4 مرحله معماری اینترنت اشیا

روش های بسیار زیادی برای آغاز سفر اینترنت اشیا در حوزه صنعتی یا شرکتی وجود دارد. چیزی که بیشتر از هر  موضوع دیگری اهمیت دارد این است که اجازه ندهید پیچیدگی احتمالی اینترنت اشیا، جلوی فرصت های موجود برای اجرای چیزی که می تواند یک پروژه سودآور باشد را بگیرد. برای آغاز کار می توانید یک چارچوب مستحکم برای سیستم اینترنت اشیای خود ایجاد کنید.  اینترنت اشیاء چیزی بیشتر از دستگاه های متصل شده به اینترنت مشتریان است. دیر یا زود، سازمان ای تی شما نیز به ایجاد زیرساخت هایی برای حمایت از این فناوری، نیاز خواهد داشت.  شرکت های ارائه دهنده انرژی؛ در حال حاضر از سنسورهای متصل شده به شبکه برای سنجش ارتعاشات موجود در توربین ها استفاده می کنند. آن ها داده های به دست آمده را به شبکه می دهند تا سیستم را محاسبه کند و آن را برای پیش بینی زمانی که ماشین ها به حفظ و نگهداری نیاز خواهند داشت و زمانی که از کار خواهند افتاد، تجزیه و تحلیل نماید. سازندگان موتورهای هواپیما نیز سنسورهایی را در آن تعبیه کرده اند که می تواند دما، فشار و سایر شرایط موجود را برای بهبود محصولات تولید شده، بسنجد. حتی کسب وکارهایی که در حال تولید سبد هدیه هستند هم می توانند سنسورهایی را برای مانیتور مداوم و مستمر دمای محصولات فاسدشدنی، توسعه دهند. اگر دما در محل ذخیره سازی یا در محل انتقال افزایش یابد، آن ها می توانند تحویل کالاها را تسریع کنند. این موضوع مزایای زیادی دارد که از جمله آن ها می توان به افزایش رضایت مشتری و پیشگیری از فاسد شدن محصولات اشاره کرد. فناوری اینترنت اشیا بیشتر از آن چیزی که سازمان های امروزی مورد استفاده قرار می دهند، فرصت هایی را در اختیار افراد قرار می دهند. رهبران حوزه آی تی حتی اگر این فرصت ها را دنبال کنند، باز هم به طور کامل در موضوعات مرتبط با اینترنت اشیا شرکت نمی کنند. بحث های صنعتی در مورد ابتکارات و ابداعات فناوری اینترنت اشیا اغلب بر روی پیچیدگی آن تاکید دارند و در برگیرنده نواحی از کسب وکارها هستند که در آن، ای تی به طور سنتی در آن بخش ها درگیر نیست. گسترش فناوری ناشناخته حوزه اینترنت اشیا( برخی از آن ها مختص صنایع خاصی هستند)  و دامنه وسیع و جهانی خودِ IoT، می تواند باعث ترس فعالان حوزه ای تی شود و فرصت های موجود برای اینکه پروژه قابل دسترس و قانع کننده باشد را بگیرد. خوب حالا سوال اینجاست که چگونه زیرساخت های شرکت شما می تواند از اینترنت اشیا پشتیبانی کند؟ برای آغاز کار، می توانید بر روی معماری چهار مرحله ای سرمایه گذاری کنید که از بیشتر سیستم های اینترنت اشیای امروزی پشتیبانی می کند.  این چهار بخش را به عنوان مراحل یک فرایند در نظر بگیرید. همه این بخش ها با هم ادغام شده اند و ساختارهای متقابل تقویت شده ای هستند که داده های ارزشمندی را از اشیای متصل شده به شبکه های مختلف برای سیستم های تولید و سنتی آی تی برای ارائه بینش های عملی کسب وکار ، حمل می کنند.

