هندسة إنترنت الأشياء

منذ عام تقريبًا ، بدأت في نشر سلسلة من المقالات حول بنية حلول إنترنت الأشياء. (رابط إلى المقال الأول habr.com/en/post/420173 ). وأخيرا ، فإن المادة الثانية من سلسلة يذهب إلى المحكمة الخاصة بك.


تبدو مشاريع إنترنت الأشياء متشابهة ، وصحيح أنها تشترك في مكونات مشتركة. ولكن في الوقت نفسه ، فإن لمشاريع إنترنت الأشياء اختلافات جوهرية ، بدءًا من طلب السوق وفئات المهام التي يتعين حلها.

من الواضح أن تطوير كل حل "من البداية" غير فعال للغاية. يمكن إعادة استخدام العديد من المكونات وفقًا لمبدأ أنماط البرمجة.

في هذه المقالة ، سنقوم بتحليل الفئات المختلفة من حلول إنترنت الأشياء وتطبيقاتها. نتيجةً لذلك ، سيتم تقديم توصيات بشأن خطوات تنفيذ بنية إنترنت الأشياء وسنحاول تسليط الضوء على الاتجاهات العامة لحلول إنترنت الأشياء.

سنحاول أيضًا صياغة مجالات المشكلات الرئيسية ، والتي من الجدير بالذكر أن الأمر يستحق البدء في إنشاء بنيات لحلول إنترنت الأشياء المحددة ومجالات المشاكل المحتملة للبنى.

تطبيقات إنترنت الأشياء

يوجد اليوم تقسيم إلى ثلاث مناطق جغرافية رئيسية لتطبيق حلول إنترنت الأشياء:

أوروبا

يدرس سوق إنترنت الأشياء في أوروبا المشاريع المتعلقة بحفظ الموارد الطبيعية. مثال نموذجي هو إضاءة النهار / الليل ، أتمتة التدفئة ، إدارة المياه ، إنذار الحريق.

منطقة الشرق الأقصى

في هذا السوق ، الأولوية الأولى لحلول إنترنت الأشياء هي الأمن. التطبيقات النموذجية هي الكاميرات التي تكتشف المواقف غير العادية على الطريق والنقل والمنزل. المجال الرئيسي الثاني هو حلول الأمن والوقاية من الكوارث ، مثل النشاط الزلزالي ، والأعاصير ، والأعاصير ، وموجات التسونامي.

سوق أمريكا الشمالية

مشاريع إنترنت الأشياء التي تهدف إلى تحسين العمليات التجارية ، مثل تحسين النقل والتوصيل الفعال للبضائع ، وكذلك عناصر من المنازل والمدن الذكية ، يتم تمثيلها بشكل رئيسي في هذا السوق.

بطبيعة الحال ، تتغلغل حلول إنترنت الأشياء من سوق إلى أخرى وليست صلاحيات حصرية. في كل منطقة ، يمكننا أن نجد جميع فئات حلول إنترنت الأشياء. من المهم بالنسبة لنا تصنيف هذه الفئات من منتجات إنترنت الأشياء الموجودة في الأسواق العالمية اليوم. فيما يلي قائمة بمثل هذه الفئات من حلول إنترنت الأشياء:

• المدينة الذكية. تتمثل المهام الرئيسية في إدارة وتنظيم حركة مرور السيارات ، وإضاءة الشوارع ليلًا ونهارًا ، والتحذير من المخاطر للمشاة ، وتحديد المواقف غير الخطرة والخطيرة في المدينة.
• المنزل الذكي. المهام الرئيسية هي الأمن ، جرس الباب الذكي ، التحكم في التلفاز والمطبخ ، أنظمة الري والإضاءة الأوتوماتيكية ، الحريق ، تسرب المياه ، وأجهزة الإنذار لدرجة حرارة المنزل.
• الطقس والكوارث الطبيعية. معلومات الأرصاد الجوية ، النشاط الزلزالي ، مكافحة الحرائق. توقعات الطقس.
• تعظيم الاستفادة من الموارد في المنزل ، المدينة ، البلد. الإضاءة والكهرباء والتدفئة والتحسين والتنبؤ باستخدام ، على سبيل المثال ، الوقود في محطات توليد الطاقة.
• تحسين النقل والتسليم والتخزين والفرز. تستخدم شركات مثل DHL و FedEx الحل لبناء طرق نقل مثالية. محطات التخزين والفرز في المطارات الرئيسية.
• مراقبة المصنع والتحكم ، وإدارة خط ناقل. السيطرة على الروبوتات. فرز البضائع والمواد الخام واختبار المنتجات النهائية.
• آليات متطورة ، أجهزة ذات تقنية عالية ، مثل السيارات الحديثة ، الطائرات ، إلخ. نظام التحكم الآلي ، الحماية من السرقة ، التحكم في وحدات النظام. التعرف على الوجه والجسم للسائق لمنع النوم ، وفقدان الاهتمام. التنبؤ بصيانة واستبدال مكونات النظام.

