Nesnelerin İnterneti (IoT) Mimarisini 5 Dakikada veya Daha Kısa Sürede Öğrenin [+ Kullanım Örnekleri]

İş kullanımına yönelik bir IoT yapısı kurmak için nesnelerin interneti (IoT) mimarisini öğrenin.

Gelecekteki depolar, tedarik zincirleri, üretim tesisleri ve lojistik merkezleri IoT özellikli olacak. Teknoloji karmaşık olduğundan, yalnızca birkaç BT devi kaputun altında ne olduğunu biliyor. Bununla birlikte, teknolojiyi tersten öğrenerek de deşifre edebilirsiniz.

Siz de işletmenizi daha akıllı hale getirmek veya bir hizmet olarak IoT çözümleri sunmak istiyorsanız okumaya devam edin. Makalede IoT mimarisi, otomasyon ve kolaylık sunan çekirdek ve bazı popüler kullanım örnekleri açıklanmaktadır.

giriiş

IoT, verileri toplayan, işleyen ve uç nokta makinelerine komutlar olarak gönderen sensörler, cihazlar ve elektronik arayüzleri içerir.

Bunların hepsi bir IoT sistemindeki değişkenler veya hareketli parçalardır. Bu hareketli parçaların nasıl sipariş edileceğini ve nihai IoT yapısının nasıl oluşturulacağını tanımlayan bir çerçeve IoT mimarisidir.

IoT mimarisi, IoT sisteminin cihazlarını, bulut yazılımını ve sensör ağını nasıl bağlayacağınızı ve çalıştıracağınızı anlatır. Sistem sorun giderme işlemlerinin de IoT mimarisinde gerçekleştiğinden bahsetmiyorum bile.

Bunun için temel bir çerçeve, bir IoT sistemindeki üç bileşen katmanı olacaktır. Bunlar aşağıdaki gibidir:

• Algı katmanının altındaki sensörler, aktüatörler, cihazlar vb.
• LAN, Wi-Fi, 5G, 4G vb. ağ katmanını oluşturun
• Grafiksel bir kullanıcı arayüzü, uygulama katmanıdır.

IoT mimarisi, sistem içindeki tüm bileşenleri, veri akışlarını ve uç cihaz komutlarını bilmenizi sağlar. Böylece IoT sistemlerinizi etkin bir şekilde güvence altına alabilir, destekleyebilir ve kontrol edebilirsiniz.

IoT Mimarisinin Katmanları

Bir IoT sistem mimarisi, sensör verilerinin bulut uygulamasına ulaştığı dijital ortam işlevi gören çeşitli katmanlara sahiptir. Ardından bulut uygulaması, bir üretim tesisindeki robotik kollar gibi uç nokta cihazları için önceden ayarlanmış bir iş akışına dayalı olarak kararlar verir.

Son olarak, bu kararlar aynı katman üzerinden uç nokta cihazlarına akar. Bu katmanları anlamak, başarılı bir IoT mimarisi oluşturmanıza olanak tanır. İşte bilmeniz gereken IoT mimarisi katmanları:

Duyusal/Algı Katmanı

Algı katmanı, fiziksel evrenden veri toplayan uç nokta cihazlarından oluşur. Ardından, dijital uygulamalar toplanan verileri analiz edebilir.

Bu katman, gerçek dünyadaki nesnelerle iletişim halinde kaldığı için IoT uzmanları buna fiziksel katman da diyor. Algı katmanına bağlanan bazı önemli cihazlar aşağıdadır:

• Cayro ölçerler, hız sensörleri, radyo frekansı tanımlama (RFID) sensörleri, kimyasal sensörler vb. sensörler.
• Aktüatörler ve robotik kollar
• Güvenlik kameraları, kapı geçiş sistemleri vb.
• Termostatlar, HVAC'lar, su fıskiyeleri, ısıtma elemanları vb.

Çoğu endüstriyel IoT cihazı, işleme katmanı için veri toplar. Ev tabanlı IoT cihazları için algılama katmanı aynı zamanda işlem katmanı olabilir. Örneğin, Nest Learning Thermostat.

Ağ/Veri Taşıma Katmanı

Ağ katmanı, bir IoT mimarisinin tüm katmanları arasında veri aktarımını yönetir. Bu katman aynı zamanda tüm cihaz ağı, bulut uygulamaları ve veritabanları için ağ topolojisini tanımlar.

