ארכיטקטורת IoT: 4 שלבים לבניית מערכת IoT בת-קיימא

למרות שהמונח 'Internet of Things' עשוי לשמש לעתים קרובות מדי ונשמע מעורפל מדי כאשר מיישמים אותו על כל רשת שמחברת – נניח – מכשירי בית, זה למעשה שם שיש לו משמעות והיסטוריה מאחוריו. שוחחתי על כך עם Marcin Sikorski, שעובד כ-Lead QA Automation Software Engineer ב-Spyrosoft, בראיון האחרון בבלוג. תוכלו לקרוא אותו כאן: Introduction toאינטרנט של הדברים: ראיון עם Marcin Sikorski.

היום ברצוני להעמיק מעט ולחקור את הארכיטקטורה של IoT. השאלות שאענה עליהן במאמר זה הן:

כיצד בונים מערכת IoT בת-קיימא?

• מהם המרכיבים החיוניים שלו?
• מה לכלול ומה להשמיט בארכיטקטורת IoT?
• בואו נחקור זאת יחד להלן.

מהי ארכיטקטורת IoT?

עד כמה ש'האינטרנט של הדברים' נשמע כמו סיסמה שיווקית ולעיתים קרובות נתפס כפתרון לכל הבעיות העסקיות והטכנולוגיות שלכם, זהו אחד מאותם מושגים הדורשים תכנון קפדני, ושבהם ההתקדמות אינה מתרחשת בקפיצות ענק אלא בשינויים זעירים המיושמים באופן הדרגתי.

כאשר חושבים על ארכיטקטורת IoT באופן כללי, ניתן לדמיין אותה כמכונה עם גלגלי שיניים מרובים שעליהם לפעול יחד כדי שהמערכת כולה תפעל כמתוכנן. יש לשים לב שבעת התכנון, יש לכלול לא רק את הרכיבים הפיזיים, אלא גם את פורמטי הנתונים שישמשו, נהלים ארגוניים, ההקשר העסקי של המערכת, ורכיבים נוספים בארכיטקטורת IoT כמו מחשוב edge/fog, שכבת עסקים, שכבת אבטחה, פלטפורמות מאובטחות, עיבוד נתונים ומרכיבי בטיחות. הבנת ארכיטקטורת IoT חיונית לפריסה אפקטיבית של פתרונות IoT בתעשיות שונות.

ככלל, וכדי לתפקד ללא תקלות, ארכיטקטורת ה-IoT חייבת לכלול את 4 אבני הבניין הבאות:

• יכולת הרחבה
• תחזוקתיות
• פונקציונליות
• זמינות

כל אלה חיוניים, כאשר מדרגיות נחשבת לחשובה ביותר עבור ארגונים צומחים עם מספר הולך וגדל של פרויקטים שיש לנהל באמצעות ארכיטקטורת IoT.

4 שכבות של ארכיטקטורת IoT

כאשר מתחילים להרכיב מערכת Internet of Things, ישנם 4 שלבים של ארכיטקטורת IoT שיש לכלול. שלבים אלה מקיפים שכבות ארכיטקטורה ורכיבים שונים החיוניים לתשתית IoT איתנה. יש לציין כי שכבות אלה מייצגות גם את תהליך עיבוד הנתונים.

חיישנים, בקרים ומכשירי IoT

ניתן לתאר שכבה זו גם ככל ההתקנים הפיזיים המחוברים לרשת. זה יכול לכלול, בין היתר, חיישנים שאוספים נתונים כגון טמפרטורה, תנועה ואיכות אוויר, ובקרים שניתן להשתמש בהם כדי לכוון את התקני ה-IoT ולשלוח להם בקשות. אלה יכולים לשנות את המציאות הפיזית – כלומר, הם יכולים לפתוח דלתות, להפעיל אזעקות במקרה של שריפה או פגיעה ברכוש, או לעצור קו ייצור. לאחר שהחיישנים אוספים את הנתונים, הם יכולים לשלוח אותם לרשת לעיבוד.

