5 уровней стека технологий Интернета вещей

В этом посте я описываю 5 уровней стека технологий Интернета вещей и то, как менеджеры по продукту могут включить их в свою продуктовую стратегию и дорожную карту.

Вы, наверное, много слышали о том, как Интернет вещей (IoT) произведет революцию во многих сферах нашей жизни. И даже несмотря на весь этот потенциал, многие менеджеры по продуктам все еще изо всех сил пытаются понять основные концепции Интернета вещей и то, как они могут использовать его, чтобы обеспечить дополнительную ценность для своих клиентов и компании.

Примечание. Если вы новичок в Интернете вещей, я рекомендую мою статью «Что такое Интернет вещей».

Приступая к работе с Интернетом вещей, легко испугаться сложности, жаргона и ажиотажа. Но беспокоиться не о чем. Первый шаг - перестать смотреть на Интернет вещей как на черный ящик и начать смотреть на него как на систему, состоящую из нескольких отдельных технологических блоков.

Я называю эти блоки 5 уровнями стека технологий Интернета вещей. Как только вы познакомитесь со стеком технологий IoT, вы увидите, что в IoT нет ничего волшебного. Это просто датчики, компьютеры и сети вместе. Кстати, все продукты Интернета вещей имеют эти 5 уровней, независимо от того, являются ли они потребительскими или промышленными продуктами.

Позже в этом посте я также опишу, как вы можете использовать эту концептуальную модель для взаимодействия со своей командой, клиентами и поставщиками. Но сначала давайте поговорим о стеке технологий Интернета вещей.

Приступим!

Представляем 5 уровней стека технологий Интернета вещей

Первый шаг к тому, чтобы стать менеджером по продукту IoT, - это понять пять уровней стека технологий IoT. Разбив полное решение Интернета вещей на эти пять уровней, менеджеры по продуктам могут лучше понять и проанализировать компромиссы между бизнесом и технологиями, которые необходимы на каждом уровне и в системе в целом. Эти пять слоев:

Чтобы поместить этот стек технологий Интернета вещей в контекст, представим, что вы разрабатываете продукт, который отслеживает состояние ветряной турбины. Этот продукт предвидит, когда турбина нуждается в обслуживании, тем самым экономя миллионы долларов на потенциальном повреждении турбины и избегая прерывания обслуживания.

Этот метод широко известен как «профилактическое обслуживание».

Теперь давайте воспользуемся примером ветряной турбины, чтобы подробно описать каждый из уровней стека технологий Интернета вещей.

Уровень 1 - Аппаратное обеспечение устройства

Устройства представляют собой «вещи» в Интернете вещей. Устройства действуют как интерфейс между физическим и цифровым мирами. Это первый уровень стека технологий Интернета вещей.

В первую очередь следует учитывать, является ли ваш продукт самим подключенным устройством (т. Е. Термостатом Nest) или ваш продукт переключает существующее устройство в подключенное устройство, добавив контрольно-измерительные приборы (т. е. добавив датчики и установив связь с ветряной турбиной). В нашем примере вы продаете не ветряную турбину, а только устройство, которое подключается к ветряной турбине. Другими словами, наш пример ветряной турбины - это «заброшенное» решение.

Одна из основных целей вашего устройства - сбор данных. Итак, теперь вам нужно подумать о том, какие данные собирать и, следовательно, какое оборудование устройства вам нужно для этого.

Для простого сбора данных вам может понадобиться только один датчик. Для более сложного сбора данных вам может потребоваться промышленный компьютер с множеством датчиков, мощный процессор, локальное хранилище, шлюз и т. Д.

На этом уровне стека технологий Интернета вещей важно понимать такие параметры оборудования, как стоимость, размер, простота развертывания, надежность, срок службы и т. Д.

Например, для небольших устройств, таких как умные часы, у вас может быть только физическое пространство для системы на кристалле (SoC). Для более требовательных решений вам может потребоваться встроенный компьютер, такой как Raspberry Pi, Arduino или плата BeagleBone. Для критических вычислительных задач вам могут понадобиться современные промышленные компьютеры, такие как компактный RIO или PXI. Все эти решения предъявляют разные требования к стоимости, размеру, времени автономной работы и т. Д.

