Oprogramowanie dla IoT i rozwiązań smart (lipiec 2023)

Nowa era rozwoju IoT

Dziś łatwo wskazać wiele urządzeń IoT, bo coraz więcej rzeczy wpływa na nasz styl życia – od inteligentnych zamków w domu po nowoczesne pojazdy, które prowadzą nas najbezpieczniejszą i najkrótszą trasą. W tym artykule pokazujemy, jak IoT weszło do naszych domów i codzienności i dlaczego w przyszłości będziemy go potrzebować jeszcze więcej. 

Inżynieria oprogramowania IoT

Zacznijmy od definicji. IoT to skrót od Internet of Things, czyli internet rzeczy. Urządzenia IoT pozwalają automatyzować wiele działań w firmie, także codzienne czynności. Integracja urządzeń może polegać na połączeniu ze sobą telefonów, telewizorów, smartwatchy, laptopów i czujników – na przykład akcelerometrów czy żyroskopów. Żeby urządzenia sprawdzały się w zastosowaniach biznesowych i konsumenckich, infrastruktura IoT i same urządzenia muszą sprawnie się ze sobą komunikować. W skład takich rozwiązań wchodzą elementy wykonawcze, czujniki bezprzewodowe i oprogramowanie – tak jak w smartfonach, których codziennie używamy do wielu celów. 

Inżynieria oprogramowania IoT to systematyczne budowanie infrastruktury IoT z połączenia oprogramowania i sprzętu. Intuicyjne interfejsy i wizualizacje pomagają w niej interpretować dane z czujników tak, żeby dało się je wykorzystać w praktyce.

 „Urządzenia IoT pozwalają automatyzować wiele działań w firmie, także codzienne czynności.”

W coraz bardziej cyfrowym świecie automatyzacja to bez wątpienia największa zaleta urządzeń IoT. Najważniejsze, że da się z niej korzystać praktycznie wszędzie, gdzie jest dostęp do internetu, a takich miejsc z każdym dniem przybywa. Każdy, kto ma telefon, laptop albo komputer, może połączyć się z ogromną liczbą czujników. Żeby użytkownik widział, jak działa maszyna, infrastruktura IoT musi sprawnie łączyć się z urządzeniami. Z tych i innych powodów usługi tworzenia rozwiązań IoT są dziś bardzo przydatne. Wiele firm wpisuje się w nowy trend w branży i oferuje kompleksowe tworzenie rozwiązań IoT – od koncepcji, przez wdrożenie i testy, po uruchomienie.

Architektura IoT, https://www.techtarget.com/iotagenda/feature/How-to-build-an-effective-edge-IoT-architecture

Rola IoT w wytwarzaniu oprogramowania

Głównym celem IoT jest stworzenie ekosystemu, który łączy wszystko. Ekosystem, w którym wszystko jest ze sobą połączone, nazywa się internetem wszechrzeczy (Internet of Everything).

Spotkamy w nim wiele połączeń popularnych technologii: identyfikację radiową (RFID), mikrokontrolery, czujniki, systemy pozycjonowania (GPS), technologie satelitarne i inne.

Tworzenie oprogramowania IoT było jednak wcześniej bardziej złożone niż zwykłe tworzenie aplikacji webowych i ich architektury. Trzeba w nim radzić sobie z dużą ilością danych, bezpieczeństwem, intensywną komunikacją, niezawodnością i wieloma innymi kwestiami.

Specjaliści IT wyróżniają dwa główne rodzaje oprogramowania IoT: IoT dla przedsiębiorstw i przemysłu (Industrial IoT) oraz IoT konsumenckie (Consumer IoT). Różnią się przede wszystkim zastosowaniami, urządzeniami i technologiami, którymi osiąga się cel. Przykłady urządzeń Industrial IoT to beacony, tagi RFID czy czujniki, a do IoT konsumenckiego należą urządzenia ubieralne, urządzenia medyczne, auta podłączone do sieci i inteligentne domy.

Jakie oprogramowanie powstaje dla IoT?

