Învățați arhitectura internetului obiectelor (IoT) pentru a configura o structură IoT pentru utilizare în afaceri.
Viitoarele depozite, lanțuri de aprovizionare, fabrici de producție și centre logistice vor fi activate pentru IoT. Deoarece tehnologia este complexă, doar câțiva giganți IT știu ce se află sub capotă. Cu toate acestea, îl puteți decoda și învățând despre tehnologie pe dinafară.
Continuați să citiți dacă doriți să vă faceți afacerea mai inteligentă sau să oferiți soluții IoT ca serviciu. Articolul explică arhitectura IoT, nucleul care oferă automatizare și confort și câteva cazuri de utilizare populare.
Cuprins
Introducere
IoT include senzori, dispozitive și interfețe electronice care colectează, procesează și trimit date ca comenzi către mașinile terminale.
Toate acestea sunt variabile sau părți mobile dintr-un sistem IoT. Un cadru care definește modul de a comanda aceste părți mobile și de a crea structura finală IoT este arhitectura IoT.
Arhitectura IoT vă spune cum să conectați și să operați dispozitivele sistemului IoT, software-ul cloud și rețeaua de senzori. Ca să nu mai vorbim că depanarea sistemului are loc și în arhitectura IoT.
Un cadru de bază pentru aceasta ar fi trei straturi de componente într-un sistem IoT. Acestea sunt după cum urmează:
- Senzori, actuatoare, dispozitive etc., sub stratul de percepție
- LAN, Wi-Fi, 5G, 4G etc., creează stratul de rețea
- O interfață grafică cu utilizatorul este stratul de aplicație
Arhitectura IoT vă asigură că cunoașteți toate componentele, fluxurile de date și comenzile dispozitivului final din sistem. Astfel, vă puteți asigura, susține și controla sistemele dvs. IoT în mod eficient.
Straturi ale arhitecturii IoT
O arhitectură de sistem IoT are diferite straturi care funcționează ca suport digital prin care datele senzorilor ajung în aplicația cloud. Apoi, aplicația cloud ia decizii pe baza unui flux de lucru prestabilit pentru dispozitivele terminale, cum ar fi brațele robotizate dintr-o fabrică de producție.
În cele din urmă, aceste decizii curg către dispozitivele terminale prin același strat. Înțelegerea acestor straturi vă permite să creați o arhitectură IoT de succes. Iată straturile arhitecturii IoT pe care trebuie să le cunoașteți:
Stratul senzorial/de percepție
Stratul de percepție este format din dispozitivele terminale care colectează date din universul fizic. Apoi, aplicațiile digitale pot analiza datele colectate.
Deoarece acest strat rămâne în contact cu obiectele din lumea reală, experții IoT îl numesc și stratul fizic. Mai jos sunt câteva dispozitive notabile care se conectează la stratul de percepție:
- Senzori precum contoare giroscopice, senzori de viteză, senzori de identificare prin radiofrecvență (RFID), senzori chimici etc.
- Actuatoare si brate robotizate
- Camere de securitate, sisteme de acces la usi etc.
- Termostate, HVAC, aspersoare cu apă, elemente de încălzire etc.
Majoritatea dispozitivelor industriale IoT colectează date pentru nivelul de procesare. Pentru dispozitivele IoT de acasă, stratul de percepție ar putea fi, de asemenea, stratul de procesare. De exemplu, Nest Learning Thermostat.
Stratul de transport de date/rețea
Stratul de rețea gestionează transportul de date între toate straturile unei arhitecturi IoT. Acest strat definește, de asemenea, topologia rețelei pentru întregul web de dispozitive, aplicații cloud și baze de date.
Părțile vitale ale acestui nivel sunt gateway-urile de internet, porturile intranet, gateway-urile de rețea și sistemele de achiziție de date (DAS). Pentru protocoalele de conectivitate la rețea de mai sus, vă puteți baza pe următoarele dispozitive fizice:
- Wifi
- Rețele WAN (Wide Area Networks)
- 4G LTE/ 5G
- Bluetooth cu energie redusă
- Comunicare în câmp apropiat (NFC)
Prin acest strat, diverse dispozitive terminale și aplicații cloud comunică între ele. Datele senzorului, cum ar fi temperatura, viteza, umiditatea etc., călătoresc prin stratul de rețea pentru a ajunge la alte straturi.