В нашем продукте для мониторинга ветряных турбин нам понадобится акселерометр в качестве датчика для сбора данных о вибрации. Если вибрация выходит за пределы определенного диапазона, это означает, что ветряная турбина нуждается в обслуживании. Поскольку это тяжелое промышленное приложение, нам, вероятно, понадобится промышленный компьютер, такой как компактный RIO, поскольку он обладает достаточной вычислительной мощностью и уже имеет встроенные акселерометры.

Вашему устройству также потребуется оборудование для передачи данных в облако. Подробнее об этом в разделе связи.

Рекомендуемая статья: Как работает IoT-устройство?

Уровень 2 - программное обеспечение устройства

Программное обеспечение устройства - это компонент, который превращает аппаратное обеспечение устройства в «интеллектуальное устройство». Программное обеспечение устройства - это второй уровень стека технологий Интернета вещей.

Программное обеспечение устройства реализует концепцию «программно-определяемого оборудования», означающую, что конкретное аппаратное устройство может обслуживать несколько приложений в зависимости от встроенного программного обеспечения, на котором оно работает.

Программное обеспечение устройства позволяет реализовать связь с Облаком или другими локальными устройствами. Вы можете выполнять аналитику в реальном времени, собирать данные с датчиков вашего устройства и даже управлять.

Этот уровень стека технологий IoT имеет решающее значение, поскольку он служит связующим звеном между реальным миром (оборудованием) и вашими облачными приложениями. Вам и вашей команде решать, сколько функций вы разместите здесь, а не в облаке.

Вы также можете использовать программное обеспечение устройства, чтобы снизить риски разработки оборудования. Создание оборудования - дорогое удовольствие, и оно занимает намного больше времени, чем программное обеспечение. Поэтому вместо того, чтобы создавать свое устройство для узкой и конкретной цели, лучше использовать обычное оборудование, которое может быть настроено с помощью программного обеспечения вашего устройства, чтобы обеспечить вам большую гибкость в будущем.

Этот метод часто называют «программно-определяемым оборудованием». Таким образом, вы можете обновлять встроенное программное обеспечение удаленно через облако, которое обновит ваши «аппаратные» функции в полевых условиях.

Я делю уровень программного обеспечения устройства на две категории:

Операционная система устройства

Сложность вашего решения IoT будет определять тип операционной системы (ОС) устройства, которая вам нужна. Некоторые из ключевых соображений включают в себя, требует ли ваше приложение обработки в реальном времени, какой тип поддержки ввода-вывода вам нужен и нужна ли вам поддержка полного стека TCP / IP. Распространенными примерами встроенных операционных систем являются Linux, Brillo (уменьшенная версия Android), Windows Embedded и VxWorks, и это лишь некоторые из них.

Приложения для устройств

Приложения для устройств запускаются поверх Edge OS и обеспечивают определенные функции для вашего решения IoT. Здесь возможности безграничны. Вы можете сосредоточиться на сборе данных и их потоковой передаче в облако, аналитике, локальном управлении и т. Д.

В нашем примере с монитором ветряной турбины акселерометр будет часто брать пробы для измерения вибрации. Это дает огромное количество данных. Но нам не нужно отправлять все эти данные в облако - только данные, указывающие на наличие проблемы. Поэтому наше прикладное программное обеспечение устройства будет отслеживать данные локально и отправлять только предупреждения и сообщения об ошибках. Он также будет выполнять управление в режиме реального времени для отключения турбины, если вибрация выходит за рамки указанных вами параметров.

Совет менеджера по продукту: Если аппаратное и программное обеспечение устройства работают вместе, чтобы создать интеллектуальное устройство, зачем представлять их отдельно в стеке технологий Интернета вещей? Их полезно рассматривать по отдельности, потому что они создаются разными командами с очень разными требованиями, процессами и сроками. Программное обеспечение устройства будет разрабатываться инженерами-программистами с использованием гибкого подхода. С другой стороны, устройства будут разрабатываться группой инженеров аппаратного обеспечения в соответствии с процедурой NPI оборудования. Такое разделение сделает вашу работу намного более комфортной, поскольку вы будете составлять дорожные карты и работать с различными командами.