هندسة إنترنت الأشياء

طوبولوجيا عامة لحلول إنترنت الأشياء

يوضح الشكل أدناه بنية الطبقات في حلول إنترنت الأشياء. يختلف طوبولوجيا إنترنت الأشياء عن نموذج الطبقة التقليدية مثل OSI. هذا ليس رسم بياني خطي أو أكثر تعقيدًا. بعض المكونات اختيارية وقد لا تكون متاحة في فئة معينة من الحلول. يمكن أن يوجد نوعان من المنطق - M2M (من سيارة إلى أخرى) و M2P (من سيارة إلى أخرى) ، بالإضافة إلى حالات أكثر تحديداً مثل C2C (من سيارة إلى أخرى ، عادة في خلية اتصالات محمولة LTE واحدة).

يحتوي حل إنترنت الأشياء على موقعين فعليين - الأول هو الأجهزة الطرفية (الطرفية) ، والثاني في مركز بيانات Backend على الخوادم أو في السحابة. في الوقت نفسه ، هذه ليست بنية تطبيق عميل خادم كلاسيكية ، كما سنرى لاحقًا.



أدناه سنقوم بتحليل كل مستوى على حدة ومقارنة ميزاته بالفئات الفعلية لحلول إنترنت الأشياء.

الطبقة المادية - الطبقة المادية

يمثل هذا المستوى نوعين من العمليات - جمع المعلومات (مجسات) وأداء الأعمال الميكانيكية (الآليات التنفيذية).

يمكن تقسيم أجهزة الاستشعار إلى الفئات التالية:

• أجهزة الاستشعار:
  
  
  • ضوء: صور الثنائيات / الترانزستورات / المقاومات ، كاشفات شرطة التدخل السريع
  • الصوت: الميكروفونات ، وأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية
  • مفاتيح ، وخاصة مفاتيح الحد ، وتسجيل النقاط القصوى للحركة الميكانيكية. قياس زاوية الدوران أو سرعة الدوران.
  • أجهزة الاستشعار الكهرومغناطيسية قياس التغيرات في الخصائص الفيزيائية ، مثل السعة الكهربائية ، والحث ، والمقاومة.
• مجسات معقدة أو مركبة. وتشمل هذه أجهزة الاستشعار المتخصصة ، مثل الغاز والطيف ، وما إلى ذلك ، وكذلك نوع منفصل من جهاز جمع المعلومات التي تكتسب زيادة التطبيق - كاميرات الفيديو.

في حلول إنترنت الأشياء ، العناصر المادية لها متطلبات مشتركة معينة:

• أدنى سعر ممكن نظرًا للكمية العالية في حل إنترنت الأشياء.
• بطارية تعمل بالطاقة ، والتي بدورها تتطلب انخفاض استهلاك الطاقة. الطلب في السوق اليوم هو تشغيل الأجهزة الطرفية دون صيانة من 1 إلى 10 سنوات.
• غالبًا ما توجد في الأماكن التي يتعذر الوصول إليها والبعيدة مع الحد الأدنى من تكاليف التركيب والصيانة.
• في حالة استخدام كاميرات الفيديو ، تتم معالجة الصور الأساسية باتخاذ القرارات على أساس الذكاء الاصطناعي

تقوم مشغلات حلول إنترنت الأشياء بفتح أقفال أبواب المدخل والمحركات المشغّّلة و selsyn وتشغيل وإطفاء الأنوار والتدفئة والمياه والغاز وما إلى ذلك. لا توجد تغييرات كبيرة في تنفيذ المحركات. لذلك ، لن تتم تغطية هذا الجزء من حل إنترنت الأشياء في هذه المقالة.

