Ismerje meg a dolgok internete (IoT) architektúráját, és állítson be IoT-struktúrát üzleti használatra.
A jövőbeni raktárak, ellátási láncok, gyártóüzemek és logisztikai központok IoT-képesek lesznek. Mivel a technológia összetett, csak néhány IT-óriás tudja, mi van a motorháztető alatt. Azonban dekódolhatja is, ha megismeri a technológiát.
Folytassa az olvasást, ha vállalkozását is okosabbá szeretné tenni, vagy IoT-megoldásokat szeretne kínálni szolgáltatásként. A cikk bemutatja az IoT architektúrát, az automatizálást és kényelmet kínáló magot, valamint néhány népszerű használati esetet.
Tartalomjegyzék
Bevezetés
Az IoT érzékelőket, eszközöket és elektronikus interfészeket tartalmaz, amelyek adatokat gyűjtenek, dolgoznak fel és küldenek parancsként a végponti gépeknek.
Ezek mind változók vagy mozgó részek egy IoT-rendszerben. Az IoT-architektúra egy keretrendszer, amely meghatározza, hogyan rendelje meg ezeket a mozgó alkatrészeket, és hozza létre a végső IoT-struktúrát.
Az IoT-architektúra megmondja, hogyan csatlakoztassa és üzemeltethesse az IoT-rendszer eszközeit, a felhőszoftvert és az érzékelőhálózatot. Arról nem is beszélve, hogy a rendszerhibaelhárítás az IoT architektúrán belül is megtörténik.
Ennek alapvető keretrendszere egy IoT-rendszer három komponensrétege lenne. Ezek a következők:
- Érzékelők, aktuátorok, eszközök stb., az észlelési réteg alatt
- LAN, Wi-Fi, 5G, 4G stb., hozza létre a hálózati réteget
- A grafikus felhasználói felület az alkalmazási réteg
Az IoT architektúrája biztosítja, hogy ismerje a rendszeren belüli összes összetevőt, adatfolyamot és végeszközparancsot. Így hatékonyan biztosíthatja, támogathatja és irányíthatja IoT-rendszereit.
Az IoT-architektúra rétegei
Az IoT rendszerarchitektúra különböző rétegekből áll, amelyek digitális adathordozóként működnek, amelyen keresztül az érzékelőadatok elérik a felhőalkalmazást. Ezután a felhőalkalmazás a végponti eszközök, például a gyártóüzemben lévő robotkarok előre beállított munkafolyamatai alapján hozza meg a döntéseket.
Végül ezek a döntések ugyanazon a rétegen keresztül jutnak el a végponti eszközökhöz. Ezeknek a rétegeknek a megértése lehetővé teszi egy sikeres IoT-architektúra létrehozását. Íme az IoT architektúra rétegei, amelyeket ismernie kell:
Az érzékszervi/érzékelési réteg
Az észlelési réteg a végponti eszközökből áll, amelyek adatokat gyűjtenek a fizikai univerzumból. Ezután a digitális alkalmazások elemezhetik az összegyűjtött adatokat.
Mivel ez a réteg kapcsolatban marad a valós objektumokkal, az IoT-szakértők fizikai rétegnek is nevezik. Az alábbiakban felsorolunk néhány figyelemre méltó eszközt, amelyek az észlelési réteghez csatlakoznak:
- Érzékelők, például giroszkópok, sebességérzékelők, rádiófrekvenciás azonosító (RFID) érzékelők, vegyi érzékelők stb.
- Működtetők és robotkarok
- Biztonsági kamerák, ajtóbeléptető rendszerek stb.
- Termosztátok, HVAC-k, vízpermetezők, fűtőelemek stb.
A legtöbb ipari IoT-eszköz adatokat gyűjt a feldolgozó réteg számára. Az otthoni IoT-eszközök esetében az észlelési réteg a feldolgozási réteg is lehet. Például a Nest Learning Thermostat.
A hálózati/adatátviteli réteg
A hálózati réteg kezeli az adatátvitelt az IoT architektúra összes rétege között. Ez a réteg határozza meg az eszközök, felhőalkalmazások és adatbázisok teljes hálójának hálózati topológiáját is.
