Vad är IoT-arkitektur och varför det spelar roll

Tekniska diskussioner idag har ofta två huvudsyften: de ekonomiska möjligheterna de erbjuder och den optimering de kan ge. I båda avseenden är sakernas internet (IoT) ett massivt ämne, vilket bevisas av McKinseys uppskattning av dess värde till mellan 5 och 12 biljoner dollar år 2030. Samma rapport noterar IoT-arkitekturens enorma potential inom tillverkningsindustrin och hälso- och sjukvården.

Med dessa punkter i åtanke vill vi erbjuda dig en djupgående titt på vikten av IoT-arkitektur, bryta ner dess lager och hjälpa dig att välja rätt plattform. Vår artikel kommer också att ge insikt i hur IoT kan gynna urbanism, hälso- och sjukvård och jordbruk. Kort sagt kommer detta att vara en fullständig genomgång av IoT som verktyg och en introduktion till hur du kan dra nytta av det.

Den samma rapport som vi nämnde ovan påpekar också att vissa företag har haft svårt att dra nytta av IoT i sin verksamhet. Detta kan bero på bristande fokus på denna transformativa teknik, som kan vara utmanande att helt förstå. Låt oss börja enkelt och definiera vad sakernas internets arkitektur är och vad den består av.

Så, IoT-arkitektur för nybörjare: det är strukturen och typerna av anslutningar mellan dina olika IoT-enheter. Detta innefattar enheterna själva, protokollen som flyttar och bearbetar data, transportverktygen och applikationerna som styr enheterna. Det diskuteras typiskt i termer av lager, som vi kommer att prata om nedan, och hur de interagerar.

Enligt statistiken finns det hela 18,8 miljarder IoT-enheter världen över, vilket innebär att det finns minst miljontals företag som använder IoT-arkitektur. Oavsett hur många varje företag använder, behöver de ändå strukturera sitt ekosystem för att optimera dem.

Populariteten för IoT är knappast förvånande, med tanke på att det har funnits sedan förra seklet och har haft gott om tid att växa och utvecklas. Numera täcker det viktiga användningsfall som kontroll av grödors tillväxt och förbättrad kundupplevelse i smarta servicesystem, bland annat. Denna mångsidighet håller IoT relevant, och flexibel IoT-arkitektur möjliggör mer experimenterande vid behov.

Som ett stort exempel, titta bara på hur Amazon automatiserar och effektiviserar sina distributionscentraler, några av de mest trafikerade lagren på planeten, med hjälp av AI och IoT-nätverksarkitektur. Denna kombination gör att de effektivt kan övervaka prestanda, fjärrstyra verksamheten och minimera all nedtid i centralerna. Låter ganska bra, eller hur? Låt oss titta närmare på IoT-arkitekturlager för att se hur du kan göra detsamma.

Medan företag kan anpassa IoT-arkitekturen efter sina behov, kommer den typiska installationen att innefatta några av dessa standardlager:

Beroende på hur du strukturerar ditt eget system, kan du komma att använda alla dessa eller så få som tre, men det är något vi kommer att behandla senare. Först, låt oss prata om varje lager separat så att du kan förstå deras roll i IoT-plattformsarkitekturen.

Perceptionslagret (Sensorlagret)

Ett annat mycket beskrivande namn för detta lager är enhetslagret. Det beskriver det i stort sett helt – det är samlingen av IoT-aktiverade prylar och mekanismer som du har och behöver ansluta.

Detta innebär att perceptionslagret i din IoT-arkitektur kan inkludera saker som kameror, sensorer, smarta prylar, hälsovårdsmaskiner, etc. Detta är ett viktigt lager, vilket betyder att det inte finns någon arkitektonisk installation utan det. Dessa är trots allt IoT-elementen; du kan inte bygga något för dem om de inte är inkluderade.

Anslutningslagret (Nätverks-/Transportlagret)

Anslutning är det andra viktiga lagret, som tillhandahåller verktygen för dataöverföring och delning mellan dina IoT-enheter och andra element i ditt ekosystem. Det använder transport- och krypteringsprotokoll för att säkerställa stadiga, tillförlitliga överföringar. Transporten kan ske via ditt lokala WiFi eller mobila 5G-nätverk, eller till och med Bluetooth, om enheterna är grupperade tillsammans.