Уровень 3 - Связь

Под коммуникациями понимаются различные способы обмена информацией между вашим устройством и остальным миром. Коммуникации - это третий уровень стека технологий Интернета вещей. В зависимости от вашей отрасли некоторые люди называют этот уровень стека технологий Интернета вещей «возможностью подключения». В этом посте я использую более общий термин «коммуникация», но имею в виду то же самое.

Связь включает как физические сети, так и протоколы, которые вы будете использовать. Верно, что реализация уровня связи находится в аппаратном обеспечении устройства и программном обеспечении устройства. Но исходя из концептуальной модели (а не модели реализации), я предпочитаю оставить Коммуникации на отдельном уровне, чтобы облегчить обсуждения с остальной частью моей команды.

Выбор правильных механизмов связи - важная часть вашей продуктовой стратегии IoT. Он будет определять не только то, как вы получаете данные в облако и из него (например, используя Wi-Fi, WAN, LAN, 4G, 5G, LoRA и т. Д.), Но также и то, как вы общаетесь со сторонними устройствами в то же здание.

Например, системы в умных зданиях обычно обмениваются данными друг с другом с помощью протокола BACnet. Если ваше устройство участвует в автоматизации зданий, рекомендуется обеспечить поддержку BACnet, даже если вы еще не уверены, хотите ли вы, чтобы ваше устройство взаимодействовало с другими устройствами в здании.

Ваша коммуникационная стратегия влияет на общую топологию вашей системы. Например, если в вашем решении IoT есть десять датчиков, должен ли каждый датчик напрямую связываться с облаком? Или вам нужно иметь десять более простых (и дешевых) датчиков, которые обмениваются данными с центральным шлюзом для агрегирования и передачи данных на большие расстояния?

Эти решения не являются чисто техническими. Это бизнес-решения, которые необходимо принять менеджерам по продуктам, учитывая влияние на стоимость, развертывание и техническую сложность решения.

В моем примере с монитором ветряной турбины первым делом можно было бы подключить устройства к локальной сети. Но ветряная электростанция может быть где-то в глуши, а все, что у вас есть, - это ближайшая вышка сотовой связи. Таким образом, вам придется подключаться к облаку через сотовую связь.

Это решение повлияет на ваш выбор аппаратного и программного обеспечения устройства, а также на ваши расходы, поскольку вам придется платить оператору сотовой связи за подключение. Эти дополнительные расходы также подтверждают наше решение предварительно анализировать данные датчиков в устройстве и отправлять только полезные аналитические данные в облако, а не отправлять весь набор данных, созданный акселерометром. Помните, чем больше данных вы передаете, тем больше это вам стоит. .

Уровень 4 - Облачная платформа

Облачная платформа - это основа вашего решения IoT. Если вы знакомы с управлением предложениями SaaS, то вам хорошо известна роль этого уровня стека технологий IoT.

Облачная платформа предоставляет инфраструктуру, которая поддерживает следующие важные области:

Сбор и управление данными

Ваши интеллектуальные устройства будут передавать информацию в облако. Определяя требования к вашему решению, вы должны иметь хорошее представление о типе и объеме данных, которые вы будете собирать ежедневно, ежемесячно и ежегодно.

Одна из проблем приложений Интернета вещей заключается в том, что они могут генерировать огромный объем данных. Вам необходимо убедиться, что вы определили параметры масштабируемости, чтобы ваши архитекторы могли с самого начала определить правильное решение для управления данными.

Рекомендуемая статья: Большие данные:6 ключевых областей, которыми должен заниматься каждый продакт-менеджер

Аналитика

Аналитика - один из важнейших компонентов любого решения IoT. Под аналитикой я имею в виду способность обрабатывать данные, находить закономерности, составлять прогнозы, интегрировать машинное обучение и т. Д. Ценность вашего решения делает способность извлекать ценные сведения из ваших данных, а не сами по себе данные. Аналитика может быть настолько простой, как агрегирование и отображение данных, так и сложной, как использование машинного обучения или искусственного интеллекта. Здесь нет правильного или неправильного. Потребности ваших клиентов будут указывать на тип анализа, который вам потребуется выполнить, чтобы удовлетворить их потребности.

