数字孪生技术，也称为镜像系统，最初由美国国家航空航天局（NASA）开发，用于解决开发超出其监控能力范围的系统问题。数字孪生通过将智能组件与物理对象集成，利用传感器收集关于物理对象的数据，如实时状态、位置或工作条件，并将这些数据上传到云端进行处理。数字孪生不仅代表物理资产的结构，还代表其在现实生活中的行为，通过捕获资产的实时数据进行监控。
数字孪生使得在现实世界中实施变化之前，可以数字化地模拟、分析和测试场景。数字孪生传统上应用于制造业、交通运输、建筑和能源领域。例如，风力涡轮机或火车引擎等大型复杂物品可以在生产之前进行数字化设计和测试。随着物联网（IoT）的发展，数字孪生也可以应用于更小、更简单的物品和系统。通过使用数据分析，数字孪生可以帮助优化物联网部署，实现最大效率。
风力涡轮机最初开发时，更多关注于它们如何产生能量，而不是涡轮机本身的生命周期。然而，由于风力涡轮机的数量、尺寸和位置，很难物理上访问和管理它们。数字孪生通过创建物理涡轮机的虚拟模型，允许远程管理涡轮机，数据被传送到控制器。它还允许优化维护计划、负载平衡和电力分配，并识别和预测中断和故障。
Kaeser是一家美国压缩空气产品的制造商。最初，Kaeser销售产品，即在客户现场安装压缩空气设备，设备的运营留给客户。然而，数字孪生的使用使得Kaeser能够远程监控其设备，并测量空气消耗，这使得他们能够根据消耗而不是固定费率收取准确的费用。商品成本大约减少了三分之一。
数字孪生可以用来监控占用率、温度、通风和能源消耗。这些信息可以用来减少浪费并提高效率。一旦收集到足够的数据，数字孪生可以提供预测；例如，如果明天的天气预报很冷，那么可以自动采取措施来抵消这种影响。
Azure Digital Twins是Azure IoT的一部分。它创建了物理环境的详细模型，并且可以创建空间智能图，模拟人、设备和空间之间的关系和互动。当设备、物理空间和人结合起来时，可以更好地洞察空间的实际工作方式，这反过来可以推动商业洞察。
Azure Digital Twins可以用于许多不同的环境，如银行、医院、办公室和仓库，以及许多不同的场景，包括温度和湿度跟踪、分析占用水平和监控车辆。使用Azure Digital Twins，是从物理空间（例如，建筑物）查询数据，而不是从许多不同的传感器（例如，温度控制、湿度控制、入口、出口、灯光）查询数据。此外，Azure Digital Twins提供多租户支持。这意味着不同的组织可以安全地访问他们的数据部分。
数字孪生对象模型描述了特定领域的概念、属性和类别。对象模型包括以下类型：空间、设备、传感器、用户、资源和角色等。对象模型可以由用户预定义。结合在一起，对象模型构成了一个本体论。例如，智能建筑的本体论包括楼层、场所、办公室和会议室。当有对象模型和本体论时，可以填充空间图。空间图是人、空间和设备之间关系的虚拟表示。
用户定义的函数可以用来定义和运行自定义函数，以处理来自设备的传入数据，以便向预定义的端点发送信号。这种能力意味着可以提高设备任务的定制化和自动化。例如，智能防洪应用程序可以包括一个用户定义的函数来评估当前水位，并将其与降雨预报结合起来。然后应用程序发送洪水警告信息。
可以安全地控制个人和设备的访问。例如，设施管理应用程序可以配置为允许设施管理人员更改建筑物中任何房间的温度，而居住者只能更改他们房间的温度。
Azure Digital Twins可以连接到Azure Stream Analytics、Azure AI、Azure Storage、Azure Maps、Microsoft Mixed Reality、Dynamics 365或Office 365。
数字孪生中的数据流处理包括定义三个对象：匹配器、用户定义的函数和角色分配。匹配器定义了一组条件，这些条件根据来自传感器的传入数据评估将发生什么。条件是作为与JSON路径的比较来编写的。用户定义的函数是在一个隔离的数字孪生环境中运行的自定义编写的函数。UDFs可以访问空间图和原始传感器遥测。一旦注册了UDF，就必须创建一个匹配器。匹配器将指定何时运行UDF。可以用JavaScript编写UDF。然而，UDF的操作受到基于角色的访问控制的约束。这是为了确保数据在服务内保持安全。当UDF尝试执行操作时，会检查UDF的访问级别。
一旦设备将数据发送到Azure Digital Twins，数据可以在四个阶段中进行处理，这些阶段是验证、匹配、计算和分派。在验证阶段，传入数据被转换为数据传输对象（DTO）。在匹配阶段，找到用户定义的函数（UDFs），而在计算阶段运行这些UDFs。最后，分派阶段将计算阶段的任何通知路由到预定义的端点。
可以将IoT事件集成到其他Azure服务的两种方式。首先，Azure Digital Twins的事件可以发送到Azure Event Hubs、Azure Service Bus主题或Azure Event Grid进行进一步处理。此外，Azure Digital Twins可以直接路由原始遥测消息而不进行处理到Event Hubs，在那里它们将进行进一步处理。
可以为不同的事件和消息指定不同的端点。当路由到Event Hubs时，消息以发送的顺序到达。这并不一定适用于Event Grid和Service Bus，但它们确实包括时间戳，可以使用时间戳来识别时间顺序。