Istražite arhitekturu interneta stvari (IoT) kako biste uspostavili IoT infrastrukturu za poslovne svrhe.
Buduća skladišta, lanci snabdevanja, proizvodni pogoni i logistički centri sve više će se oslanjati na IoT tehnologiju. S obzirom na složenost tehnologije, samo nekoliko tehnoloških giganata zna detalje ispod površine. Međutim, i vi možete da dešifrujete ovu tehnologiju detaljnim proučavanjem njene unutrašnje strukture.
Nastavite čitati ako želite da unapredite svoje poslovanje ili ponudite IoT rešenja kao uslugu. Ovaj članak objašnjava arhitekturu interneta stvari, srž koja omogućava automatizaciju i praktičnost, kao i neke popularne primene.
Uvod
Internet stvari (IoT) obuhvata senzore, uređaje i elektronske interfejse koji prikupljaju, obrađuju i prenose podatke u obliku komandi krajnjim mašinama.
To su sve promenljive ili pokretni elementi u IoT sistemu. Okvir koji definiše kako organizovati ove elemente i kreirati konačnu IoT strukturu naziva se IoT arhitektura.
IoT arhitektura vam pokazuje kako da povežete i upravljate uređajima u IoT sistemima, softverom u oblaku i mrežom senzora. Osim toga, rešavanje problema u sistemu takođe se odvija u okviru IoT arhitekture.
Osnovni okvir se sastoji od tri sloja komponenti u IoT sistemu. To su sledeći:
- Senzori, aktuatori, uređaji itd., koji čine sloj percepcije.
- LAN, Wi-Fi, 5G, 4G itd., koji formiraju mrežni sloj.
- Grafički korisnički interfejs, koji predstavlja sloj aplikacije.
IoT arhitektura osigurava da razumete sve komponente, tokove podataka i komande krajnjih uređaja unutar sistema. Na taj način možete efikasno obezbediti, podržati i kontrolisati svoje IoT sisteme.
Slojevi IoT arhitekture
Arhitektura IoT sistema ima različite slojeve koji funkcionišu kao digitalni medij kroz koji podaci sa senzora stižu do aplikacije u oblaku. Zatim, aplikacija u oblaku donosi odluke na osnovu unapred definisanog radnog toka za krajnje uređaje, kao što su robotske ruke u proizvodnom pogonu.
Konačno, ove odluke se prenose do krajnjih uređaja kroz isti sloj. Razumevanjem ovih slojeva, možete kreirati uspešnu IoT arhitekturu. Evo slojeva IoT arhitekture koje treba da poznajete:
Sloj čula/percepcije
Sloj percepcije se sastoji od krajnjih tačaka uređaja koji prikupljaju podatke iz fizičkog sveta. Nakon toga, digitalne aplikacije mogu analizirati prikupljene podatke.
S obzirom da ovaj sloj ostaje u kontaktu sa stvarnim objektima, IoT stručnjaci ga često nazivaju i fizičkim slojem. Ispod su neki od značajnih uređaja koji se povezuju na sloj percepcije:
- Senzori kao što su žiroskopi, senzori brzine, senzori za radio-frekvencijsku identifikaciju (RFID), hemijski senzori itd.
- Aktuatori i robotske ruke.
- Sigurnosne kamere, sistemi za pristup vratima itd.
- Termostati, HVAC sistemi, prskalice za vodu, grejni elementi itd.
Većina industrijskih IoT uređaja prikuplja podatke za sloj obrade. Kod kućnih IoT uređaja, sloj percepcije može biti i sloj za obradu, kao na primer kod Nest Learning Thermostat-a.
Mrežni/prenosni sloj podataka
Mrežni sloj upravlja prenosom podataka između svih slojeva IoT arhitekture. Ovaj sloj takođe definiše mrežnu topologiju za sve uređaje, aplikacije u oblaku i baze podataka.
