Lär dig Internet of Things (IoT) arkitektur på 5 minuter eller mindre [+ Use Cases]

Spread the love

Lär dig internet of things (IoT)-arkitekturen för att skapa en IoT-struktur för affärsanvändning.

De framtida lagren, leveranskedjorna, tillverkningsanläggningarna och logistiknav kommer att vara IoT-aktiverade. Eftersom tekniken är komplex är det bara ett fåtal IT-jättar som vet vad som finns under huven. Men du kan också avkoda den genom att lära dig om tekniken ut och in.

Fortsätt läsa om du också vill göra ditt företag smartare eller erbjuda IoT-lösningar som en tjänst. Artikeln förklarar IoT-arkitektur, kärnan som erbjuder automatisering och bekvämlighet, och några populära användningsfall.

Introduktion

IoT inkluderar sensorer, enheter och elektroniska gränssnitt som samlar in, bearbetar och skickar data som kommandon till slutpunktsmaskinerna.

Dessa är alla variabler eller rörliga delar i ett IoT-system. Ett ramverk som definierar hur man beställer dessa rörliga delar och skapar den slutliga IoT-strukturen är IoT-arkitekturen.

IoT-arkitektur berättar hur du ansluter och använder IoT-systemets enheter, molnprogramvara och nätverk av sensorer. För att inte tala om Systemfelsökning sker också inom IoT-arkitekturen.

Ett grundläggande ramverk för detta skulle vara tre lager av komponenter i ett IoT-system. Dessa är enligt nedan:

  • Sensorer, ställdon, enheter etc. under perceptionslagret
  • LAN, Wi-Fi, 5G, 4G, etc., skapar nätverkslagret
  • Ett grafiskt användargränssnitt är applikationslagret

Arkitekturen för IoT säkerställer att du känner till alla komponenter, dataflöden och slutenhetskommandon i systemet. På så sätt kan du säkra, stödja och kontrollera dina IoT-system effektivt.

Lager av IoT-arkitektur

En IoT-systemarkitektur har olika lager som fungerar som det digitala mediet genom vilket sensordata når molnapplikationen. Sedan fattar molnappen beslut baserat på ett förinställt arbetsflöde för slutpunktsenheter som robotarmar i en fabrik.

Slutligen flyter dessa beslut till ändpunktsenheterna genom samma lager. Genom att förstå dessa lager kan du skapa en framgångsrik IoT-arkitektur. Här är IoT-arkitekturlagren du måste känna till:

Det sensoriska/perceptionslagret

Perceptionslagret består av slutpunktsenheter som samlar in data från det fysiska universum. Sedan kan digitala applikationer analysera insamlad data.

Eftersom detta lager håller kontakten med verkliga objekt, kallar IoT-experter det också för det fysiska lagret. Nedan är några anmärkningsvärda enheter som ansluter till perceptionslagret:

  • Sensorer som gyrometrar, hastighetssensorer, radiofrekvensidentifieringssensorer (RFID), kemiska sensorer, etc.
  • Ställdon och robotarmar
  • Säkerhetskameror, dörrsystem etc.
  • Termostater, VVS, vattensprinkler, värmeelement m.m.

De flesta industriella IoT-enheter samlar in data för bearbetningsskiktet. För hembaserade IoT-enheter kan perceptionslagret också vara behandlingslagret. Till exempel Nest Learning Thermostat.

Nätverks-/datatransportskiktet

Nätverkslagret hanterar datatransport mellan alla lager i en IoT-arkitektur. Detta lager definierar också nätverkstopologin för hela webben av enheter, molnappar och databaser.

De vitala delarna av detta lager är internetgateways, intranätportar, nätverksgateways och datainsamlingssystem (DAS). För ovanstående nätverksanslutningsprotokoll kan du lita på följande fysiska enheter:

  • Wi-Fi
  • Wide Area Networks (WAN)
  • 4G LTE/5G
  • Lågenergi Bluetooth
  • Närfältskommunikation (NFC)
  Hur man hittar och tar bort dubbletter i Google Sheets

Genom detta lager kommunicerar olika slutpunktsenheter och molnappar med varandra. Sensordata som temperatur, hastighet, luftfuktighet, etc., färdas genom nätverkslagret för att nå andra lager.

Databearbetningsskiktet

Bearbetningsskiktet bearbetar analyser och lagrar data innan det överförs till ett datacenter. Det inkluderar Edge-analys i Edge-beräkningar, artificiell intelligens (AI) och maskininlärning (ML). Avgörande uppgifter som att fatta beslut sker också i detta lager.

Bearbetningsskiktet utför alla beslutsfattande uppgifter. Ändå kan du också åsidosätta dess beslut eller förbättra systemet genom att fatta ad hoc-beslut i applikationslagret – en funktion som är mycket nödvändig för mänsklig kontroll över intelligenta maskiner.

