Erlernen Sie die Architektur des Internets der Dinge (IoT) in 5 Minuten oder weniger [+ Anwendungsfälle]

Lernen Sie die Architektur des Internets der Dinge (IoT) kennen, um eine IoT-Struktur für die geschäftliche Nutzung einzurichten.

Die zukünftigen Lager, Lieferketten, Produktionsstätten und Logistikzentren werden IoT-fähig sein. Da die Technik komplex ist, wissen nur wenige IT-Giganten, was unter der Haube steckt. Sie können es jedoch auch entschlüsseln, indem Sie die Technologie in- und auswendig lernen.

Lesen Sie weiter, wenn auch Sie Ihr Unternehmen smarter machen oder IoT-Lösungen als Service anbieten möchten. Der Artikel erläutert die IoT-Architektur, den Kern, der Automatisierung und Komfort bietet, sowie einige beliebte Anwendungsfälle.

Einleitung

IoT umfasst Sensoren, Geräte und elektronische Schnittstellen, die Daten sammeln, process und Daten als Befehle an die Endpunktmaschinen senden. 

Dies sind alles Variablen oder bewegliche Teile in einem IoT-System. Ein Framework, das definiert, wie diese beweglichen Teile und Cre zu ordnen sindate Die endgültige IoT-Struktur ist die IoT-Architektur. 

Die IoT-Architektur zeigt Ihnen, wie Sie eine Verbindung herstellen und bedienenate die Geräte, die Cloud-Software und das Sensornetzwerk des IoT-Systems. Ganz zu schweigen davon, dass die Fehlerbehebung im System auch innerhalb der IoT-Architektur stattfindet. 

Ein Grundgerüst dafür wären drei Schichten von Komponenten in einem IoT-System. Diese sind wie folgt: 

• Sensoren, Aktoren, Geräte usw. unter der Wahrnehmungsschicht
• LAN, Wi-Fi, 5G, 4G usw., create die Netzwerkschicht
• Eine grafische Benutzeroberfläche ist die Anwendungsschicht

Die Architektur des IoT stellt sicher, dass Sie alle Komponenten, Datenflüsse und Endgerätebefehle innerhalb des Systems kennen. So können Sie Ihre IoT-Systeme effektiv sichern, unterstützen und steuern. 

Schichten der IoT-Architektur

Eine IoT-Systemarchitektur hat verschiedene Schichten, die als digitale Medien fungieren, durch die Sensordaten die Cloud-Anwendung erreichen. Dann trifft die Cloud-App Entscheidungen basierend auf einem voreingestellten Workflow für die Endpunktgeräte wie Roboterarme in einer Fertigungsanlage. 

Finally, these decisions flow to the end-point devices through the same layer. Understanding these layers enables you to create eine erfolgreiche IoT-Architektur. Hier sind die IoT-Architekturebenen, die Sie kennen müssen:

Die Sensorik-/Wahrnehmungsebene

Die Wahrnehmungsschicht besteht aus den Endpunktgeräten, die Daten aus dem physischen Universum sammeln. Anschließend können digitale Anwendungen die gesammelten Daten analysieren.

Da diese Schicht mit realen Objekten in Kontakt bleibt, nennen IoT-Experten sie auch die physikalische Schicht. Nachfolgend sind einige bemerkenswerte Geräte aufgeführt, die mit der Wahrnehmungsebene verbunden sind: 

• Sensoren wie Gyrometer, Geschwindigkeitssensoren, Radiofrequenz-Identifikationssensoren (RFID), chemische Sensoren usw.
• Aktuatoren und Roboterarme
• Sicherheits-Kameras, Türzugangssysteme usw.
• Thermostate, HVACs, water Sprinkler, Heizelemente usw.

Die meisten industriellen IoT-Geräte sammeln Daten für die processing-Schicht. Bei Heim-IoT-Geräten könnte die Wahrnehmungsschicht auch die sein processing-Schicht. Zum Beispiel das Nest Learning Thermostat.

Die Netzwerk-/Datentransportschicht

Die Netzwerkschicht übernimmt den Datentransport zwischen allen Schichten einer IoT-Architektur. Diese Schicht definiert auch die Netzwerktopologie für das gesamte Web von Geräten, Cloud-Apps und Datenbanken. 