Ključni delovi ovog sloja su internet kapije, intranet portovi, mrežni prolazi i sistemi za prikupljanje podataka (DAS). Za gorenavedene protokole mrežnog povezivanja, možete se osloniti na sledeće fizičke uređaje:
- Wi-Fi
- Mreže širokog područja (WAN)
- 4G LTE/5G
- Bluetooth niske energije
- Komunikacija bliskog polja (NFC)
Kroz ovaj sloj, različiti krajnji uređaji i aplikacije u oblaku komuniciraju jedni s drugima. Podaci sa senzora, kao što su temperatura, brzina, vlažnost itd., putuju kroz mrežni sloj da bi stigli do drugih slojeva.
Sloj za obradu podataka
Sloj obrade obrađuje analize i skladišti podatke pre nego što ih prenese u data centar. On uključuje Edge analitiku u Edge računarstvu, veštačku inteligenciju (AI) i mašinsko učenje (ML). U ovom sloju se takođe odvijaju ključni zadaci poput donošenja odluka.
Sloj za obradu ispunjava sve zadatke donošenja odluka. Međutim, takođe možete poništiti njegove odluke ili poboljšati sistem donoseći ad-hoc odluke u sloju aplikacije — što je veoma važno za ljudsku kontrolu nad inteligentnim mašinama.
Sloj aplikacije ili GUI
Većina IoT sistema, kao što su Google Home, Amazon Alexa itd., rade bez ljudske intervencije. Međutim, potreban vam je grafički korisnički interfejs (GUI) za dodavanje IoT radnih tokova, promenu parametara, dodavanje uređaja itd. To je sloj aplikacije.
Neki od vitalnih zahteva za sloj aplikacije u IoT arhitekturi su sledeći:
- Prevazilaženje problema na osnovu glasovnih komandi.
- Komunikacija sa hiljadama senzora i krajnjih uređaja sa malog ekrana.
- Dodavanje novih uređaja u postojeći IoT sistem bez zaustavljanja celokupne poslovne operacije.
- Praćenje zdravlja sistema i servisiranje uređaja kada kontrolna tabla to pokaže.
- Kreiranje novih pravila ili radnih tokova za IoT sisteme.
- Izrada i praćenje ugovora o nivou usluge (SLA).
U industrijskim okruženjima, uglavnom će vam trebati centralizovana kontrolna tabla na kompjuterskom monitoru za nadgledanje svih IoT sistema. Na kontrolnoj tabli možete komunicirati sa bilo kojim ili svim IoT sistemima tako što ćete pauzirati, zaustaviti ili ponovo pokrenuti uređaje.
Poslovni sloj
Poslovni sloj pretvara sačuvane podatke u primenjive uvide. Poslovni menadžeri, tehnički direktori i drugi mogu koristiti takve izveštaje. To im pomaže u donošenju odluka za poboljšanje produktivnosti.
Ovaj sloj uglavnom uključuje integracije poslovnih aplikacija. Na primer, planeri resursa preduzeća (ERP), aplikacije za poslovnu inteligenciju (BI), aplikacije za vizuelizaciju podataka itd.
Ovde analitičari podataka mogu da obrade podatke i unesu ih u BI alat kao što su Tableau, Power BI itd., kako bi analizirali ukupne performanse IoT sistema. Takođe možete kreirati prognoze na osnovu trenutnih proizvodnih kapaciteta i budućih potreba na tržištu.
Faze IoT arhitekture
Za implementaciju arhitekture IoT sistema na visokom nivou, potrebno je razumeti faze ovog sistema:
Objekti
Faza objekta počinje implementacijom fizičkog sloja. Ovde morate povezati pametne uređaje, senzore i aktuatore sa IoT mrežom i krajnjim mašinama.
Senzori mogu biti žičani ili bežični. Glavni cilj je prikupljanje podataka iz stvarnog sveta i njihovo pretvaranje u digitalne podatke za sloj obrade.
Prolaz
Potrebno je postaviti intranet ili internet prolaz. U ovoj fazi, modemi i ruteri prikupljaju podatke sa senzora i krajnjih uređaja.
Zatim će ovi uređaji mrežnog prolaza preneti digitalne podatke do sloja za obradu i sloja aplikacije. Većina IoT arhitektura koristi sistem za prikupljanje podataka u ovoj fazi.
