iiot что это такое
Промышленный интернет вещей и Индустрия 4.0
Промышленный интернет вещей представляет собой специальную систему с большим количеством уровней, а также различными датчиками, контролерами, которые расположенные в приборах промышленных объектов. В состав конструкций также входят аппараты для сбора и визуального представления информации, с целью ее последующей обработки. Дополнительно могут использоваться и другие самые различные компоненты.
Что такое индустриальный интернет вещей
Промышленный Іot состоит из компьютерной сети и специальных датчиков, которые подключаются к необходимым производственным объектам и устройствам для аккумулирования данных.
Основной принцип работы таких разработок
Алгоритм действий для достижения поставленных целей такой:
Основные возможности, которые дает промышленный интернет вещей в России:
Важными моментами организации работы IIot системы является обработка самых различных данных больших объемов, и их преображение в оптимальный и удобный вид для дальнейшего их применения. Функция фильтрации и подбора важных составляющих ускоряет выполнение процессов.
Современный технологический прогресс предоставляет людям и предприятиям много вариантов сервисов и платформ для хранения, сбора и проведения анализа информации о различных процессах и событиях в режиме реального времени.
Ежегодно человечество создает огромное количество данных, которых становиться все больше. Для того чтобы эффективно проводить ее использование важно осуществляет качественный ее анализ. Не полное исследование, каких либо показателей могут существенно влиять на общий результат. Полнота информации – это залог ее качественного преображения и использования.
Обеспечить безопасность компании и предотвратить технические простои можно при помощи IIot российского производителя.
Такие технологии дают возможность выявлять и совершать прогноз возникновения разных рисков, учитывая все особенности производственного процесса и общего состояния организации. Система проводит непрерывный контроль всех важных показателей, которые напрямую определяют выполнение основных этапов и процессов. Выявление проблемных моментов в самые короткие сроки позволяет создать максимальные условия для ее эффективного устранения. Интерфейс разработки позволяет визуально отображать процесс выполнения действий. Человек, который совершает обслуживание установок, может визуально определить состояние выполнения технологических элементов.
Iiot платформа выполняет оперативный анализ всех необходимых данных для поиска самого рационального и правильного способа устранить возникшие неполадки в работе предприятия или риск появления таких проблем.
Большое количество информации обрабатывается за очень маленькие временные промежутки, что обеспечивает своевременное получение важных показателей. Все положительные моменты и возможности платформы помогают большому количеству компаний различных промышленных направлений обеспечивать прибыльную деятельность и выделяться среди конкурентов надежностью и точностью выполнения всех обязательств без рисков и сбоев.
Настройки системы максимально оптимизируются под тип и технологические характеристики каждого конкретного субъекта экономики. Такой подход существенно сказывается на показателях экономических достижений за определенный период.
Компания INTELVISION имеет большой опыт в предоставлении услуг по установке и обслуживанию различных iiot технологий и других программных продуктов.
Какое воздействие интернет вещей промышленности оказывает на экономику
Важным составляющим элементом рыночных отношений является взаимодействие между потребителем продукции, и ее поставщиками. Создание налаженного и выгодного для всех контрагентов сотрудничества возможно с применением такого типа технологий.
Функциональные возможности разработок позволяют:
Активное внедрение iot в промышленности позволяет создать абсолютно новую модель ведения бизнеса и построения рыночных отношений. Выгодной и необходимой станет способ сотрудничества, который предусматривает проведение оплаты полученного оборудования после фактического начала его работы. Такой вариант построения процессов продажи дает возможность испытать все функции оборудования и только после этого внести за него деньги. Таким образом, создается доверие между сторонами договора, а также:
Эксперты сошлись в едином мнении, что такие разработки существенно изменят модели организации производства и создадут все условия для построения новых бизнес-моделей.
Главные направления будущих изменений:
Положительные моменты для экономики от применения промышленного интернета вещей
Развитие подобных технологий вызывают развитие и изменение экономики в целом. Внедрение таких технологий открывает такие положительные моменты:
Результаты использования Iiot платформ в разных отраслях промышленности
Успешное применение разработок дает положительные результаты на таких объектах:
Возможности разработок промышленного интернета вещей создают хорошие условия для развития бизнеса.
Компания INTELVISION предлагает услуги по проектированию, монтажу, программированию и пуско-наладке систем автоматизации и диспетчеризации инженерных систем и зданий (BMS) в Москве, Санкт-Петербурге, Казахстане и СНГ. Мы также являемся разработчиками программного обеспечения SmartUnity BMS и интеграторами платформы IIoT WorkSys компании OMS.