שכבת רשת

שכבת הרשת מיוצגת על ידי מערכות רכישת נתונים (DAS) ושערים. מערכות רכישת נתונים אלו משמשות לצבירה ולהמרה של נתונים גולמיים לפורמטים נגישים לכל שכבות המערכת. צבירת נתונים מבטיחה את העברת הנתונים החלקה מהתקני החישה לרכיבים אחרים במסגרת. שערים פועלים כשכבת חיבור בין החיישנים לאינטרנט, אך הם יכולים גם לבצע פונקציות בסיסיות כגון סינון נתונים ומניעת תוכנות זדוניות.

שכבת יישומים ועיבוד נתונים

שכבה זו מורכבת מכל אלמנט שעושה שימוש בנתונים שנאספו בכל צורה שהיא, כולל שכבת המחשוב בקצה (Edge Computing), המאפשרת עיבוד וניתוח נתונים מהירים יותר. בנוסף, שכבת אפליקציית ממשק המשתמש ממלאת תפקיד מכריע בארכיטקטורת IoT בכך שהיא מאפשרת למשתמשים לתקשר עם המערכת באמצעות אפליקציות המיועדות לבתים חכמים.

אלה יכולים להיות כלי למידת מכונה, טכנולוגיית ויזואליזציה של נתונים או מערכת חיצונית הבוחנת ומעריכה את כל המתרחש במפעל או בנכס ציבורי. שכבה זו כוללת גם יישומים היכולים לשלוח מידע להתקני IoT או לנהל אותם בכל דרך שהיא.

ענן או מרכז נתונים

כאן מאוחסנים הנתונים המעוצבים והמעובדים כראוי וניתן לנתח אותם הלאה. אחסון נתונים יעיל הוא קריטי לניהול נפחי נתונים משמעותיים ולהבטחת אינטגרציה חלקה עם מערכות אחרות. חשוב גם להבטיח שכל ההתקנים, החיבורים והנתונים המאוחסנים מאובטחים בתוך מערכות IoT. משמעות הדבר יכולה להיות גם שיש לספק לענן או למרכז הנתונים מידע ממקורות אחרים מחוץ למערכת ה-IoT. בהתאם לנפח הנתונים שעליך לשמור ולעבד, שימוש בענן כגון Microsoft Azure Cloud או Amazon Web Services עשוי להיות פתרון אידיאלי.

למידע נוסף על רכזות IoT, עיינו במאמר האחרון שלנו: IoT hub: מה זה ואיך לשלב אותו במערכת ה-IoT שלכם.

מהן הטעויות הנפוצות בתכנון ארכיטקטורת IoT?

לפי ירוסלב דז'יקובסקי, המשמש כמהנדס תוכנה משובץ בכיר ב-Spyrosoft, קיימים 4 אתגרים קריטיים שכל חברה המעוניינת להכניס את האינטרנט של הדברים לפעילותה צריכה לקחת בחשבון ולחפש דרכים לפתור אותם. טעות נפוצה אחת היא אי-הערכה של יכולות העיבוד של פלטפורמות IoT, שהן חיוניות לאינטגרציה חלקה ולעמידה בדרישות ספציפיות כגון מדרגיות, אבטחה והשלכות עלויות.

דרישות לא ברורות ללא חשיבה על התמונה הרחבה

ודאו שרשימת דרישות המערכת שלכם מוגדרת בבירור כבר מההתחלה, ושהינכם יודעים את התשובות לשאלות הבאות: איזו בעיה אתם רוצים לפתור באמצעות מערכת ה-IoT? מה לעשות עם הנתונים כאשר המכשירים אינם מחוברים לאינטרנט? כיצד להפוך את המערכת לקלה להרחבה? לעתים קרובות מערכות IoT מעוצבות ללא חזון ברור של היקפן – תכנון מערכת שתכלול כמה מאות מכשירים שונה מאוד מתכנון מערכת למיליוני מכשירים. בנוסף, חיוני להגדיר כיצד תעבדו את הנתונים, שכן הדבר ישפיע על היעילות והפונקציונליות הכוללת של מערכת ה-IoT שלכם.

