Tutorial - Criar uma hierarquia de dispositivos do Azure IoT Edge (borda aninhada) (2023)

Aplica-se a:IoT deve ser 1.4

Implante nós do Azure IoT Edge em redes organizadas em camadas hierárquicas. Cada camada em uma hierarquia é um dispositivo de gateway que lida com mensagens e solicitações de dispositivos na camada abaixo. Essa configuração também é conhecida como "limite aninhado".

Você pode estruturar uma hierarquia de dispositivos para que apenas a camada superior tenha conectividade em nuvem e a camada inferior possa se comunicar apenas com as camadas norte e sul adjacentes. Essa camada de rede é a base da maioria das redes industriais que seguemNorma ISA-95.

O objetivo deste tutorial é criar uma hierarquia de dispositivos IoT Edge que simule um ambiente de produção simplificado. Ao final implemente oMódulo de sensor de temperatura simuladoem um dispositivo filho sem acesso à Internet ao mover imagens de contêiner pela hierarquia.

Para atingir esse objetivo, este tutorial explica como criar uma hierarquia de dispositivos IoT Edge, implantar contêineres de tempo de execução IoT Edge em seus dispositivos e configurar seus dispositivos localmente. Neste tutorial, você usa uma ferramenta de configuração automatizada para:

Este tutorial define as seguintes camadas de rede:

• a camada superior– Dispositivos IoT Edge neste nível podem se conectar diretamente à nuvem.

• camadas inferiores- Dispositivos IoT Edge em níveis abaixo do nível superior não podem se conectar diretamente à nuvem. Eles devem passar por um ou mais dispositivos IoT Edge intermediários para enviar e receber dados.

Este tutorial usa uma hierarquia de dois dispositivos para simplificar, conforme mostrado abaixo. Um dispositivo queDispositivo da camada superior, representa um dispositivo no topo da hierarquia que pode se conectar diretamente à nuvem. Este dispositivo também é chamadounidade principal. O outro dispositivoDispositivo de nível inferior, representa um dispositivo na parte inferior da hierarquia que não pode se conectar diretamente à nuvem. Você pode adicionar mais dispositivos filhos conforme necessário para representar seu ambiente de produção. Os dispositivos nas camadas inferiores também serãochamados de dispositivos escravos.

requisitos anteriores

Para criar uma hierarquia de dispositivos IoT Edge, você deve:

• Um computador (Windows ou Linux) com conexão à Internet.

  (Video) IoT Show: Nested Edge aplicado em um ambiente industrial

• Uma conta do Azure com uma assinatura válida. se você não tem umassinatura azul, crie umconte de graçaantes de começar.

• Um nível gratuito ou padrãoNúcleo IoTsem azul.

• Um bash shell no Azure Cloud Shell com Azure CLI v2.3.1 com Azure IoT Extension v0.10.6 ou posterior instalado. Este tutorial usa oCloud Shell do Azure. Se você não estiver familiarizado com o Azure Cloud Shell,Veja um início rápido para mais detalhes.

  • Para exibir as versões atuais dos módulos e extensões da CLI do Azure, executea-z-Versão.

• Um dispositivo Linux que pode ser configurado como um dispositivo IoT Edge para qualquer dispositivo em sua hierarquia. Este tutorial usa dois dispositivos. Se você não tiver nenhum dispositivo disponível, poderá usar o seguinte comando para criar Máquinas Virtuais do Azure para cada dispositivo na hierarquia.

  Substitua o texto do espaço reservado no comando a seguir e execute-o duas vezes, uma para cada máquina virtual. Cada máquina virtual precisa de um prefixo DNS exclusivo, que também serve como nome. O prefixo DNS deve corresponder à seguinte expressão regular:[a-z][a-z0-9-]{1.61}[a-z0-9].

  grupo de implantação az create \ --resource-group <REPLACE_WITH_YOUR_RESOURCE_GROUP> \ --template-uri "https://raw.githubusercontent.com/Azure/iotedge-vm-deploy/1.4/edgeDeploy.json" \ --parameters dnsLabelPrefix= '<REPLACE_WITH_UNIQUE_DNS_FOR_VIRTUAL_MACHINE>' \ --parameters adminUsername='azureuser' \ --parameters authenticationType='sshPublicKey' \ --parameters adminPasswordOrKey="$(< ~/.ssh/id_rsa.pub)" \ --query "properties. salidas.[publicFQDN.value, publicSSH.value]" -o tsv

  A máquina virtual usa chaves SSH para autenticar usuários. Se você não estiver familiarizado com a criação e uso de chaves SSH, sigaInstruções para pares de chaves públicas/privadas SSH para VMs do Linux no Azure.

