интернет вещей. 152 технические науки
 Скачать 429.13 Kb.
|
152 - Технические науки - International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 3-2 (66), 2022 АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ К.А. Суриков, студент Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова (Россия, г. Москва) DOI:10.24412/2500-1000-2022-3-2-152-155 Аннотация. В статье приведено описание архитектуры системы интернета вещей. Рассмотрены компоненты системы интернета вещей: умные устройства, шлюз, плат- форма интернета вещей, приложение интернета вещей. Указаны особенности использо- вания для каждой из компонент в системе. Приведены задачи, стоящие перед компонен- той платформой в системе. Указаны протоколы, используемые для взаимодействия ком- понент системы. Описано строение платформы интернета вещей. Приведено уровневое описание унифицированной платформы интернета вещей. Ключевые слова: интернет вещей, архитектура, система интернета вещей, умные устройства, разработка. С развитием умных технологий все большую значимость приобретают сети «интернета вещей» (Internet of Things – IoT). Системы «интернета вещей» позво- ляют реализовать автоматизацию произ- водственных процессов, энергетики, сель- ского хозяйства, медицины, создавать ум- ные квартиры, дома, районы и целые горо- да [1]. Интернет вещей (IoT) включает в себя целую экосистему различных инструмен- тов. Знание ключевых компонентов архи- тектуры IoT и способов их интеграции может помочь в проектировании систем «умных вещей». Компоненты IoT-архитектуры Независимо от варианта использования IoT-решение включает одни и те же четы- ре компонента: устройства, шлюз подклю- чения, платформу и приложение. Некото- рые варианты использования Интернета вещей могут включать дополнительные уровни, но эти четыре компонента состав- ляют основу каждого решения IoT [2]. Рис. 1. IoT-архитектура IoT-устройства Умные устройства составляют физиче- ский аппаратный компонент системы. При создании системы управления офисом, это могут быть датчики движения, считывате- ли пропусков персонала, видеокамеры и т.д. При использовании элементов про- мышленного Интернета вещей или по- строении системы интеллектуального зда- ния предпочтительнее использовать гото- вые устройства от одного вендора, кото- рые могут быть добавлены без конфликта в существующую среду. При использова- нии устройств от разных вендоров особое внимание стоит уделить тому, смогут ли обмениваться данными устройства между собой. 153 - Технические науки - International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 3-2 (66), 2022 В большинстве случаев IoT-устройства отправляют данные о состоянии и полу- чают команды от централизованной плат- формы. Существует множество вариантов того, как выполняется это соединение между устройством и платформой, и это сильно зависит от среды и ограничений самого устройства. К примеру, если устройство находится в помещении дома или в здании, то можно использовать устройства, передающие данные через Ethernet или Wi-Fi. Если устройство пита- ется от батареи, требуются варианты про- токолов с низким энергопотреблением, та- кие как Bluetooth Low Energy или LPWAN [2]. Шлюз Некоторые устройства не могут напря- мую подключаться к центральной плат- форме и требуют использования шлюза IoT для преодоления разрыва между ло- кальной средой и платформой. Это рас- пространено в промышленных средах, где возможно взаимодействие с существую- щим оборудованием по локальным прото- колам. Шлюзы также необходимы при ис- пользовании беспроводных технологий, таких как BLE и LPWAN, поскольку они не обеспечивают прямого подключения к сети или облаку. В этих ситуациях устройство подклю- чается к шлюзу. Шлюз считывает необхо- димую информацию, а затем отправляет данные на платформу, используя «тран- зитное» соединение, такое как сотовая связь или Wi-Fi, которое может получить доступ к сети или облаку. Шлюзы также позволяют использовать такую технологию, как Edge Compute в архитектуре системы. Edge Compute пере- носит обработку и управление из облака и размещает их на оборудовании или рядом с ним. Облако – важный компонент архи- тектуры, но оно имеет ограничения, такие как надежность подключения к Интернету и задержка связи. Если обрабатывать дан- ные необходимо в режиме реального вре- мени или устройства генерируют слишком много данных для отправки в облако, внедрение Edge Compute в архитектуру IoT может помочь справить с нагруз- кой [2]. Платформа Интернета вещей Платформа Интернета вещей – это фак- тически центральное хранилище данных и механизм оркестрации для Умного офиса. В общем случае современная IoT- платформа должна решать следующие за- дачи: Поддержание связи между серверами и устройствами, подключенными через со- товые и спутниковые каналы связи. Единый подход к данным устройства вне зависимости от функциональной зада- чи. Хранение больших объемов собранных событий и исторических данных в различ- ных базах данных (реляционных, цикличе- ских, NoSQL). Визуальное построение сложных цепо- чек анализа исходных данных и корреля- ции событий. Моделирование интеграции данных не- скольких устройств и процессов расчета KPI всей инфраструктуры. Быстрое построение интерфейса опера- тора и системного инженера из готовых «кирпичиков» без программирования. Реализация сценариев интеграции через готовые универсальные коннекторы (SQL, HTTP/HTTPS, SOAP, CORBA, SNMP и др.) [3]. Создание безопасной и масштабируе- мой платформы – непростая задача, по- этому при построении системы необходи- мо обратить внимание на рынок готовых решений. При выборе платформы для по- строения системы, необходимо обратить внимание на следующие характеристики: - Наличие базы знаний для платформы; - Доступное