Die wesentlichen Teile dieser Schicht sind Internet-GateWege, Intranet-Ports, Netzwerk gateWege und Datenerfassungssysteme (DAS). Für die oben genannten Netzwerkkonnektivitätsprotokolle können Sie sich auf die folgenden physischen Geräte verlassen: 

• Wi-Fi
• Weitverkehrsnetze (WAN)
• 4G-LTE/ 5G
• Niedrigenergie-Bluetooth
• Nahfeldkommunikation (NFC) 

Über diese Ebene kommunizieren verschiedene Endgeräte und Cloud-Appsate miteinander. Sensordaten wie Temperatur, Geschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit usw. durchlaufen die Netzwerkschicht, um andere Schichten zu erreichen. 

Die Fakten Processing-Ebene

Der processing-Schicht processes analysiert und speichert Daten, bevor es sie an ein Rechenzentrum überträgt. Es enthält Edge-Analyse in Edge-Computing, künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML). Auch wichtige Aufgaben wie das Treffen von Entscheidungen finden in dieser Schicht statt. 

Der processDie oberste Schicht übernimmt alle Entscheidungsaufgaben. Sie können die Entscheidung jedoch auch außer Kraft setzen oder das System verbessern, indem Sie Ad-hoc-Entscheidungen in der Anwendungsschicht treffen – eine Funktion, die für die menschliche Kontrolle über intelligente Maschinen äußerst wichtig ist.     

Die Anwendungs- oder GUI-Schicht

Die meisten IoT-Systeme, wie Google Home, Amazon Alexa usw. funktionieren ohne menschliches Eingreifen. Sie benötigen jedoch eine grafische Benutzeroberfläche, um IoT hinzuzufügen workflows, Parameter ändern, Geräte hinzufügen usw. Dies ist die Anwendungsschicht.

Einige wichtige Anforderungen für die Anwendungsschicht in einer IoT-Architektur sind wie folgt: 

• Umgehen Sie sprachbefehlsbasierte Probleme
• Kommunischate mit Tausenden von Sensoren und Endgeräten auf einem kleinen Bildschirm
• Fügen Sie einem bestehenden IoT-System neue Geräte hinzu, ohne den gesamten Geschäftsbetrieb herunterzufahren
• Beobachten Sie den Zustand des Systems und warten Sie die Geräte, wenn das Dashboard dies anzeigtates
• Create neue Regeln bzw workflows für die IoT-Systeme
• Create und befolgen Sie eine Service-Level-Vereinbarung (SLA).  

In industriellen Umgebungen benötigen Sie meist ein zentrales Dashboard auf einem Computer monitor um alle IoT-Systeme zu beobachten. Auf dem Dashboard können Sie mit jedem oder allen IoT-Systemen interagieren, indem Sie die Geräte anhalten, stoppen oder neu starten.  

Geschäftsschicht

Die Business-Schicht wandelt gespeicherte Daten in umsetzbare Erkenntnisse um. Unternehmensmanager, CTOs und mehr können solche Berichte verwenden. Es hilft ihnen bei der Entscheidungsfindung zur Produktivitätssteigerung.

Diese Ebene umfasst hauptsächlich Integrationen von Business-Apps. Zum Beispiel Enterprise Ressourcen planners (ERPs), Business Intelligence (BI)-Apps, Datenvisualisierungs-Apps usw.

Hier können Datenanalysten process Daten und fügen sie in ein BI-Tool wie ein Tableau, Power BIusw., um die Gesamtleistung des IoT-Systems zu kennen. Sie können auch erstellenate forecasts basiert auf der aktuellen Produktionskapazität und den zukünftigen Bedürfnissen auf dem Markt.     

Phasen der IoT-Architektur

Für die Implementierung einer High-Level-IoT-Systemarchitektur muss man die Phasen dieses Systems verstehen: 

Objekte

Die Objektphase beginnt mit der Implementierung der physikalischen Schicht. Hier müssen Sie intelligente Geräte, Sensoren und Aktoren mit dem IoT-Netzwerk und den Endpunktmaschinen verbinden.

Sensoren können kabelgebunden oder drahtlos sein. Das Hauptziel besteht darin, reale Daten zu sammeln und sie in digitale Daten umzuwandeln processing-Schicht.  

Gateway

Sie müssen ein Intranet oder Internet einrichtenateWeg. In dieser Phase sammeln Modems und Router Daten von den Sensoren und Endgeräten. 

Dann sind diese gateArt und Weise, wie Geräte digitale Daten an die übertragen processing-Schicht und Anwendungsschicht. Die meisten IoT-Architekturen verwenden für diese Phase ein Datenerfassungssystem.  