Бесплатная консультация
Мы бесплатно подберём оптимальное решение для Вашего объекта и разработаем концептуальный проект с оценкой бюджета!
Для уточнения условий предоставления услуги, пожалуйста, обратитесь по бесплатному телефону 8-800 301 24 45, по email: office@intelvision.ru или оставьте контакт и мы свяжемся с вами.
Вы также можете записаться на бесплатную онлайн* видео-консультацию с специалистом компании INTELVISION в удобное для вас время.
*Мы используем бесплатные для вас и удобные инструменты видеоконференций такие как Zoom и Google Meet не требующие установки дополнительного программного обеспечения и работающие прямо из браузера.
Проектирование
Компания INTELVISION выполяет разработку проектной и рабочей документации по инженерными и слаботочным системам, систамам автоматизации и безопасности.
Мы также работаем в среде Audodesk Revit и выполняем проекты с использованием BIM информационного моделирования.
Реализация
Мы внедряем решения на всех этапах: от поставки оборудования до пусконаладки и технического обслуживания.
За 12 лет на рынке компания INTELVISION выполнила более 100 комплексных проектов и зарекомендовала себя как надёжного технологичного партнёра. Компания обладает опытом, технической базой и штатом квалифицированных инженеров и программистов для реализации задач любого масштаба.
IoT и IIoT: ключевые отличия двух технологий
Сразу укажем на единственную общность двух технологий: они предлагают универсальные стандартизированные протоколы, которые позволяют устройствам, выпущенным разными компаниями, свободно взаимодействовать друг с другом, обмениваться информацией и принимать на её основе различные решения.
Ключевые отличия IoT от IIoT
В данном разделе мы коснёмся фундаментальных отличий между IoT и IIoT:
· Цель возникновения. Интернет вещей (IoT) появился для того, чтобы улучшить комфортабельность жизни людей. Он нацелен на быт, открывая безграничные возможности по экономии и безопасности. Промышленный интернет вещей (IIoT), как и следует из его названия, нацелен на производственные выгоды и позволяет увеличить рентабельность бизнеса.
· Стоимость поломки. В случае с IoT можно говорить о низкой стоимости выхода систем из строя. Если отопление не было включено к приходу человека домой, он может его включить самостоятельно, практически ничего при этом не потеряв. То же самое относится и к умным функциям безопасности: обычно для них имеются дублирующие базовые приспособления. В случае с IIoT выход из строя механизмов или поломка части сети будут вести к серьёзным проблемам, и производство понесёт значительные убытки или полностью остановится.
· Стоимость решения. Решения, построенные на базе IoT, являются низкими по стоимости. Обычно для таких решений характерно наличие малого количества датчиков. Клиенты приобретают IoT-устройства в основном благодаря их узнаваемости, имиджу и новизне. IIoT-решения имеют высокую стоимость, что обусловлено, в первую очередь, большим количеством устройств, требуемых для установки на производстве. Кроме того, IIoT-устройства являются дорогостоящими, так как к ним выставляются высокие требования в плане надёжности, безопасности и эффективности работы в различных (зачастую агрессивных) условиях. Решение в пользу внедрения IIoT на производстве делается на основе экономической эффективности такого шага.
· Быстрота внедрения. В случае с IoT внедрение происходит очень быстро, поскольку все умные устройства и детали приобретаются в процессе замены существующей техники или ремонтных работ. Для IIoT внедрение является медленным, так как очень часто оно требует полного обновления производственной инфраструктуры. Для внедрения IIoT характерен поэтапный подход. Предлагаемые решения должны учитывать возможную масштабируемость, модернизацию и совместимость с некоторыми участками старой инфраструктуры.
· Стоимость обслуживания. Обслуживание IoT-устройств имеет низкую стоимость. Достаточно всего лишь заменить вышедшую из строя технику, что никоим образом не влияет на пользовательские ожидания. Обслуживание IIoT-устройств оказывается дорогостоящим, поскольку применяемые решения являются комплексными, произвести их замену зачастую очень сложно, а выход деталей из строя ведёт к приостановке или полной остановке производства.
· Алгоритмическая сложность. В IoT-устройствах применяются простые алгоритмы, позволяющие автоматизировать рутинные действия: приготовление чая, включение света и т.д. В IIoT-устройствах используются сложные многоуровневые алгоритмы, основанные на современном математическом аппарате. Применение нейронных сетей в IIoT позволяет управлять рисками, строить прогнозы эффективности производства, моделировать любой участок производственной цепи и т.д.