Stratul de procesare a datelor
Stratul de procesare procesează analizele și stochează datele înainte de a le transfera într-un centru de date. Include analiza Edge în Edge computing, inteligența artificială (AI) și învățarea automată (ML). În acest strat au loc și sarcini esențiale, cum ar fi luarea deciziilor.
Stratul de procesare realizează toate sarcinile de luare a deciziilor. Cu toate acestea, puteți, de asemenea, să anulați decizia sau să îmbunătățiți sistemul luând decizii ad-hoc în stratul de aplicație – o caracteristică extrem de necesară pentru controlul uman asupra mașinilor inteligente.
Aplicația sau stratul GUI
Majoritatea sistemelor IoT, cum ar fi Google Home, Amazon Alexa etc., funcționează fără intervenția umană. Cu toate acestea, aveți nevoie de o interfață grafică cu utilizatorul pentru a adăuga fluxuri de lucru IoT, a modifica parametrii, a adăuga dispozitive etc. Acesta este stratul de aplicație.
Unele cerințe vitale pentru nivelul de aplicație într-o arhitectură IoT sunt următoarele:
- Ocoliți problemele bazate pe comenzi vocale
- Comunicați cu mii de senzori și dispozitive terminale de pe un ecran mic
- Adăugați dispozitive noi la un sistem IoT existent fără a opri întreaga operațiune de afaceri
- Observați starea de sănătate a sistemului și reparați dispozitivele atunci când tabloul de bord indică
- Creați reguli sau fluxuri de lucru noi pentru sistemele IoT
- Creați și urmați un acord de nivel de servicii (SLA)
În configurațiile industriale, veți avea nevoie de un tablou de bord centralizat pe un monitor de computer pentru a observa toate sistemele IoT. Pe tabloul de bord, puteți interacționa cu oricare sau cu toate sistemele IoT întrerupând, oprind sau repornind dispozitivele.
Stratul de afaceri
Stratul de afaceri convertește datele stocate în informații utile. Managerii de afaceri, CTO și altele pot folosi astfel de rapoarte. Îi ajută în luarea deciziilor pentru îmbunătățirea productivității.
Acest strat include în principal integrări ale aplicațiilor de afaceri. De exemplu, planificatorii de resurse pentru întreprinderi (ERP), aplicațiile de business intelligence (BI), aplicațiile de vizualizare a datelor etc.
Aici, analiștii de date pot procesa datele și le pot pune într-un instrument BI precum Tableau, Power BI etc., pentru a cunoaște performanța generală a sistemului IoT. De asemenea, puteți crea previziuni bazate pe capacitatea de producție actuală și nevoile viitoare de pe piață.
Etapele arhitecturii IoT
Pentru implementarea arhitecturii de sisteme IoT la nivel înalt, trebuie să înțelegeți etapele acestui sistem:
Obiecte
Etapa de obiect începe cu implementarea stratului fizic. Aici trebuie să conectați dispozitive inteligente, senzori și dispozitive de acționare la rețeaua IoT și la mașinile terminale.
Senzorii pot fi cu fir sau fără fir. Obiectivul principal este de a colecta date din lumea reală și de a le converti în date digitale pentru nivelul de procesare.
Poarta de acces
Trebuie să configurați un intranet sau un gateway de internet. În această etapă, modemurile și routerele colectează date de la senzori și dispozitivele terminale.
Apoi, aceste dispozitive gateway vor transporta date digitale la nivelul de procesare și la nivelul de aplicație. Majoritatea arhitecturilor IoT folosesc un sistem de achiziție de date pentru această etapă.