IT sistemi
IoT sistemi prikupljaju analogne podatke, a sistemi za prikupljanje podataka ih pretvaraju u digitalne podatke. Stoga je količina digitalnih podataka koja se naknadno obrađuje ogromna. Tu stupa na scenu vrhunski IT sistem.
U ovoj fazi, prikupljeni podaci se usmeravaju na ivični IT sistem gde ih AI i ML algoritmi obrađuju i čuvaju samo primenjive podatke.
Cloud Storage/Centri za podatke
Kada ivični IT sistem obradi i filtrira vitalne podatke, potrebno ih je smestiti u dostupno skladište. Aplikacioni sloj IoT arhitekture će se povezati sa ovom fazom skladištenja.
Faza skladištenja je uglavnom privatno skladište u oblaku, gde možete skladištiti IoT podatke u strukturiranim bazama podataka. Ako tražite pristupačna rešenja, možete isprobati i javne oblake.
Nefunkcionalni zahtevi
#1. Bezbednost
Da bi se osigurala unutrašnja bezbednost arhitekture, ne sme postojati mogućnost da se neovlašćeni uređaji povežu na nju. Uređaji moraju biti registrovani i sposobni za sigurnu komunikaciju.
Pored toga, svi korisnici i podaci treba da imaju siguran pristup arhitekturi. Ovlašćeni korisnici sistema moraju da razmenjuju podatke uz bezbednosne kontrole.
#2. Performanse
IoT sistem mora biti kompatibilan sa nestrukturiranim i strukturiranim podacima. Implementirana platforma treba da bude kompatibilna sa oblakom, lokalnim i hibridnim okruženjima.
Prihvatljivo vreme odziva za korisnike i dvosmerna komunikacija u skoro realnom vremenu i granularne vremenske oznake su drugi suštinski nefunkcionalni zahtevi ove arhitekture.
#3. Upravljivost
Arhitektura interneta stvari mora da sadrži obaveštenja i upozorenja za sve probleme. Mora da podržava upravljanje rešenjima kako bi se brzo utvrdili uzroci problema iz centralnog čvorišta.
#4. Održavanje
Uređaji i IoT sistem treba da budu prilagodljivi. Arhitektura mora biti dovoljno fleksibilna da se brzo prilagodi promenama korisnika, procesa i podataka. Takođe morate obavljati održavanje bez odlaganja ugovora o nivou usluge (SLA).
#5. Dostupnost
Određeni domeni i rešenja zahtevaju dostupnost IoT sistema 24/7. Na primer, IoT arhitektura bolnice ili laboratorije zahteva da sistem uvek bude funkcionalan.
IoT arhitektura u MongoDB Atlas-u
IoT arhitektura na MongoDB Atlas. Slika preuzeta sa MongoDB.com
Različiti slojevi u IoT arhitekturi proizvode terabajte podataka. Korišćenje baze podataka u oblaku sa podrškom za IoT je idealno za organizovano skladištenje podataka.
Jedna od odličnih baza podataka u oblaku koju biste mogli koristiti je MongoDB Atlas. Evo nekoliko primera njene upotrebe u IoT arhitekturi:
- MongoDB RealmSDK i MongoDB server za kreiranje baze podataka i interfejsa. Mobilne aplikacije i uređaji mogu koristiti ove baze podataka i interfejse.
- Na mrežnom sloju možete koristiti MongoDB Atlas za konfigurisanje i primenu IoT servera.
- Koristite MongoDB 5.0 Time-Series kao skladište za kontinuirano IoT merenje podataka.
- Ako IoT sistem ima isprekidanu mrežnu povezanost, možete koristiti sinhronizaciju koja je prva van mreže iz Atlas App Services.
- Možete koristiti MongoDB konektor za BI i MongoDB grafikone na poslovnom sloju da biste iz IoT podataka izvukli korisne uvide.
Slučajevi upotrebe
IoT arhitektura iz dana u dan postaje sve popularnija, a njena primena u različitim sektorima se povećava. U nastavku su navedeni najčešći slučajevi njene upotrebe:
#1. Zdravstvena zaštita
Klinike i bolnice generišu terabajte neiskorišćenih podataka. Ovi podaci se mogu koristiti za veću operativnu efikasnost i negu pacijenata.
