Pelajari Arsitektur Internet of Things (IoT) dalam 5 Menit atau Kurang [+ Kasus Penggunaan]

Pelajari arsitektur internet of things (IoT) untuk menyiapkan struktur IoT untuk penggunaan bisnis.

Gudang masa depan, rantai pasokan, pabrik manufaktur, dan pusat logistik akan mendukung IoT. Karena teknologinya rumit, hanya sedikit raksasa IT yang tahu apa yang ada di balik terpalnya. Namun, Anda juga dapat memecahkan kodenya dengan mempelajari teknologi luar dalam.

Lanjutkan membaca jika Anda juga ingin menjadikan bisnis Anda lebih cerdas atau menawarkan solusi IoT sebagai layanan. Artikel tersebut menjelaskan arsitektur IoT, inti yang menawarkan otomatisasi dan kenyamanan, serta beberapa kasus penggunaan populer.

pengantar

IoT mencakup sensor, perangkat, dan antarmuka elektronik yang mengumpulkan, memproses, dan mengirim data sebagai perintah ke mesin titik akhir.

Ini semua adalah variabel atau bagian yang bergerak dalam sistem IoT. Kerangka kerja yang menentukan cara memesan bagian bergerak ini dan membuat struktur IoT akhir adalah arsitektur IoT.

Arsitektur IoT memberi tahu Anda cara menghubungkan dan mengoperasikan perangkat sistem IoT, perangkat lunak cloud, dan jaringan sensor. Belum lagi pemecahan masalah Sistem juga terjadi dalam arsitektur IoT.

Kerangka dasar untuk ini adalah tiga lapisan komponen dalam sistem IoT. Ini adalah sebagai berikut:

• Sensor, aktuator, perangkat, dll., Di bawah lapisan persepsi
• LAN, Wi-Fi, 5G, 4G, dll., buat lapisan jaringan
• Antarmuka pengguna grafis adalah lapisan aplikasi

Arsitektur IoT memastikan bahwa Anda mengetahui semua komponen, aliran data, dan perintah perangkat akhir di dalam sistem. Dengan demikian, Anda dapat mengamankan, mendukung, dan mengontrol sistem IoT Anda secara efektif.

Lapisan Arsitektur IoT

Arsitektur sistem IoT memiliki berbagai lapisan yang berfungsi sebagai media digital tempat data sensor mencapai aplikasi cloud. Kemudian, aplikasi cloud membuat keputusan berdasarkan alur kerja prasetel untuk perangkat titik akhir seperti lengan robotik di pabrik manufaktur.

Akhirnya, keputusan ini mengalir ke perangkat titik akhir melalui lapisan yang sama. Memahami lapisan ini memungkinkan Anda membuat arsitektur IoT yang sukses. Berikut adalah lapisan arsitektur IoT yang harus Anda ketahui:

Lapisan Sensorik/Persepsi

Lapisan persepsi terdiri dari perangkat titik akhir yang mengumpulkan data dari alam semesta fisik. Kemudian, aplikasi digital dapat menganalisis data yang terkumpul.

Karena lapisan ini tetap berhubungan dengan objek dunia nyata, pakar IoT juga menyebutnya sebagai lapisan fisik. Di bawah ini adalah beberapa perangkat terkenal yang terhubung ke lapisan persepsi:

• Sensor seperti gyro meter, sensor kecepatan, sensor identifikasi frekuensi radio (RFID), sensor kimia, dll.
• Aktuator dan lengan robot
• Kamera keamanan, sistem akses pintu, dll.
• Termostat, HVAC, penyiram air, elemen pemanas, dll.

Sebagian besar perangkat IoT industri mengumpulkan data untuk lapisan pemrosesan. Untuk perangkat IoT rumahan, lapisan persepsi juga bisa menjadi lapisan pemrosesan. Misalnya, Nest Learning Thermostat.

Lapisan Transportasi Jaringan/Data

Lapisan jaringan menangani transportasi data antara semua lapisan arsitektur IoT. Lapisan ini juga menentukan topologi jaringan untuk seluruh web perangkat, aplikasi awan, dan basis data.