Det är viktigt att notera att din IoT-systemarkitektur för anslutning kan och bör innefatta en mängd olika transportmetoder. På så sätt kan du inte bara skapa ett flexibelt system som inte har en enskild felpunkt, utan också säkerställa att alla typer av enheter enkelt kan passa in i ekosystemet.

Databehandlingslagret

Namnet är självförklarande här, eftersom detta är lagret av verktyg som samlar in och bearbetar data som genereras av ditt IoT-nätverk. Det gör det möjligt för företag att analysera prestanda i sitt ekosystem, enkelt implementera ändringar och därefter generera insikter för att säkerställa ytterligare tillväxt.

Detta lager involverar också datalagring, såsom molnmiljöer, datalager och lokala servrar. Det är avgörande att säkra denna nivå av din IoT-plattformsarkitektur, eftersom det är här all känslig information kommer att finnas. Säkerhet är uppenbarligen viktigt för hela systemet, men det "börjar" här och expanderar utåt.

Applikationslagret

Detta är den användarvända delen av sakernas internets arkitektur, relaterad till gränssnitt som människor använder för att styra enheter och enkelt spåra deras handlingar. Dessa kan utvecklas specifikt för ditt företag för att säkerställa intern åtkomst till den så kallade kontrollpanelen. Alternativt, om du säljer IoT-enheter, kan du ha två separata applikationer, en för kunder, en för administration.

Admin-appen kan vara komplex, då den fungerar som centrum för IoT-arkitekturen, vilket gör att du kan ställa in specifika rutiner för enheter att följa och justera automatiseringsregler. Det är det du behöver för att justera hela ditt nätverk i farten. Därför är det det sista av de tre viktiga lagren för IoT-arkitekturen.

Affärslagret

Komplementärt till databehandlingslagret är detta lager av IoT-arkitektur helt tillägnat att omvandla den insamlade informationen till affärsintelligens (business intelligence). Det inkluderar vanligtvis instrumentpaneler som visar visualiserade analyser och rapporter sammanställda från din verksamhet. Detta är endast möjligt tack vare bearbetningen som utförs på nivån ovanför, som bygger vidare på det.

Sammankopplingen av olika lager i din IoT-arkitektur gör saker mer strömlinjeformade och möjliggör enkel kontroll av data. Om du väljer att ha affärslagret, vilket de flesta företag sannolikt kommer att göra, se till att det är anslutet till de nödvändiga API:erna.

Edge- och Fog Computing-lagret

Detta lager av IoT-arkitektur behövs när ditt företag skalar upp, vilket resulterar i hög latens, vilket saktar ner databehandling och svarstider. Enheter med edge-förmåga skickar datapaket för snabb och effektiv bearbetning. Dessa levereras till noder som ligger nära i systemet, vilket avsevärt minskar latensen.

Edge-aktiverade enheter i en IoT-arkitektur kan också automatiskt skicka rapporter om en anomali inträffar, samt stoppa processer som verkar spåra ur systemet. Dessutom är IoT-enheter med edge-förmåga mycket kompatibla, vilket gör det lättare att expandera ditt företags ekosystem.

Säkerhetslagret

Denna aspekt av IoT-arkitekturen handlar om att hålla ditt företag och din data säker, vilket innebär att du använder flera verktyg för att förstärka säkerheten. Du kan till exempel använda både asymmetrisk och symmetrisk kryptering, där den förstnämnda är reserverad för den mest känsliga datan.

Din säkerhetsplan bör också involvera olika tillvägagångssätt för allt från själva enheterna till molnmiljön och anslutningen mellan dem. Saker som implementering av TLS-protokollet är nu standard, till exempel.

Det finns två typiska IoT-arkitekturtillvägagångssätt som oftast ses i företag. Vi kommer att titta på båda och erbjuda ett perspektiv på var och en så att du kan välja den som bäst passar din verksamhet.

Förståelse av tre-lagers IoT-arkitektur: Struktur och säkerhetsutmaningar

Detta är kanske det mest raka tillvägagångssättet för IoT-arkitektur som fortfarande fungerar. Den består av tre kärnlager, vilka är:

Det innebär att du bara använder dina IoT-enheter, protokollen som ansluter dem och applikationerna som styr enheterna. Det är ett okomplicerat system, vilket är dess främsta styrka – du kan sätta upp och underhålla det med relativ lätthet, vilket sparar tid och pengar på arkitektur.