معماری چهار مرحله ای از سیستم اینترنت اشیا

مرحله اول معماری اینترنت اشیا در برگیرنده اشیای شبکه شده است که معمولا سنسورهای بی سیم و فعال کننده ها می باشد. مرحله دوم شامل سیستم  تجمیع داده های سنسورها و تبدیل داده های آنالوگ به داده های دیجیتال می باشد. در مرحله سوم، این داده ها به دیتاسنتر یا ابر انتقال یابند و سپس سیستم های Edge آی تی، به پیش پردازش داده ها می پردازند. البته ممکن است بعد از پردازش مجدد به دیتاسنتر یا ابر انتقال یابند.

در نهایت، داده ها تجزیه و تحلیل می شوند، مدیریت می شوند و بر روی دیتاسنتر بک اند سنتی ذخیره می گردند. واضح است که وضعیت سنسور/فعال کننده، تحت نظارت متخصصان فناوری های عملیاتی انجام می شود. بنابراین مرحله دوم، سوم و چهارم معمولا توسط آی تی کنترل می شود هر چند موقعیت پردازش Edge آی تی ممکن است در موقعیت ریموت یا نزدیکی دیتاسنتر باشد. خطوط عمودی که با عنوان The edge برچسب گذاری می شود، تقسیم سنتی بین مسئولیت های آی تی و فناوری های عملیاتی است هر چند مرز بین این دو مورد، هنوز تیره و تار است. اجازه دهید هر کدام از این مراحل معماری اینترنت اشیا را با جزییات بیشتری مورد بررسی قرار دهیم.

 مرحله اول: سنسورها/ فعال کننده ها

سنسورها داده ها را از محیط یا اشیا جمع آوری می کنند و آن ها را به داده های مفیدی تبدیل می سازند. به عنوان مثال ساختار خاص گوشی های همراه خود را مدنظر بگیرید. در این گوشی ها،  کشش هدایتی گرانشی تشخیص داده می شود و موقعیت نسبی گوشی به آن چیزی که ما آن را زمین می نامیم به نمایش در می آید. سپس این داده ها به داده هایی در گوشی تبدیل می شود که می توان از آن برای جهت گیری استفاده کرد. فعال کننده نیز می تواند برای تغییر شرایط فیزیکی که داده ها در آن تولید می شود، مداخله کند. به عنوان مثال یک فعال کننده ممکن است منبع برق را خاموش کند، دریچه جریان آب را تنظیم نماید یا در یک فرایند مونتاژ، فرمان ربات را حرکت دهد. مرحله سنجش/ فعالسازی هر چیزی از دستگاه های صنعتی گرفته تا سیستم دوربین رباتیک، شناساگرهای سطح آب، سنسورهای سنجش کیفیت آب و مانیتورهای جریان گرما را تحت پوشش خود قرار می دهد.

حوزه  و دامنه اینترنت اشیا به سرعت در حال رشد است و به لطف فناوری های شبکه سنسورهای بی سیم با توان اندک و POE(Power over Ethernet) که دستگاه ها را قادر می سازد بر روی شبکه محلی سیمی بدون نیاز به منبع تامین قدرت A/C به فعالیت بپردازند، کار خود را به درستی انجام دهند. در معماری اینترنت اشیا ، برخی از فرآیندهای پردازش داده ها می تواند در هر 4 مرحله رخ دهد. با اینحال، زمانی که داده های موجود در سنسور پردازش می شود، کاری که شما می توانید انجام دهید توسط قدرت پردازش موجود در هر دستگاه IoT محدود می شود. داده ها مرکز معماری اینترنت اشیا هستند و  باید به هنگام پردازش داده ها، بین بینش عمیق و فوری یک مورد انتخاب شود. هر چقدر نیاز به اطلاعات فوری تر باشد، باید دستگاه نهایی به فرایند پردازش شما نزدیک تر باشد. برای کسب بینش عمیق تر که نیازمند پردازش گسترده تری است، باید داده ها به سیستم مبتنی بر دیتاسنتر یا ابر منتقل گردد. اینکار می تواند چندین منبع را کنار هم قرار دهد. برخی از تصمیم گیری ها نیازمند عکس العمل سریع هستند و نمی توان منتظر پردازش عمیق ماند. بازوی رباتیک در حال جراحی و برش شریان های خونی است؟ خودرو از  کار خواهد افتاد؟ آیا رویکردهای موجود در هواپیما به سیستم تشخیص دوست یا دشمن نزدیک می شود؟ ممکن است شما زمان لازم برای ارسال داده به دارایی های مرکزی خود را نداشته باشید. در این شرایط باید داده ها را در سنسور مورد بررسی و پردازش قرار دهید تا به پاسخ سریع تری دست یابید.

