Программно-аппаратная платформа «Софиот» для интеллектуальных систем интернета вещей IoT

Софиот™ – от греческого «софос» (умный) и английского IoT (Internet of Things – интернет вещей)

Платформа “Софиот” предназначена для быстрого и низкозатратного развертывания интеллектуальных систем интернета вещей.

Благодаря гибкой архитектуре, платформа позволяет строить системы произвольного масштаба, начиная с проектов уровня дома или небольшого предприятия и заканчивая IoT-сетями крупных городов.

IoT платформа цифровизации

Вертикальная структура

Система "Софиот" представляет собой сложную структуру, разделенную на три основных уровня.

1. Нижний уровень представляет собой набор энергоэффективных устройств и каналов связи IoT. Эти компоненты аналогичны ногам, рукам и кровеносной системе в человеческом организме. Они обеспечивают взаимосвязь и взаимодействие между различными элементами системы и их окружающей средой.
2. Верхний уровень включает в себя серверные программы и пользовательские интерфейсы. Эти компоненты аналогичны мозгу и лицу системы. Они обрабатывают и анализируют данные, а также предоставляют пользовательский доступ к информации и управлению системой.
3. Средний уровень, или "шина данных", является ключевым элементом системы. Он обеспечивает прозрачную и свободную передачу данных между нижним и верхним уровнями. Этот компонент можно сравнить с сердцем системы, так как именно он обеспечивает гибкость, масштабируемость и универсальность функционирования всей платформы "Софиот".

Принципы разработки

• Максимальный функционал, эффективность и компактность на нижнем уровне
• Максимальный интеллект на верхнем уровне
• Максимальная гибкость и взаимозаменяемость частей

Этого нам удалось достичь благодаря специально продуманным особенностям структурных составляющих платформы.

Нижний уровень

Нижний уровень в системе "Софиот" представляет собой важную составляющую, которая обладает уникальными особенностями.

Следует отметить, что одной из ключевых особенностей нижнего уровня "Софиот" заключается в том, что он может функционировать независимо от самой платформы. Это означает, что устройства, подключенные к нижнему уровню, не обязательно должны быть разработаны специально для "Софиот". В случаях, когда у пользователя уже есть определенное оборудование, которое имеет значение сохранить, или когда существуют специальные требования и ограничения, не позволяющие использовать стандартные устройства платформы, можно разработать специальный драйвер Софиот для нового оборудования, встроив его в средний уровень. Это позволяет легко интегрировать новые устройства в систему "Софиот".

Более того, у "Софиот" существует собственный нижний уровень, который обладает уникальными возможностями, не имеющими аналогов на рынке. Эти особенности обеспечивают реализацию требований к функциональности, эффективности и компактности системы. Подробное рассмотрение этих особенностей поможет понять, как они способствуют достижению поставленных целей.

Нижний уровень в IoT-системе, представленной "Софиот", играет крайне важную роль в обеспечении жизнеспособности устройств. Его основная задача - сохранять работоспособность как можно дольше, даже в неблагоприятных условиях. В большинстве случаев устройства на этом уровне находятся в состоянии глубокого сна, аналогичного зимней спячке. Они просыпаются по расписанию или по событиям, таким как сигнал о протечке, а затем снова переходят в режим сна. Передача данных, то есть выход из "спячки", требует значительного энергопотребления. Чтобы выживать в таких условиях как можно дольше, хорошее IoT-устройство должно эффективно использовать энергию, редко просыпаясь и передавая компактные порции данных.

Устройства сбора и передачи данных (УСПД) "Софиот" разработаны с учетом этого баланса между выживаемостью и полезностью. Несмотря на их небольшие размеры, они обладают высокими возможностями:

1. Подсчет импульсов в широком диапазоне, что позволяет получать данные с импульсных счетчиков.
2. Регистрация тревожных сигналов от датчиков событий.
3. Измерение аналоговых сигналов, в частности напряжения, для сбора данных с аналоговых датчиков.
4. Получение данных с устройств, поддерживающих популярный цифровой протокол I2C, что требует минимальных энергозатрат.
5. Считывание данных через распространенный цифровой интерфейс RS-485.
6. Преобразование данных с минимальными энергозатратами, что позволяет увеличить концентрацию полезной информации в сообщениях.
7. Питание датчиков как от напряжения 5 В, так и от напряжения 3,3 В.

