IoT służące do wzmacniania urządzeń IoT dzięki innowacjom w zakresie zabezpieczeń firmy Microsoft i wiedzy w zakresie sprzętu, oprogramowania i chmury. Oznacza to, że można tworzyć podłączone urządzenia, które są usługa Azure Sphere składa się ze sprzętu certyfikowanego przez usługę Azure Sphere, systemu operacyjnego Azure Sphere i usługi Azure Sphere Security Service z bieżącym systemem operacyjnym i aktualizacjami zabezpieczeń. System Operacyjny Azure Sphere jest oparty na systemie Linux i oferuje dogłębną ochronę dzięki warstwom ochrony i bieżącym aktualizacjom zabezpieczeń.

oprócz dogłębnej ochrony i zabezpieczenia aktywnie chroniącego urządzenia, Usługa Azure Sphere została zaprojektowana do integracji z dowolną usługą w chmurze, publiczną lub prywatną. Możesz łączyć się z innymi chmurami w celu uzyskania danych aplikacji podczas korzystania z usługi Azure Sphere lub optymalizować wydajność, korzystając z usługi Azure Sphere wraz z usługami Visual Studio i Azure IoT, co pozwala na opracowanie solidnej strategii. Na przykład IoT Central—w pełni zarządzaną platformę aplikacji IoT typu oprogramowanie jako usługa (SaaS), która umożliwia programistom tworzenie aplikacji IoT bez zarządzania podstawową infrastrukturą-można sparować ze zintegrowanym rozwiązaniem bezpieczeństwa usługi Azure Sphere. Zapewnia to podstawy potrzebne do budowania, monitorowania i zarządzania urządzeniami i produktami IoT.

technologia VERSE wykorzystała Azure Sphere podczas tworzenia rozwiązań IoT dla Grupo Bimbo, jednej z największych firm piekarniczych na świecie. Zaprojektowali połączone rozwiązanie dla Bimbo oparte na platformie Azure—od usługi Azure IoT Hub, która łączy wszystkie dane przesyłane strumieniowo z platformą dla różnych urządzeń brzegowych i czujników do usługi Azure SQL Database, która przechowuje wszystkie te dane—co pozwoliło firmie prototypować, reagować i konfigurować szybciej niż konkurencja. Co więcej, dzięki usłudze Azure Sphere firma VERSE pracowała nad stworzeniem czujników nowej generacji, aby zapewnić kompleksowe bezpieczeństwo w fabrykach. Czujniki nie tylko pomagają monitorować bezpieczeństwo fizycznych zasobów w fabryce, ale także chronią wrażliwe dane z czujników. To ogólne połączenie i łatwość integracji pozwoliły firmie VERSE przekształcić mozaikę urządzeń Bimbo factory w platformę w chmurze z kompleksową jednością.

4) Czy ten system operacyjny oferuje skalowalność?

większość operacji zmienia się w czasie, ale jeśli przewidujesz znaczny wzrost dzięki rozwiązaniu IoT, będziesz chciał nadać priorytet systemowi operacyjnemu, który może skalować się dla każdego typu urządzenia. Zbudowanie urządzenia IoT edge z skalowalnym systemem operacyjnym oznacza, że w przyszłości nie będziesz musiał wprowadzać rozległych zmian, aby dostosować się do innego systemu. Skalowalny system operacyjny może obsługiwać dodatkowe zasoby bez zmiany prędkości wyjściowej—niektóre mogą nawet obejmować wiele urządzeń i lokalizacji geograficznych. Wersje systemu Windows for IoT, w tym Windows 10 IoT Core, Windows 10 IoT Enterprise i Windows IoT Server, zostały zaprojektowane z myślą o skalowalności i interoperacyjności systemu.

Partner Microsoft, PharmID, wykorzystał System operacyjny Windows 10 IoT Core do stworzenia rozwiązań walidacji leków do zbierania i analizy danych o lekach. Poszczególni lekarze używają tego rozwiązania do weryfikacji leków, które przepisują, a szpitale i apteki mogą monitorować, co wpływa i wychodzi. Korzystając z systemu Windows 10 IoT Core, PharmID i jego klienci mogą polegać na skalowalności przedsiębiorstwa bez wymagań dotyczących zasobów w skali przedsiębiorstwa. PharmID może stale tworzyć i dostarczać nowe usługi i funkcje aplikacji bez dużych inwestycji R& D lub zakłóceń w działalności klientów.

tworzenie kompleksowych rozwiązań w chmurze do krawędzi

ostatecznie wybrany system operacyjny to tylko jeden element układanki. Zalecamy również myślenie z wyprzedzeniem o tym, w jaki sposób urządzenie będzie używane i jakie rodzaje integracji mogą być potrzebne do stworzenia kompletnego rozwiązania. Od zarządzania zasobami w chmurze i środowiskiem brzegowym po analizę i przetwarzanie danych lokalnych po rozszerzenie analizy i analizy w chmurze na urządzenia brzegowe-wiele można zrobić dzięki technologiom brzegowym.

oraz we wszystkich dostępnych systemach operacyjnych Microsoft dla urządzeń IoT edge—Windows dla IoT, Azure RTO lub Azure Sphere—cechą wspólną wszystkich tych systemów jest możliwość łatwej integracji z innymi platformami i usługami Azure, dzięki czemu można tworzyć wysoce spersonalizowane i elastyczne aplikacje IoT.

Usługa Azure IoT Edge to tylko jeden z przykładów zaprojektowanych z myślą o Integracji edge z chmurą. Jako w pełni zarządzana usługa oparta na usłudze Azure IoT Hub umożliwia przenoszenie określonych obciążeń na krawędź sieci, dzięki czemu urządzenia mogą spędzać mniej czasu na komunikowaniu się z chmurą, szybciej reagować na zmiany lokalne i działać niezawodnie nawet w dłuższych okresach offline. Ponadto działa z urządzeniami z systemem Linux lub Windows, które obsługują silniki kontenerów.

dodatkowe zasoby do oceny systemów operacyjnych IoT

to tylko niektóre z aspektów, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze systemu operacyjnego dla urządzenia IoT edge. Warto zacząć od ustalenia, które funkcje mają kluczowe znaczenie dla priorytetyzacji w oparciu o zamierzony przypadek użycia i aplikacje urządzenia brzegowego. Aby uzyskać więcej informacji na temat dostępnych systemów operacyjnych IoT, przejrzyj te dodatkowe zasoby:

• white paper systemu Windows dla IoT: podstawy inteligentnego urządzenia edge
• tworzenie urządzeń IoT za pomocą systemu Windows dla IoT: nowe aktualizacje platformy dla programistów urządzeń
• System operacyjny w czasie rzeczywistym white paper: co to jest i dlaczego warto go użyć
• white paper bezpieczeństwa: Siedem właściwości wysoce zabezpieczonych urządzeń
• Azure IoT: zobacz, co jest możliwe od inteligentnej krawędzi do chmury