02. října 2017 14:46

Přímá konektivita pro IoT řešení – od koncových zařízení až po cloudové analytické systémy

Stavba integrovaných návrhů pro tolik diskutovaný internet věcí (IoT) nebyla nikdy tak snadná. Existuje nepřeberné množství kompaktních jednodeskových počítačů, z nichž některé nabízejí bezdrátovou konektivitu, která slibuje usnadnit vývoj návrhů založených na konceptu IoT. Ať již stavíte několik zařízení ke snímání podmínek prostředí pro aplikaci v oblasti průmyslové automatizace nebo domácí bránu pro monitorování spotřeby energie a řízení vytápění, zajisté existuje cenově dostupná výpočetní platforma, která bude pro návrh ideální.

Obr. 1 Služba IBM Internet of Things Foundation

Ačkoli se mnoha vývojářům integrovaných zařízení může zdát, že mají hardwarové aspekty návrhu svého systému pod kontrolou, v otázce toho, kam budou data generovaná těmito zařízeními odesílána a jak budou spravována, si už tak jistí být nemusí. Jedním z klíčových důvodů, proč mnoho společností vítá možnosti konceptu IoT, je fakt, že s jeho pomocí mohou svým zákazníkům nabídnout nové a inovativní obchodní modely založené na službách. Aby toho však bylo možné dosáhnout, je zapotřebí mnoha nových technických oborů, které zajistí, že tyto nové obchodní modely budou spolehlivě a se ziskem zákazníkům dodány.

Pro společnost, která svou značku založila na spolehlivých a důvěryhodných produktech, je dnes extrémně náročné zajistit stejně spolehlivou cloudovou platformu pro ukládání a analýzu dat s možností správy a škálování, na jejímž základě mohou tyto nové obchodní modely teprve skutečně začít existovat.

Místem pro hledání potenciálních servisních partnerů disponujících cloudovou infrastrukturou schopnou uvést potenciál konceptu IoT v život, je přirozeně oblast podnikového IT. Pokud ovšem zvážíme miliony snímačů a ostatních koncových zařízení, které lze potenciálně připojit k jednomu systému IoT, i počty uživatelů největších bankovních nebo maloobchodních sítí na světě se najednou jeví jako nicotné. Naštěstí existuje řada poskytovatelů cloudových hostingů podnikové třídy, kteří poskytují řešení schopná zajistit plynulou konektivitu od těch nejmenších integrovaných koncových zařízení až po škálovatelné analytické aplikace s vysokou dostupností. Společnost IBM nedávno ohlásila vznik svého projektu IBM Internet of Things Foundation, což je spravovaná služba hostovaná v cloudu, která si klade za cíl pomoci společnostem získat obchodní hodnotu z jejich zařízení IoT bez ohledu na to, kde se nacházejí. Společnost IBM si jasně uvědomila, že ačkoli každá společnost potřebuje rychle sestavovat data z internetu věcí pro analýzu, vizualizovat je a následně dodávat do systémů pro podnikovou správu, zdrojem těchto dat jsou převážně velmi malá integrovaná zařízení s nízkým výkonem, jejichž integrace do systému může být obtížná.

Služba IBM Internet of Things Foundation poskytuje základní stavební bloky pro připojení, sběr, sestavení a správu kompletní infrastruktury IoT. Pomocí standardizovaných protokolů jako například MQTT a REST lze bezpečně připojit a vzdáleně spravovat širokou škálu koncových zařízení, například snímačů. Klíčovým faktorem pro přímý přístup, který společnost IBM k celé problematice zvolila, bylo rozhodnutí zaměřit se na konektivitu oblíbených open-source vývojových desek, jako je například Raspberry Pi. Data lze shromažďovat v časových intervalech vyhovujících konkrétní aplikaci a analytický a systémový ovládací panel lze vytvořit v rámci cloudové analytické platformy. Ovšem tou nejchytřejší vlastností této služby společnosti IBM je jednoduchý způsob, kterým lze vytvářet procesy pro shromažďování dat, toky informací a kontrolu. IBM Bluemix je klíčová cloudová platforma, která spolu s vizuálním programovacím prostředím Node-RED umožňuje rychle vizuálně propojovat zdroje dat a události ze snímačů a dále je předávat cloudové platformě pro následnou analýzu a uložení. Platforma IBM Bluemix poskytuje cloudové služby pro připojení, ukládání a analýzu dat z vašich zařízení IoT. Node-RED je vizuální programovací prostředí pro vytváření „toků“ dat ze snímačů do cloudu propojením nebo „prodrátováním“ hardwaru se softwarem.