· Обработка информации. В IoT-устройствах вся информация обрабатывается в режиме реального времени, однако допустимы и некоторые задержки в предоставлении данных, вплоть до десятков секунд. В IIoT-устройствах подобные задержки недопустимы: информация предоставляется в режиме реального времени с максимальной задержкой, не превышающей десятки миллисекунд.
· Объёмы трафика. Обычно IoT-устройства генерируют трафик, не превышающий пару Мб в день. IIoT-устройства могут генерировать большие объемы трафика, до Пб (петабайт) в день.
· Рабочие места. В случае с IoT-устройствами рабочие места не сокращаются: «умный» чайник не приведёт к тому, что будет уволена домработница. Мало того, IoT-устройства не ведут к созданию новых вакансий. А вот IIoT-устройства за счёт сокращения рутинных действий, требующих ручных операций, ведут к тому, что старые рабочие места закрываются и появляются вакансии для высококвалифицированных специалистов, которые способны проектировать и обслуживать умные промышленные системы, а также анализировать поступающую информацию.
· Безопасность данных. Если рассматривать IoT-устройства, то имеется высокий риск перехвата конфиденциальных данных, что может вести, к примеру, к краже денег с банковских счетов. Взлом IoT-устройств опасен тем, что он открывает дорогу для несанкционированного проникновения злоумышленников в жилые помещения. В случае с IIoT-устройствами любое внедрение в инфраструктуру предприятия может спровоцировать настоящую катастрофу, поэтому забота о безопасности в данном случае критически важна.
Сферы применения двух технологий
Как следует из представленного сравнения, IoT и IIoT – это две совершенно разных технологии, которые охватывают свою аудиторию и нацелены на решение различных задач. Первоочередная задача IoT – добиться персонального комфорта для каждого человека. Далее следует уже контроль над расходами, что даёт возможность минимизировать лишние затраты. Для IoT характерно только бытовое применение. Яркий пример IoT-технологий – это системы «Умный дом». На базе IoT могут функционировать не только отопительные системы или системы освещения, но и электронные дверные замки, системы наблюдения, механизмы автоматического полива прилегающей территории и т.д. С помощью IoT можно оптимизировать потребляемую электроэнергию, внедрив автоматизацию в работу счётчиков. Для этого все счётчики объединяются в одну общую сеть, в которой уже ведётся учет расходов, анализ потребления энергии, воды, газа и т.д. Владелец жилья сможет провести эффективную экономию за счёт внедрения устройств, выключающих свет в то время, когда он не требуется, или перекрывающих подачу воды, когда это не нужно, и т.д. Любые бытовые расходы могут быть взяты под жёсткий контроль.
Промышленный интернет вещей (IIoT) несет в себе иную ценность: он позволяет добиться максимальной энергоэффективности производственных линий. Технология IIoT отвечает задачам индустрии, а также её узконаправленным сферам. К примеру, IIoT нередко применяется в муниципальных системах освещения. За основу функционирования IIoT берётся взаимодействие датчиков. Они следят за работой производственных устройств и механизмов, что играет важную роль в таких сферах, как нефтедобыча, добыча полезных ископаемых, городское освещение и т.д. К примеру, фонари, освещающие городские улицы, могут включаться и выключаться автоматически, ориентируясь на датчики движения.
С помощью внедрения IIoT на производстве достигается цель создания цифровой копии предлагаемой продукции. Это помогает снизить общий процент брака, установить фундаментальные факторы, которые связаны с его появлением, увеличить эффективность всех процессов и технологий в производстве за счёт проведения детального мониторинга каждого этапа в цепочке создания продукта. В результате этого производственная линия становится более оптимизированной.
Чтобы построить эффективное производство, требуется собрать всю поступающую с датчиков информацию и проанализировать её, оптимизировав работу каждого компонента системы. Раньше работник станка должен был самостоятельно снимать показания с разрозненных датчиков и формировать на их основе общую картину производственного процесса. Естественно, такой подход был неэффективным и трудоемким. С помощью IIoT можно включить все датчики в одну единую сеть, которая позволит в режиме реального времени собирать и анализировать поступающую информацию с различных производственных линий. В результате такого подхода количество брака сильно сократится, что поможет повысить эффективность производства.
IIoT генерирует огромные объемы информации, и это позволяет получить объективную оценку того, насколько эффективно работают различные линии производства. Благодаря IIoT увеличивается объём данных, их актуальность, а также скорость их представления и обработки. На смену разрозненным станкам приходит централизованная производственная линия, которая даёт возможность контролировать любой её участок, а также воздействие производства на внешнюю среду.