Bagian vital dari lapisan ini adalah gateway internet, port intranet, gateway jaringan, dan sistem akuisisi data (DAS). Untuk protokol konektivitas jaringan di atas, Anda dapat mengandalkan perangkat fisik berikut:

• Wifi
• Jaringan Area Luas (WAN)
• 4G LTE/5G
• Bluetooth Energi Rendah
• Komunikasi Jarak Dekat (NFC)

Melalui lapisan ini, berbagai perangkat titik akhir dan aplikasi cloud saling berkomunikasi. Data sensor seperti suhu, kecepatan, kelembapan, dll., berjalan melalui lapisan jaringan untuk mencapai lapisan lainnya.

Lapisan Pemrosesan Data

Lapisan pemrosesan memproses analisis, dan menyimpan data sebelum mentransfernya ke pusat data. Ini mencakup analitik Edge dalam komputasi Edge, kecerdasan buatan (AI), dan pembelajaran mesin (ML). Tugas penting seperti membuat keputusan juga terjadi di lapisan ini.

Lapisan pemrosesan menyelesaikan semua tugas pengambilan keputusan. Namun, Anda juga dapat mengesampingkan keputusannya atau meningkatkan sistem dengan membuat keputusan ad-hoc di lapisan aplikasi — sebuah fitur yang sangat diperlukan untuk kontrol manusia atas mesin cerdas.

Lapisan Aplikasi atau GUI

Sebagian besar sistem IoT, seperti Google Home, Amazon Alexa, dll., berfungsi tanpa campur tangan manusia. Namun, Anda memerlukan antarmuka pengguna grafis untuk menambahkan alur kerja IoT, mengubah parameter, menambahkan perangkat, dll. Ini adalah lapisan aplikasi.

Beberapa persyaratan penting untuk lapisan aplikasi dalam arsitektur IoT adalah sebagai berikut:

• Abaikan masalah berbasis perintah suara
• Berkomunikasi dengan ribuan sensor dan perangkat titik akhir dari layar kecil
• Tambahkan perangkat baru ke sistem IoT yang ada tanpa mematikan seluruh operasi bisnis
• Amati kesehatan sistem dan servis perangkat saat dasbor menunjukkan
• Buat aturan atau alur kerja baru untuk sistem IoT
• Membuat dan mengikuti perjanjian tingkat layanan (SLA)

Dalam pengaturan industri, sebagian besar Anda memerlukan dasbor terpusat pada monitor komputer untuk mengamati semua sistem IoT. Di dasbor, Anda dapat berinteraksi dengan salah satu atau semua sistem IoT dengan menjeda, menghentikan, atau memulai ulang perangkat.

Lapisan Bisnis

Lapisan bisnis mengubah data yang disimpan menjadi wawasan yang dapat ditindaklanjuti. Manajer bisnis, CTO, dan lainnya dapat menggunakan laporan semacam itu. Ini membantu mereka dalam pengambilan keputusan untuk peningkatan produktivitas.

Lapisan ini terutama mencakup integrasi aplikasi bisnis. Misalnya, perencana sumber daya perusahaan (ERP), aplikasi intelijen bisnis (BI), aplikasi visualisasi data, dll.

Di sini, analis data dapat mengolah data dan memasukkannya ke dalam alat BI seperti Tableau, Power BI, dll., untuk mengetahui kinerja sistem IoT secara keseluruhan. Anda juga dapat membuat prakiraan berdasarkan kapasitas produksi saat ini dan kebutuhan pasar di masa mendatang.

Tahapan Arsitektur IoT

Untuk implementasi arsitektur sistem IoT tingkat tinggi, seseorang perlu memahami tahapan sistem ini:

Objek

Tahap objek dimulai dengan implementasi lapisan fisik. Di sini Anda perlu menghubungkan perangkat pintar, sensor, dan aktuator dengan jaringan IoT dan mesin titik akhir.

Sensor dapat berupa kabel atau nirkabel. Tujuan utamanya adalah untuk mengumpulkan data dunia nyata dan mengubahnya menjadi data digital untuk lapisan pemrosesan.

Gerbang

Anda harus menyiapkan intranet atau gerbang internet. Pada tahap ini, modem dan router mengumpulkan data dari sensor dan perangkat titik akhir.

Kemudian, perangkat gateway ini akan mengangkut data digital ke lapisan pemrosesan dan lapisan aplikasi. Sebagian besar arsitektur IoT menggunakan sistem akuisisi data untuk tahap ini.

