[Перевод] Шлюзы в IoT-разработке: когда, зачем и почему
Это удивительное ощущение: видеть первые шаги IoT, технологии которая изменит мир. В этой области уже сделано множество открытий и создано невероятное количество потрясающих разработок. Но самое интересное — впереди. Интернет вещей зародился и существует благодаря увлечённым своим делом изобретателям и производителям, которые выпускают компоненты, из которых можно собирать самые разные устройства.
Создавая сложные аппаратные конструкции для интернета вещей, многие попытались воспользоваться существующими серверными технологиями, и, что очень важно, облачными службами. Однако, если приглядеться, например, к процедуре отправки показателей какого-нибудь датчика с платы, отличающейся низким энергопотреблением, становится очевидной необходимость включения в схему взаимодействия «устройство — сервер» дополнительного аппаратного звена, обеспечивающего надёжную и экономичную связь IoT-устройств с внешним миром.
Intel — первопроходец применения технологий шлюзов в сфере интернета вещей. Но что такое «шлюз»? Этот термин обычно применяют, когда говорят о некоем оборудовании, которое занимается приёмом, передачей, а часто — и обработкой данных. В интернете вещей шлюз — это сетевое оборудование, которое выполняет множество функций, таких, как объединение десятков датчиков или интеллектуальных устройств. При этом аппаратную конфигурацию шлюза можно подобрать с учётом поставленной перед проектом задачи. В первом приближении, существуют шлюзы Intel для IoT с процессорами, имеющими от одного до четырёх ядер. Их оснащают соответствующими объёмами оперативной и постоянной памяти. Кроме того, эти шлюзы адаптированы для множества вариантов промышленного и коммерческого применения.
Для того, чтобы понять, когда же стоит воспользоваться шлюзом в разработке систем интернета вещей, поговорим о функциях и возможностях шлюзов.
Шлюз как агрегатор
Одно из основных преимуществ использования IoT-шлюзов — это возможность агрегации данных, поступающих от других устройств. Взглянем правде в глаза. Устройства малого форм-фактора могут решать многие задачи самостоятельно, но, если нагрузить их сверх меры, ограничения в объёме памяти и вычислительной мощности могут замедлить весь проект, довести его до почти нерабочего состояния. Объединение множества таких устройств с помощью шлюза даёт возможность организовать эффективный сбор их данных, позволяет им решать исключительно те задачи, на которые они рассчитаны.
При этом неважно, устройства каких именно форм-факторов задействованы в проекте. Шлюз, в любом случае, способен значительно улучшить работу. Имеет смысл размещать маломощные устройства поближе к датчикам. Использование шлюза в качестве агрегатора позволяет группировать множество таких устройств и пересылать их данные шлюзу с использованием специализированной сети.
Применение плат, вроде Intel Edison, или Intel Galileo, позволяет подключать к ним что-то около десятка датчиков. Для взаимодействия со всеми необходимыми датчиками может понадобиться несколько таких плат. При этом, хотя с их использованием вполне можно организовать прямую отправку данных, скажем, в облако, особенности размещения частей системы могут значительно усложнить эту задачу. Если же связь с отдельными платами будет организована с помощь шлюза, он позволит, например, передавать собранные с них данные на длинные дистанции, что решает проблемы, связанные с расстоянием до датчиков и их пространственным расположением. Как результат, это позволяет создавать решения, которые очень сложно или невозможно создать без использования шлюза.
Кроме того, можно подключать датчики к шлюзу напрямую. Большинство шлюзов способны обеспечить работу примерно с десятком самостоятельных датчиков. Многие шлюзы поддерживают сразу несколько рабочих Wi-Fi-сетей, это позволяет им взаимодействовать с датчиками, которые умеют передавать данные по таким сетям.