  See Also

  Tutorial: Desenvolver módulo para dispositivos Windows com Azure IoT Edge

  O IoT Edge versão 1.4 vem pré-instalado com este modelo ARM, para que você não precise instalar recursos manualmente em máquinas virtuais. Se estiver instalando o IoT Edge em seus próprios dispositivos, consulteInstalar o Azure IoT Edge para LinuxÖAtualização do IoT Edge.

  Uma criação bem-sucedida de uma máquina virtual usando este modelo ARM produz oSSHmáquina virtual e nome de domínio totalmente qualificado (FQDN). Você usará o identificador SSH e o FQDN ou endereço IP de cada máquina virtual em etapas posteriores para configuração, portanto, lembre-se dessas informações. Abaixo está um exemplo de saída.

  Rato

  Você também pode encontrar o endereço IP e o FQDN no portal do Azure. Para o endereço IP, navegue até a lista de máquinas virtuais e anote-acampo de endereço IP público. Para o FQDN, vá para a página de resumo de cada máquina virtual e procure o campoNome DNS.

  

• Certifique-se de que as seguintes portas estejam abertas para todos os dispositivos, exceto o dispositivo de nível mais baixo: 443, 5671, 8883:

  • 443 - Usado entre hubs de borda primários e secundários para chamadas de API REST e busca de imagens de contêiner do Docker.
  • 5671, 8883: usado para AMQP e MQTT.

  Para mais informações, vejaComo abrir portas para uma máquina virtual com o Portal do Azure.

Configurar a hierarquia de dispositivos IoT Edge

Os dispositivos IoT Edge compõem as camadas da hierarquia. Este tutorial cria uma hierarquia de dois dispositivos IoT Edge: oDispositivo da camada superiore o dispositivo a jusante queDispositivo de nível inferior. Você pode criar dispositivos downstream adicionais conforme necessário.

Para criar e configurar a hierarquia de dispositivos IoT Edge, use oiotedge-configFerramenta. Essa ferramenta simplifica a configuração da hierarquia automatizando várias etapas e condensando-as em duas:

1. Defina as configurações de nuvem e prepare as configurações para cada dispositivo, incluindo:

   • Crie dispositivos em seu hub IoT
   • Defina relacionamentos mestre-filho para autorizar a comunicação entre dispositivos
   • Gere uma cadeia de certificados para cada dispositivo para estabelecer uma comunicação segura entre eles
   • Gerar arquivos de configuração para cada dispositivo

2. Instale a configuração para cada dispositivo, que inclui:

   • Instalar certificados em cada dispositivo
   • Aplicar arquivos de configuração a cada dispositivo

UMAiotedge-configA ferramenta também implanta automaticamente o módulo em seu dispositivo IoT Edge.

usariotedge-configPara criar e configurar a hierarquia, faça o seguinte na CLI do Azure:

1. VonCloud Shell do Azure, crie um diretório para seus recursos de tutorial:

   mkdir nestedIotEdgeTutorial

2. Baixe a versão da ferramenta de configuração e os modelos de configuração:

   cd ~/nestedIotEdgeTutorialwget -O iotedge_config.tar "https://github.com/Azure-Samples/iotedge_config_cli/releases/download/latest/iotedge_config_cli.tar.gz"tar -xvf iotedge_config.tar

   Esta ação cria oiotedge_config_cli_releasepasta em seu diretório de tutoriais.

   (Video) Gateways de borda - Azure IoT Edge e a borda aninhada

   O arquivo de modelo usado para criar a hierarquia de dispositivos éiotedge_config.yamlArquivo encontrado em~/anidadoIotEdgeTutorial/iotedge_config_cli_release/templates/tutorial. No mesmo diretórioimplementaçãoLowerLayer.jsoné um arquivo de implementação JSON que contém instruções para módulos a serem implementados em seuDispositivo de nível inferior. ÖimplementaçãoTopLayer.jsonO arquivo é o mesmo, mas para oSeu dispositivo premium, pois os módulos implementados em cada dispositivo não são os mesmos. Adevice_config.tomlO arquivo é um modelo para configurações de dispositivos IoT Edge e é usado para gerar automaticamente pacotes de configuração para dispositivos em sua hierarquia.

   Se você quiser ver o código-fonte e os scripts deiotedge-configferramenta, consulteo repositório de exemplos do Azure no GitHub.