Преимуществом IIoT является тот факт, что технология позволяет отслеживать состояние экологии рядом с производством. Современные требования к производству включают в себя контроль над состоянием окружающей среды, а потому компании стремятся соблюсти существующие стандарты в области экологии. Устройства IIoT помогают изучить состав атмосферы, уровень загрязнённости среды, показатели влажности и т.д.
Резюмируя вышеперечисленное, отметим, что ключевое ртличие между двумя технологиями состоит в том, что IoT применяют в повседневной жизни, а IIoT – на производстве. Технологии отличаются схожим названием и общими принципами работы, но применяются они для решения различных задач. Их развитие идёт параллельно, но они не пересекаются, и вряд ли будут пересекаться в дальнейшем.
Технологии IoT и IIoT в последние годы находятся на подъёме. К ним приковано широкое внимание со стороны разных сфер. С помощью этих технологий создаются разноплановые приложения для людей, бизнеса и промышленности. Компании должны понимать, каким образом с помощью IoT и IIoT можно добиться экономического эффекта, и можно ли быстро масштабировать и переносить результаты, полученные в одной индустрии, на другие сферы.
Успех, которого смогли добиться такие крупные компании, как Netflix и Amazon, во многом основывался на применении технологии больших данных (Big Data), однако другие корпорации не смогли эффективно применить её в своих бизнес-моделях. В этом плане IIoT предлагает более высокую гибкость, связанную с внедрением технологии в производство, нежели Big Data. Однако при этом очень важно заранее создать подходящие бизнес-модели и провести их тщательный анализ. Только в таком случае можно будет избежать популярных ошибок, связанных с созданием бизнеса на базе IIoT.
Промышленный интернет вещей: рассказываем об успешных кейсах
Где работает IIoT?
Везде, где есть производство. Решения промышленного интернета вещей можно внедрять и в коровнике, и на заводе. Главная задача технологии — сделать сложные рабочие процессы эффективнее: исключить воровство, свести простои к минимуму, повысить безопасность или просто сэкономить электричество.
Пока в России многие предприниматели с осторожностью смотрят на новые технологии, предпочитая справляться с проблемами «вручную», в Евросоюзе и Штатах крупные транснациональные компании максимально автоматизируют производственные процессы уже сейчас.
Объясняем на примерах:
Распределительный центр Amazon в Аризоне занимает площадь 28 футбольных полей. И на таких объектах надо каждый день искать нужные товары, упаковывать их и отправлять клиентам.
Чтобы уменьшить число сотрудников на складе (которые просто могут там потеряться), Amazon стал использовать дроны. Они доставляют легкие грузы в среднем за 30 минут (и стоит это компании всего один доллар).
При этом дроны работают в связке с промышленными роботами-упаковщиками Kiva. Это тоже заслуга промышленного интернета вещей, который позволяет двум сложным системам взаимодействовать. Сейчас роботов используют в 13 центрах Amazon по всему миру из 110, это уже снизило расходы компании на 20%. Когда их внедрят повсеместно, это позволит сэкономить до 800 миллионов долларов за счет снижения издержек.
Walmart использует дроны на складах, чтобы быстро проводить инвентаризацию. Беспилотники делают 30 снимков в секунду, затем информация с них передается в базу данных и сличается с исходными данными.
В итоге система без участия человека формирует мгновенный отчет по любым показателям: насколько заполнен склад, сколько осталось конкретного товара и тд. На «умную» инвентаризацию Walmart тратит один день; на ее проведение вручную ушел бы месяц.
Что еще делают со складами?
Один из крупнейших медицинских центров Нью-Йорка Mount Sinai ежегодно принимает до 50 тысяч пациентов. Когда число коек там выросло до 1100, возникла серьезная проблема: персонал просто не успевал обрабатывать информацию о пациентах и размещать всех.
Выяснилось, что 10% мест не приносили прибыли из-за нерационального распределения клиентов. Несмотря на то, что в больнице оставались пустые койки, очереди не заканчивались.
Проблему решили «умные» койки: с помощью датчиков и контроллеров их подключили к медицинской системе больницы. Теперь IoT-решение готовит отчет о загруженности всех палат и размещает пациентов. Программа может одновременно обрабатывать до 80 заявок — время ожидания при этом сократилось вдвое.
Что еще делают с больницами:
Американский производитель мотоциклов и военной продукции Harley Davidson внедрил IoT-решения, чтобы отслеживать каждый этап своей работы. С помощью датчиков все станки соединили в общую сеть, по которой передавалась информация о каждом этапе сборки продукта.