Sisteme IT
Sistemele IoT colectează date analogice, iar sistemele de achiziție de date le transformă în date digitale. Prin urmare, dimensiunea post-procesată a datelor digitale este enormă. Aici vine un sistem IT de vârf.
În această etapă, canalizați datele colectate către un sistem IT de vârf în care algoritmii AI și ML le prelucrează și păstrează doar date acționabile.
Stocare în cloud/Centre de date
Odată ce sistemul IT edge a procesat și filtrat datele vitale, trebuie să le puneți într-un spațiu de stocare accesibil. Stratul de aplicație al arhitecturii IoT se va conecta la etapa de stocare.
O etapă de stocare este în principal stocarea privată în cloud, unde puteți stoca date IoT în baze de date structurate. Dacă sunteți în căutarea unor soluții accesibile, puteți încerca și cloud-urile publice.
Cerințe nefuncționale
#1. Securitate
Pentru a asigura siguranța internă a arhitecturii, nu ar trebui să existe dispozitive neautorizate legate de aceasta. Dispozitivele ar trebui să fie înregistrate și să poată comunica în siguranță.
În plus, toți utilizatorii și datele ar trebui să aibă acces securizat la arhitectură. Utilizatorii autorizați ai sistemului trebuie să facă schimb de date cu controalele de securitate.
#2. Performanţă
Sistemul IoT trebuie să fie compatibil cu datele nestructurate și structurate. Implementarea platformei ar trebui să fie compatibilă cu cloud, on-premise și cloud hibrid.
Timpii de răspuns acceptabili pentru utilizatori și comunicațiile bidirecționale, aproape în timp real și marcajele de timp granulare sunt alte cerințe esențiale nefuncționale ale acestei arhitecturi.
#3. Gestionabilitate
Arhitectura IoT trebuie să includă notificări și alerte pentru orice problemă. Trebuie să susțină managementul soluției pentru a determina rapid cauzele problemelor de la un nod central.
#4. Mentenabilitatea
Dispozitivele și sistemul IoT ar trebui să fie adaptabile. Arhitectura trebuie să fie suficient de flexibilă pentru a se adapta rapid la modificările utilizatorului, procesului și datelor. De asemenea, trebuie să efectuați întreținerea fără a întârzia acordurile de nivel de serviciu (SLA).
#5. Disponibilitate
Anumite domenii și soluții necesită disponibilitatea 24×7 a sistemelor IoT. De exemplu, o arhitectură IoT a unui spital sau laborator are nevoie ca sistemul să fie mereu activ.
Arhitectura IoT în MongoDB Atlas
Arhitectura IoT pe MongoDB Atlas Imagine de la MongoDB.com
Diverse straturi dintr-o arhitectură IoT produc terabytes de date. Utilizarea unei baze de date cloud compatibile cu IoT este ideală pentru stocarea datelor într-un mod organizat.
Una dintre marile baze de date cloud pe care le-ați putea folosi este MongoDB Atlas. Iată câteva exemple de utilizare a acestuia în arhitectura IoT:
- MongoDB RealmSDK și MongoDB Server pentru construirea unei baze de date și a unei interfețe. Aplicațiile și dispozitivele mobile pot folosi aceste baze de date și interfețe.
- La nivelul de rețea, puteți utiliza MongoDB Atlas pentru a configura și implementa servere IoT.
- Utilizați MongoDB 5.0 Time-Series ca stocare pentru date de măsurare continuă IoT.
- Dacă sistemul IoT se confruntă cu conectivitate la rețea agitată, puteți utiliza prima sincronizare offline din Atlas App Services.
- Puteți folosi MongoDB Connector pentru BI și MongoDB Charts la nivelul afacerii pentru a extrage informații utile din datele IoT.
Cazuri de utilizare
Arhitectura IoT devine din ce în ce mai populară zilnic, iar utilizarea sa în diferite sectoare este în creștere. Următoarele sunt cele mai frecvente cazuri de utilizare:
#1. Sănătate
Clinicile și spitalele generează terabytes de date neexploatate. Puteți utiliza acest lucru pentru o mai mare eficiență operațională și îngrijire a pacientului.