И, наконец, нужно обратить внимание на данные. Хотя вполне можно отправлять на сервер, скажем, показания датчиков по мере их считывания, существуют и другие подходы, использование которых помогает защитить данные, обеспечить высокую скорость их передачи и исключить задержки. Необработанный поток сведений от датчика к серверу может показаться простым и удобным решением, но группировка, пакетная передача информации, или даже сборка разрозненных показателей в файлы и отправка на сервер в таком виде, позволяют добиться более высокого качества передачи данных.
В работе с данным есть возможность пойти и ещё дальше. С использованием шлюза можно реализовать различные варианты их обработки. При этом, учитывая то, что многие шлюзы оснащены мощными многоядерными процессорами, даже довольно сложные манипуляции не будут создавать нагрузку, которая замедлит работу всей системы. В результате шлюз оказывается идеальным устройством для подготовки данных маломощных устройств перед отправкой их, например, в облако.
О производительности шлюзов
Шлюзы Intel для IoT оснащают процессорами Quark, Atom и Core. Intel Quark — одноядерные процессоры, их тактовая частота — 400 МГц. Процессоры Intel Quark и Intel Core существуют в вариантах с одним, двумя или четырьмя ядрами. Шлюзы оснащают хранилищами данных и оперативной памятью, которые соответствуют требованиям процессора и назначениям устройств.
Шлюзы на базе Intel Quark, например, основанные на плате Intel Galileo, вполне способны удовлетворить запросы множества разработчиков. Но коммерческий сектор предъявляет более высокие требования к производительности. Мощные IoT-шлюзы от Intel способны вписаться практически в любое индустриальное решение в этой области, учитывая то, что потребность в таких решениях постоянно растёт.
Кроме того, задействовать высокий уровень производительности шлюзов можно и другими способами. В то время, как множество конечных устройств отличаются малым энергопотреблением, что достигается за счёт использования процессоров с низкими тактовыми частотами, шлюзы — устройства высокопроизводительные, которые могут позволить себе тратить больше энергии на вычисления. Высокая вычислительная мощность шлюзов позволяет строить на их основе системы реального времени. Достигается это за счёт использования продвинутого программного обеспечения, которое, естественно, опирается на возможности «железа». Как результат, IoT-системы, использующие шлюзы, могут максимально оперативно реагировать на управляющие воздействия и на изменения показателей датчиков. Это — ещё одно важное преимущество использования шлюзов.
Возможности адаптации к потребностям проектов
Шлюзы Intel для IoT поддерживают множество операционных систем. Большинство моделей поставляется с установленной Wind River Linux. Это, так сказать, стандартное решение. Некоторые компании предлагают шлюзы с аппаратным обеспечением от Intel, на которых установлена Snappy Ubuntu или даже Windows 10. Широкий выбор программных платформ даёт практически безграничные возможности по программной адаптации шлюзов к нуждам конкретного проекта.
Кроме того, продукты для платформ Intel разрабатывает множество производителей. В итоге, если ваш проект нуждается в чём-то совершенно уникальном, например, в особом интерфейсе для подключения оборудования к шлюзу, подобное вполне можно реализовать. На самом деле, шлюзы можно адаптировать практически под любую потребность, и если вы не нашли среди стандартных решений то, что вам нужно, вы можете обратиться к одному из наших OEM-производителей и обсудить вопрос создания решения специально для вашего проекта.
Сетевые возможности
В области сетевых возможностей шлюзам нет равных. Как минимум, они могут подключаться сразу к двум локальным проводным сетям, они способны работать в одноканальных или многоканальных Wi-Fi-сетях. Но и это ещё не всё: при необходимости на базе шлюза можно организовать сети на базе технологий Bluetooth, ZigBee, 6LoWPAN и других. Несложно понять, какие возможности это открывает. Подробности обо всём этом вы можете узнать на странице, посвящённой технологии Intel IoT Gateway.