Так компании удалось сократить простои и минимизировать сбои в оборудовании. Раньше станки могли ломаться из-за высокой влажности или жары, но теперь микроклимат регулируют «умные» датчики — вплоть до частоты вращения вентиляторов.
После всех этих решений выпуск серийных мотоциклов вырос на 25%. Если раньше на сбор одного «Харлея» требовался 21 день, то сейчас их собирают за шесть часов на базе IT-сиcтемы SAP.
Как еще можно оптимизировать работу завода:
5 кейс. Из практики Kauri
Дано: большой парк аттракционов с высокой загруженностью
Проблема: обеспечить безопасность для детей и дать родителям необходимый контроль
Что мы можем предложить?
При входе в парк ребенку выдается браслет с RFID-меткой (миниатюрное запоминающее устройство). У каждого браслета — свой номер, в него заносится информация о посетителе (например, полное имя и телефон одного из родителей).
Каждая зона парка оснащена антеннами, которые реагируют на браслет. В базу данных поступает информация: «Браслет номер 1, выданный посетителю Ивану Иванову, пересек зону с фудкортом в 15:15». На браслет также попадает информация о всех активностях и покупках в парке.
Так родитель будет видеть, что их Ванечка в пять вечера прокатился на американских горках, а потом купил газировку и сейчас бежит в зону с туалетами.
Все спокойны, все знают, где ребенок и что он делает (для этого родители устанавливают приложение контроля, которое синхронизировано с браслетом ребенка). В случае непредвиденной ситуации (например, ребенок покинул территорию парка, снял браслет или купил что-то дорогое), родитель получит push-уведомление. Сам браслет можно усложнить под запросы клиента: добавить кнопку SOS или сообщения ребенку.
Система удобна не только родителям, но и заказчику, то есть парку. Анализ данных со всех браслетов дает большие данные: статистику посещений по зонам — какой аттракцион популярен, а какой нет, на что тратят деньги, сколько времени в какой зоне проводят дети.
На выходе парк получает подробную базу данных о клиентах: Иванов вместе с детьми приходит в парк два раза в месяц, тратит в среднем 1000 рублей на одно посещение, чаще всего катается на каруселях. Под такую статистику далее можно рассылать индивидуальные предложения об акциях или составлять особые условия для абонементов.
Так в чем проблема?
Если промышленный интернет вещей действительно эффективно решает проблемы отрасли и есть примеры успешных кейсов, почему в России о нем по-прежнему мало говорят?
Решения все еще остаются дорогими, не все компании готовы один раз вложить большую сумму на оптимизацию производственных процессов, чтобы потом ждать окупаемости решения. Правительство России пока финансирует отрасль скорее на словах.
Еще одна неприятная тема — безопасность технологий. Каждое IIoT-решение связано со сбором информации: и если “слитые” данные о состоянии полей с кукурузой не могут принести серьезный вред, то медицинская база крупного медцентра с подробной информацией о каждом пациенте, его паспортные данные — уже совсем другое дело.
Уровень функциональной надежности тоже вызывает много вопросов — конечно, от того, что злоумышленник подключится к кофемашине в вашем доме никто не пострадает, но если он отключит охранную систему?
Разработчики не могут встраивать систему безопасности в каждое подключенное устройство. И несмотря на то, что в 2018 году, по данным компании Gartner, на усиление безопасности IoT в мире потратили практически 2 млрд долларов, слабых мест у системы все еще много: сертификация устройств, использование текстовых протоколов и ненужных открытых портов, использование незащищенной облачной инфраструктуры.
Однако соблюдение базовых правил безопасности значительно снизит все риски:
Что такое платформа Tarantool IIoT?
Недавно в пресс-релизе мы рассказали о том, что запустили Tarantool IIoT — платформу для промышленного интернета вещей. Новость облетела многие электронные издания. Но что такое Tarantool IIoT и как он работает — тема оставалась не до конца раскрытой. Мы решили это исправить. Подробности под катом.
А что вообще такое IIoT?
Сначала я напомню, что IIoT — это industrial internet of things (промышленный интернет вещей). Это такая концепция, когда у объектов промышленности появляется доступ в интернет как в сеть и доступ к интернет-сервисам (которые работают в центрах обработки данных — ЦОДах). Давайте посмотрим на рисунок:
Что мы тут видим? Рисунок поделен на две части — «центр» и «на местах».
«Центр» — это ЦОД или облако, т. е. любой облачный IaaS-сервис, в котором можно разворачивать IT-инфраструктуру: Amazon, Azure и т. д.