فيما يلي جدول للطبقة المادية في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

يمكننا تلخيص مشكلتين لمتطلبات الطبقة المادية:

• انخفاض استهلاك الطاقة. مطلوب مستوى عال من التكامل مع الطبقات العليا.
• استخدام كاميرات الفيديو. كما يتطلب درجة عالية من التكامل مع مستويات أعلى ووظائف AI / ML مدمجة تنفذ في الجهاز المحيطي.

طبقة الحافة - مستوى الحوسبة الطرفية

يرتبط هذا المستوى عادة بمستشعر أو مشغل واحد. يوفر الحد الأدنى من الوظائف لتحويل المعلومات التمثيلية إلى رقمية و / أو العكس. لتوصيل أجهزة الاستشعار ، هناك نفس متطلبات استهلاك الطاقة والسعر. العديد من الشركات المصنعة التي تنتج هذه الأنواع من الأجهزة ليس لديها معيار واحد لطراز البيانات والتكوين والتشغيل ، مما يخلق مشاكل تكامل فردية.

لتقليل استهلاك الطاقة ، عادة ما يكون للأجهزة الطرفية أربعة أوضاع للتشغيل:

• وضع السكون
• قياس وجمع المعلومات من أجهزة الاستشعار
• طريقة الاتصال ونقل واستقبال المعلومات
• وضع التثبيت والاتصال

ما يلي هو مخطط كتلة للجهاز المحيطي.

يجمع الجهاز المحيطي عادةً بين ثلاثة مستويات: الحوسبة المادية ، والحوسبة الطرفية ، والاتصالات. تتمثل الوظيفة الرئيسية لمستوى الحوسبة الطرفية في ETL (الاستخراج والتحويل والتحميل) المحلي - تلقي المعلومات وتحويلها وحفظها من المستشعرات. هذا المستوى مسؤول ليس فقط عن جمع المعلومات من المستشعر ، ولكن أيضًا عن نقلها إلى شكل قياسي ، وتداخل التصفية ، والتحليل الأولي والتخزين المحلي.

يوضح الجدول أدناه مستوى الحوسبة الطرفية في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

لذلك ، المتطلبات الرئيسية لمستوى الحوسبة الطرفية:
انخفاض استهلاك الطاقة. يمكن تحقيق ذلك من خلال الأجهزة منخفضة الطاقة وخوارزميات Sleep / WakeUp. في كثير من الأحيان وجود عنصر محلي من الذكاء الاصطناعي.

طبقة الشبكة المحلية - طبقة الاتصال الطرفية

نقل البيانات هو الجزء الأكثر كثافة في استخدام الطاقة من الأجهزة الطرفية ، كما معظم الأجهزة الطرفية غير متصلة بالتيار الكهربائي والاتصالات السلكية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحديد موقع الأجهزة الطرفية بعيدًا عن البوابة (ضمن بضعة كيلومترات). من ناحية أخرى ، فإن كمية المعلومات المنقولة عادة ما تكون صغيرة جدا. تستخدم البروتوكولات التالية على مستوى الاتصال المحيطي:

• زيجبي / زواف
• بليه
• لورا
• الفرقة منخفضة الملكية

تستخدم Ad Hoc و Mesh اليوم على نطاق واسع في هذا المستوى لزيادة المسافة والموثوقية.

لأغراض التكوين ، يمكن أيضًا استخدام بروتوكول NFC. أثناء التثبيت الأول و / أو الصيانة ، يمكن لمهندس الخدمة مع تطبيق الهاتف المحمول الاتصال بجهاز طرفي من خلال طبقة اتصال طرفية. في بعض الأحيان ، يتم أيضًا استخدام كود Q- المطبوع على جهاز طرفي للمصادقة.

يوضح الجدول أدناه مستوى الاتصال المحيطي في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

طبقة البوابة - مستوى البوابة

هناك عدة أسباب لوجود طبقة بوابة في حل إنترنت الأشياء:

• إذا تلقت Backend معلومات أولية ، فستزيد من قوتها وستكون التكاليف مرتفعة للغاية.
• لا يمكن لـ Backend ضمان الاستجابة في الوقت الفعلي لعدد كبير من الأجهزة الطرفية.
• نظرًا للقيود الأمنية ، لا يمكن إرسال بعض المعلومات إلى Backend ولا يمكن مراقبتها بشكل مستمر من قبل البشر. تتضمن هذه المعلومات بيانات من كاميرات مراقبة الشوارع والمعلومات الطبية ، إلخ.

