Leer Internet of Things (IoT)-architectuur in 5 minuten of minder [+ Use Cases]

Leer de Internet of Things (IoT)-architectuur om een ​​IoT-structuur op te zetten voor zakelijk gebruik.

De toekomstige magazijnen, toeleveringsketens, fabrieken en logistieke hubs zullen geschikt zijn voor het internet der dingen. Omdat de technologie complex is, weten slechts enkele IT-giganten wat er onder de motorkap zit. Je kunt het echter ook decoderen door de technologie van binnenuit te leren kennen.

Lees verder als u ook uw bedrijf slimmer wilt maken of IoT-oplossingen as a service wilt aanbieden. Het artikel legt de IoT-architectuur uit, de kern die automatisering en gemak biedt, en enkele populaire use-cases.

Invoering

IoT omvat sensoren, apparaten en elektronische interfaces die gegevens verzamelen, verwerken en verzenden als opdrachten naar de eindpuntmachines.

Dit zijn allemaal variabelen of bewegende delen in een IoT-systeem. Een raamwerk dat definieert hoe deze bewegende delen moeten worden geordend en de uiteindelijke IoT-structuur moet creëren, is de IoT-architectuur.

De IoT-architectuur vertelt u hoe u de apparaten, cloudsoftware en het netwerk van sensoren van het IoT-systeem kunt verbinden en bedienen. Om nog maar te zwijgen over het oplossen van problemen met het systeem vindt ook plaats binnen de IoT-architectuur.

Een basiskader hiervoor zijn drie componentenlagen in een IoT-systeem. Deze zijn als volgt:

  • Sensoren, actuatoren, apparaten, etc., onder de waarnemingslaag
  • LAN, Wi-Fi, 5G, 4G, etc. vormen de netwerklaag
  • Een grafische gebruikersinterface is de applicatielaag

De architectuur van IoT zorgt ervoor dat u alle componenten, gegevensstromen en eindapparaatopdrachten binnen het systeem kent. Zo kunt u uw IoT-systemen effectief beveiligen, ondersteunen en besturen.

Lagen van IoT-architectuur

Een IoT-systeemarchitectuur heeft verschillende lagen die functioneren als de digitale media waardoor sensorgegevens de cloudapplicatie bereiken. Vervolgens neemt de cloud-app beslissingen op basis van een vooraf ingestelde workflow voor de eindpuntapparaten zoals robotarmen in een fabriek.

Ten slotte stromen deze beslissingen via dezelfde laag naar de eindpuntapparaten. Als u deze lagen begrijpt, kunt u een succesvolle IoT-architectuur creëren. Dit zijn de IoT-architectuurlagen die u moet kennen:

De sensorische/perceptielaag

De perceptielaag bestaat uit de eindpuntapparaten die gegevens uit het fysieke universum verzamelen. Vervolgens kunnen digitale toepassingen de verzamelde data analyseren.

Omdat deze laag contact houdt met objecten uit de echte wereld, noemen IoT-experts het ook wel de fysieke laag. Hieronder staan ​​​​enkele opmerkelijke apparaten die verbinding maken met de waarnemingslaag:

  • Sensoren zoals gyrometers, snelheidssensoren, radiofrequentie-identificatie (RFID)-sensoren, chemische sensoren, enz.
  • Actuatoren en robotarmen
  • Beveiligingscamera’s, deurtoegangssystemen, etc.
  • Thermostaten, HVAC’s, watersproeiers, verwarmingselementen, enz.

De meeste industriële IoT-apparaten verzamelen gegevens voor de verwerkingslaag. Voor thuisgebaseerde IoT-apparaten kan de waarnemingslaag ook de verwerkingslaag zijn. Bijvoorbeeld de Nest Learning Thermostat.

De netwerk-/gegevenstransportlaag

De netwerklaag zorgt voor het datatransport tussen alle lagen van een IoT-architectuur. Deze laag definieert ook de netwerktopologie voor het hele web van apparaten, cloud-apps en databases.