«На местах» — я, если честно, не знаю, какой правильный термин тут использовать. Уверен, читатели меня поправят и предложат красивое определение. Я лучше расскажу, что имею в виду под «на местах»: в поле (в прямом смысле слова — на агрокультурном поле), на производственной площадке (на заводе, фабрике, металлообрабатывающих, горнодобывающих и нефтегазовых объектах), на ремонтной площадке, на транспорте (в автомобиле, грузовике, ж/д вагоне, локомотиве), на объектах городской инфраструктуры (в местах сбора информации о потреблении электричества и воды, в канализации, вдоль улиц, в объектах освещения), на объектах междугородной инфраструктуры (вдоль шоссе, железных дорог, возможно, линий электропередач). В общем, «на местах» — это везде, куда рука интернета только начинает добираться. Еще можно сказать «в поле», но тогда появляется риск сузить круг промышленного интернета вещей только до агрокультурного поля.
А что такое Tarantool IIoT? Какие проблемы он призван решать?
Tarantool IIoT — это распределенная софтверная платформа для сбора информации с датчиков и отправки ее в центр и на локальные системы управления. Tarantool IIoT работает и «в центре», и «на местах», соединяя их в единую информационную сеть. В этой сети максимум логики унесено в софт, поэтому с точки зрения железа она может быть собрана из commodity-компонентов, т. е. не нуждается в специальных поставщиках закрытых проприетарных программно-аппаратных платформ. Стало понятнее? Если нет, то читайте дальше 🙂
Под commodity-компонентами имеются в виду легко заменяемые дешевые компоненты. Например, если мы вспомним дата-центры, то с точки зрения их железа commodity — это недорогие серверы, например supermicro или даже полностью самосборные серверы. С точки зрения железа «на местах» это могут быть самые дешевые датчики и IoT-хабы (т. е. маленькие компьютеры на основе ARM).
Внутри своих дата-центров в Mail.Ru Group мы уже достаточно давно почти полностью перешли на commodity-железо. Иногда без фирменной брендовой гарантии и саппорта, зато недорогое и взаимозаменяемое. При этом надежность и производительность обеспечиваются на уровне софта. Если что-то ломается, то это не критично для сервисов, потому что все задублировано и зареплицировано на уровне софта — мы просто спокойно отправляем железо в ремонт. Сроки и вообще возможность починки железа не влияют на непрерывность бизнеса. По такому же пути давно прошли крупные американские IT-корпорации: вся сложность переносится на софт, при этом железо максимально стандартизируется и удешевляется. И теперь мы предлагаем распространить этот подход и на мир IoT.
Спрашивается, зачем места и центр соединять в единую информационную сеть? Ответ такой:
На местах, как вы понимаете, есть своя специфика, отличная от ЦОДа. Оговорюсь сразу, что мы в Mail.Ru Group только в начале пути развития своей IIoT-стратегии и не так давно прощупываем рынок IIoT, поэтому, возможно, пока не до конца понимаем все тонкости. Вот что мы сейчас думаем о специфике. Это:
Что вся эта специфика означает? Что мы не можем строить на заводах, полях, кораблях, городских улицах и прочих объектах то, что мы строим в ЦОДах: ряды одинаковых стоек с серверами внутри, скоммутированные через оптоволокно. Это будет безумно дорого.
А что мы еще не можем? В мире IoT роль серверов играют IoT Hubs — микрокомпьютеры (промышленные аналоги Raspberry PI), которые разбросаны на многих километрах площадок. Между ними оптоволокно тянуть — дорого. И в стойки собирать их тоже дорого, потому что из-за огромных расстояний IoT Hubs слишком много, и предприятия, ограниченные финансово, не могут формировать локальные кластеры из большого количества IoT Hubs. То есть нет локализованных стоек. Есть разбросанное по местности железо. Далее, у предприятий/объектов есть миллионы разбросанных повсюду датчиков (см. выше, о каких датчиках речь), с которых IoT Hubs собирают информацию. Опять же — как ее собирать? Если датчиков мало, то по проводам. А если их миллион, то через радиоканалы (миллион проводов, по проводу от датчика — представляете, какой клубок?).
В итоге, чтобы решение было более-менее cost-effective, вся эта конструкция может выглядеть вот так:
Датчики собирают информацию и отправляют ее на хабы (это не сетевые хабы, просто называются так же: это микрокомпьютеры с маленькой материнкой, процем, памятью и операционкой), хабы передают информацию в интернет (через мобильную связь, Wi-Fi, спутниковую связь, Ethernet и т.п.), и она долетает до ЦОДа. Ровно так же путешествует обратный поток — из ЦОДа на хабы, с хабов на датчики (или на локальные программируемые логические контроллеры).