Первые три возможности представлены в некоторых других современных IoT-устройствах, но остальные представляют собой уникальные характеристики УСПД "Софиот". При этом они обладают выдающимися показателями времени автономной работы от одной батарейки и предлагают одни из самых низких цен в сравнении с аналогичными устройствами.

Демократический централизм в контексте IoT подразумевает искусство нахождения компромиссов для обеспечения эффективной работы системы. Аналогично политике, где учитывается принцип "одна голова хорошо, а две – лучше", важно найти баланс между децентрализацией и централизацией управления.

В нашем подходе к системе IoT присутствует строгая централизация. Верхний уровень играет роль единого центра компетенции и управления – "царя в голове". В то же время, каждое устройство в сети обладает собственной мощностью и функционалом, который находит свое применение. Это необходимо, по крайней мере, для выполнения следующих задач:

1. Максимально быстро получить необходимые данные.
2. Эффективно и экономно провести низкоуровневую обработку данных (агрегирование и сжатие перед отправкой).
3. Минимизировать энергопотребление в режиме покоя.

Вся информация о бизнес-логике, а также данные о том, что, где, когда и как установлено, регистрируются и управляются из центрального уровня системы.

Конструктивные особенности Устройств сбора и передачи данных (УСПД) "Софиот" придают им выдающуюся надежность и устойчивость к неблагоприятным условиям.

УСПД "Софиот" представляют собой компактные и мощные устройства, размещенные в прочном и надежно защищенном корпусе. Это позволяет им быть практически невидимыми и обеспечивает выживаемость даже в самых адверсных средах. В стандартной комплектации УСПД "Софиот" имеет уровень пыле-влагозащиты IP67, что обеспечивает полную защиту от пыли и позволяет работать во влажных условиях, а также даже некоторое время в воде. Кроме того, доступен вариант УСПД с уровнем защиты IP68, что обеспечивает максимальную защиту от воздействия воды.

Устройства "Софиот" также оснащены специальным влагозащищенным кабельным разъемом, который позволяет быстро заменить одно устройство другим буквально в течение нескольких минут. И, что важно, это можно сделать независимо от используемой технологии передачи данных. Например, если в подвале функционировало УСПД, передающее данные через технологию NB-IoT (через сотовых операторов), а в районе появилась сеть LoRa, более энергоэффективная и обладающая большей дальностью действия, замена одного устройства другим сводится к отстегиванию кабеля одного и подключению кабеля другого.

Шина данных играет ключевую роль в работе системы и функционирует непрерывно в режиме 24/7.

Основные задачи шины данных включают:

1. Обеспечение максимально надежной и быстрой связи между разными уровнями системы.

2. Полное разделение бизнес-логики приложений верхнего уровня от конкретных технологических реализаций на нижнем уровне.

Подобно сердцу, шина данных переносит "кровь" системы – данные – по каналам связи. При этом, так же как в организме, "голова" не задумывается о работе "легких" и "сердца", ее усилия направлены на решение более высокоуровневых, интеллектуальных задач.

Средний уровень

Средний уровень, в связи с важностью и сложностью задач, которые ему предстоит решать, обладает сложной структурой.

Основной компонент среднего уровня - это процессор данных. На нем лежит ответственность за выполнение следующих задач:

1. Прием информации из входных потоков шины.
2. Запуск обработчиков информации, полученной из входных потоков, которые переводят ее на язык верхнего уровня и передают вверх.
3. Прием запросов верхнего уровня и запуск сервисов, отвечающих за их обработку и отправку в соответствующие выходные потоки.
4. Запуск сервисов, занимающихся обработкой тревожных сигналов и формированием SMS-сообщений.
5. Контроль работы обработчиков данных и генерация сигналов об возможных проблемах.
6. Архивирование первичных ("сырых") данных и управление хранилищем.

Входные и выходные потоки шины отвечают за прием данных с нижнего уровня, их первичную обработку и передачу сообщений для нижнего уровня. Каждый из этих потоков имеет свою структуру данных, специфичную для конкретной технологии и поставщика сети.

Различные сервисы обработки данных ответственны за правильную обработку данных и их размещение в базе данных.