Облачные API

Интернет вещей - это подключение устройств и обмен данными, чего можно добиться, открывая API-интерфейсы на уровне облака или устройства. Облачные API позволяют вашим клиентам и партнерам либо взаимодействовать с вашими устройствами, либо обмениваться данными. Помните, что открытие API - это не техническое решение; это бизнес-решение.

Рекомендуемая статья: Бизнес API:что нужно планировать менеджерам по продуктам

Менеджеры по продуктам должны дать своим командам четкое представление об общем решении IoT, чтобы технические группы могли определить правильную облачную архитектуру. Менеджеры по продуктам также должны оценить стоимость и сложность разработки облачной платформы с помощью анализа сборки и покупки.

Каждая техническая команда стремится создать законченное решение с нуля. Но независимо от того, способна ли команда на это или нет, для менеджера по продукту важно определить, имеет ли построение вашей облачной платформы «бизнес-смысл» не только с точки зрения разработки, но и с учетом общей стоимости владения, обслуживания и т. Д. поддержка, надежность и время выхода на рынок.

Во многих случаях может быть лучше использовать существующую PaaS (платформу как услугу). На рынке их много, поэтому для более глубокого погружения в слой облачной платформы в стеке технологий IoT я рекомендую мою статью:

Рекомендуемая статья: Что такое платформа Интернета вещей (и как ее выбрать)

В нашем примере с мониторингом ветряных турбин давайте подумаем, сколько данных нам нужно будет хранить. Может показаться, что данных с одной турбины не так много. Но со временем это будет накапливаться. Кроме того, помните, что ваша облачная платформа должна поддерживать данные от тысяч ветряных турбин. Со временем это будет огромный объем данных, поэтому наша облачная инфраструктура должна обеспечивать гибкое хранение и обработку этих данных.

Кроме того, вашей облачной аналитике может потребоваться обрабатывать входящие данные в режиме реального времени, чтобы обнаруживать тенденции и иметь возможность прогнозировать, когда турбинам потребуется обслуживание. Вам также может потребоваться открыть API, чтобы передать эту информацию на уровень вашего приложения.

Уровень 5 - Облачные приложения

Пятый уровень стека технологий Интернета вещей наиболее понятен для продуктовых команд и руководителей. Ваши приложения для конечных пользователей - это часть системы, которую ваши клиенты будут видеть и с которой будут взаимодействовать. Эти приложения, скорее всего, будут веб-приложениями, и в зависимости от потребностей пользователей вам могут потребоваться отдельные приложения для настольных, мобильных и даже носимых устройств.

Даже если у вашего интеллектуального устройства есть собственный дисплей, ваш клиент, скорее всего, будет использовать облачное приложение в качестве основной точки взаимодействия с вашим решением. Это позволяет им иметь доступ к вашим интеллектуальным устройствам в любое время и в любом месте, что является частью цели подключения устройств.

Менеджеры по продукту должны понимать ваших пользователей и «работу, которую необходимо выполнить» вашему продукту. При разработке приложений для конечных пользователей очень важно понимать, кто ваш пользователь и какова их основная цель использования вашего продукта. Помните, что для приложений Industrial IoT у вас, вероятно, будет несколько пользователей.

Приложения также можно разделить на ориентированные на клиента и внутренние приложения. Приложения, ориентированные на клиентов, обычно привлекают наибольшее внимание, но в случае Интернета вещей внутренние приложения не менее важны. К ним относятся приложения для удаленной подготовки и устранения неполадок устройств, мониторинга состояния вашего парка устройств, создания отчетов о производительности и профилактического обслуживания и т. Д.

Эти внутренние приложения потребуют глубокого понимания ваших внешних и внутренних клиентов, а также правильной расстановки приоритетов и ресурсов, чтобы убедиться, что они не потерпят неудачу. Они являются ключевым компонентом решения IoT, поэтому за их выполнение отвечает менеджер по продукту.

Для нашего монитора ветряных турбин одним из возможных приложений может быть веб-приложение, используемое операторами ветряных электростанций, работающими в центральной диспетчерской. Это приложение отображает информацию и тенденции по тысячам турбин, которыми они управляют, и предупреждает их, когда конкретная турбина нуждается в обслуживании. Оператор может получать эту информацию в режиме реального времени и направлять сервисную группу для выполнения профилактического обслуживания, избегая дорогостоящего ремонта и перерывов в обслуживании.