Идем далее. Еще помните о специфике мира IIoT? Чтобы вся эта конструкция не стоила космических денег, хочется, чтобы:
То есть хорошо бы, иными словами, иметь то, что мы привыкли видеть в ЦОДах: заменяемое недорогое железо, вся логика на уровне софта и весь fault-tolerance на уровне софта.
А теперь давайте обратим взгляд на софт в ЦОДе. Там, кроме операционки, почти всегда используется много других компонентов — СУБД, серверы приложений, системы мониторинга, DevOps-скрипты и системы. И уже поверх этой инфраструктуры пишется бизнес-логика. По-хорошему, вся описанная инфраструктура конфигурируется так, чтобы автоматически (ну или полуавтоматически) брать на себя основные проблемы сбоев на стороне железа (переключать нагрузку на реплику базы данных, если мастер-копия недоступна, распределять нагрузку между несколькими нодами серверов приложений, автоматом наливать чистую машину, которая подключена в кластер, и т. д.).
То есть появилось несколько специализаций. Разработчики бизнес-логики (продуктовые разработчики), по-хорошему, думают в основном о бизнес-логике и фокусируются на бизнес-проблемах. А еще имеются инженеры и разработчики остальной, огромной подводной части айсберга — DevOps, системные администраторы, разработчики СУБД, разработчики серверов приложений, систем мониторинга и других (назовем их инфраструктурными) компонентов.
Вот бы и на местах так было. Круто же? Вот бы разработка на IoT Hubs была такой же специализированной.
Tarantool IIoT — под капотом
И тут мы плавно подходим к Tarantool IIoT. Я не скажу, что он призван заменить всю вышеуказанную инфраструктуру на IoT Hubs, но он может сделать это частично. Посмотрите на рисунок:
Tarantool IIoT — это обычный Tarantool, но собранный и оттестированный под ARM и под x86 (версия для MIPS сейчас создается). Кроме того, внутрь него встроена автоматическая поддержка протоколов MQTT и MRAA — это основные протоколы для работы с датчиками. Tarantool IIoT инсталлируется непосредственно на IoT Hubs. Еще можно тут добавить, что для передачи данных между датчиками и хабом (на схеме «на местах») нужно специальное оборудование LORA или 6LoWPAN. Что, казалось бы, плохо (помните, мы не хотим уникальных вендорских коробок). Но вся соль в том, что это оборудование не обязано понимать протоколы множества датчиков. Его задача — только завернуть протокол в понятный для хаба протокол (обычно это наш любимый старый добрый TCP/IP). Весь остальной разбор можно делать на Tarantool IIoT с помощью скриптов, которые работают прямо на IoT Hub.
В этом преимущества программной платформы над железной — любое оборудование и любые протоколы можно поддержать самостоятельно, без вендора. Технические детали, как это все устроено и как программируется с помощью Tarantool, можно почитать в статье «Master-master репликация и масштабирование приложений между всеми IoT-устройствами и облаком».
Во всем остальном Tarantool IIoT — это полнофункциональный Tarantool, т. е. СУБД со встроенным сервером приложений, синхронным логом транзакций, репликацией между узлами, двумя движками (in-memory — memtx и on-disk — vinyl), хранимыми процедурами, асинхронными джобами, поддержкой очередей и прочими пирогами.
Что Tarantool IIoT дает разработчику?
Tarantool IIoT инсталлируется на IoT Hubs. Что это дает?
Как итог — продуктовый разработчик получает шажок в сторону той степени комфорта, которая присутствует при создании софта, работающего в ЦОДе. Не приходится думать о том, что каналы между хабами локально и между хабом и ЦОДом ненадежны и рвутся: репликация все равно доставит данные в обе стороны без потерь и без задвоения. У разработчика меньше болит голова о клиент-серверной архитектуре, о файликах, о потере данных, о выходе из строя хабов — все это хендлит Tarantool IIoT ровно так же, как это происходит в ЦОДе при использовании обычного Tarantool. Разработчик может больше сконцентрироваться на бизнес-логике.
Еще добавлю тут, что доставкой данных занимается штатный механизм репликации между узлами, который тестируется в Tarantool на протяжении уже девяти лет. То есть надежность механизма достаточно высока.
По сути, Tarantool IIoT — это полностью программируемая открытая платформа, которая позволяет не только разрабатывать приложения под IIoT на локальных устройствах (без выезда на места!), но и переносить best practices из ЦОДа на IoT-устройства на местах.