يجب أن توفر البوابة الوظائف الأساسية التالية:

• تنفيذ المستوى الثاني من ETL من الأجهزة الطرفية الخاصة بهم.
• قم بإصلاح الموقف الحرج واعطاء رد فعل محلي ، حتى بدون التواصل مع BackEnd. يمكن مقارنة ذلك بإشارات نبضات قلب الشخص أو التنفس الرئوي دون مشاركة الدماغ.
• التواصل مع Backnd. يرسل المعلومات التي تمت معالجتها من الأجهزة الطرفية إلى الخادم ويتلقى بيانات التكوين للأجهزة الطرفية.
• حفظ المعلومات حول حالة الأجهزة الطرفية ، والبيانات التي تم جمعها من قبلهم.

في بعض الحالات ، يجب أن تكون وظيفة AI / ML (الذكاء الاصطناعي / التعلم الآلي) موجودة على مستوى البوابة. يتم تشغيل جهاز البوابة بشكل أساسي بواسطة التيار الكهربائي أو يحتوي على بطارية مدمجة كبيرة ، ولكن بعض الحلول تتطلب أيضًا انخفاض استهلاك الطاقة. في هذه الحالة ، تنشأ مشكلة إضافية - بروتوكول التزامن للاتصال بالجهاز المحيطي. يجب أن يرسل أحدهم (البوابة أو الجهاز المحيطي) رسالة "جاهز للتواصل" أكثر من أن يكون الجهاز الآخر جاهزًا للاتصال. يعتمد الاختيار على إجمالي استهلاك الطاقة لكل جهاز والوقت المطلوب دون صيانة.

اليوم ، نقوم بزيادة عدد التطبيقات التي تحتوي على مصدر للمعلومات في شكل كاميرا فيديو. في هذه الحلول المحددة ، يمكن دمج Gateway and Edge معًا. أصبحت وظيفة AI / ML في مثل هذه التطبيقات شائعة جدًا. مع مسرعات ذكاء الجهاز الجديدة للأنظمة المدمجة ، أصبح هذا الحل حقيقة واقعة.
بشكل منفصل ، ينبغي أن يقال عن بوابات حلول المنزل الذكي. غالبًا ما يتم دمج بوابة في هذا النوع من الحلول مع أجهزة STB - محولات التلفزيون أو مع وحدة تحكم أمان المنزل. يوجد بالفعل نظام أساسي مفتوح RDK-V للتكامل الأول. في المستقبل القريب ، يجب أن نتوقع المزيد من التكامل بين المكونات الثلاثة - بوابة + STB + الأمن في جهاز واحد. ومن المحتمل أيضًا أن تتضمن ميزة NAS (تخزين الملفات المحلي) وخدمات AI / ML للتعرف على الفيديو / الصوت. تعتمد أجهزة التعرف على الصوت ، مثل Alexa ، على البنية الأساسية للسحابة ، ولكن من المرجح أن يتم التعرف الأولي على المستوى المحيطي.

يوضح الجدول أدناه مستوى البوابة في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

طبقة الشبكة العريضة - طبقة الوصلة الخارجية

تفصل هذه الطبقة الأجزاء الطرفية والجزء الخلفي من الحل الكلي. تتصل البوابة بشكل أساسي بـ BackEnd باستخدام الاتصال اللاسلكي المحمول ، مثل 4G / 5G ، ولكن في بعض الأحيان يتم استخدام الوصول إلى الإنترنت السلكي. تحتوي الطبقة المنطقية للاتصالات الخارجية على بروتوكول موحد لحلول إنترنت الأشياء يسمى LvM2M. تم تصميم بروتوكول LvM2M للوصول إلى كل جهاز طرفي ، ولكن نظرًا لأن العديد من البائعين المحيطيين لا يدعمون واجهات LvM2M ، يمكن لجهاز العبّارة حل هذه المشكلة وإنشاء مجمّع للتواصل مع الأجهزة الطرفية.

تحتوي طبقة الاتصال الخارجي أيضًا على خدمات اتصال وطرز ISO داخل نفسها. يتضمن موازنة DNS وخدمات الموقع وبروتوكول نقل COAP وتشفير DTLS والعديد من المكونات الأخرى الخارجة عن نطاق هذه المقالة.