Рекомендуемая статья: Почему так сложно создать хороший пользовательский интерфейс в Интернете вещей

А как насчет «Края»?

Вы, наверное, слышали термин «край», который часто используют вместе с IoT. Edge относится к «периферийным вычислениям», то есть способности выполнять аналитику или другую вычислительную работу ближе к тому месту, где находятся ваши датчики.

Мне часто задают вопрос:почему вы не включили край в качестве одного из уровней стека технологий Интернета вещей? Отличный вопрос! И ответ прост:простота.

В этом посте я представляю концептуальную модель стека технологий Интернета вещей, которая поможет вам в общении со всеми заинтересованными сторонами и клиентами.

Эта универсальная модель не предназначена для точного инженерного представления решения IoT. Это усложнило бы задачу и лишило бы смысла простого средства коммуникации.

Другая причина в том, что определение «края» меняется в зависимости от того, с кем вы разговариваете. Например, в зависимости от производителя край может быть:

• Само устройство
• Шлюз
• Локальный сервер, который собирает данные перед подключением к облаку.
• Граница сотовой сети или «граница телекоммуникационной компании», если вы разговариваете с поставщиками телекоммуникационных услуг.
• край электрической сети (то есть умные счетчики), если вы говорите с коммунальными предприятиями.

Как видите, определение и толкование различаются. Я рекомендую не усложнять задачу и использовать эти 5 уровней стека технологий Интернета вещей.

Но если вам нужно добавить границу для ясности, вы можете изменить мою схему, чтобы добавить необходимые слои, которые лучше представляют ваше решение. Цель состоит в том, чтобы иметь концептуальную модель, которую ВЫ могли бы использовать для общения со всеми заинтересованными сторонами.

Стек технологий Интернета вещей - инструмент коммуникации

Как следует использовать эту модель из 5 уровней стека технологий Интернета вещей? Используйте его как средство коммуникации.

Как менеджеры по продукту, мы должны взаимодействовать со многими людьми в нашей организации, а также с клиентами и партнерами. Я обнаружил, что первая задача - собрать всех на одной волне. Вот тут-то и пригодится этот инструмент.

Каждый раз, когда я разговариваю с новыми группами, я вспыхиваю стек технологий Интернета вещей, чтобы убедиться, что все понимают, о чем я говорю, когда я говорю «Интернет вещей» или «сквозные решения Интернета вещей». Это дает каждому основу и общий язык для обозначения различных строительных блоков. Он исключает подход «черного ящика» к IoT и помещает его в понятные всем термины.

Я включаю этот стек технологий Интернета вещей в большинство своих презентаций (внутренних и внешних), и я часто начинаю каждую встречу, выравнивая всех по пяти уровням, а затем по конкретному, на котором мы сосредоточимся на этой встрече.

Это помогает мне вести дискуссии не только с технической командой, но и с отделами продаж, маркетинга, руководителями, дизайнерами, специалистами по анализу данных, комплаенс, поставщиками и т. Д.

Теперь, когда вы знакомы со стеком технологий IoT, я настоятельно рекомендую прочитать мою статью о The IoT Decision Framework. Это даст вам новый уровень инструментов для структурированного подхода к управлению продуктами Интернета вещей.

Рекомендуемый онлайн-курс: Программа сертификации IoT Product Manager

Итог

По мере того, как Интернет вещей продолжает развиваться, миру понадобится армия опытных менеджеров по продуктам, знающих о IoT. И этим менеджерам по продуктам необходимо будет понимать каждый уровень стека технологий Интернета вещей и то, как все они вписываются в законченное решение Интернета вещей.

Менеджеры по продуктам должны будут принимать стратегические бизнес-решения и технические решения на каждом уровне, чтобы гарантировать успех своих продуктов.

Быстрая услуга. Если вам понравилась эта статья, то она будет ОГРОМНЫМ подспорьем, если вы поделитесь ею с другими разработчиками продукта.

Куда вы идете отсюда? Прочтите мой следующий пост, в котором я делюсь концепцией принятия решений для Интернета вещей. Моя структура построена на основе стека технологий Интернета вещей, чтобы предоставить вам структурированный метод для разработки стратегии и плана развития вашей продукции для Интернета вещей.