3. Abra o modelo de configuração do tutorial e edite-o com suas informações:

   código ~/nestedIotEdgeTutorial/iotedge_config_cli_release/templates/tutorial/iotedge_config.yaml

   na áreaGelb, preencha os campos eiothub_namevigaristaiothub_host_nameSua informação. Essas informações podem ser encontradas na página de visão geral do Hub IoT no portal do Azure.

   na áreacertificados opcionais, você pode preencher os campos com caminhos absolutos para o certificado e a chave. Se você deixar esses campos em branco, o script gerará automaticamente certificados de teste autoassinados para seu uso. Se você não estiver familiarizado com o uso de certificados em um cenário de gateway, leiaa seção de certificados do guia de procedimento.

   na áreaDa configuração, e astemplate_config_pathforma dedevice_config.tomlModelo para criar a configuração do dispositivo. Adefault_edge_agentdetermina quais dispositivos filhos na imagem do agente de borda estão solicitando e de onde.

   na áreadispositivos de bordaPara um cenário de produção, você pode editar a árvore hierárquica para refletir a estrutura desejada. Para os propósitos deste tutorial, aceite a árvore padrão. Há um para cada dispositivoidentificação do dispositivoCampo onde você pode nomear seus dispositivos. também existem aquelesmissãoCampo que especifica o caminho para o JSON de provisionamento para este dispositivo.

   Você também pode registrar manualmente os dispositivos IoT Edge em seu hub IoT usando o portal do Azure, o Azure Cloud Shell ou o Visual Studio Code. Você pode descobrir como fazer isso emO guia passo a passo para implantar manualmente um dispositivo Linux IoT Edge.

   Você também pode definir relacionamentos pai-filho manualmente. veja a seçãoCriar uma hierarquia de gateway) do manual para mais informações.

   

4. Salve e feche o arquivo:

   STRG + S,CTRL + Q

5. Crie um diretório de saída para os pacotes de configuração no diretório de recursos do tutorial:

   mkdir ~/nestedIotEdgeTutorial/iotedge_config_cli_release/outputs

6. Navegue até o seuiotedge_config_cli_releasee execute a ferramenta para criar a hierarquia de dispositivos IoT Edge:

   cd ~/nestedIotEdgeTutorial/iotedge_config_cli_release./iotedge_config --config ./templates/tutorial/iotedge_config.yaml --output ./outputs

   Se--Produçãosinalizador, a ferramenta cria os certificados de dispositivo, pacotes de certificados e um arquivo de log no diretório de saída configurado anteriormente.

   A ferramenta de configuração cria seus dispositivos IoT Edge e configura as relações mestre-escravo entre eles. Opcionalmente, crie certificados para seus dispositivos a serem usados. Se você fornecer caminhos para a implementação JSON, a ferramenta criará automaticamente essas implementações para seus dispositivos, mas isso não é obrigatório. Finalmente, a ferramenta gera os pacotes de configuração para seus dispositivos e os coloca no diretório de saída. Para obter detalhes sobre as etapas executadas pela ferramenta de configuração, consulte o arquivo de log no diretório de saída.

   user@Azure:~/nestedIotEdgeTutorial$ sudo ./iotedge_config --config ./templates/tutorial/iotedge_config.yaml --output ./outputsReading "templates/tutorial/iotedge_config.yaml"Gravando logs em "outputs/log_2022-08-31_20 -39-42.txt"camada superior└──camada inferiorNenhuma CA raiz especificada. Geração de raiz autoassinada em ./outputs/certificates/iotedge_config_cli_root.pem. Crie certificados para 2 dispositivos. Crie 2 dispositivos no hub contoso-iothub. Crie arquivos de configuração baseados em "./templates/tutorial/device_config.toml" para 2 dispositivos. Fez ! A saída está localizada em /home/user/nestedIotEdgeTutorial/outputs. Consulte o README.md na saída para obter instruções de instalação.

Verifique novamente se a saída da topologia do script parece correta. Quando estiver satisfeito com a estrutura correta da hierarquia, você poderá prosseguir.

Configurar o tempo de execução do IoT Edge

Além de provisionar seus dispositivos, as etapas de configuração estabelecem comunicação confiável entre dispositivos na hierarquia usando os certificados criados anteriormente. As etapas também começam a construir a estrutura de rede da hierarquia. O dispositivo de nível superior mantém a conexão com a Internet para que possa solicitar imagens da nuvem para seu tempo de execução, enquanto os dispositivos de nível inferior são roteados por meio do dispositivo de nível superior para acessar essas imagens.