Cu arhitectura IoT, instituțiile pot utiliza datele izolate ale pacienților. Medicii pot obține și utiliza rapid informațiile pentru a răspunde rapid la alerte. Gadgeturile legate de infrastructura IoT și monitoarele stării de sănătate pot oferi starea pacientului în timp real.
#2. Agricultură
Fermierii pot folosi arhitectura IoT pentru a crește și a gestiona producția în mod autonom.
De asemenea, puteți vedea utilizarea sa în următoarele:
- Monitorizarea temperaturii solului
- Găsirea cauzelor defecțiunii mașinilor
- Reglarea nivelurilor de umiditate și temperatură pentru plantațiile interioare
#3. de fabricație
Industria de producție utilizează senzori IoT pentru a obține o perspectivă asupra proceselor. De obicei, nu sunt conectați la internet. Acești senzori de variante cu rază scurtă de acțiune sunt, de asemenea, capabili să calculeze modificări în timp.
Alte utilizări ale arhitecturii IoT în acest sector sunt următoarele:
- Prognoza cererii prin monitorizarea în timp real a producției
- Cunoașterea eficienței de bază prin urmărirea timpului ciclului
#4. Soluții HVAC comerciale
HVAC este un sistem complex care nu își poate permite defectarea niciunui element sau funcție. Dacă se întâmplă, consumul mare de energie și costurile suplimentare de întreținere vor fi consecințele. Folosind arhitectura IoT, este posibil ca HVAC-urile să ofere o ieșire satisfăcătoare, permițându-le în același timp să funcționeze la un nivel de putere mai scăzut.
Asigurarea coerenței și calității soluțiilor comerciale este o altă utilizare a IoT. Sistemul colectează și analizează automat datele cu necesitatea unei interacțiuni minime a utilizatorului pentru a vă notifica orice anomalie.
#5. Prevenirea deteriorării apei în apartamentele comerciale
Scurgerile și spargerea conductei de apă provoacă milioane de dolari proprietarilor de case și companiilor de asigurări. Invizibilitatea racordurilor de apă face dificilă detectarea cauzei principale.
O arhitectură IoT setată corespunzător poate alerta utilizatorii cu privire la orice scurgere în timp real cu senzori eficienți încorporați. De asemenea, oferă părților interesate date contextuale privind locația pentru o mai bună întreținere a activelor. Companiile de asigurări beneficiază și de această detectare timpurie a problemelor.
În plus, senzorii pot detecta și scurgeri minore care ar putea deveni o potențială amenințare în viitor. Astfel, utilizatorii pot programa întâlniri cu instalatorii.
Viitorul arhitecturii IoT
În curând, IoT este pe cale să vadă un progres evolutiv odată cu creșterea rețelei 5G. Va fi posibil să procesați datele mai rapid ca niciodată. Ca să nu mai vorbim de implementarea rapidă a sistemelor IoT.
Folosind 5G privat, administratorii pot lansa o rețea mobilă 5G personală și pot avea control deplin asupra acesteia.
Operațiunile la nivel de întreprindere nu se vor confrunta cu următoarele probleme:
- Accelerarea vitezei
- Lipsa de interoperabilitate
- Taxe suplimentare pentru depășirea utilizării datelor
- Indisponibilitatea lățimii de bandă în timpul orelor de vârf
Cuvinte finale
O arhitectură IoT vă spune cum să conectați toate componentele unui sistem IoT într-o rețea coerentă. Prin urmare, am acoperit toate aspectele tehnice cruciale ale arhitecturii acestui sistem.
Cunoașterea detaliată a arhitecturilor IoT vă ajută să creați soluții de calitate pentru afaceri în domeniul sănătății, producție și agricultură. Utilizatorii pot chiar să depășească cazurile de utilizare menționate în acest articol și să implementeze IoT în diverse sectoare care nu au fost încă explorate.
De asemenea, vă recomandăm să consultați articolele noastre despre resursele de învățare IoT și kiturile de pornire IoT.