Ennek a rétegnek a létfontosságú részei az internetes átjárók, az intranet portok, a hálózati átjárók és az adatgyűjtő rendszerek (DAS). A fenti hálózati csatlakozási protokollok esetében a következő fizikai eszközökre támaszkodhat:
- Wi-Fi
- Nagy kiterjedésű hálózatok (WAN)
- 4G LTE/5G
- Alacsony energiafogyasztású Bluetooth
- Near-Field Communication (NFC)
Ezen a rétegen keresztül különböző végponti eszközök és felhőalkalmazások kommunikálnak egymással. Az olyan szenzoradatok, mint a hőmérséklet, sebesség, páratartalom stb., áthaladnak a hálózati rétegen, hogy elérjék a többi réteget.
Az adatfeldolgozási réteg
A feldolgozó réteg feldolgozza az elemzéseket, és tárolja az adatokat, mielőtt azokat egy adatközpontba továbbítaná. Tartalmazza az Edge-elemzést az Edge számítástechnikában, a mesterséges intelligenciát (AI) és a gépi tanulást (ML). A kulcsfontosságú feladatok, például a döntéshozatal is ebben a rétegben zajlik.
A feldolgozó réteg elvégzi az összes döntéshozatali feladatot. Ennek ellenére felülbírálhatja a döntését, vagy javíthatja a rendszert, ha ad-hoc döntéseket hoz az alkalmazási rétegben – ez a funkció rendkívül szükséges az intelligens gépek feletti emberi irányításhoz.
Az alkalmazás vagy a GUI réteg
A legtöbb IoT-rendszer, például a Google Home, az Amazon Alexa stb., emberi beavatkozás nélkül működik. Ennek ellenére grafikus felhasználói felületre van szükség az IoT-munkafolyamatok hozzáadásához, a paraméterek módosításához, az eszközök hozzáadásához stb. Ez az alkalmazási réteg.
Az alábbiakban felsorolunk néhány alapvető követelményt az alkalmazási réteggel szemben az IoT-architektúrában:
- A hangutasításokon alapuló problémák megkerülése
- Kommunikáljon több ezer érzékelővel és végponti eszközzel egy kis képernyőn
- Adjon hozzá új eszközöket egy meglévő IoT-rendszerhez anélkül, hogy leállítaná az egész üzleti tevékenységet
- Figyelje meg a rendszer állapotát, és szervizelje az eszközöket, amikor a műszerfal ezt jelzi
- Hozzon létre új szabályokat vagy munkafolyamatokat az IoT-rendszerekhez
- Szolgáltatásszint-szerződés (SLA) létrehozása és követése
Az ipari beállításoknál többnyire egy számítógép-monitoron lévő központi műszerfalra van szükség az összes IoT-rendszer megfigyeléséhez. Az irányítópulton bármely vagy az összes IoT-rendszerrel kapcsolatba léphet az eszközök szüneteltetésével, leállításával vagy újraindításával.
Üzleti réteg
Az üzleti réteg a tárolt adatokat hasznosítható információkká alakítja. Vállalkozásvezetők, műszaki igazgatók és mások használhatják az ilyen jelentéseket. Segíti őket a döntéshozatalban a termelékenység javítása érdekében.
Ez a réteg főleg üzleti alkalmazások integrációit tartalmazza. Például vállalati erőforrás-tervezők (ERP), üzleti intelligencia (BI) alkalmazások, adatvizualizációs alkalmazások stb.
Itt az adatelemzők feldolgozhatják az adatokat, és olyan BI-eszközökbe helyezhetik őket, mint a Tableau, Power BI stb., hogy megismerjék az IoT-rendszer általános teljesítményét. Előrejelzéseket is készíthet a jelenlegi termelési kapacitás és a jövőbeli piaci igények alapján.
Az IoT-architektúra szakaszai
A magas szintű IoT-rendszerarchitektúra megvalósításához meg kell érteni ennek a rendszernek a szakaszait:
Objektumok
Az objektum szakasz a fizikai réteg megvalósításával kezdődik. Itt okos eszközöket, érzékelőket és aktuátorokat kell csatlakoztatnia az IoT-hálózathoz és a végponti gépekhez.
Az érzékelők lehetnek vezetékesek vagy vezeték nélküliek. A fő cél a valós adatok összegyűjtése és digitális adatokká alakítása a feldolgozási réteg számára.
Átjáró
Be kell állítania egy intranetet vagy internetes átjárót. Ebben a szakaszban a modemek és útválasztók adatokat gyűjtenek az érzékelőktől és a végponti eszközöktől.
Ezután ezek az átjáróeszközök digitális adatokat továbbítanak a feldolgozó rétegbe és az alkalmazási rétegbe. A legtöbb IoT-architektúra adatgyűjtő rendszert használ ehhez a szakaszhoz.