De vitale onderdelen van deze laag zijn internetgateways, intranetpoorten, netwerkgateways en data-acquisitiesystemen (DAS). Voor de bovenstaande netwerkconnectiviteitsprotocollen kunt u vertrouwen op de volgende fysieke apparaten:

  • Wifi
  • Wide Area Networks (WAN)
  • 4G LTE/5G
  • Bluetooth met laag energieverbruik
  • Near Field Communication (NFC)
  Ontvang een melding wanneer AirPods op voorraad zijn bij uw dichtstbijzijnde Apple Store

Via deze laag communiceren verschillende eindpuntapparaten en cloud-apps met elkaar. Sensorgegevens zoals temperatuur, snelheid, vochtigheid, etc. gaan door de netwerklaag om andere lagen te bereiken.

De gegevensverwerkingslaag

De verwerkingslaag verwerkt analyses en slaat gegevens op voordat ze naar een datacenter worden overgebracht. Het omvat Edge-analyse in Edge-computing, kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML). Ook cruciale taken zoals het nemen van beslissingen vinden plaats in deze laag.

De verwerkingslaag voert alle besluitvormingstaken uit. Maar u kunt zijn beslissing ook terzijde schuiven of het systeem verbeteren door ad-hocbeslissingen te nemen in de applicatielaag – een eigenschap die hoogst noodzakelijk is voor menselijke controle over intelligente machines.

De applicatie- of GUI-laag

De meeste IoT-systemen, zoals Google Home, Amazon Alexa, etc. werken zonder menselijke tussenkomst. Toch hebt u een grafische gebruikersinterface nodig om IoT-workflows toe te voegen, parameters te wijzigen, apparaten toe te voegen, enz. Dit is de applicatielaag.

Enkele essentiële vereisten voor de applicatielaag in een IoT-architectuur zijn als volgt:

  • Omzeil op spraakopdrachten gebaseerde problemen
  • Communiceer met duizenden sensoren en eindpuntapparaten vanaf een klein scherm
  • Voeg nieuwe apparaten toe aan een bestaand IoT-systeem zonder de hele bedrijfsvoering stil te leggen
  • Observeer de gezondheid van het systeem en geef onderhoud aan de apparaten wanneer het dashboard dit aangeeft
  • Creëer nieuwe regels of workflows voor de IoT-systemen
  • Maak en volg een service level agreement (SLA)

In industriële opstellingen heb je meestal een gecentraliseerd dashboard op een computerscherm nodig om alle IoT-systemen te observeren. Op het dashboard kunt u communiceren met een of alle IoT-systemen door de apparaten te pauzeren, te stoppen of opnieuw op te starten.

Zakelijke laag

De bedrijfslaag zet opgeslagen gegevens om in bruikbare inzichten. Bedrijfsmanagers, CTO’s en meer kunnen dergelijke rapporten gebruiken. Het helpt hen bij het nemen van beslissingen voor productiviteitsverbetering.

Deze laag bevat voornamelijk integraties van zakelijke apps. Bijvoorbeeld Enterprise Resource Planners (ERP’s), Business Intelligence (BI)-apps, datavisualisatie-apps, enz.

Hier kunnen data-analisten gegevens verwerken en in een BI-tool zoals Tableau, Power BI, enz. stoppen om de algehele prestaties van het IoT-systeem te kennen. U kunt ook prognoses maken op basis van de huidige productiecapaciteit en toekomstige behoeften in de markt.

Fasen van IoT-architectuur

Voor de implementatie van een IoT-systeemarchitectuur op hoog niveau, moet men de stadia van dit systeem begrijpen:

Voorwerpen

De objectfase begint met de implementatie van de fysieke laag. Hier moet je slimme apparaten, sensoren en actuatoren verbinden met het IoT-netwerk en de eindpuntmachines.

Sensoren kunnen bedraad of draadloos zijn. Het belangrijkste doel is om gegevens uit de echte wereld te verzamelen en deze om te zetten in digitale gegevens voor de verwerkingslaag.

poort

U moet een intranet- of internetgateway opzetten. In deze fase verzamelen modems en routers gegevens van de sensoren en eindpuntapparaten.

Vervolgens transporteren deze gateway-apparaten digitale gegevens naar de verwerkingslaag en applicatielaag. De meeste IoT-architecturen gebruiken voor deze fase een data-acquisitiesysteem.