Para configurar o tempo de execução do IoT Edge, você deve aplicar os pacotes de configuração criados pelo script de configuração aos seus dispositivos. As configurações diferem ligeiramente entre osDispositivo da camada superioré umDispositivo de nível inferior, portanto, preste atenção ao arquivo de configuração do dispositivo que você aplica a cada dispositivo.

1. Cada dispositivo requer seu pacote de configuração correspondente. Você pode usar uma memória USB ou umCópia segura de arquivopara enviar pacotes de configuração para cada dispositivo.

   Certifique-se de enviar a cada dispositivo o pacote de configuração correto.

   scp <PATH_TO_CONFIGURATION_PAKET> <USER>@<VM_IP_OR_FQDN>:~

   Meios:~que a pasta de configuração seja colocada no diretório raiz da máquina virtual.

2. Faça login na máquina virtual para aplicar o pacote de configuração ao dispositivo:

   (Video) Fábricas seguras com IoT Edge Nesting

   ssh <USER>@<VM_IP_OR_FQDN>

3. Em cada dispositivo, descompacte o pacote de instalação. Primeiro você precisa instalar o arquivo ZIP:

   sudo apt install zipunzip ~/<PATH_TO_SETUP_PAKET>/<SETUP_PAKET>.zip

4. Em cada dispositivo, aplique o pacote de configuração ao dispositivo:

   sudo ./install.sh

   nãoDispositivo da camada superior, você será solicitado a inserir o nome do host. lado de dentroDispositivo de nível inferior, você será solicitado a fornecer o nome do host e o nome do host principal. Forneça o IP ou FQDN apropriado para cada solicitação. Você pode usar ambos, mas escolha consistentemente entre os dispositivos. A saída do script de instalação é mostrada abaixo.

   Se você quiser ver as alterações feitas no arquivo de configuração do seu dispositivo com mais detalhes, consultea seção Configurar IoT Edge em dispositivos do guia.

Se você concluiu com êxito as etapas acima, pode verificar se seus dispositivos estão configurados corretamente.

Execute verificações de configuração e conectividade em seus dispositivos. Para eleDispositivo da camada superior:

verificação sudo iotedge

Para eleDispositivo de nível inferior, a imagem de diagnóstico deve ser transferida manualmente no comando:

sudo iotedge check --diagnostics-image-name <parent_device_fqdn_or_ip>:443/azureiotedge-diagnostics:1.2

nãoDispositivo da camada superior, espere resultados com várias passagens. Você pode ver alguns avisos sobre políticas de registro e, dependendo da sua rede, políticas de DNS.

Assim que tiver certeza de que as configurações estão corretas em cada dispositivo, você estará pronto.

Implante módulos em seus dispositivos

As implementações de módulo em seus dispositivos foram geradas automaticamente quando os dispositivos foram criados. Aiotedge-config-cliA ferramenta alimentou os JSONs de implementação com oDispositivos com tampa superior e inferiordepois de serem criados. A implantação do módulo estava pendente durante a configuração do tempo de execução do IoT Edge em cada dispositivo. Depois de configurar o tempo de execução, implementações para oDispositivo da camada superiorcomeçado. Após a conclusão dessas implementações, oDispositivo de nível inferiorVocê pode usar o móduloIoT Edge-Proxy da APIpara extrair as imagens necessárias.

VonCloud Shell do Azure, você pode ver a implementação JSONdo dispositivo de nível superiorpara entender quais módulos foram implementados em seu dispositivo:

cat ~/nestedIotEdgeTutorial/iotedge_config_cli_release/templates/tutorial/deploymentTopLayer.json

Além dos módulos de tempo de execuçãoIoT Edge-AgentmiIoT Edge-Center, ÖDispositivo da camada superiorObter módulo de registroStauermiIoT Edge-API-Proxymodul.

o móduloRegistros do Dockeraponta para um registro de contêiner do Azure existente. Nesse caso,REGISTRY_PROXY_REMOTEURLaponta para o Microsoft Container Registry. Por padrão, oRegistros do DockerOuça na porta 5000.

o módulodo proxy da API IoT Edgeencaminha solicitações HTTP para outros módulos, permitindo que dispositivos downstream busquem imagens de contêiner ou enviem blobs para o armazenamento. Neste tutorial, ele se comunica na porta 443 e é configurado para enviar solicitações pull de imagem de contêiner do Docker para oRegistros do Dockerna porta 5000. Além disso, todas as solicitações de upload de armazenamento de blob são encaminhadas para o módulo AzureBlobStorageonIoTEdge na porta 11002.IoT Edge-Proxy da APIe como configurá-lo, leia oguia processualdo módulo

Se você quiser ver como criar tal implantação usando o portal do Azure ou o Azure Cloud Shell, leia oSeção do dispositivo da camada superior do guia de procedimento.