IT-Systeme

IoT-Systeme sammeln analoge Daten und Datenerfassungssysteme wandeln diese in digitale Daten um. Daher ist die Post-processDie Größe digitaler Daten ist enorm. Hier kommt ein Edge-IT-System.

In dieser Phase leiten Sie die gesammelten Daten an ein Edge-IT-System weiter, in dem KI- und ML-Algorithmen zum Einsatz kommen process es und bewahren Sie nur verwertbare Daten auf.   

Cloud-Speicher/Rechenzentren

Sobald das Edge-IT-System vorhanden ist processWenn Sie wichtige Daten verarbeitet und gefiltert haben, müssen Sie sie in einem zugänglichen Speicher ablegen. Die Anwendungsschicht der IoT-Architektur wird mit der Speicherstufe verbunden.

Eine Speicherstufe ist hauptsächlich privatate Cloud-Speicher, wo Sie IoT-Daten in strukturierten Datenbanken speichern können. Wenn Sie nach erschwinglichen Lösungen suchen, können Sie auch öffentliche Clouds ausprobieren.   

Nicht-funktionale Anforderungen

# 1. Sicherheit

Um sicherzustellen, dass internal Um die Sicherheit der Architektur zu gewährleisten, sollten keine nicht autorisierten Geräte damit verbunden sein. Die Geräte sollten registriert sein und sicher kommunizieren können. 

Darüber hinaus sollten alle Benutzer und Daten sicheren Zugriff auf die Architektur haben. Autorisierte Systembenutzer müssen Daten mit Sicherheitskontrollen austauschen.

# 2. Leistung

Das IoT-System muss mit unstrukturierten und strukturierten Daten kompatibel sein. Der Einsatz der platDas Formular sollte mit der Cloud, On-Premise und Hybrid Cloud kompatibel sein. 

Akzeptable Antwortzeiten für Benutzer und bidirektionale Kommunikation nahezu in Echtzeit sowie granulare Zeitstempel sind weitere wesentliche nicht-funktionale Voraussetzungen dieser Architektur.

# 3. Handlichkeit

Die IoT-Architektur muss Benachrichtigungen und Warnungen für alle Probleme enthalten. Es muss das Lösungsmanagement unterstützen, um die Ursachen der Probleme von einem zentralen Knoten aus schnell zu ermitteln.

# 4. Wartbarkeit

Die Geräte und das IoT-System sollten anpassbar sein. Die Architektur muss flexibel genug sein, um sich schnell an den Benutzer anzupassen, processund Datenänderungen. Sie müssen außerdem Wartungsarbeiten durchführen, ohne die Service Level Agreements (SLAs) zu verzögern.

# 5. Verfügbarkeit

Bestimmte Domänen und Lösungen erfordern die 24×7-Verfügbarkeit von IoT-Systemen. Beispielsweise erfordert eine IoT-Architektur eines Krankenhauses oder Labors, dass das System immer verfügbar ist.

IoT-Architektur in MongoDB Atlas

Verschiedene Schichten in einer IoT-Architektur produzieren Terabytes an Daten. Die Verwendung einer IoT-fähigen Cloud-Datenbank ist ideal, um die Daten organisiert zu speichern. 

Eine der großartigen Cloud-Datenbanken, die Sie verwenden könnten, ist MongoDB Atlas. Hier sind einige Beispiele für die Verwendung in der IoT-Architektur: 

• MongoDB RealmSDK und MongoDB-Server zum Aufbau einer Datenbank und einer Schnittstelle. Mobile Apps und Geräte können diese Datenbanken und Schnittstellen nutzen.
• Auf der Netzwerkschicht können Sie verwenden MongoDB-Atlas zu konfigurieren und bereitzustellen IoT-Server.
• Verwenden Sie die MongoDB 5.0 Zeitreihen als Speicher für kontinuierliche IoT-Messdaten.
• Wenn beim IoT-System eine unterbrochene Netzwerkkonnektivität auftritt, können Sie „Offline zuerst“ verwenden syncaus Atlas-App-Dienste.
• Sie können MongoDB Connector für BI und verwenden MongoDB-Diagramme auf der Business-Ebene zu extract umsetzbare Erkenntnisse aus IoT-Daten.  

Anwendungsbeispiele

Die IoT-Architektur wird täglich immer beliebter und ihre Verwendung in verschiedenen Sektoren nimmt zu. Die folgenden sind die häufigsten Anwendungsfälle:

# 1. Gesundheitswesen

Kliniken und Krankenhäuser allgemeinate Terabyte ungenutzter Daten. Sie können dies für Gre verwendenater betriebliche Effizienz und Patientenversorgung. 