IT-systemen

IoT-systemen verzamelen analoge data en data-acquisitiesystemen zetten deze om in digitale data. Daarom is de nabewerkte omvang van digitale gegevens enorm. Hier komt een edge IT-systeem.

  Hoe u uw Amazon-account kunt verwijderen

In deze fase kanaliseert u de verzamelde gegevens naar een edge-IT-systeem waar AI- en ML-algoritmen deze verwerken en alleen bruikbare gegevens bewaren.

Cloudopslag/datacenters

Zodra het edge-IT-systeem vitale gegevens heeft verwerkt en gefilterd, moet u deze in een toegankelijke opslag plaatsen. De applicatielaag van de IoT-architectuur zal aansluiten op de opslagfase.

Een storage stage is voornamelijk private cloud storage, waar je IoT data in gestructureerde databases kunt opslaan. Als u op zoek bent naar betaalbare oplossingen, kunt u ook openbare clouds proberen.

Niet-functionele vereisten

#1. Veiligheid

Om de interne veiligheid van de architectuur te waarborgen, mogen er geen ongeautoriseerde apparaten aan gekoppeld zijn. De apparaten moeten geregistreerd zijn en veilig kunnen communiceren.

Bovendien moeten alle gebruikers en gegevens beveiligde toegang hebben tot de architectuur. Geautoriseerde systeemgebruikers moeten gegevens uitwisselen met beveiligingscontroles.

#2. Prestatie

Het IoT-systeem moet compatibel zijn met ongestructureerde en gestructureerde gegevens. De implementatie van het platform moet compatibel zijn met de cloud, on-premise en hybride cloud.

Aanvaardbare responstijden voor gebruikers en bidirectionele, bijna real-time communicatie, en granulaire tijdstempels zijn andere essentiële niet-functionele vereisten van deze architectuur.

#3. Beheersbaarheid

De IoT-architectuur moet meldingen en waarschuwingen bevatten voor eventuele problemen. Het moet oplossingsbeheer ondersteunen om vanuit een centraal knooppunt snel de oorzaken van de problemen vast te stellen.

#4. Onderhoudbaarheid

De apparaten en het IoT-systeem moeten aanpasbaar zijn. De architectuur moet flexibel genoeg zijn om zich snel aan te passen aan de gebruikers-, proces- en dataveranderingen. U moet ook onderhoud uitvoeren zonder de service level agreements (SLA’s) te vertragen.

#5. Beschikbaarheid

Bepaalde domeinen en oplossingen vereisen de 24×7 beschikbaarheid van IoT-systemen. Voor een IoT-architectuur van een ziekenhuis of laboratorium moet het systeem bijvoorbeeld altijd up-to-date zijn.

IoT-architectuur in MongoDB Atlas

IoT-architectuur op MongoDB Atlas Afbeelding van MongoDB.com

Verschillende lagen in een IoT-architectuur produceren terabytes aan data. Het gebruik van een IoT-compatibele clouddatabase is ideaal om de gegevens op een georganiseerde manier op te slaan.

Een van de geweldige clouddatabases die u zou kunnen gebruiken, is MongoDB Atlas. Hier zijn enkele voorbeelden van het gebruik ervan in de IoT-architectuur:

  • MongoDB RealmSDK en MongoDB Server voor het bouwen van een database en een interface. Mobiele apps en apparaten kunnen deze databases en interfaces gebruiken.
  • Op de netwerklaag kunt u MongoDB Atlas gebruiken om IoT-servers te configureren en in te zetten.
  • Gebruik MongoDB 5.0 Time-Series als opslag voor continue IoT-meetgegevens.
  • Als het IoT-systeem haperende netwerkconnectiviteit ervaart, kunt u offline-eerst synchronisatie van Atlas App Services gebruiken.
  • U kunt MongoDB Connector for BI en MongoDB Charts op de bedrijfslaag gebruiken om bruikbare inzichten uit IoT-gegevens te extraheren.

Gebruik gevallen

IoT-architectuur wordt dagelijks steeds populairder en het gebruik ervan in verschillende sectoren neemt toe. De volgende zijn de meest voorkomende use-cases:

#1. Gezondheidszorg

Klinieken en ziekenhuizen genereren terabytes aan ongebruikte data. U kunt dit gebruiken voor een grotere operationele efficiëntie en patiëntenzorg.