Enkelhet innebär dock också att den saknar värdefull analytisk kraft och inte riktigt lämpar sig väl för skalning. Detta gör modellen till ett bra första val. Ändå måste den expanderas när ditt företag växer och når nya höjder. Den saknar också de extra lagren för säkerhet och edge computing, vilket gör den mindre säker att använda och riskerar att sakta ner verksamheten.

Utforska fem-lagers IoT-arkitektur och dess fördelar

Fem-lagers IoT-arkitekturen erbjuder lite mer flexibilitet, och du kan själv bestämma vilka två lager som ska utöka den mer sparsamma, tre-lagers arkitekturen. Vi föreslår vanligtvis att lägga till säkerhet och databehandling, även om vissa företag väljer ett affärslager istället.

Detta görs typiskt när ett företag strävar efter att optimera sin verksamhet och hoppas att de ytterligare insikterna från bearbetnings- och affärslagren kommer att ge just det. Ett sådant tillvägagångssätt är inte dåligt, särskilt eftersom du kan använda det för att sätta din kurs och sedan fokusera på säkerhet.

Generellt sett, när man talar om IoT-arkitektur och tillagda lager, måste man göra en uppskattning av kostnad kontra värde för varje nytt lager man vill ha. Som ett resultat av detta kommer du vanligtvis att upptäcka att för många lager skapar minskande avkastning. Medan en fem-lagers struktur erbjuder tillräckligt med fördelar utan att komplicera arkitekturen för mycket, vilket gör det till ett ganska stabilt val.

Det stora utbudet av IoT-installationer och det omfattande sortimentet av enheter som finns på marknaden gör dem tillämpliga i många olika fall. Detta avsnitt kommer att fokusera på hur IoT kan omvandla olika nischer och ge värde i gengäld för dina ansträngningar.

Smarta städer och IoT

Att bygga IoT-arkitektur i stadsskala kan vara en utmaning, men det är ett mycket givande projekt som gynnar alla invånare. Till exempel kan smarta trafikljus ställas in för att mäta data från trafiksensorer för att ändra ljuset mer effektivt, vilket eliminerar trafikstockningar. Alternativt kan avfallshanteringsföretag använda sensorer för att bestämma när hämtningar ska ske. Som ett resultat fungerar städerna som helhet mer optimalt och levererar bättre tjänster.

Hälso- och sjukvård och IoT

Medicinsk IoT-arkitektur involverar typiskt enheter som wearables för att samla patientdata och assisterande boende-maskiner som automatiskt anpassar sin prestanda till användaren. De huvudsakliga användningsfallen kretsar kring att göra fjärrvård mer tillgänglig och precis, samt att skräddarsy tjänsterna till patienterna.

Jordbruk och IoT

Inom jordbruksområdet kan användningen av IoT-arkitektur och AI hjälpa till att bedöma markens tillstånd, åtgärda erosion och övervaka grödor. Som ett resultat kan bönder säkerställa att deras skörd inte misslyckas, upptäcka farliga mikrober och förbättra kvaliteten på sina grödor totalt sett.

Industriell IoT och tillverkning

Kanske det mest typiska området för IoT-arkitektur är inom tillverkningsvärlden, eftersom automatiserade monteringslinjer och beställningssystem förlitar sig på sensorer och smarta enheter. Dessa saker, tillsammans med IoT-driven analys och fjärrkontroller, gör industriellt arbete mer effektivt.

Smarta hem och IoT

Dagens klimatmedvetna värld uppmuntrar IoT-arkitektur i smarta hem att användas för energieffektivitet, vilket minimerar hushållets miljöpåverkan. Utöver det kan IoT-enheter möjliggöra fjärrkontroller för belysning, underhållningssystem och apparater. Dessutom har röstassistenter nu blivit ganska vanliga.

Att bygga den perfekta IoT-arkitekturen är enklare när du använder en pålitlig, beprövad plattform för att förstärka ditt system. Här är några tips om hur du väljer en plattform som passar dina behov.