مرحله دوم: دروازه اینترنت

داده ها از سنسور، به شکل آنالوگ هستند. به همین خاطر چنین داده هایی باید جمع آوری و به استریم های دیجیتال تبدیل شوند تا بتوان در فرایندهای پردازش بعدی از آن ها استفاده کرد. سیستم کسب داده ها(DAS)  این تجمیع داده ها و تبدیل آن ها را بر عهده می گیرد. DAS به شبکه سنسورها متصل می شود، خروجی را تجمیع می کند و تبدیل آنالوگ به دیجیتال را انجام می دهد.  دروازه اینترنت(Internet gateway) داده های تجمیع شده و دیجیتالی شده را دریافت می کند و آن را از  طریق وای فای، شبکه محلی سیمی یا اینترنت به مرحله سوم هدایت می نماید تا پردازش های بعدی بر روی آن صورت گیرد. سیستم های مرحله دوم، اغلب در نزدیکی سنسورها و فعال کننده ها قرار می گیرند. به عنوان مثال یک پمپ ممکن است در برگیرنده نیمی از سنسورها و فعال کننده ها باشد که داده ها  را به دستگاه تجمیع داده ها تغذیه می کند و می تواند آن ها را دیجیتالی نماید. این دستگاه می تواند به طور فیزیکی به پمپ متصل شود. تنظیم دستگاه Gateway یا سرور باعث پردازش داده ها و ارسال آن ها به سیستم های مرحله سوم یا چهارم می شود. چرا داده ها از پیش پردازش می شوند؟ جریان داده های آنالوگی که از سنسورها می آیند، حجم عظیمی از داده ها را به سرعت ایجاد می کند. ویژگی های قابل سنجش دنیای فیزیکی که کسب وکار شما ممکن است به آن علاقه مند باشد( حرکت، ولتاژ، ارتعاش و سایر موارد) می تواند حجم عظیمی از داده های در حال تغییر را ایجاد کند. به این فکر کنید که داده های سنسور یک دستگاه پیچیده همچون موتور هواپیما چگونه می تواند به این روش در یک روز ایجاد شود  و مورد استفاده قرار گیرد. هیچ محدودیت نظری برای تعداد سنسورهایی که می توانند داده های مدنظر اینترنت اشیا را فراهم آورند وجود ندارد. سیستم های اینترنت اشیا همیشه فعال هستند و می توانند  ارتباط مستمر و داده های موردنظر را فراهم آورند. جریان داده در اینترنت اشیا می تواند بسیار زیاد باشد( به طور مثال بیش از 40 ترابایت در ثانیه). در این شرایط حجم عظیمی از داده ها وجود خواهد داشت که باید به دیتاسنتر منتقل شود. به همین خاطر باید داده های به دست آمده از پیش پردازش شوند. یکی دیگر از دلایل موجود برای پیش پردازش داده ها این است که اطلاعات آنالوگ زمانبندی و ویژگی های ساختاری خاصی دارند که موجب می شود برای پردازش آن ها به نرم افزارهای خاصی نیاز باشد. بهتر است داده های آنالوگ در ابتدا به داده های دیجیتال تبدیل شود. این موضوع در مرحله دوم رخ می دهد.