Верхний уровень:

Верхний уровень представляет собой головной мозг и центральный интеллект всей системы (хотя и довольно ленивый, у него есть на это право). Работа головного уровня основана на запросах пользователей. Если запросов мало, то верхний уровень может быть в режиме простоя. Но если запросов много и они довольно сложные, то мощный интеллект верхнего уровня работает на полную мощность, справляясь со своими задачами на все 100. Например, при работе системы над учетом и контролем ресурсоснабжающих сетей мегаполиса. В этом случае верхний уровень обрабатывает данные от сотен тысяч устройств, накопленные за годы работы, одновременно обслуживая запросы сотен пользователей.

Верхний уровень выполняет две основные функции в работе крупной интеллектуальной системы:

1. Предоставляет пользователям легкие и быстрые интерфейсы для текущей работы в рамках существующей бизнес-логики.
2. Обеспечивает мощные и гибкие возможности анализа огромного объема данных.

Интерфейсы

Принципы простоты и функциональности

Лежащие в основе интерфейсов принципы - простота и функциональность. Лишнее и ненужное отсекается. В интерфейсе остается лишь необходимая информация для пользователя с конкретной ролью. Оформительские элементы, не несущие функциональной нагрузки, исключаются.

Оптимизированная отображение на больших экранах

С учетом значительных размеров современных мониторов, предоставляется максимально структурированная и систематизированная информация в удобной форме. Формы имеют примерно одинаковую структуру, с разделением на текстовую, табличную и графическую части.

Географические данные и визуализация на карте

Где бизнес-логика требует использования географических данных, в графической области форм предоставляется информация, наложенная на карту или схему. При большом объеме данных применяется кластеризация.

Графическое представление данных для анализа

Для упрощения первичного анализа данных пользователь может воспользоваться различными графическими представлениями информации с автоматическим выделением значимых участков.

Использование символьной маркировки и цветового выделения

Для быстрого восприятия и привлечения внимания к ключевым элементам интерфейса применяются символьная маркировка и цветовое выделение.

Адаптация к мобильным устройствам

С учетом современных тенденций, интерфейсы разработаны для мобильных устройств, предназначенных для работы персонала непосредственно на линии. Функционал мобильных интерфейсов включает в себя действия по установке, настройке, обслуживанию и организации процесса метрологической поверки.

Интеллект

Оперативное управление умными устройствами

Верхний уровень системы играет ключевую роль в формировании "Интернета вещей" (IoT), обеспечивая взаимодействие и согласованную работу множества интеллектуальных устройств. Его функции включают в себя оперативное мониторинг и предупреждение о возможных проблемах.

Аналитические возможности платформы "Софиот"

Благодаря богатым аналитическим возможностям платформы "Софиот" из обширных данных можно извлечь максимальную пользу. Ниже представлены примеры аналитических задач:

1. Локализация потерь и незаконного потребления ресурсов

Анализ статистических параметров потребления и их динамики позволяет точно определить место и время возможных потерь и незаконного потребления ресурсов.

2. Формирование прогнозных алгоритмов

Выявление скрытых корреляций в разнородных данных позволяет разрабатывать качественные и обучаемые прогнозные алгоритмы. Они могут успешно предсказывать экстремальные нагрузки сети и, как следствие, предотвращать аварийные ситуации и управлять будущими потребностями в ресурсах.

3. Эффективное планирование и управление ресурсами

Применение передовых методик анализа и прогнозирования позволяет сформировать более эффективные графики ремонтных работ, качественно планировать развитие городской инфраструктуры и рационально распределять ресурсы.

Эти возможности имеют огромное значение для экономии средств городских и федеральных бюджетов.

Призыв к действию

• Готовы взлететь в мир инноваций и технологического прогресса? Обратитесь к нам – компании "Софтел"! Мы специализируемся на разработке и внедрении передовых IT-решений для промышленности и ЖКХ.
• Наши эксперты готовы взяться за проекты любого масштаба и сложности. Мы создаем интеллектуальные системы, основанные на обработке больших данных, которые помогают в принятии важных решений.
• Не упустите шанс повысить эффективность и надежность ваших бизнес-процессов! Мы готовы развернуть интеллектуальные системы интернета вещей (IoT) быстро и с минимальными затратами.
• Вместе с "Софтел" вы получите надежного партнера, готового поддержать вас на каждом этапе проекта. Наши решения – это шаг к ваши масштабным успехам!
• Свяжитесь с нами прямо сейчас и давайте обсудим, как мы можем помочь вам достичь ваших бизнес-целей. Напишите нам или позвоните, и станьте частью технологического прогресса вместе с "Софтел"!