Bu katmanın hayati parçaları internet ağ geçitleri, intranet portları, ağ geçitleri ve veri toplama sistemleridir (DAS). Yukarıdaki ağ bağlantısı protokolleri için aşağıdaki fiziksel cihazlara güvenebilirsiniz:

• Kablosuz internet
• Geniş Alan Ağları (WAN)
• 4G LTE/ 5G
• Düşük Enerjili Bluetooth
• Yakın Alan İletişimi (NFC)

Bu katman aracılığıyla, çeşitli uç nokta cihazları ve bulut uygulamaları birbirleriyle iletişim kurar. Sıcaklık, hız, nem vb. gibi sensör verileri, diğer katmanlara ulaşmak için ağ katmanından geçer.

Veri İşleme Katmanı

İşleme katmanı, verileri bir veri merkezine aktarmadan önce analiz eder ve depolar. Uç bilgi işlem, yapay zeka (AI) ve makine öğreniminde (ML) Uç analitiği içerir. Karar verme gibi önemli görevler de bu katmanda yer alır.

İşleme katmanı, tüm karar verme görevlerini yerine getirir. Yine de, akıllı makineler üzerinde insan kontrolü için son derece gerekli olan bir özellik olan uygulama katmanında anlık kararlar vererek onun kararını geçersiz kılabilir veya sistemi iyileştirebilirsiniz.

Uygulama veya GUI Katmanı

Google Home, Amazon Alexa vb. gibi çoğu IoT sistemi insan müdahalesi olmadan çalışır. Yine de IoT iş akışları eklemek, parametreleri değiştirmek, cihaz eklemek vb. için bir grafik kullanıcı arayüzüne ihtiyacınız var. Bu, uygulama katmanıdır.

Bir IoT mimarisinde uygulama katmanı için bazı hayati gereksinimler aşağıdaki gibidir:

• Sesli komut tabanlı sorunları atlayın
• Küçük bir ekrandan binlerce sensör ve uç nokta cihazıyla iletişim kurun
• Tüm iş operasyonunu kapatmadan mevcut bir IoT sistemine yeni cihazlar ekleyin
• Sistemin sağlığını gözlemleyin ve panoda belirtildiğinde cihazların bakımını yapın
• IoT sistemleri için yeni kurallar veya iş akışları oluşturun
• Bir hizmet düzeyi sözleşmesi (SLA) oluşturun ve uygulayın

Endüstriyel kurulumlarda, tüm IoT sistemlerini gözlemlemek için çoğunlukla bir bilgisayar monitöründe merkezi bir panoya ihtiyacınız olacaktır. Panoda, cihazları duraklatarak, durdurarak veya yeniden başlatarak IoT sistemlerinin herhangi biri veya tümü ile etkileşim kurabilirsiniz.

İş Katmanı

İş katmanı, depolanan verileri eyleme dönüştürülebilir içgörülere dönüştürür. İşletme yöneticileri, CTO'lar ve daha fazlası bu tür raporları kullanabilir. Verimliliği artırmak için karar vermede onlara yardımcı olur.

Bu katman temel olarak iş uygulamalarının entegrasyonlarını içerir. Örneğin, kurumsal kaynak planlayıcıları (ERP'ler), iş zekası (BI) uygulamaları, veri görselleştirme uygulamaları vb.

Burada veri analistleri, IoT sisteminin genel performansını öğrenmek için verileri işleyebilir ve Tableau, Power BI vb. gibi bir BI aracına koyabilir. Ayrıca pazardaki mevcut üretim kapasitesi ve gelecekteki ihtiyaçlara göre tahminler oluşturabilirsiniz.

IoT Mimarisinin Aşamaları

Üst düzey IoT sistem mimarisi uygulaması için, bu sistemin aşamalarının anlaşılması gerekir:

nesneler

Nesne aşaması, fiziksel katmanın uygulanmasıyla başlar. Burada akıllı cihazları, sensörleri ve aktüatörleri IoT ağı ve uç nokta makineleri ile bağlamanız gerekir.

Sensörler kablolu veya kablosuz olabilir. Temel amaç, gerçek dünya verilerini toplamak ve bunları işleme katmanı için dijital verilere dönüştürmektir.

Geçit

Bir intranet veya internet ağ geçidi kurmalısınız. Bu aşamada, modemler ve yönlendiriciler, sensörlerden ve uç nokta cihazlarından veri toplar.

Ardından, bu ağ geçidi cihazları, dijital verileri işleme katmanına ve uygulama katmanına taşıyacaktır. Çoğu IoT mimarisi, bu aşama için bir veri toplama sistemi kullanır.