دروازه های هوشمند می توانند عملکرد بهتری نسبت به دروازه های سنتی داشته باشند و عملکرد بیشتری با اضافه کردن قابلیت هایی همچون آنالیتیکس، محافظت از بدافزارها و سرویس های مدیریت داده ها،فراهم آورند. این سیستم ها، تجزیه و تحلیل جریان داده ای را در زمان واقعی ممکن می سازند. اگرچه کسب بینش مورد نیاز کسب وکارها از داده های موجود در دروازه ها فوریت کمتری نسبت به زمانی که به طور مستقیم از ناحیه سنسور/فعال کننده ارسال می شود، دارد اما دروازه ها نیز قدرت پردازشی برای رندر کردن اطلاعات در شکلی که برای سهام داران کسب وکارها بیشتر قابل درک باشد، دارند. هنوز هم دروازه ها، دستگاه های Edge هستند. به همین خاطر  موقعیت و جغرافیای آن ها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. به عنوان مثال یک پمپ را مدنظر قرار دهید. اگر شما 100 واحد پمپ داشته باشید و بخواهید داده ها را پردازش کنید ممکن است در سطح پمپ به داده های فوری دسترسی داشته باشید، اطلاعات را  برای ایجاد نمای جزئی برای امکانات خود تجمیع نمایید و سپس داده های به دست آمده را به دیتاسنترها ارسال کنید تا نمای کاملی کسب کنید. دستگاه های DAS و دروازه ها ممکن است در انواع مختلفی از محیط ها همچون زمین کارخانه یا ایستگاه های موبایلی قرار گیرند. به همین خاطر چنین سیستم هایی معمولا به صورت پرتابل طراحی می شوند تا توسعه آن ها ساده تر باشد و بتوان آن ها را با شرایط دمایی، رطوبتی، گرد و خاک و ارتعاش هماهنگ و منطبق کرد.

 مرحله سوم:دیتاسنتر و ابر

دیتاسنتر به داده های پردازش شده عمیق نیاز دارد. در این شرایط بازخورد نباید سریع و فوری باشد و داده های به دست آمده به دیتاسنتر فیزیکی یا سیستم های ابری یعنی جایی که سیستم های ای تی قدرتمندی در آن وجود دارد و می تواند داده ها را تجزیه و تحلیل نماید، مدیریت کند و به طور امن ذخیره سازی نماید، ارسال می شود. دریافت نتایج از مرحله اول تا چهار، به زمان بیشتری نیاز دارد اما شما می توانید تجزیه و تحلیل عمیق تری را اجرا کنید و داده های سنسور را با داده های حاصل از سایر منبع ترکیب کنید و بینش عمیق تری به دست آورید.

پردازش در مرحله چهارم ممکن است در ابر یا سیستم های ابری هیبریدی باشد اما نوع پردازش اجرا شده در این مرحله صرف نظر از پلتفرمی که مورد استفاده قرار می گیرد، یکسان است.

مرحله چهارم: Edge آی تی

خوب بعد از اینکه داده های مرتبط با اینترنت اشیا دیجیتالی شد و تجمیع گردید، برای رفتن به حوزه آی تی آماده است. با اینحال چنین داده هایی قبل از اینکه وارد دیتاسنتر شود به پردازش بیشتری نیاز دارد. اینجا دقیقا همان جایی است که سیستم های edge IT وارد میدان می شود.  این سیستم ها تجزیه و تحلیل بیشتری را انجام می دهند. سیستم های پردازش edge IT ممکن است در دفاتر ریموت یا سایر موقعیت های لبه قرار گیرند اما عمدتا در داخل تسهیلات یا موقعیت هایی قرار می گیرند که سنسورها در نزدیکی سنسورهای دیگر قرار دارند.از آنجایی که داده های مرتبط با اینترنت اشیا می توانند پهنای باند شبکه را به خود اختصاص دهند و منابع دیتاسنتر را از بین ببرند، بهتر است از سیستم هایی در Edge استفاده شود که می توانند فرایند تجزیه و تحلیل را به گونه ای انجام دهند که محدودیت های زیرساخت های آی تی مرکزی را کمتر می کند. اگر تنها یک  لوله داده ای بزرگ در دیتاسنتر خود دارید به ظرفیت بالایی نیاز خواهید داشت. در این شرایط ممکن است با مشکلات امنیتی، مشکلات ذخیره سازی و تاخیر در پردازش داده ها روبرو شوید.

