Цифровая платформа

Софиот

Программно-аппаратная платформа «Софиот»

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

Софиот™ – это уникальная платформа цифровизации (модульный программно-аппаратный комплекс), разработанная командой «Софтел» для предоставления IT сервисов и информации на основе результатов обработки больших данных для принятия решений в промышленности и ЖКХ.

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.

Вертикальная структура

Система состоит из трех уровней.

  • Нижний уровень — это традиционно энергоэффективные устройства и каналы связи ΙοΤ, обеспечивающие их связь с миром и друг с другом. Это ноги, руки и кровеносная система
  • Верхний уровень — опять же традиционно так называемая система серверных программ и пользовательских интерфейсов, представляющая мозг и лицо платформы
  • Наконец, очень важный и самый незаметный, средний уровень или «шина данных», который обеспечивает прозрачное и свободное общение первых двух. Это — сердце всего. Именно шина данных «Софиот» обеспечивает гибкость, масштабируемость и всеядность, являющиеся главными особенностями платформы Софиот

Теперь обо всем по порядку и более подробно.

При разработке платформы мы придерживались следующих принципов.

  • 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

Сразу отметим, что одной из важных особенностей нижнего уровня «Софиот» является то, что он запросто может не иметь к «Софиоту» никакого отношения. Собственно, так сейчас во многих случаях и является. Для того, чтобы использовать на нижнем уровне какие-либо устройства, нужно только разработать по определенным правилам софиот-драйвер нового оборудования (встраиваемый в средний уровень) и — voilà! — новые устройства стали частью системы. Это бывает очень удобно, если, например, у пользователя уже стоит какое-то оборудование, которое жалко выкидывать или действуют какие-либо особые требования, правила или ограничения на работу системы, не позволяющие использовать «родные» устройства платформы «Софиот».

При этом, конечно, имеется и собственный нижний уровень «Софиот», который имеет свои, уникальные, возможности, не имеющие пока аналогов на рынке. Рассмотрим подробно эти особенности, чтобы понять, как они позволяют реализовать требуемые принципы функциональности, эффективности и компактности.

Приказано выжить!

Нижний уровень — самая ленивая составляющая любой IoT-системы. Кроме сбора и обмена данными его главная задача — находиться в живом состоянии как можно дольше, зачастую в не самых комфортных условиях. Поэтому устройства нижнего уровня большую часть времени проводят в состоянии глубокого сна, наподобие зимней спячки; просыпаются строго по расписанию или по событию (например, берлога протекла), и немедленно снова проваливаются в сон. А уж передать данные — то есть вылезти из берлоги и громко заявить о себе — для этого нужно потратить весьма значительное количество энергии. Для того, чтобы дольше просуществовать в таких условиях, хорошее IoT-устройство должно делать максимально много всякой полезной, но не требующей больших энергозатрат, работы и при этом как можно реже просыпаться и передавать концентрированную порцию сжатых данных.

Устройства сбора и передачи данных (УСПД) «Софиот» спроектированы так, чтобы наиболее точно соответствовать этому тонкому балансу жизнеспособности и полезности. Несмотря на малый размер, их возможности весьма велики. Они могут:

  • подсчитывать импульсы в довольно широком диапазоне, чтобы получать данные со счетчиков с импульсным выходом
  • регистрировать тревожные сигналы от датчиков событий
  • измерять аналоговые сигналы (а именно, напряжение — наименее затратный вариант) для получения данных с аналоговых датчиков
  • что более важно и требует очень малых энергозатрат, получать информацию с устройств, поддерживающих популярный цифровой протокол I2C
  • а также считывать данные с очень распространенного и универсального цифрового интерфейса RS-485
  • и, что самое интересное, производить со всеми этими данными несложные и малозатратные преобразования, уменьшающие энергозатраты на передачу и увеличивающие полезную концентрацию полезных данных в сообщениях
  • ну, и еще кое-что, например, запитывать датчики как от напряжения 5 В, так и от напряжения 3,3 В

Если первые три пункта достаточно широко представлены в прочих современных устройствах IoT (по крайней мере, по отдельности), то остальное — пока не имеющие аналогов возможности. И при всем этом богатстве, УСПД «Софиот» имеют не худшие характеристики по времени жизни на одной батарейке и одни из самых низких цен по сравнению с аналогами.