تعليق مهم واحد يجب أن نقدمه هنا. يستخدم بروتوكول LvM2M بروتوكول تشفير DTLS. بروتوكول DTLS هو بروتوكول مع مفاتيح الأمان وجلسة مصافحة. وهو يعمل على أساس نقطة إلى نقطة. لفك تشفير حزم DTLS ، يجب أن نستخدم مثيل Back End نفسه الذي كان لدينا خلال جلسة الاتصال. هذا يمثل مشكلة بالنسبة إلى Load Balancer ، والذي يعد جزءًا من طبقة الأمان في دائرتنا. موازن الحمل ، بدوره ، ضروري للتحجيم التلقائي عند تحميل النظام العالي. لتجنب هذا القيد ، يتم استخدام DNS بمثابة موازن التحميل. يتلقى كل استعلام DNS N عنوان IP جديد لمثيل مستوى الأمان.

فيما يلي جدول بمستوى الاتصال الخارجي في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

Security Layer —

توفر هذه الطبقة AAA (المصادقة والترخيص والمحاسبة) ووظائف التشفير / فك التشفير إلى جانب الخدمات الأخرى المرتبطة بالإنترنت. لدى All Cloud تطبيقات أمنية خاصة بها ، لكن وظيفتها كلها مبنية على مبدأ الأدوار والأذونات. كما هو مذكور في الفقرة أعلاه ، تعمل هذه الطبقة أيضًا كجهة فاصل للاتصال المشفر DTLS.

يحتوي Endend Connectivity to Backend أيضًا على مكون طبقة أمان.
يوضح الجدول أدناه مستوى الأمان في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

Middleware Layer —

توفر هذه الطبقة وظيفة السحابة الداخلية مع موازنة التحميل وقائمة انتظار الرسائل وتدفقها. يجب تكرار مكونات هذه الطبقة وتحجيمها تلقائيًا. يتم تنفيذ المستوى بشكل أساسي على أساس خدمات microservices أو PaaS من موفري Cloud. ينبع هذا الشرط من نموذج القفزات والانخفاضات في حجم البيانات. القياس التلقائي يقلل من تكلفة تنفيذ الواجهة الخلفية. قد يكون التنفيذ الفعلي للخدمة مختلفًا ، ولكن يظل المبدأ العام واحدًا - وهو توفير نقل الرسائل غير المتزامن مع التخزين المؤقت وموازنة التحميل. وبهذه الطريقة ، يمكن لمكونات Backend المختلفة القيام بعملها بشكل مستقل والقياس أفقياً حسب الحمل.

يوضح الشكل مخطط كتلة تخطيطي لأنماط الاتصال داخل الخادم. Load Balancer مصمم لتوزيع الحمل بين الخدمات المختلفة. قائمة الانتظار - توفر قوائم الانتظار التخزين المؤقت الوسيطة للخدمات التسلسلية غير المتزامنة. المشتركون - يشترك المستلمون في قوائم الانتظار المقابلة لمنطقهم لتلقي الرسائل بالتتابع بعد معالجة الرسائل السابقة.

يوضح الجدول أدناه مستوى الاتصال داخل الخادم في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

طبقة Etl - مستوى جمع البيانات ومعالجتها وتخزينها

مستوى ETL الداخلي (الاستخراج والتحويل والتحميل) هو ثالث عملية ETL. الأول كان في الجهاز المحيطي ، والثاني في البوابة. Back End ETL تقوم بجمع البيانات من جميع الأجهزة الطرفية والبوابات وهي مسؤولة عن العمليات التالية:

• جمع المعلومات
• جلب المعلومات إلى طريقة العرض القياسية

يظهر المخطط العام لتنفيذ هذه الطبقة في الشكل. تتضمن عملية جمع البيانات (استخراج) قراءة المعلومات من قوائم الانتظار ذات الصلة. يمكن إجراء عملية التحويل عن طريق الخدمات السحابية المتخصصة ، مثل Lambda ، أو عن طريق الحوسبة داخل الحاويات والأجهزة الظاهرية فقط. كل من الأساليب المذكورة أعلاه لها خصائصها الإيجابية والسلبية. على سبيل المثال ، تعتبر خدمة Lambda ملائمة للأتمتة الكاملة تقريبًا ، ولكن لديها وقت إنشاء كبير وبالتالي فهي غير قابلة للتطبيق إذا كان مطلوبًا رد فعل سريع على الأحداث التي تنشأ. Lambda أيضًا غير مناسب للمعالجة المستمرة ، حيث يتم تحصيل رسوم مقابل وقت الاستخدام. الخدمة الأكثر استخدامًا هي الحوسبة في حاويات. فهي قابلة للتطوير بسهولة ويتم نقلها بسهولة إلى BackEnds المختلفة.الهدف الرئيسي من هذه العملية هو نقل البيانات إلى نموذج مناسب للتخزين والفرز والبحث. للقيام بذلك ، غالبًا ما يتم دمج البيانات من رسائل مختلفة وحتى قوائم الانتظار.