הערכות לא מדויקות לגבי מרכיבי היסוד של המערכת שלך

לקוחות עושים לעתים קרובות טעויות כבר בהתחלה: בחירת רכיבים לא מתאימים לפלטפורמת ה-IoT או להתקני IoT, או הערכה שגויה של כמות ההספק/החשמל שהמערכת תזדקק לו. יש גם את עניין הערכת כמות כוח החישוב, ה-RAM והמשאבים שיש להקצות בצד ההתקן ומה למקם בצד הענן.

אין הגדרה ברורה היכן יש לעבד את הנתונים

לעיתים קרובות אין מספיק חשיבה ותכנון לגבי אילו נתונים ההתקן ישלח לענן. עליך להגדיר זאת בצורה מדויקת ככל האפשר כדי להימנע ממתיחת המשאבים או אפילו משימוש בהם יותר מהצפוי – כלומר, האם ההתקן צריך לשלוח את הנתונים באופן רציף לענן לעיבוד בשכבת עיבוד הנתונים, או שמא התראה ברגע שחורגים מטווח מסוים תספיק?

אי-התחשבות בשדרוגי קושחה מרחוק

לעיתים קרובות קורה שלאחר שמערכת ה-IoT פועלת, יש צורך לעדכן את התוכנה במכשירים שלכם כדי לאסוף ולעבד נכון את הנתונים הדיגיטליים, ונחוץ שדרוג. ודאו שתוכלו להשלים אותו מרחוק לפני שאתם מציבים את המכשירים באתר.

הנה שוב העצה מ-Jarosław Dzikowski:

“קיימים יישומים מסוימים כגון מעקב אחר ציי רכב, ניטור מרחוק של מכונות או לוגיסטיקה, שבהם טכנולוגיית IoT מצטיינת. עם זאת, במוצרים מסוימים, מנגנוני IoT מוכנסים רק לשם הכנסתם. במקרה האחרון, השימוש ב-IoT לא רק שהופך לאי-נוחות עבור המשתמש ואינו פותר בעיות כלשהן, אלא גם יוצר חדשות. הגדרה ברורה של מה תהיה הפונקציה של כל מכשיר ומכשיר במערכת ה-IoT והמערכת עצמה הרבה לפני תהליך היישום, ממש בתחילת הפרויקט, היא המפתח לפיתוח פתרון שיהיה ניתן להרחבה וקל לתחזוקה בטווח הארוך. כל טעות שתעשו בשלב הראשון הזה תהיה יקרה וגוזלת זמן לתיקון בהמשך הדרך.”

שתפו פעולה עם מומחים בבניית ארכיטקטורת אינטרנט של הדברים בטוחה ובת-קיימא

כפי שאתם יכולים לראות, בניית Internet of Things ברת-קיימא היא תהליך מורכב הדורש תכנון מפורט. ב-Spyrosoft אנו עובדים עם חברות רבות מתחום Industry 4.0 ואנו יכולים לתמוך בצוות שלכם בעת פיתוח ויישום מערכת IoT.

בקרו באתר האינטרנט שלנו לתעשייה 4.0 למידע נוסף על מה שאנו עושים וצרו איתנו קשר כדי שנוכל ללמוד עוד על הפרויקט שלכם. חקרו דוגמאות לארכיטקטורת IoT עולמית כדי לראות יישומים מעשיים בתעשיות שונות ולהבין עד כמה ארכיטקטורת IoT יכולה להיות גמישה ויעילה בשיפור היבטים שונים של חיינו.