Sa IoT arhitekturom, institucije mogu aktivirati izolovane podatke o pacijentima. Lekari mogu brzo dobiti i koristiti uvide za brz odgovor na upozorenja. Gadžeti povezani sa IoT infrastrukturom i monitori zdravstvenog statusa mogu ponuditi status pacijenta u realnom vremenu.
#2. Poljoprivreda
Poljoprivrednici mogu koristiti IoT arhitekturu kako bi samostalno povećali proizvodnju i upravljali njome.
Takođe, možete videti njenu upotrebu u sledećem:
- Praćenje temperature zemljišta.
- Pronalaženje razloga za kvar mašina.
- Podešavanje nivoa vlažnosti i temperature za unutrašnje zasade.
#3. Proizvodnja
Proizvodna industrija koristi IoT senzore da stekne uvid u procese. Oni obično nisu povezani na internet. Ovi senzori kratkog dometa takođe su sposobni da računaju promene tokom vremena.
Ostale primene IoT arhitekture u ovom sektoru su sledeće:
- Prognoza potražnje putem praćenja proizvodnje u realnom vremenu.
- Saznanje o osnovnoj efikasnosti kroz praćenje vremena ciklusa.
#4. Komercijalna HVAC rešenja
HVAC je složen sistem koji ne može priuštiti kvar bilo kog elementa ili funkcije. Ako se to dogodi, posledice će biti visoka potrošnja energije i dodatni troškovi održavanja. Korišćenjem IoT arhitekture, moguće je učiniti da HVAC uređaji daju zadovoljavajući izlaz, uz rad na nižim nivoima snage.
Obezbeđivanje doslednosti i kvaliteta komercijalnih rešenja je još jedna primena interneta stvari. Sistem automatski prikuplja i analizira podatke uz minimalnu interakciju korisnika, kako bi vas obavestio o bilo kakvim anomalijama.
#5. Sprečavanje štete od vode u komercijalnim stanovima
Curenje i pucanje vodovodnih cevi uzrokuje milione dolara štete vlasnicima kuća i osiguravajućim kompanijama. Nevidljivost priključaka za vodu otežava otkrivanje osnovnog uzroka.
Pravilno postavljena IoT arhitektura može upozoriti korisnike na svako curenje u realnom vremenu, uz pomoć efikasnih ugrađenih senzora. Takođe, pruža kontekstualne podatke o lokaciji zainteresovanim stranama radi boljeg održavanja imovine. Osiguravajuća društva takođe imaju koristi od ranog otkrivanja problema.
Pored toga, senzori takođe mogu otkriti manja curenja koja mogu postati potencijalna pretnja u budućnosti. Tako korisnici mogu zakazati sastanke sa vodoinstalaterima.
Budućnost IoT arhitekture
IoT će uskoro doživeti evolutivni napredak sa rastom 5G mreže. Biće moguće obrađivati podatke brže nego ikada. Ne treba zaboraviti i brzu implementaciju IoT sistema.
Korišćenjem privatne 5G mreže, administratori mogu pokrenuti ličnu 5G mobilnu mrežu i imati potpunu kontrolu nad njom.
Operacije na nivou preduzeća se neće suočiti sa sledećim problemima:
- Smanjenje brzine.
- Nedostatak interoperabilnosti.
- Dodatni troškovi za prekoračenje potrošnje podataka.
- Nedostupnost propusnog opsega tokom vršnih sati.
Završne reči
IoT arhitektura vam pokazuje kako da povežete sve komponente IoT sistema u kohezivnu mrežu. Dakle, pokrili smo sve ključne tehničke aspekte arhitekture ovog sistema.
Detaljno poznavanje IoT arhitekture pomaže vam da kreirate rešenja na poslovnom nivou u zdravstvu, proizvodnji i poljoprivredi. Korisnici mogu ići i dalje od slučajeva upotrebe koji su pomenuti u ovom članku i implementirati IoT u različitim sektorima koji tek treba da budu istraženi.
Možda biste želeli da pogledate i naše članke o IoT resursima za učenje i IoT početnim kompletima.