به کمک رویکرد مرحله بندی شده، می توانید از پیش داده ها را پردازش کنید و نتایج معناداری تولید نمایید و آن را انتقال دهید. به عنوان مثال به جای عبور دادن داده های ارتعاش جدید برای پمپ ها، می توانید داده ها را تجمیع و تبدیل کنید، آن ها را تجزیه و تحلیل نمایید و تنها هشدارهایی را به هنگام از کار افتادن دستگاه یا نیاز به سرویس، ارسال نمایید. اجازه دهید نمونه دیگری را با هم مورد بررسی قرار دهیم . شما ممکن است از یادگیری ماشینی در Edge برای اسکن موارد غیر طبیعی استفاده کنید. در این شرایط ممکن است مشکلات مرتبط با حفظ و نگهداری را پیدا کنید که  نیازمند اقدام فوری است. در این شرایط می توانید از فناوری تجسم بصری برای نمایش آن اطلاعات استفاده کنید که از داشبوردها، نقشه ها و نمودارهای قابل درک بهره می برد. سیستم های رایانشی ادغام شده همچون زیرساخت های بیش از حدسازگار، برای این وظایف بسیار ایده آل هستند زیرا می توانند بسیار سریع عمل کنند و به طور ریموت توسعه یابند و مدیریت شوند.

زندگی بر روی لبه

رویکرد چهار مرحله ای برای زیرساخت های اینترنت اشیا و پردازش داده ها نیازمند سطح جدیدی از مشارکت به خصوص جداسازی بین این مراحل است. اگر شما متخصص فناوریهای عملیاتی هستید، باید برای کار با متخصصان آی تی خود را آماده کنید. اگر متخصص ای تی هستید خود را برای فعالیت نزدیک با متخصصان فناوری های عملیاتی آماده نمایید. در نهایت، این دو عملکرد با گسترش حوزه اینترنت اشیا همپوشانی خواهند داشت. متخصصان آی تی می توانند مهارت های مورد نیاز برای اینترنت اشیا را با  آغاز یک سری فرایندهای کوچک و کار با متخصصان دامنه برای شناسایی منابع داده های ارزشمند، ایجاد نمایند.آیا درک شرایط عملیاتی یک دستگاه می تواند به اجرای طرح های موثرتر چرخه نگهداری کمک کند؟  توسعه دانش شناختی در مورد نوسانات دمای هوا در انبار به بهبود ذخیره سازی محصولات کمکی خواهد کرد؟ سرمایه گذاری بر روی سنسورها و دستگاه های لبه می تواند به برداشت داده های مفید کمک کند. زیرساخت ها را طراحی کنید و سپس مطمئن شوید که پروژه شما نتایجی که کسب وکار نیاز دارد را تولید می کند. اینترنت اشیا همچنان به تغییر شکل ساختار تجاری، صنعتی، علمی و مهندسی  در روش های عمیق و غیر قابل پیش بینی ادامه می دهد. در انقلاب علمی قرن هفدهم، ابزارهای تازه اختراع شده دسترسی انسان ها به حوزه میکروسکوپی و نجوم را گسترش داد. اینترنت اشیا نیز ابزاری است که شما را قادر خواهد ساخت  فناوری های هوشمند را به دنیای داده ای اشیا متصل سازید. اجرا و کاربرد اینترنت اشیا در زیرساخت های آی تی، تاثیر زیادی بر روی ان خواهد داشت.