IT rendszerek
Az IoT-rendszerek analóg adatokat gyűjtenek, és az adatgyűjtő rendszerek ezeket digitális adatokká alakítják át. Ezért a digitális adatok utólagos feldolgozása óriási. Itt jön egy élvonalbeli informatikai rendszer.
Ebben a szakaszban az összegyűjtött adatokat egy szélső informatikai rendszerbe továbbítja, ahol AI és ML algoritmusok dolgozzák fel azokat, és csak a használható adatokat tárolják.
Felhőalapú tárolás/adatközpontok
Miután a szélső informatikai rendszer feldolgozta és kiszűrte a létfontosságú adatokat, azokat hozzáférhető tárhelyre kell helyeznie. Az IoT architektúra alkalmazási rétege csatlakozni fog a tárolási szakaszhoz.
A tárolási szakasz főként privát felhőalapú tárolás, ahol az IoT-adatokat strukturált adatbázisokban tárolhatja. Ha megfizethető megoldásokat keres, kipróbálhatja a nyilvános felhőket is.
Nem funkcionális követelmények
#1. Biztonság
Az architektúra belső biztonságának biztosítása érdekében nem szabad illetéktelen eszközöket csatlakoztatni hozzá. Az eszközöknek regisztráltnak kell lenniük, és képesnek kell lenniük a biztonságos kommunikációra.
Ezenkívül minden felhasználónak és adatnak biztonságos hozzáféréssel kell rendelkeznie az architektúrához. A jogosult rendszerhasználóknak adatokat kell cserélniük a biztonsági ellenőrzésekkel.
#2. Teljesítmény
Az IoT-rendszernek kompatibilisnek kell lennie a strukturálatlan és strukturált adatokkal. A platform telepítésének kompatibilisnek kell lennie a felhővel, a helyszíni és a hibrid felhővel.
A felhasználók számára elfogadható válaszidő, valamint a kétirányú, közel valós idejű kommunikáció és a szemcsés időbélyegek az architektúra további alapvető, nem funkcionális követelményei.
#3. Menedzselhetőség
Az IoT-architektúrának tartalmaznia kell értesítéseket és riasztásokat bármilyen probléma esetén. Támogatnia kell a megoldáskezelést a problémák okainak gyors meghatározásához egy központi csomópontból.
#4. Karbantarthatóság
Az eszközöknek és az IoT-rendszernek adaptálhatónak kell lennie. Az architektúrának elég rugalmasnak kell lennie ahhoz, hogy gyorsan alkalmazkodjon a felhasználó, a folyamat és az adatok változásaihoz. A karbantartást a szolgáltatási szint megállapodások (SLA-k) késleltetése nélkül is végre kell hajtania.
#5. Elérhetőség
Bizonyos tartományok és megoldások megkövetelik az IoT-rendszerek 24 órás elérhetőségét. Például egy kórház vagy laboratórium IoT-architektúrájának szüksége van arra, hogy a rendszer mindig működjön.
IoT architektúra a MongoDB Atlasban
IoT architektúra a MongoDB Atlas képen a MongoDB.com webhelyről
Az IoT-architektúra különböző rétegei terabájtnyi adatot állítanak elő. Az IoT-képes felhőadatbázis használata ideális az adatok szervezett tárolására.
Az egyik nagyszerű felhőadatbázis, amelyet használhat, a MongoDB Atlas. Íme néhány példa az IoT architektúrában való használatára:
- MongoDB RealmSDK és MongoDB Server adatbázis és interfész felépítéséhez. A mobilalkalmazások és -eszközök használhatják ezeket az adatbázisokat és felületeket.
- A hálózati rétegben a MongoDB Atlas segítségével konfigurálhatja és telepítheti az IoT-kiszolgálókat.
- Használja a MongoDB 5.0 Time-Series-t folyamatos IoT mérési adatok tárolására.
- Ha az IoT-rendszer szaggatott hálózati kapcsolatot tapasztal, használhatja az első offline szinkronizálást az Atlas App Services szolgáltatásból.
- Használhatja a MongoDB Connector for BI-t és a MongoDB Chartsot az üzleti rétegben, hogy hasznos információkat nyerjen ki az IoT-adatokból.