Met de IoT-architectuur kunnen instellingen geïsoleerde patiëntgegevens in gebruik nemen. Artsen kunnen de inzichten snel verkrijgen en gebruiken om snel op waarschuwingen te reageren. Aan de IoT-infrastructuur gekoppelde gadgets en gezondheidsstatusmonitors kunnen de status van de patiënt in realtime weergeven.

  Definieer uw bedrijfsdoel met deze 6 sjablonen voor strategietoewijzing

#2. landbouw

Boeren kunnen de IoT-architectuur gebruiken om de productie autonoom te verhogen en te beheren.

U kunt het gebruik ervan ook zien in het volgende:

  • Bodemtemperatuur bewaken
  • Redenen vinden voor machinestoringen
  • Aanpassing van vochtigheids- en temperatuurniveaus voor binnenplantages

#3. Productie

De maakindustrie zet IoT-sensoren in om processen inzichtelijk te maken. Ze zijn meestal niet verbonden met internet. Deze sensoren van korteafstandsvarianten zijn ook in staat veranderingen in de tijd te berekenen.

Andere toepassingen van IoT-architectuur in deze sector zijn als volgt:

  • Vraagvoorspelling door real-time productiemonitoring
  • Baseline-efficiëntie kennen door cyclustijdregistratie

#4. Commerciële HVAC-oplossingen

HVAC is een complex systeem dat zich niet kan veroorloven dat een element of functie uitvalt. Als het gebeurt, zijn een hoog energieverbruik en extra onderhoudskosten de gevolgen. Met behulp van IoT-architectuur is het mogelijk om HVAC’s een bevredigende output te laten leveren terwijl ze op een lager vermogensniveau kunnen werken.

Het waarborgen van consistentie en kwaliteit van commerciële oplossingen is een ander gebruik van IoT. Het systeem verzamelt en analyseert automatisch gegevens met de noodzaak van minimale gebruikersinteractie om u op de hoogte te stellen van eventuele afwijkingen.

#5. Preventie van waterschade in commerciële appartementen

Lekkage en gesprongen waterleidingen kosten huiseigenaren en verzekeringsmaatschappijen miljoenen dollars. De onzichtbaarheid van wateraansluitingen maakt het moeilijk om de oorzaak op te sporen.

Een goed ingestelde IoT-architectuur kan de gebruikers in realtime waarschuwen voor eventuele lekkages met efficiënte ingebouwde sensoren. Het biedt ook contextuele locatiegegevens aan de belanghebbenden voor beter onderhoud van activa. Verzekeringsmaatschappijen profiteren ook van deze vroege detectie van problemen.

Bovendien kunnen de sensoren ook kleine lekkages detecteren die in de toekomst een potentiële dreiging kunnen worden. Zo kunnen gebruikers afspraken inplannen met loodgieters.

Toekomst van IoT-architectuur

Binnenkort zal IoT een evolutionaire vooruitgang doormaken met de groei van het 5G-netwerk. Het zal mogelijk zijn om gegevens sneller dan ooit te verwerken. Om nog maar te zwijgen over de snelle implementatie van IoT-systemen.

Met behulp van privé 5G kunnen beheerders een persoonlijk mobiel 5G-netwerk starten en er volledige controle over hebben.

De operaties op ondernemingsniveau zullen niet worden geconfronteerd met de volgende problemen:

  • Snelheidsbeperking
  • Gebrek aan interoperabiliteit
  • Extra kosten bij overschrijding dataverbruik
  • Onbeschikbaarheid van bandbreedte tijdens piekuren

laatste woorden

Een IoT-architectuur vertelt u hoe u alle componenten van een IoT-systeem kunt verbinden in een samenhangend netwerk. Daarom hebben we alle cruciale technische aspecten van de architectuur van dit systeem behandeld.

Een gedetailleerde kennis van IoT-architecturen helpt u bij het creëren van zakelijke oplossingen in de gezondheidszorg, productie en landbouw. Gebruikers kunnen zelfs verder gaan dan de in dit artikel genoemde use cases en IoT implementeren in verschillende nog te verkennen sectoren.

Misschien wilt u ook onze artikelen over IoT-leermiddelen en IoT-starterskits bekijken.

gerelateerde berichten