Демократический централизм

Как и в политике, в IoT залог успеха — это искусство компромиссов. Как, например, учесть, что «одна голова хорошо, а две — лучше», но при этом не остаться «без царя в голове»? Ведь каждое устройство сети — поистине умное само по себе и много чего может. Достаточно вспомнить, что три десятка лет назад такими мощностями могли похвастать только суперкомпьютеры, на которых рассчитывали сложнейшие задачи моделирования и аналитики.

Тем не менее, в нашем подходе система строго централизована: верхний уровень воплощает в себе единый центр компетенции и управления, того самого «царя в голове». При этом и мощь каждого конкретного устройства находит себе применение. Она необходима как минимум для решения таких задач:

  • как можно быстрее забрать нужные данные
  • как можно быстрее, экономнее и лучше произвести их низкоуровневую обработку (агрегирование и сжатие для отправки)
  • как можно глубже уйти в сон

При этом, вся справочная информация бизнес-логики, все данные по тому, что, где, когда и как установлено, пишется в центр и управляется из центра.

Конструктивные особенности

Как уже говорилось, УСПД «Софиот» — это очень маленькие и мощные устройства в хорошо защищенном корпусе. Это дает им возможность быть крайне незаметными и выживать при самых неблагополучных условиях. В стандартном исполнении УСПД «Софиот» имеет уровень пылевлагозащиты IP67, что означает полную защиту от пыли и возможность работать во влажной среде и даже некоторое время под водой. Есть также вариант конструкции УСПД с уровнем защиты IP68, то есть с максимальным уровнем защиты от воды.

Кроме этого, устройства «Софиот» снабжены специальным влагозащищенным кабельным разъемом, который позволяет заменить одно устройство на другое буквально в течение минуты. И (это важно!) независимо от технологии передачи данных! Например, в подвале работало УСПД, передающее данные по технологии NB-IoT (то есть, через сотовых операторов), но в районе появился оператор сети LoRa, более экономной с точки зрения энергозатрат и более «дальнойбойной». Все, что нужно сделать, чтобы перейти на новую технологию, это отстегнуть кабель одного устройства и вставить кабель другого.

Шина данных

Шина данных — это мотор системы, который работает в режиме 24/7.

Самые важные задачи шины данных следующие.

  • Обеспечить максимально надежное и максимально быстрое общение уровней системы
  • При этом полностью отделить бизнес-логику приложений верхнего уровня от конкретных технологий нижнего

Шина данных, подобно сердцу, гонит кровь системы — данные — по каналам связи, при этом, как и в живом организме, «голова» совершенно не задумывается о работе «легких» и «сердца», ее силы направлены на решение других, более интеллектуальных вопросов.

Что внутри

Важность и сложность задач, которые решает средний уровень, обуславливают его непростую структуру.

  • Центральной составляющей шины является процессор данных. На нем лежит ответственность за такие работы, как:
    • прием информации из входных потоков шины;
    • запуск обработчиков информации, полученной из входных потоков, которые осуществляют их перевод на язык верхнего уровня и передачу наверх;
    • прием запросов верхнего уровня и запуск сервисов, отвечающих за их обработку и помещение в надлежащие выходные потоки;
    • запуск сервисов, осуществляющих обработку тревожных сигналов и формирование сообщений SMS;
    • контроль работы обработчиков данных и генерация сигналов о проблемах;
    • архивирование первичных («сырых») данных и чистка хранилища.
  • Прием данных с нижнего уровня, их первичную расшифровку и передачу сообщений для нижнего уровня осуществляют входные и выходные потоки шины. Каждый входной и выходной поток имеют свою структуру данных, характерную для данной технологии и провайдера сети.
  • За правильную обработку данных и размещение информации в таблицах БД отвечают различные сервисы обработки данных.