Bilişim Sistemleri

IoT sistemleri analog verileri toplar ve veri toplama sistemleri bunu dijital verilere dönüştürür. Bu nedenle, dijital verilerin sonradan işlenmiş boyutu çok büyüktür. İşte bir uç BT sistemi geliyor.

Bu aşamada, toplanan verileri yapay zeka ve makine öğrenimi algoritmalarının işlediği ve yalnızca işlem yapılabilir verileri tuttuğu bir uç BT sistemine yönlendirirsiniz.

Bulut Depolama/Veri Merkezleri

Uç BT sistemi hayati verileri işleyip filtreledikten sonra, onu erişilebilir depolama alanına koymanız gerekir. IoT mimarisinin uygulama katmanı, depolama aşamasına bağlanacaktır.

Bir depolama aşaması, IoT verilerini yapılandırılmış veritabanlarında depolayabileceğiniz temel olarak özel bulut depolamadır. Uygun fiyatlı çözümler arıyorsanız, genel bulutları da deneyebilirsiniz.

İşlevsel Olmayan Gereksinimler

1 numara. Güvenlik

Mimarinin iç güvenliğini sağlamak için, ona bağlı herhangi bir yetkisiz cihaz olmamalıdır. Cihazlar kayıtlı olmalı ve güvenli bir şekilde iletişim kurabilmelidir.

Ayrıca, tüm kullanıcılar ve veriler mimariye güvenli erişime sahip olmalıdır. Yetkili sistem kullanıcıları güvenlik kontrolleri ile veri alışverişinde bulunmalıdır.

2 numara. Verim

IoT sistemi, yapılandırılmamış ve yapılandırılmış verilerle uyumlu olmalıdır. Platformun konuşlandırılması bulut, kurum içi ve hibrit bulut ile uyumlu olmalıdır.

Kullanıcılara kabul edilebilir yanıt süreleri ve çift yönlü, neredeyse gerçek zamanlı iletişim ve parçalı zaman damgaları, bu mimarinin işlevsel olmayan diğer temel gereksinimleridir.

#3. yönetilebilirlik

IoT mimarisi, tüm sorunlar için bildirimler ve uyarılar içermelidir. Sorunların nedenlerini merkezi bir düğümden hızlı bir şekilde belirlemek için çözüm yönetimini desteklemelidir.

#4. sürdürülebilirlik

Cihazlar ve IoT sistemi uyarlanabilir olmalıdır. Mimari, kullanıcı, süreç ve veri değişikliklerine hızla uyum sağlayacak kadar esnek olmalıdır. Ayrıca, hizmet seviyesi anlaşmalarını (SLA'lar) geciktirmeden bakım yapmanız gerekir.

# 5. Kullanılabilirlik

Belirli etki alanları ve çözümler, IoT sistemlerinin 7/24 kullanılabilir olmasını gerektirir. Örneğin, bir hastanenin veya laboratuvarın IoT mimarisi, sistemin her zaman çalışır durumda olmasını gerektirir.

MongoDB Atlas'ta IoT mimarisi

IoT mimarisindeki çeşitli katmanlar, terabaytlarca veri üretir. IoT özellikli bir bulut veritabanı kullanmak, verileri düzenli bir şekilde depolamak için idealdir.

Kullanabileceğiniz harika bulut veritabanlarından biri MongoDB Atlas'tır. IoT mimarisinde kullanımına ilişkin bazı örnekler aşağıda verilmiştir:

• Veritabanı ve arabirim oluşturmak için MongoDB RealmSDK ve MongoDB Sunucusu . Mobil uygulamalar ve cihazlar bu veritabanlarını ve arayüzleri kullanabilir.
• Ağ katmanında, IoT sunucularını yapılandırmak ve devreye almak için MongoDB Atlas'ı kullanabilirsiniz.
• Sürekli IoT ölçüm verileri için depolama alanı olarak MongoDB 5.0 Time-Series kullanın.
• IoT sistemi dalgalı ağ bağlantısı yaşıyorsa, Atlas App Services'tan çevrimdışı öncelikli eşitlemeyi kullanabilirsiniz.
• IoT verilerinden eyleme dönüştürülebilir içgörüler elde etmek için iş katmanında MongoDB Connector for BI ve MongoDB Charts'ı kullanabilirsiniz.

Kullanım Örnekleri

IoT Mimarisi her geçen gün daha popüler hale gelmekte ve farklı sektörlerde kullanımı artmaktadır. Aşağıdakiler en yaygın kullanım durumlarıdır:

1 numara. Sağlık hizmeti

Klinikler ve hastaneler terabaytlarca kullanılmayan veri üretir. Bunu daha fazla operasyonel verimlilik ve hasta bakımı için kullanabilirsiniz.