Sistem TI

Sistem IoT mengumpulkan data analog, dan sistem akuisisi data mengubahnya menjadi data digital. Oleh karena itu, ukuran data digital pasca-pemrosesan sangat besar. Di sinilah sistem TI tepi.

Pada tahap ini, Anda menyalurkan data yang dikumpulkan ke sistem TI edge tempat algoritme AI dan ML memprosesnya dan hanya menyimpan data yang dapat ditindaklanjuti.

Penyimpanan Cloud/Pusat Data

Setelah sistem TI tepi memproses dan memfilter data penting, Anda harus memasukkannya ke dalam penyimpanan yang dapat diakses. Lapisan aplikasi arsitektur IoT akan terhubung ke tahap penyimpanan.

Tahap penyimpanan sebagian besar adalah penyimpanan cloud pribadi, tempat Anda dapat menyimpan data IoT dalam database terstruktur. Jika Anda mencari solusi yang terjangkau, Anda juga dapat mencoba cloud publik.

Persyaratan Nonfungsional

#1. Keamanan

Untuk memastikan keamanan internal arsitektur, tidak boleh ada perangkat tidak resmi yang terhubung dengannya. Perangkat harus terdaftar dan mampu berkomunikasi dengan aman.

Selain itu, semua pengguna dan data harus memiliki akses aman ke arsitektur. Pengguna sistem yang berwenang harus bertukar data dengan kontrol keamanan.

#2. Pertunjukan

Sistem IoT harus kompatibel dengan data yang tidak terstruktur dan terstruktur. Penyebaran platform harus kompatibel dengan cloud, on-premise, dan cloud hybrid.

Waktu respons yang dapat diterima untuk pengguna dan komunikasi dua arah, hampir real-time, dan stempel waktu granular adalah persyaratan non-fungsional penting lainnya dari arsitektur ini.

#3. Pengelolaan

Arsitektur IoT harus menyertakan notifikasi dan peringatan untuk masalah apa pun. Itu harus mendukung manajemen solusi untuk dengan cepat menentukan penyebab masalah dari node pusat.

#4. Pemeliharaan

Perangkat dan sistem IoT harus dapat beradaptasi. Arsitektur harus cukup fleksibel untuk beradaptasi dengan cepat terhadap pengguna, proses, dan perubahan data. Anda juga harus melakukan pemeliharaan tanpa menunda perjanjian tingkat layanan (SLA).

#5. Ketersediaan

Domain dan solusi tertentu menuntut ketersediaan sistem IoT selama 24×7. Misalnya, arsitektur IoT rumah sakit atau laboratorium membutuhkan sistem untuk selalu aktif.

Arsitektur IoT di MongoDB Atlas

Berbagai lapisan dalam arsitektur IoT menghasilkan terabyte data. Menggunakan database cloud berkemampuan IoT sangat ideal untuk menyimpan data secara terorganisir.

Salah satu database cloud hebat yang dapat Anda gunakan adalah MongoDB Atlas. Berikut adalah beberapa contoh penggunaannya dalam arsitektur IoT:

• MongoDB RealmSDK dan MongoDB Server untuk membangun database dan antarmuka. Aplikasi dan perangkat seluler dapat menggunakan database dan antarmuka ini.
• Di lapisan jaringan, Anda dapat menggunakan MongoDB Atlas untuk mengonfigurasi dan menerapkan server IoT .
• Gunakan MongoDB 5.0 Time-Series sebagai penyimpanan untuk data pengukuran IoT berkelanjutan.
• Jika sistem IoT mengalami konektivitas jaringan terputus-putus, Anda dapat menggunakan sinkronisasi offline-first dari Atlas App Services .
• Anda dapat menggunakan MongoDB Connector untuk BI dan MongoDB Charts di lapisan bisnis untuk mengekstrak wawasan yang dapat ditindaklanjuti dari data IoT.

Gunakan Kasus

Arsitektur IoT semakin populer setiap hari, dan penggunaannya di berbagai sektor semakin meningkat. Berikut ini adalah kasus penggunaan yang paling umum:

#1. Kesehatan

Klinik dan rumah sakit menghasilkan terabyte data yang belum dimanfaatkan. Anda dapat menggunakan ini untuk efisiensi operasional dan perawatan pasien yang lebih baik.