عمليات التخزين (التحميل) مخصصة للتخزين والفرز واسترجاع المعلومات اللاحقة. اعتمادًا على نوع المعلومات والخيارات لاستخدامها ، يتم استخدام أدوات متنوعة. إذا لم يكن للبيانات نظام صارم (أعمدة الجدول) ، فسيتم تخزينها في قواعد بيانات NoSQL. ومع ذلك ، إذا كان يمكن تنظيم البيانات بواسطة مخطط ثابت ، فسيتم استخدام أنواع قواعد بيانات SQL. لدى الأخير ، بدوره ، نوعان - OLTP (معالجة المعاملات عبر الإنترنت) و OLAP (المعالجة التحليلية عبر الإنترنت). كما يوحي الاسم ، يكون النوع الأول أكثر ملاءمة لعملية ETL نفسها - كتابة قيم جديدة في قاعدة البيانات ، في حين أن النوع الثاني أكثر ملاءمة للبحث عن البيانات وتحليلها. لذلك ، غالبًا ما يتم نسخ البيانات إلى OLAP بعد تنزيلها إلى قاعدة بيانات OLTP. هناك مواقف عندما تكون البيانات غير ملائمة أو يتعذر تخزينها في قواعد البيانات ،على سبيل المثال ، كسجل ، يتم تسجيل هذه البيانات في دلو ، ويتم تخزين البيانات الوصفية للسجلات في قواعد البيانات. لتقليل تكاليف التخزين ، يتم أرشفة البيانات القديمة أو حذفها. والمكون الأخير من هذا المستوى هو الإخطار الداخلي حول توفر البيانات المخزنة الجديدة للعرض التقديمي للعملاء وخدمات التحليل.

فيما يلي جدول بمستوى التجميع والمعالجة والتخزين في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

البيانات الكبيرة والطبقة التحليلية - طبقة التحليلات

يعتمد على تطبيق إنترنت الأشياء المحدد. سوف تستخرج البيانات الضخمة والمستوى التحليلي المعلومات الظرفية من مجموعة الأجهزة الطرفية بأكملها. هذا الجزء أقل توحيدًا ، لأنه يختلف تمامًا عن تطبيق واحد إلى آخر بسبب اختلاف حل المشكلات. كما تستخدم خوارزميات AI / ML على نطاق واسع في هذه الطبقة.
الفئة المنفصلة هي التنبؤ بالأحداث المستقبلية ، مثل الأجزاء الضرورية في المستودع ، واستهلاك الموارد المستقبلية ، والطقس ، وما إلى ذلك.

يوضح الجدول أدناه مستوى التحليلات في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

Notification layer —

قد يكون هناك العديد من المكونات في هذا المستوى ، ولكن تحتوي جميعها على خوارزمية إشعار اشتراك. يشترك تطبيق العميل في الأحداث الضرورية ، وعندما يحدث ذلك ، يتلقى إشارة معلومات - إشعار. هذه هي أساسًا تطبيقات البريد الإلكتروني وعملاء الأجهزة المحمولة ، وعدد أقل من المكالمات الهاتفية (تُستخدم لتنبيهات الطوارئ). يتم فرض تطبيق الهاتف المحمول على الدخول في وضع السكون لاستهلاك الطاقة ، لكن iOS و Android لديهما آلية إعلام تشير إلى وصول بيانات جديدة.

يوضح الجدول أدناه مستوى الإشعار في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

Presentation Layer —

يمكن أن يحتوي تطبيق إنترنت الأشياء على دفقين: M2M (من آلة إلى أخرى) و M2P (من آلة إلى أخرى). طبقة العرض التقديمي المرتبطة بدفق M2M ، حيث يعالج Back End المعلومات ويوفرها إلى عميل أو مهندس دعم. اليوم لا يوجد تمثيل موحد لـ UI / UX لهذا المستوى ، لكنني آمل أن يظهر في المستقبل القريب.