Översikt över populära IoT-plattformar

De mest använda plattformarna för IoT-arkitektur är också de som de flesta företag känner till från sitt arbete med molnmiljöer. Det betyder att de främsta aktörerna är:

Dessa teknikjättar erbjuder sina tjänster som AWS IoT Analytics eller Azure IoT Edge, förstärkta av de betydande resurser de har och banbrytande teknologier. Dessa är dock inte de enda alternativen du har, eftersom mindre kända plattformar existerar, såsom Particle och ThingWorx IIoT.

De senare plattformarna är anmärkningsvärda för att de tillgodoser mer specifika användningsfall, med Particle fokuserat på edge computing, vilket är utmärkt för företag som skalar snabbt. Under tiden tillhandahåller ThingWorx tjänster för industriföretag som specialiserar sig på tillverkning av IoT-enheter.

Viktiga faktorer att överväga när du väljer en plattform

Det viktigaste som bör definiera ditt val är syftet med din IoT-arkitektur. Vi har redan påpekat att ThingWorx är skräddarsytt för tillverkningsföretag, men det är inte allt. Beroende på omfattningen av din verksamhet och branschen, kanske du vill välja en plattform som erbjuder betydande skalningsmöjligheter eller verktyg utformade för till exempel medicinsk hårdvara.

Det är också avgörande att tänka på säkerhet, där större plattformar sannolikt kommer att ha en fördel jämfört med mindre. På samma sätt kommer de flesta företag att vilja ha en viss flexibilitet från sin valda plattform. Saker som anpassade widgets kan hjälpa till att sätta upp effektiva flöden och anpassa tjänsten till ovanliga enheter, inklusive äldre sådana.

Nuvarande förutsägelser för nya trender inom IoT-arkitektur inkluderar, naturligtvis, den oundvikliga ankomsten av 6G. Viss forskning tyder på att IoT-nätverk kommer att kunna nå vilken plats som helst senast 2030, även om detta kan vara en något optimistisk syn. Ändå kommer den sömlösa anslutningen med låg latens som 6G kan tillhandahålla definitivt att vara en game changer.

En annan spännande utveckling som bör förändra framtiden för IoT är omkonfigurerbara intelligenta ytor (RIS). Dessa fungerar som högkvalitativa sändningsantenner, vilket säkerställer en stabil anslutning mellan enheter även när de rör sig i höga hastigheter eller kommer in i områden med dålig täckning.

Slutligen innebär spridningen av tillgänglighet för satellit- och luftburna integrerade nätverk (SAIN) att arkitekturen snart kan genomgå betydande förändringar. Att använda satelliter för att hålla signalen igång eliminerar behovet av många av de mer komplexa transportlagerkonfigurationerna, vilket sänker arkitekturkostnaden.

Under de senaste åren har WiFi varit avgörande för alla som sökte tillförlitlig och säker IoT-arkitektur, eftersom användning av offentlig 5G i princip innebar att byta datasäkerhet mot hastighet. Men nyligen gjorda förbättringar av URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) har förändrat saker drastiskt.

Möjligheten att sätta upp ett privat 5G-nätverk utan att ådra sig betydande kostnader eller möta överdrivet komplex distribution gör det till ett gångbart val för IoT-kommunikation. Detta ökar din internettäckning avsevärt och snabbar upp den samtidigt som latensen hålls låg. Än så länge är det kanske inte helt allestädes närvarande, men dessa typer av fördelar kommer säkert att göra privat 5G till standard.

Detta avslutar vår guide om IoT-struktur och hur man implementerar den effektivt, samt några av våra observationer om dess tillämplighet inom olika branscher. Med denna kunskap bör du kunna hitta rätt tillvägagångssätt för att integrera denna teknik i din verksamhet. Vi är dock alltid öppna för att ge lite mer hjälp till dem som önskar det.

JetBase har nu i över ett decennium tillhandahållit anpassad utveckling och konsulttjänster till företag som strävar efter nya höjder. Vårt expertteam kan designa och etablera din IoT-systemarkitektur, bygga komplexa, sammanvävda anslutningar och förenkla databehandlingen. Med utgångspunkt i ditt eget ekosystem kommer vi att ge dig råd om det optimala sättet att använda IoT i din dagliga verksamhet.

Om du söker kvalitet och vill ha din IoT-arkitektur korrekt utförd, skicka oss ett meddelande och låt oss boka en snabb konsultation.