Dengan arsitektur IoT, institusi dapat menggunakan data pasien yang terisolasi. Dokter dapat dengan cepat mendapatkan dan menggunakan wawasan untuk merespons peringatan dengan cepat. Gadget terkait infrastruktur IoT dan monitor status kesehatan dapat menawarkan status pasien secara real-time.

#2. Pertanian

Petani dapat menggunakan arsitektur IoT untuk meningkatkan dan mengelola produksi secara mandiri.

Anda juga dapat melihat penggunaannya sebagai berikut:

• Pemantauan suhu tanah
• Menemukan penyebab kerusakan mesin
• Menyesuaikan tingkat kelembaban dan suhu untuk perkebunan dalam ruangan

#3. Manufaktur

Industri manufaktur menggunakan sensor IoT untuk mendapatkan wawasan tentang proses. Mereka biasanya tidak terhubung ke internet. Sensor varian jarak pendek ini juga mampu menghitung perubahan dari waktu ke waktu.

Kegunaan lain dari arsitektur IoT di sektor ini adalah sebagai berikut:

• Prakiraan permintaan melalui pemantauan produksi waktu-nyata
• Mengetahui efisiensi baseline melalui cycle time tracking

#4. Solusi HVAC Komersial

HVAC adalah sistem kompleks yang tidak mampu mengatasi kegagalan elemen atau fungsi apa pun. Jika itu terjadi, konsumsi energi yang tinggi dan biaya pemeliharaan ekstra akan menjadi konsekuensinya. Menggunakan arsitektur IoT, dimungkinkan untuk membuat HVAC memberikan output yang memuaskan sekaligus memungkinkannya bekerja pada tingkat daya yang lebih rendah.

Memastikan konsistensi dan kualitas solusi komersial adalah penggunaan lain dari IoT. Sistem secara otomatis mengumpulkan dan menganalisis data dengan kebutuhan interaksi pengguna minimum untuk memberi tahu Anda tentang anomali apa pun.

#5. Pencegahan Kerusakan Air di Apartemen Komersial

Kebocoran dan pecahnya pipa air menyebabkan kerugian jutaan dolar bagi pemilik rumah dan perusahaan asuransi. Tidak terlihatnya sambungan air membuat sulit untuk mendeteksi akar penyebabnya.

Arsitektur IoT yang diatur dengan benar dapat memperingatkan pengguna tentang kebocoran apa pun secara real time dengan sensor bawaan yang efisien. Ini juga menyediakan data lokasi kontekstual kepada pemangku kepentingan untuk pemeliharaan aset yang lebih baik. Perusahaan asuransi juga mendapat manfaat dari deteksi dini masalah ini.

Selain itu, sensor juga dapat mendeteksi kebocoran kecil yang berpotensi menjadi ancaman di masa mendatang. Dengan demikian, pengguna dapat menjadwalkan janji temu dengan tukang pipa.

Masa Depan Arsitektur IoT

Segera, IoT akan melihat kemajuan evolusioner dengan pertumbuhan jaringan 5G. Ini akan memungkinkan untuk memproses data lebih cepat dari sebelumnya. Belum lagi penerapan cepat sistem IoT juga.

Menggunakan 5G pribadi, administrator dapat meluncurkan jaringan seluler 5G pribadi dan memiliki kendali penuh atas jaringan tersebut.

Operasi tingkat perusahaan tidak akan menghadapi masalah berikut:

• Pembatasan kecepatan
• Kurangnya interoperabilitas
• Biaya tambahan untuk penggunaan data yang melebihi batas
• Ketidaktersediaan bandwidth selama jam sibuk

Kata Akhir

Arsitektur IoT memberi tahu Anda cara menghubungkan semua komponen sistem IoT dalam jaringan yang kohesif. Oleh karena itu, kami membahas semua aspek teknis penting dari arsitektur sistem ini.

Pengetahuan mendetail tentang arsitektur IoT membantu Anda menciptakan solusi tingkat bisnis di bidang kesehatan, manufaktur, dan pertanian. Pengguna bahkan dapat melampaui kasus penggunaan yang disebutkan dalam artikel ini dan mengimplementasikan IoT di berbagai sektor yang belum dieksplorasi.

Anda mungkin juga ingin melihat artikel kami tentang sumber daya pembelajaran IoT dan starter kit IoT.