Obr. 2 Simulace stránky IBM Bluemix Quickstart

Společnost IBM pro předvedení konceptů používá stránku Quickstart (viz Obrázek 2), s jejíž pomocí lze přistupovat k široké škále předem připravených „receptů“ pro mnoho výše zmíněných integrovaných vývojových platforem. Tyto recepty obsahují kroky potřebné pro připojení Vašeho hardwaru ke cloudovým službám společnosti IBM. Ty obvykle zahrnují stažení programu pro cílové integrované zařízení. Většina těchto programů obsahuje aplikaci, která kromě nastavení připojení ke cloudu také vytvoří a odešle vzorová data, která lze využít pro vizualizaci v reálném čase. Pokud ve webovém prohlížeči v počítači kliknete na odkazy na obrazovky se simulacemi, můžete si navíc prohlédnout také vzorové vizualizace. Obrázek 3 obsahuje simulaci snímače teploty s možností ručního zvyšování a snižování teploty a Obrázek 4 ilustruje zobrazení souvisejících dat v reálném čase.

Obr. 3 Simulace teplotního snímače

Prostředí Node-RED tvoří „toky“ a „uzly“. Uzel je tok, který byl vyvinut jako předdefinovaná funkce prostředí Node-RED. Webová stránka prostředí Node-RED obsahuje mnoho základních uzlů a uzlů třetích stran, které můžete do prostředí Node-RED přidat. Například můžete použít uzel třetí strany, který při používání speciálního modulu s dotykovou obrazovkou u desky Raspberry Pi přidává funkci dotykového vstupu. Tento „dotykový“ uzel hlásí polohu na obrazovce. Tento údaj lze následně přetáhnout a „prodrátovat“ do nového toku. Funkce uzlů lze obecně zařadit do kategorií vstup, výstup, funkce, sociální, úložiště a analýza. Další uzly třetích stran nabízejí například vstup/výstup GPIO, čtení času NTF nebo vytváření tabulek Google z dat.

Obr. 4 Analýza simulovaných dat ze snímače v reálném čase

Obrázek 5 zachycuje obrazovku editoru prostředí Node- RED. Povšimněte si uzlů „gpio“ a „touch“, které byly přidány do základního seznamu po levé straně.

Obr. 5 Obrazovka editoru prostředí Node-RED

Prostředí Node-RED Vám umožňuje rychle vytvořit svůj první tok. Stránka Node-RED obsahuje širokou škálu dokumentace, včetně některých výukových příkladů, jako na Obrázku 6. Tento příklad demonstruje jednoduchý tok, který vytváří hlášení „payload“ s časovým razítkem a odešle ho funkci „format timestamp“ (formátování časového razítka). Tato funkce je na obrazovce zvýrazněna a obrázek ilustruje, jakým způsobem je hodnota převedena na řetězec a následně odeslána do panelu pro ladění, který je umístěn vpravo.

Obr. 6 Node-RED – jednoduchý tok pro převod řetězce s datem

Raspberry Pi 2 je vynikající platforma, na jejímž základě lze pomocí nástrojů IBM Internet of Things Foundation, IBM Bluemix a Node-RED vytvořit kvalitní IoT aplikaci. Díky širokým vstupně-výstupním možnostem a mnoha dostupným obrazovkám LCD, rozšířením GPIO a bezdrátovým modulům třetích stran je platforma Raspberry Pi ideální pro použití v koncových zařízeních Vašeho řešení IoT. Nástroje IBM Bluemix a Node-RED obsahují podrobné instrukce pro implementaci a konfiguraci desky Raspberry Pi, díky kterým s jistotou zvládnete celý proces od vývoje až po nasazení IoT řešení založeného na této platformě. Tento přístup k vývoji IoT řešení kombinuje škálovatelné, flexibilní a bezpečné cloudové služby společnosti IBM s důvěryhodnou, prověřenou a dobře zdokumentovanou platformou Raspberry Pi 2. Vpravdě vítězná kombinace!

Simon Duggleby, Marketing Manager –
Semiconductors, RS Components