IoT mimarisi ile kurumlar izole edilmiş hasta verilerini kullanıma sunabilir. Doktorlar, uyarılara hızlı bir şekilde yanıt vermek için içgörüleri hızlı bir şekilde alabilir ve kullanabilir. IoT altyapısına bağlı gadget'lar ve sağlık durumu monitörleri, gerçek zamanlı hasta durumu sunabilir.

2 numara. Tarım

Çiftçiler, üretimi otonom olarak artırmak ve yönetmek için IoT mimarisini kullanabilir.

Kullanımını aşağıdakilerde de görebilirsiniz:

• Toprak sıcaklığının izlenmesi
• Makine arızasının nedenlerini bulma
• İç mekan tarlaları için nem ve sıcaklık seviyelerinin ayarlanması

#3. Üretme

Üretim endüstrisi, süreçler hakkında fikir edinmek için IoT sensörlerini kullanır. Genellikle internete bağlı değillerdir. Kısa menzilli varyantlara sahip bu sensörler, zaman içindeki değişiklikleri de hesaplayabilir.

IoT mimarisinin bu sektördeki diğer kullanım alanları aşağıdaki gibidir:

• Gerçek zamanlı üretim izleme yoluyla talep tahmini
• Döngü süresi takibi yoluyla temel verimliliği bilmek

#4. Ticari HVAC Çözümleri

HVAC, herhangi bir elemanın veya işlevin arızalanmasını karşılayamayan karmaşık bir sistemdir. Böyle bir durumda, sonuçları yüksek enerji tüketimi ve ekstra bakım maliyetleri olacaktır. IoT mimarisini kullanarak, HVAC'ların daha düşük bir güç seviyesinde çalışmasına izin verirken tatmin edici çıktılar vermesini sağlamak mümkündür.

Ticari çözümlerin tutarlılığını ve kalitesini sağlamak, IoT'nin başka bir kullanımıdır. Sistem, herhangi bir anormalliği size bildirmek için minimum kullanıcı etkileşimi ihtiyacı ile verileri otomatik olarak toplar ve analiz eder.

# 5. Ticari Dairelerde Su Hasarını Önleme

Su borusu sızıntısı ve patlaması, ev sahiplerine ve sigorta şirketlerine milyonlarca dolar zarar veriyor. Su bağlantılarının görünmez olması, asıl nedenin tespit edilmesini zorlaştırır.

Düzgün ayarlanmış bir IoT mimarisi, verimli yerleşik sensörlerle kullanıcıları herhangi bir sızıntıya karşı gerçek zamanlı olarak uyarabilir. Ayrıca, daha iyi varlık bakımı için paydaşlara bağlamsal konum verileri sağlar. Sigorta şirketleri de sorunların bu erken tespitinden yararlanır.

Ayrıca sensörler, gelecekte potansiyel bir tehdit haline gelebilecek küçük sızıntıları da algılayabilir. Böylece kullanıcılar tesisatçılardan randevu alabilirler.

IoT Mimarisinin Geleceği

Yakında IoT, 5G ağının büyümesiyle evrimsel bir ilerleme görmek üzere. Verileri her zamankinden daha hızlı işlemek mümkün olacak. IoT sistemlerinin hızlı kurulumundan bahsetmiyorum bile.

Yöneticiler, özel 5G'yi kullanarak kişisel bir 5G mobil ağı başlatabilir ve ağ üzerinde tam kontrole sahip olabilir.

Kurumsal düzeydeki işlemler aşağıdaki sorunlarla karşılaşmaz:

• Hız azaltma
• Birlikte çalışabilirlik eksikliği
• Veri kullanımının aşılması için ek ücretler
• Yoğun saatlerde bant genişliğinin bulunmaması

Son sözler

Bir IoT mimarisi, bir IoT sisteminin tüm bileşenlerini uyumlu bir ağda nasıl bağlayacağınızı anlatır. Bu nedenle, bu sistemin mimarisinin tüm önemli teknik yönlerini ele aldık.

IoT mimarileri hakkında ayrıntılı bilgi, sağlık, üretim ve tarımda işletme düzeyinde çözümler oluşturmanıza yardımcı olur. Kullanıcılar, bu makalede belirtilen kullanım durumlarının ötesine geçebilir ve IoT'yi henüz keşfedilmemiş çeşitli sektörlerde uygulayabilir.

IoT öğrenme kaynakları ve IoT başlangıç ​​kitleri hakkındaki makalelerimize de bakmak isteyebilirsiniz.