И еще эта платформа развязывает вам руки в том смысле, в котором производители оборудования вам их ранее связали. Например, у вас уже есть готовая и работающая железная IoT-инфраструктура, которая автоматом доставляет все из датчиков в ЦОД. Вы закупили новую партию более дешевых датчиков, которые не поддерживаются вашим текущим оборудованием. Вам придется валяться в ногах у вендора оборудования, чтобы он за большие деньги внес туда изменения. Ну или просто закупить новую версию оборудования. Или отказаться от дешевых датчиков. И все эти изменения — железные, не софтверные, т. е. с downtime, выездом на места, монтажом и прочими неприятностями.
С помощью Tarantool IIoT же можно без проблем получать данные с этих новых дешевых датчиков, парсить их и далее выдавать в ваше оборудование или в локальный софт в нужном формате. Без downtime и без больших затрат.
Понятно, что самого по себе Tarantool IIoT мало. Для полного комфорта нужны и остальные инфраструктурные системы — мониторинг, удаленный апгрейд софта (тот же Tarantool надо апгрейдить), автоматическая наливка Linux и прочие радости. Но, как нам кажется, это уже шаг в нужном направлении.
В заключение я хочу рассказать, почему в качестве основы для нашего IIoT-продукта мы взяли именно Tarantool. Давайте на секунду вернемся к специфике IoT Hubs: у этих устройств медленные процессоры с малым количеством ядер (обычно одно-два ядра), мало оперативной памяти, мало флеш-памяти, которая к тому же медленная и ненадежная. Почему? Устройства должны быть очень дешевыми (ценовой диапазон приблизительно такой: 30—100 долларов), потому что их очень много, потому что инфраструктура разбросана на многие километры — и еще по ряду причин, см. выше. Помните, я говорил о специфике? От нее не уйти. Это с одной стороны. А с другой стороны, датчики генерируют огромное количество информации (с одного датчика могут поступать десятки и сотни параметров в секунду, а количество датчиков на хаб иногда исчисляется сотнями и тысячами). Всю информацию надо успевать обрабатывать, несмотря на жесткие условия и не очень быстрое оборудование.
Соответственно, для таких устройств нужны о-о-очень быстрый софт, очень быстрая СУБД и очень быстрый сервер приложений, способный работать на одном ядре процессора, максимально эффективно использующий память и не напрягающий диск.
И в условиях всех этих ограничений Tarantool на наших тестах показал лучшие результаты. Ближайшим конкурентом по скорости может быть Redis (с CouchBase и Aerospike, к сожалению, у нас ничего не получилось: они очень медленные на одноядерных машинах, но, возможно, мы просто не умеем их готовить). Главные минусы Redis с точки зрения применимости в IoT: в нем недостаточно развит сервер приложений, нет хранимых процедур (и нельзя в рантайме обновлять код внутри СУБД), нет джобов, нет мастер-мастер репликации, нет транзакций — больше вероятность потери данных. Плюс непонятно, планируют ли авторы продукта вообще развиваться в эту сторону. Вот тут пример сравнения двух продуктов: Tarantool vs Redis. Связка Python и Redis может в каком-то смысле заменить Tarantool, но по скорости, скорее всего, сильно проиграет. Сразу оговорюсь — сравнительных тестов пока нет, плюс мы рекомендуем скорость работы сравнивать в каждом случае, case by case.
Еще один важный нюанс: на IoT-девайсах, когда СУБД и сервер приложений объединены (а в Tarantool они объединены и работают в одном процессе), накладных расходов на их общение друг с другом, очевидно, будет сильно меньше (вот тут о накладных расходах, которые огромны даже при взаимодействии с быстрыми СУБД: Asynchronous processing with in-memory databases or how to handle one million transactions per second on a single CPU core). При этом любые накладные расходы на передачу информации между разными процессами получаются очень большими в свете невысокой производительности устройств и огромного количества информации, которую нужно обрабатывать.
Еще есть такая неплохая штука — SQLite, он хороший и быстрый, но, к сожалению, у него нет репликации и сервера приложений из коробки — т. е. поверх него надо еще поплясать с бубном. Остальные традиционные СУБД (не буду называть, тут большой список уважаемых продуктов, все их прекрасно знают) у нас просто не завелись нормально на маленьких железочках IoT или даже близко не справились с той нагрузкой, которая идет от датчиков. Однако если у вас есть положительный опыт применения других СУБД на IoT-девайсах, то мы будем рады, если вы поделитесь им!
Это все, что я хотел рассказать о Tarantool IIoT. У нас уже в процессе пилоты с различными производственными, транспортными и другими компаниями. Как только будет продакшн, мы обязательно про это детально напишем. Следите за новостями!