طبقة العرض التقديمي مسؤولة أيضًا عن الحفاظ على حالة النظام وتكوينها وتغييرها ، بما في ذلك الأجهزة الطرفية والبوابات. ويشمل أيضًا أوامر للتحكم في مشغلات الأجهزة الطرفية.

يوضح الجدول أدناه مستوى العرض التقديمي في فئات مختلفة من حلول إنترنت الأشياء:

طبقة التكوين - مستوى التكوين

ينطبق هذا المستوى على كلتا التدفقات - M2M و M2P ويعمل كمخزن لثلاثة أنواع من حالات الأجهزة الطرفية:

• الوضع الحالي للجهاز المحيطي
• , .
• — . .

يمكن أن يكون للجهاز المحيطي وحتى البوابة وقت اتصال قصير بالواجهة الخلفية. ناقشنا هذا في وقت سابق. يتم تخزين أي تغيير في الحالة من عميل أو نظام على هذا المستوى ، ويتم إرساله إلى البوابة أو الجهاز المحيطي أثناء وقت الاتصال.

لتنفيذ هذا المنطق ، عادةً ما يتم تنفيذ عملية الاتصال التالية:



إذا كانت البوابة موجودة في نظام نقل المعلومات ، فسيتم إرسال معظم المعلومات من الأجهزة الطرفية إلى جزء الخادم في شكل حزم بيانات تم جمعها من العديد من الأجهزة الطرفية.

يوضح الجدول أدناه مستوى التكوين لمختلف فئات حلول إنترنت الأشياء:

النتائج وكيفية بناء بنية حلول إنترنت الأشياء.

لتلخيص ما ورد أعلاه. تتم ملاحظة اتجاهات التطوير التالية في حلول إنترنت الأشياء:

• يتم تقسيم أجهزة الاستشعار إلى 2 مجموعات:
  
  • بسيطة ورخيصة ، بأقل استهلاك ممكن للطاقة. سرعة منخفضة ونقل معلومات عالية المدى. هذه هي في الواقع أجهزة لمرة واحدة غير قابلة للخدمة.
  • بناء على كاميرا الفيديو. تم دمج الجهاز مع جهاز كمبيوتر محيطي. لديها آليات مدمجة للتعرف على الأنماط واتخاذ القرارات الأساسية.
• ETL — , backend. , , — .
• , . . — LvM2M.
• Backend Cloud. AWS.
• , WEB . . .

من أين نبدأ في بناء حل معماري إنترنت الأشياء؟ لا يوجد نهج واحد للإجابة على هذا السؤال. وهنا سأقدم رأيي الشخصي:

1. حدد نموذج البيانات الذي يمكننا الحصول عليه من البوابة ، أي نقل إلى الخلفية.
2. تحقق من الأجهزة الطرفية التي يمكنها جمع البيانات وكيف ينبغي معالجتها لإحضارها إلى النموذج الذي ترسله البوابة.
3. تحقق من متطلبات الأجهزة الطرفية - المسافات ، كمية المعلومات ، استهلاك الطاقة ، إلخ.
4. حدد جهاز الحوسبة المحيطي المناسب ، وموقعه بالنسبة لأجهزة الاستشعار ، وبروتوكول عملهم.
5. حل بنية الجزء السحابي ، بما في ذلك:
   
   
   • سلامة
   • تقاسم الحمل
   • سحابة نقل البيانات غير المتزامنة
   • عناصر التخزين والشكل ودورة حياة البيانات
   • بناء رسم بياني لنقل معلومات النظام
   • بناء نماذج تحليلية ، مكون AI / ML
   • تطوير أنواع ومحتوى الإخطارات
   • إعداد التكرار وقابلية التوسع التلقائي للخدمات
   • تقدير التكلفة وتحسينها
6. تصميم واجهة المستخدم / UX للعملاء المتنقلين
7. بناء ملاحظات البيانات الطرفية

آمل أن تكون هذه المقالة مفيدة ، على الأقل في المقدمة الأولى لمشاريع إنترنت الأشياء. في المستقبل ، سأحاول تقديم تطبيقات محددة لحلول إنترنت الأشياء.