Applikationen eller GUI-skiktet

De flesta IoT-system, som Google Home, Amazon Alexa, etc., fungerar utan mänsklig inblandning. Ändå behöver du ett grafiskt användargränssnitt för att lägga till IoT-arbetsflöden, ändra parametrar, lägga till enheter, etc. Detta är applikationslagret.

Några viktiga krav för applikationslagret i en IoT-arkitektur är följande:

  • Förbigå röstkommando-baserade problem
  • Kommunicera med tusentals sensorer och ändpunktsenheter från en liten skärm
  • Lägg till nya enheter till ett befintligt IoT-system utan att stänga av hela verksamheten
  • Observera systemets tillstånd och serva enheterna när instrumentpanelen indikerar
  • Skapa nya regler eller arbetsflöden för IoT-systemen
  • Skapa och följ ett servicenivåavtal (SLA)

I industriella installationer behöver du oftast en centraliserad instrumentpanel på en datorskärm för att observera alla IoT-system. På instrumentpanelen kan du interagera med vilket som helst eller alla IoT-system genom att pausa, stoppa eller starta om enheterna.

Affärslager

Affärslagret omvandlar lagrad data till handlingsbara insikter. Företagschefer, CTO:er och fler kan använda sådana rapporter. Det hjälper dem med beslutsfattande för produktivitetsförbättringar.

Detta lager inkluderar huvudsakligen integrationer av företagsappar. Till exempel företagsresursplanerare (ERP), business intelligence (BI)-appar, datavisualiseringsappar, etc.

Här kan dataanalytiker bearbeta data och lägga in dem i ett BI-verktyg som Tableau, Power BI, etc., för att känna till IoT-systemets övergripande prestanda. Du kan också skapa prognoser utifrån nuvarande produktionskapacitet och framtida behov på marknaden.

Stadier av IoT-arkitektur

För implementering av IoT-systemarkitektur på hög nivå måste man förstå stegen i detta system:

Objekt

Objektstadiet börjar med implementeringen av det fysiska lagret. Här behöver du ansluta smarta enheter, sensorer och ställdon med IoT-nätverket och ändpunktsmaskinerna.

Sensorer kan vara trådbundna eller trådlösa. Huvudsyftet är att samla in verklig data och konvertera dem till digitala data för bearbetningsskiktet.

Inkörsport

Du måste konfigurera ett intranät eller en internetgateway. I detta skede samlar modem och routrar in data från sensorerna och ändpunktsenheterna.

Sedan kommer dessa gateway-enheter att transportera digital data till bearbetningsskiktet och applikationslagret. De flesta IoT-arkitekturer använder ett datainsamlingssystem för detta skede.

IT-system

IoT-system samlar in analog data och datainsamlingssystem omvandlar detta till digital data. Därför är den efterbehandlade storleken på digital data enorm. Här kommer ett edge IT-system.

I det här skedet kanaliserar du insamlad data till ett edge IT-system där AI- och ML-algoritmer bearbetar den och endast behåller handlingsbar data.

  Döljer miniverktygsfältet i Office 2013

Molnlagring/datacenter

När Edge IT-systemet har bearbetat och filtrerat viktig data måste du lägga den i tillgänglig lagring. Applikationsskiktet för IoT-arkitekturen kommer att ansluta till lagringsstadiet.

Ett lagringssteg är främst privat molnlagring, där man kan lagra IoT-data i strukturerade databaser. Om du letar efter prisvärda lösningar kan du även prova publika moln.

Icke-funktionella krav

#1. säkerhet

För att säkerställa arkitekturens inre säkerhet bör det inte finnas några obehöriga enheter kopplade till den. Enheterna ska vara registrerade och kunna kommunicera säkert.

Dessutom bör alla användare och data ha säker åtkomst till arkitekturen. Auktoriserade systemanvändare måste utbyta data med säkerhetskontroller.

#2. Prestanda

IoT-systemet måste vara kompatibelt med ostrukturerad och strukturerad data. Utplaceringen av plattformen bör vara kompatibel med molnet, det lokala och hybridmolnet.

Acceptabla svarstider för användare och dubbelriktad, nära realtidskommunikation och granulära tidsstämplar är andra väsentliga icke-funktionella krav för denna arkitektur.

#3. Hanterbarhet

IoT-arkitekturen måste innehålla aviseringar och varningar för eventuella problem. Den måste stödja lösningshantering för att snabbt fastställa orsakerna till problemen från en central nod.

#4. Underhållbarhet

Enheterna och IoT-systemet bör vara anpassningsbara. Arkitekturen måste vara tillräckligt flexibel för att snabbt anpassa sig till användar-, process- och dataförändringar. Du måste också utföra underhåll utan att fördröja servicenivåavtalen (SLA).

#5. Tillgänglighet

Vissa domäner och lösningar kräver tillgång till IoT-system dygnet runt. Till exempel behöver en IoT-arkitektur på ett sjukhus eller laboratorium att systemet alltid är uppe.