качество и уровень под- держки; - Ограничения на устройства, подклю- чаемые к платформе; - Стабильность; - Функциональность, соответствующая потребностям варианта использования; - Безопасность; - Высокая доступность/аварийное вос- становление; - Непрерывное улучшение; - Документация. Современная платформа включает в се- бя следующие основные компоненты: 154 - Технические науки - International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 3-2 (66), 2022 Сервер – это приложение, обеспечива- ющее связь с устройствами, хранение дан- ных и их автоматизированную обработку. Серверы могут группироваться в кластеры для обеспечения высокой доступности и поддерживать одноранговые отношения в распределенных установках. Unified Console – это кроссплатформен- ное настольное клиентское программное обеспечение, обеспечивающее одновре- менную работу с одним или несколькими серверами в режиме администратора, си- стемного инженера или оператора. Агент – это библиотека, которую можно интегрировать в прошивку IoT-устройства для обеспечения связи с серверами, уни- фикации настроек устройства, выполнения операций с устройством и асинхронной отправки событий. Существует множество библиотек (Java, .NET, C/C++, Android Java и т.д.). Нет необходимости разверты- вать агент, если связь с сервером осу- ществляется с использованием стандарт- ных или проприетарных протоколов. В по- следнем случае для сервера разрабатыва- ется отдельный драйвер устройства. Агент также может быть реализован в виде от- дельного аппаратного устройства (шлюза). API с открытым исходным кодом для расширения функциональности всех остальных компонентов и реализации сложных сценариев интеграции [3]. В общем случае архитектуру платфор- мы можно свести к унифицированному виду, включающему 7 уровней [4] (рис. 2). Рис. 2. Унифицированная архитектура IoT-платформы Уровень сети устройств – это физиче- ский уровень, подключенных к системе умных устройств, взаимодействующих друг с другом и со шлюзом платформы че- рез Ethernet, Wi-Fi, GPRS и т.д. Уровень аппаратной абстракции вклю- чает в себя программные и аппаратные объекты на периферии, драйверы устройств. Уровень прямых операций предусмат- ривает настройку операций мониторинга и контроля работы устройств. Уровень агрегации данных предусмат- ривает кэширования данных с устройств, синхронизация в центральном хранилище. Уровень базовой обработки данных предусматривает первичную обработка данных. Уровень продвинутой аналитики преду- сматривает построение аналитических мо- делей, прогнозирование, обработка слож- ных событий. Уровень общего контроля предусмат- ривает выполнение общих администра- тивных операций и управление безопасно- стью. Приложение Интернета вещей Приложение Интернета вещей обеспе- чивает взаимодействие с конечным поль- зователем, то, как пользователь системы взаимодействует с данными, собранными с 155 - Технические науки - International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 3-2 (66), 2022 устройств и с построенными аналитиче- скими моделями. Взаимодействие может происходить через мобильное приложе- ние, веб-сайт, настольное приложение. Со- здание интерфейса может быть сложным и трудоемким, поэтому при построении си- стемы, важно обратить особое внимание на платформы поддержки приложений, которые могут значительно ускорить эту работу. Приложение Интернета вещей – это важный компонент архитектуры Интерне- та вещей, в котором реализуется настоя- щая ценность всей системы для пользова- теля. Развертывание оборудования и сбор данных с датчиков бессмысленны, если не предоставить пользователю интерфейс для работы системой [5]. Заключение В статье рассмотрены компоненты ар- хитектуры Интернета вещей (устройства Интернета вещей, шлюзы, унифицирован- ная модель платформы IoT, а также осо- бенности использования программных приложений Интернета вещей). Библиографический список 1. Росляков А.В. Интернет вещей: учеб. пособие / А.В. Росляков, С.В. Ваняшин, А.Ю. Гребешков. – Самара: ПГУТиИ, 2015. – 115 с. 2. The Fundamental IoT Architecture. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.losant.com/blog/the-fundamental-iot- architec- tu- re#::text=The%20Components%20of%20an%20IoT,foundation%20of%20every%20IoT%20so lution. (дата доступа: 09.03.2022). 3. Tibbo AggreGate IoT Platform Concept. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.automation.com/en-us/articles/2016-1/tibbo-aggregate-iot-platform-concept (дата доступа: 09.03.2022). 4. Унифицированная архитектура AggreGate. – [Электронный ресурс]. – Режим досту- па: https://aggregate.digital/ru/technology.html (дата доступа: 09.03.2022). 5. Попов А.А. Разработка модели информационного пространства при использовании устройств Интернета вещей для управления организацией в сфере жилищно- коммунального хозяйства // Инновации и инвестиции. – 2019. – №10. – С. 135-140. ARCHITECTURE OF THE INTERNET OF THINGS SYSTEM K.A. Surikov, Student Plekhanov Russian University of Economics (Russia, Moscow) Abstract. The article describes the architecture of the Internet of Things system. The compo- nents of the Internet of things system are considered: smart devices, gateway, platform of the In- ternet of things, application of the Internet of things. The features of use for each of the compo- nents in the system are indicated. The tasks facing the platform component in the system are giv- en. The protocols used for the interaction of the system components are indicated. The structure of the Internet of Things platform is described. A level description of the unified platform of the Internet of things is given. Keywords: internet of things, architecture, internet of things system, smart devices, develop- ment. |