Верхний уровень

Верхний уровень — это голова и центральный интеллект всей системы (тоже довольно ленивый орган, но у него есть на это право). Голова работает по запросу пользователя, и если таковых мало, то будет бездельничать. Но уж если запросов много и они действительно сложные, то могучий интеллект верхнего уровня работает на полную катушку и справляется со своими задачами на все 100. Например, если в система работает над учетом и контролем ресурсоснабжающих сетей мегаполиса. В этом случае, верхний уровень обрабатывает данные от сотен тысяч устройств, накопленные за годы работы, справляясь с одновременными запросами сотен пользователей.

Верхний уровень обеспечивает две главные составляющие работы большой интеллектуальной системы.

  • Предоставляет пользователям легкие и быстрые интерфейсы для текущей работы в рамках имеющейся бизнес-логики
  • Дает мощные и гибкие возможности анализа огромного количества данных

Интерфейсы

Два краеугольных камня интерфейсов пользователей — это простота и функциональность.

  • Все лишнее и ненужное в рамках автоматизации бизнес-процессов, технические и внутренние особенности, отсекается. В интерфейсе остается только то, что необходимо пользователю с конкретной ролью. Ненужные оформительские элементы (красочные и динамические) также безжалостно не допускаются
  • В то же время, ориентируясь на значительные размеры современных мониторов, пользователю предоставляется максимум структурированной и хорошо систематизированной информации в удобной для восприятия форме. Формы системы имеют примерно одинаковую структуру с характерным разделением на текстовую, табличную и графическую части
  • Там, где бизнес-логика содержит географические данные, в графической области форм обязательно представлена информация, наложенная на карту или схему. При большом количестве данных используется кластеризаци
  • Для облегчения пользователю первичного анализа при взгляде на ряды данных используются различные возможности графического предоставления информации, с автоматическим цветовым выделением значимых участков
  • Для быстрого восприятия и специального привлечения внимания там, где это необходимо, используется символьное маркирование и цветовое выделение

Наконец, в современном мире интерфейсы системы не могут ограничиваться монитором ПК или ноутбука. Платформа «Софиот», как одну из важных частей, содержит интерфейсы для мобильных устройств, специально спроектированные для работы персонала непосредственно на линии. Функционал таких мобильных интерфейсов весьма широк: от действий по установке, настройке и обслуживанию до организации процесса метрологической поверки.

Интеллект

Мощный интеллект платформы «Софиот» направлен на решение двух важных задач: оперативной и аналитической.

С оперативной точки зрения именно верхний уровень системы формирует тот самый «интернет вещей» (IoT), о котором так много говорят в последнее время. То есть он является организующей средой для работы и общения множества интеллектуальных устройств, обеспечивая их слаженное функционирование и предупреждая / вовремя фиксируя возникновение проблем.

Однако использование огромного количества данных, поступающих от тысяч и даже (в перспективе) миллионов умных устройств, только для отслеживания текущей ситуации, это все равно что использование микроскопа для забивания гвоздей. Уже прошлый век наглядно продемонстрировал, что информация — самая дорогая сущность на планете. Поэтому из поступающих данных нужно выжимать максимум, и именно этому служат богатые аналитические возможности платформы «Софиот». Если действовать умеючи, из гигантских разнородных рядов данных можно выудить множество разных полезных и ценных вещей.

  • Анализируя статистические параметры потребления и их динамику, можно с хорошей точностью локализовать в пространстве и во времени потери и незаконное потребление ресурсов
  • Выделяя скрытые корреляции разнородных рядов данных, можно формировать качественные и обучаемые прогнозные алгоритмы, которые с хорошей точностью предсказывают, например, возможные экстремальные нагрузки сети и, как следствие, возникновение аварийных ситуаций, скачки потребления или будущие потребности в дополнительных ресурсах
  • Применяя передовые методики анализа и прогнозирования, можно формировать значительно более эффективные графики ремонтных работ, осуществлять качественное планирование развития городской инфраструктуры, и т.д., и т.п.

Излишне говорить, что все перечисленные возможности позволяют экономить огромные средства городских и федеральных бюджетов.