Разнообразие поддерживаемых сетевых интерфейсов позволяет решениям для интернета вещей, использующих шлюзы Intel, включать в себя практически любое оборудование. Это позволяет системам подключаться к облачным сервисам, организовывать различные схемы управления. В список поддерживаемых сетевых интерфейсов входят и мобильные сети: GPRS, 2G, 3G. LTE. При этом, например, шлюз может одновременно работать в нескольких Wi-Fi-сетях, и, не прерывая связь, взаимодействовать со специализированными устройствами, используя другие типы сетей. В ситуациях, когда другим устройствам может понадобиться отключиться от одной сети для того, чтобы подключиться к другой, шлюзы Intel держат связь по всем каналам.
Мощь сетевых возможностей шлюзов — это причина по которой агрегация экономичных устройств, автономных датчиков и другого IoT-оборудования — это важная особенность практически всех коммерческих IoT-проектов.
Безопасность
Одна из основных причин, которая говорит в пользу выбора шлюзов Intel для IoT, заключается в использовании Wind River Linux. Эта система весьма надёжна, но особое внимание здесь уделено безопасности. В частности, благодаря взаимодействию с компанией McAfee, на базе Wind River Linux была создана платформа, рассчитанная специально на безопасное использование в среде IoT.
Причём, речь идёт не только о защите данных. Физические устройства так же защищены. В частности, в Wind River предусмотрена защита устройств от внутреннего или внешнего несанкционированного доступа. При этом, в области защиты данных, здесь доступно шифрование и безопасный обмен информацией с внешними системами.
Управление
Решения начального уровня для IoT либо поддерживают ограниченные возможности управления, либо не поддерживают их вовсе. Ситуацию можно немного улучшить за счёт разработок сторонних производителей, но многие находят внедрение подобных систем, учитывая их ограниченный функционал, неоправданно сложной задачей. В шлюзах Intel с установленной Wind River Linux управляющее ПО уже встроено в систему. Кроме того, поддержка платформ Wind River Helix Device Cloud и Wind River Helix App Cloud, дают огромные возможности по управлению устройствами, приложениями и облачными сервисами.
При этом Wind River Linux позволяет управлять не только локальными, но и удалёнными устройствами. Контролировать их можно либо вручную, либо в автоматическом режиме, основываясь на критериях, заданных администраторами и программистами. Кроме того, удалённые устройства можно объединять в группы и работать с ними не по отдельности, а, основываясь на некоем общем признаке, скажем, на том, к какому именно шлюзу они подключены.
Выводы
Мы рассмотрели множество сильных сторон шлюзов Intel для IoT. Ответим теперь на вопросы о том, когда, зачем и почему стоит ими пользоваться. Вопросы эти, одновременно, и простые, и сложные. Вот небольшой список ситуаций, в которых можно порекомендовать использование шлюзов Intel для IoT:
- Разрабатываемая система серьёзно зависит от производительности.
- Надёжная взаимосвязь компонентов — это залог успеха проекта.
- Недостаточный уровень безопасности ставит под угрозу всю работу.
- Нужна возможность локально или удалённо управлять IoT-решением.
- Необходима надёжная операционная система, на базе которой планируется реализовать собственные приложения.
- Успех проекта зависит от возможности создания собственной сборки ОС.
- Нужно обеспечить подключение, например, к облаку, огромного количества датчиков.
- Нужны продвинутые возможности организации Wi-Fi-сетей.
- Необходима возможность создания специализированных сетей для организации связи с существующим оборудованием.
На самом деле, это — лишь малая часть причин, которые привели, сначала, к разработке шлюзов Intel для IoT, а теперь служат критериями, на которые можно опираться, принимая решение о включении шлюза в свой проект. В бесчисленном множестве случаев создателям IoT-систем стоит воспользоваться продуктами индустриального класса, не отвлекаясь на разработки, рассчитанные на любителей. С их помощью можно собрать рабочий прототип, небольшой домашний проект, но, когда дело доходит до коммерческого использования, когда безопасность и возможность масштабирования выходят на первый план, без надёжных систем промышленного уровня не обойтись. В такой ситуации решения на базе технологии Intel IoT Gateway — это одна из очень немногих доступных сегодня на рынке альтернатив. Эти решения идеально подходят для разработки и реализации проектов любой сложности.