VonCloud Shell do Azure, você pode ver a implementação JSONDispositivo de nível inferiorpara entender quais módulos foram implementados em seu dispositivo:

gato ~/anidadoIotEdgeTutorial/iotedge_config_cli_release/templates/tutorial/deploymentLowerLayer.json

Pode vermódulo do sistemasob esses módulos de tempo de execuçãoDispositivo de nível inferiorsão configurados a pedido$ upstream: 443, em vez de , como o dispositivo fezmcr.microsoft.comcamada superior. ÖDispositivo de nível inferiorEnvie solicitações de imagem do docker para o módulodo proxy da API IoT Edgena porta 443, pois não pode extrair as imagens diretamente da nuvem. O outro módulo implementado noClasse baixa, o módulosensor de temperatura simulado, também executa a solicitação de imagem para$ upstream: 443.

Se você quiser ver como criar tal implantação usando o portal do Azure ou o Azure Cloud Shell, leia oSeção de dispositivos de nível inferior do guia.

Você pode visualizar o status dos módulos com o comando:

az iot hub module-twin show --device-id <edge_device_id> --module-id '$edgeAgent' --hub-name <iot_hub_name> --query "properties.reported.[systemModules, module]"

Este comando exporta todas as propriedades relatadas pelo edgeAgent. Aqui estão algumas ferramentas para monitorar o status do dispositivo: Status do dispositivotempo de execução,Hora de início do tempo de execução,Tempo de execução última hora de partida, Contagem deO tempo de execução é reiniciado.

Você também pode ver o status dos módulos noAzure-Portal. Navegue até a seçãoDispositivosdo seu Hub IoT para visualizar seus dispositivos e módulos.

Assim que estiver satisfeito com as implementações do módulo, você estará pronto.

Veja os dados gerados

o módulosensor de temperatura simuladoque emite gera dados de ambiente de amostra. Envia mensagens contendo temperatura e umidade ambiente, temperatura e pressão da máquina e carimbo de data e hora.

Você também pode ver essas mensagens viaCloud Shell do Azure:

az iot hub monitor-events -n <iothub_name> -d <lower-layer-device-name>

resolver problemas

correr oucheque de iotedgeComando para verificar a configuração e corrigir erros.

ser capaz de andarcheque de iotedgeem uma hierarquia aninhada, mesmo que as máquinas downstream não tenham acesso direto à Internet.

quando você correcheque de iotedgeComeçando no nível mais baixo, o programa tenta puxar a imagem do pai para a porta 443.

sudo iotedge check --diagnostics-image-name $ upstream:443/azureiotedge-diagnostics:1.2

ÖAzureiotedge-DiagnosticarO valor é recuperado do registro de contêiner associado ao módulo de registro. Este tutorial tem configurado assim por padrãohttps://mcr.microsoft.com:

Se você usar um registro de contêiner privado, verifique se todas as imagens (IoTEdgeAPIProxy, edgeAgent, edgeHub, sensor de temperatura simulado e diagnósticos) existem no registro de contêiner.

limpar recursos

Você pode excluir as configurações locais e os recursos do Azure criados neste artigo para evitar custos.

Para excluir recursos:

1. RegistroAzure-Portale selecionegrupos de recursos.

2. Escolha o nome do grupo de recursos que contém os recursos de teste do IoT Edge.

3. Verifique a lista de recursos que seu grupo de recursos contém. Se você quiser remover tudo, você pode escolherExcluir grupo de recursos. Se você deseja remover apenas alguns dos recursos, pode clicar em cada um para removê-los um por um.

Próximos passos

Neste tutorial, você configura dois dispositivos IoT Edge como gateways e define um como o dispositivo primário para o outro. Em seguida, ele demonstrou como extrair uma imagem de contêiner para o dispositivo downstream por meio de um gateway usando o módulo IoT Edge Proxy API. Vejoo guia para usar o módulo proxySe você quiser saber mais.

Para obter mais informações sobre como usar gateways para criar camadas hierárquicas de dispositivos IoT Edge, consulteguia prático para conectar dispositivos IoT Edge downstream.

Para ver como o Azure IoT Edge pode criar outras soluções para sua empresa, continue com os outros tutoriais.