IoT-arkitektur i MongoDB Atlas

IoT-arkitektur på MongoDB Atlas Bild från MongoDB.com

Olika lager i en IoT-arkitektur producerar terabyte med data. Att använda en IoT-aktiverad molndatabas är idealisk för att lagra data på ett organiserat sätt.

En av de stora molndatabaserna du kan använda är MongoDB Atlas. Här är några exempel på dess användning i IoT-arkitektur:

  • MongoDB RealmSDK och MongoDB Server för att bygga en databas och ett gränssnitt. Mobilappar och enheter kan använda dessa databaser och gränssnitt.
  • I nätverkslagret kan du använda MongoDB Atlas för att konfigurera och distribuera IoT-servrar.
  • Använd MongoDB 5.0 Time-Series som lagring för kontinuerliga IoT-mätdata.
  • Om IoT-systemet upplever hackig nätverksanslutning kan du använda offline-först-synkronisering från Atlas App Services.
  • Du kan använda MongoDB Connector för BI- och MongoDB-diagram i affärslagret för att extrahera handlingsbara insikter från IoT-data.

Användningsfall

IoT-arkitektur blir allt mer populär varje dag, och dess användning inom olika sektorer ökar. Följande är de vanligaste användningsfallen:

#1. Sjukvård

Kliniker och sjukhus genererar terabyte av outnyttjad data. Du kan använda detta för ökad operativ effektivitet och patientvård.

Med IoT-arkitektur kan institutioner använda isolerade patientdata. Läkare kan snabbt få och använda insikterna för att snabbt svara på varningar. IoT-infrastrukturlänkade prylar och hälsostatusövervakare kan erbjuda patientstatus i realtid.

#2. Lantbruk

Jordbrukare kan använda IoT-arkitektur för att öka och hantera produktionen självständigt.

Du kan också se dess användning i följande:

  • Övervakning av jordtemperaturen
  • Hitta orsaker till maskinfel
  • Justering av luftfuktighet och temperaturnivåer för inomhusplantager
  Effektivisera dina data sömlöst med Supermetrics

#3. Tillverkning

Tillverkningsindustrin använder IoT-sensorer för att få insikt i processer. De är vanligtvis inte anslutna till internet. Dessa sensorer av varianter med kort räckvidd är också kapabla att beräkna förändringar över tid.

Andra användningar av IoT-arkitektur inom denna sektor är enligt nedan:

  • Efterfrågeprognos genom produktionsövervakning i realtid
  • Att känna till baslinjeeffektivitet genom cykeltidsspårning

#4. Kommersiella VVS-lösningar

HVAC är ett komplext system som inte har råd med fel på något element eller funktion. Om det händer blir hög energiförbrukning och extra underhållskostnader konsekvenserna. Med hjälp av IoT-arkitektur är det möjligt att få HVAC att ge tillfredsställande effekt samtidigt som de låter dem köras på en lägre effektnivå.

Att säkerställa konsekvens och kvalitet hos kommersiella lösningar är en annan användning av IoT. Systemet samlar in och analyserar automatiskt data med behov av minsta användarinteraktion för att meddela dig om eventuella avvikelser.

#5. Vattenskador förebyggande i kommersiella lägenheter

Vattenledningsläckage och sprängningar orsakar miljontals dollar för husägare och försäkringsbolag. Osynligheten av vattenanslutningar gör det svårt att upptäcka grundorsaken.

En korrekt inställd IoT-arkitektur kan varna användarna om eventuellt läckage i realtid med effektiva inbyggda sensorer. Det tillhandahåller också kontextuell platsdata till intressenterna för bättre underhåll av tillgångar. Försäkringsbolag drar också nytta av denna tidiga upptäckt av problem.

Dessutom kan sensorerna också upptäcka mindre läckage som kan bli ett potentiellt hot i framtiden. Således kan användare boka möten med rörmokare.

Framtiden för IoT-arkitektur

Snart är IoT på väg att se ett evolutionärt framsteg med tillväxten av 5G-nätverket. Det kommer att vara möjligt att behandla data snabbare än någonsin. För att inte tala om den snabba implementeringen av IoT-system också.

Med hjälp av privat 5G kan administratörer starta ett personligt 5G-mobilnätverk och ha full kontroll över det.

Verksamheten på företagsnivå kommer inte att möta följande problem:

  • Hastighetsstrypning
  • Brist på interoperabilitet
  • Ytterligare avgifter för överskridande av dataanvändning
  • Otillgänglig bandbredd under rusningstid

Slutord

En IoT-arkitektur berättar hur du kopplar alla komponenter i ett IoT-system i ett sammanhållet nätverk. Därför täckte vi alla avgörande tekniska aspekter av arkitekturen för detta system.

En detaljerad kunskap om IoT-arkitekturer hjälper dig att skapa affärsmässiga lösningar inom sjukvård, tillverkning och jordbruk. Användare kan till och med gå längre än de användningsfall som nämns i den här artikeln och implementera IoT i olika sektorer som ännu inte har utforskats.

Du kanske också vill titta på våra artiklar om IoT-lärresurser och IoT-startpaket.