Használati esetek
Az IoT-architektúra napról napra egyre népszerűbb, és a különböző szektorokban egyre nagyobb a használata. Az alábbiak a leggyakoribb használati esetek:
#1. Egészségügy
A klinikák és kórházak terabájtnyi kihasználatlan adatot termelnek. Használhatja ezt a nagyobb működési hatékonyság és a betegellátás érdekében.
Az IoT-architektúrával az intézmények elkülönített betegadatokat használhatnak. Az orvosok gyorsan megszerezhetik és felhasználhatják a betekintést, hogy gyorsan reagáljanak a riasztásokra. Az IoT-infrastruktúrához kapcsolódó modulok és egészségügyi állapotfigyelők valós idejű páciensállapotot biztosítanak.
#2. Mezőgazdaság
A gazdálkodók az IoT architektúráját használhatják a termelés önálló növelésére és irányítására.
Használatát az alábbiakban is megtekintheti:
- A talaj hőmérsékletének figyelése
- A géphibák okainak feltárása
- Beltéri ültetvények páratartalmának és hőmérsékletének beállítása
#3. Gyártás
A feldolgozóipar IoT-érzékelőket használ, hogy betekintést nyerjen a folyamatokba. Általában nem csatlakoznak az internethez. Ezek a rövid hatótávolságú változatok érzékelői az időbeli változások kiszámítására is képesek.
Az IoT architektúra egyéb felhasználási módjai ebben a szektorban a következők:
- A kereslet előrejelzése valós idejű termelésfigyeléssel
- Az alapszintű hatékonyság ismerete a ciklusidő követésével
#4. Kereskedelmi HVAC megoldások
A HVAC egy összetett rendszer, amely nem engedheti meg magának egyetlen elem vagy funkció meghibásodását. Ha ez megtörténik, annak magas energiafogyasztás és többlet karbantartási költség lesz a következménye. Az IoT-architektúra használatával a HVAC-k kielégítő teljesítményt nyújtanak, miközben lehetővé teszik számukra, hogy alacsonyabb energiaszinten működjenek.
A kereskedelmi megoldások konzisztenciájának és minőségének biztosítása az IoT másik felhasználási módja. A rendszer automatikusan összegyűjti és elemzi az adatokat minimális felhasználói beavatkozás szükségessége mellett, hogy értesítse Önt az esetleges rendellenességekről.
#5. Vízkár-megelőzés kereskedelmi lakásokban
A vízcső szivárgása és szétrobbanása dollármilliókat okoz a lakástulajdonosoknak és a biztosítótársaságoknak. A vízkapcsolatok láthatatlansága megnehezíti a kiváltó ok felismerését.
A megfelelően beállított IoT architektúra hatékony beépített érzékelőkkel valós időben figyelmeztetheti a felhasználókat bármilyen szivárgásra. Kontextuális helyadatokat is biztosít az érdekelt felek számára a jobb vagyonkezelés érdekében. A biztosítótársaságok is részesülnek a problémák korai felismeréséből.
Ezenkívül az érzékelők kisebb szivárgásokat is képesek észlelni, amelyek potenciális veszélyt jelenthetnek a jövőben. Így a felhasználók időpontot egyeztethetnek vízvezeték-szerelőkkel.
Az IoT architektúra jövője
Az IoT hamarosan evolúciós előrelépést fog látni az 5G hálózat növekedésével. Minden eddiginél gyorsabban lehet majd feldolgozni az adatokat. Nem is beszélve az IoT-rendszerek gyors telepítéséről.
A privát 5G használatával az adminisztrátorok elindíthatnak egy személyes 5G mobilhálózatot, és teljes ellenőrzést gyakorolhatnak felette.
A vállalati szintű műveletek nem szembesülnek a következő problémákkal:
- Sebességszabályozás
- Az átjárhatóság hiánya
- További díjak az adathasználat túllépéséért
- A sávszélesség elérhetetlensége csúcsidőben
Végső szavak
Az IoT-architektúra megmondja, hogyan kapcsolhatja össze az IoT-rendszer összes összetevőjét egy összefüggő hálózatban. Ezért a rendszer architektúrájának minden lényeges műszaki vonatkozását lefedtük.
Az IoT architektúrák részletes ismerete segít üzleti szintű megoldások létrehozásában az egészségügyben, a gyártásban és a mezőgazdaságban. A felhasználók túlléphetnek az ebben a cikkben említett használati eseteken, és bevezethetik az IoT-t különböző, még feltárásra váró szektorokban.
Érdemes megnézni az IoT tanulási erőforrásokról és az IoT kezdőkészletekről szóló cikkeinket is.