Mit der IoT-Architektur können Institutionen isolierenated Patientendaten in Verwendung. Ärzte können die Erkenntnisse schnell abrufen und nutzen, um schnell auf Warnmeldungen zu reagieren. Mit der IoT-Infrastruktur verbundene Geräte und Gesundheitszustand monitors können den Patientenstatus in Echtzeit anzeigen. 

# 2. Landwirtschaft

Landwirte können die IoT-Architektur nutzen, um die Produktion autonom zu steigern und zu verwalten. 

Sie können seine Verwendung auch im Folgenden sehen: 

• Monitorsteigende Bodentemperatur
• Gründe für Maschinenausfälle finden
• Anpassen von Feuchtigkeit und Temperatur für Indoor-Plantagen

# 3. Fertigung

Die Fertigungsindustrie nutzt IoT-Sensoren, um Einblicke zu gewinnen processes. Sie sind üblichally nicht mit dem Internet verbunden. Diese Sensoren der Nahbereichsvariante sind auch in der Lage, zeitliche Veränderungen zu berechnen.

Andere Anwendungen der IoT-Architektur in diesem Sektor sind wie folgt:  

• Demand forecast durch Echtzeitproduktion monitorIng.
• Ermittlung der Basiseffizienz durch Zykluszeitverfolgung

# 4. Kommerzielle HLK-Lösungen

HVAC ist ein komplexes System, das sich den Ausfall eines Elements oder einer Funktion nicht leisten kann. Wenn es passiert, hoher Energieverbrauch und extra Wartungskosten werden die Folge sein. Mithilfe der IoT-Architektur ist es möglich, dass HLK-Anlagen eine zufriedenstellende Leistung erbringen und gleichzeitig mit einem niedrigeren Leistungsniveau betrieben werden können.

Die Sicherstellung der Konsistenz und Qualität kommerzieller Lösungen ist ein weiterer Einsatzbereich des IoT. Das System automatischally sammelt und analysiert Daten mit minimaler Benutzerinteraktion, um Sie über etwaige Anomalien zu informieren.

# 5. Water Schaden PrevEinstieg in Gewerbewohnungen

WateRohrlecks und Rohrbrüche verursachen Hausbesitzern und Versicherungsgesellschaften Millionenbeträge. Die Unsichtbarkeit von water-Verbindungen machen es schwierig, die Grundursache zu ermitteln.

Eine richtig eingestellte IoT-Architektur kann die Benutzer mit effizienten integrierten Sensoren in Echtzeit auf Lecks aufmerksam machen. Es stellt den Stakeholdern auch kontextbezogene Standortdaten für eine bessere Asset-Wartung zur Verfügung. Auch Versicherungsunternehmen profitieren von dieser Früherkennung von Problemen.

Darüber hinaus können die Sensoren auch kleinere Leckagen erkennen, die in Zukunft zu einer potenziellen Bedrohung werden könnten. So können Benutzer Termine mit Klempnern vereinbaren.

Zukunft der IoT-Architektur

Bald wird das IoT einen evolutionären Fortschritt erleben growdes 5G-Netzes. Es wird möglich sein process Daten schneller als je zuvor. Ganz zu schweigen von der schnellen Bereitstellung von IoT-Systemen.

Mit private Mit 5G können Administratoren ein persönliches 5G-Mobilfunknetz einrichten und haben die volle Kontrolle darüber. 

Die EnterpriseBei Operationen auf -Ebene treten die folgenden Probleme nicht auf:

• Geschwindigkeitsdrosselung
• Mangelnde Interoperabilität
• Zusätzliche Gebühren für übermäßige Datennutzung
• Nichtverfügbarkeit von bandwidth im peak Stunden

Zusammenfassung 

Eine IoT-Architektur sagt Ihnen, wie Sie alle Komponenten eines IoT-Systems in einem zusammenhängenden Netzwerk verbinden. Daher haben wir alle entscheidenden technischen Aspekte der Architektur dieses Systems abgedeckt.

Ein detailliertes Wissen über IoT-Architekturen hilft Ihnen bei der Erstellungate Unternehmenslösungen im Gesundheitswesen, in der Fertigung und in der Landwirtschaft. Benutzer können sogar über die in diesem Artikel genannten Anwendungsfälle hinausgehen und IoT in verschiedenen noch zu erforschenden Sektoren implementieren. 

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