Raspbian to bardzo popularny system operacyjny dla rozwiązań IoT, zoptymalizowany pod sprzęt Raspberry Pi. Jest prosty w obsłudze i zawiera ponad 35 000 pakietów. Arm Mbed OS to z kolei system open source, który spełnia wszystkie wymagania stawiane systemom IoT.

Technologie internetu rzeczy, https://www.avsystem.com/blog/iot-technology/

Języki programowania dla IoT

Przy tworzeniu aplikacji IoT równie ważny jest wybór języka programowania. Zasoby urządzeń są niewielkie, więc kod musi być zwięzły i łatwy do skompilowania. Oto języki najczęściej stosowane w IoT:

• C i C++. Oba popularne języki powstały z myślą o pracy blisko sprzętu.
• Python. Dobrze radzi sobie z aplikacjami przetwarzającymi dużo danych, dlatego świetnie pasuje do IoT.
• Java. Nazywana też językiem aplikacji mobilnych, sprawdza się w urządzeniach internetu rzeczy (IoT) i współpracuje z wieloma urządzeniami peryferyjnymi. 

Czujniki IoT jako sposób zbierania danych

Żeby skutecznie zbierać dane z poszczególnych urządzeń, trzeba dobrać odpowiednie czujniki. Odbierają i kodują bodźce działające na maszyny, a potem przekazują je dalej jako informację. Pozwalają też od razu wykryć nieprawidłowości i błędy bez kontroli prowadzonej przez pracowników na miejscu.

Najczęściej stosowane w maszynach czujniki to:

• czujniki zbliżeniowe – określają odległość maszyny od innych obiektów,
• czujniki pojemnościowe – rozpoznają różne rodzaje materiałów,
• czujniki temperatury – wykrywają, kiedy dany obiekt się nagrzewa (albo schładza),
• czujniki optyczne – reagują na ruch za pomocą wiązki światła,
• czujniki ultradźwiękowe – mierzą odległość falami dźwiękowymi,
• czujniki ciśnienia – mierzą opór,
• czujniki tensometryczne – mierzą ciężar i nacisk.

Przykłady IoT w rozwiązaniach smart:

Rozwiązania IoT dla smart city mają tworzyć miasta przyszłości, które wspierają rozwój gospodarczy, poprawiają infrastrukturę i środowisko oraz cyfrowo optymalizują zasoby publiczne. Inteligentne miasto to miliardy inteligentnych urządzeń, które zbierają informacje i wymieniają je przez rozległą sieć obejmującą całe miasto.

• Smart city – Wrocław wdrożył razem z T-Mobile system wykrywania wolnych miejsc parkingowych. To nowatorskie rozwiązanie, dzięki któremu mieszkańcy dostają informację, gdzie znajdą wolne miejsce, a gdzie miejsca są zajęte.
  
  
• Inteligentne rolnictwo – Spark Control to dobre rozwiązanie dla szklarni. Spark Control i EMBIQ opracowały system pozycjonowania w budynkach dla dużych powierzchni. Zaczęliśmy od szklarni i tam testowaliśmy system, ale docelowo chcemy dotrzeć do wszystkich branż. Obecnie modyfikujemy rozwiązanie tak, żeby dało się je skalować na wszystkie sektory gospodarki i różne firmy. Pomiar opiera się na technologii UWB, dzięki czemu wyniki są bardzo dokładne.
  
  
• Inteligentna produkcja –  kluczowe są odpowiednie urządzenia i ich liczba. Alcon kompletował tysiące unikalnych zestawów chirurgicznych i szukał systemu, który pozwoli śledzić wydajność operatorów i elastycznie reagować na zmiany wielkości zespołów oraz przepływów produkcji przy zmiennym portfolio produktów. Rozwiązanie oparte na systemie lokalizacji w czasie rzeczywistym (RTLS) firmy Pozyx dało pulpit wydajności, który pomaga optymalizować pracę operatorów. Dane z niego trafiają też do działu finansów, który na ich podstawie ocenia koszty pracy i poprawia kalkulacje kosztów.
  
  
• Inteligentna gospodarka odpadami – dobrym przykładem są inteligentne kosze T-Master. Wszystko opiera się na wielofunkcyjnych aplikacjach mobilnych – dla kontrolerów jakości i dla mieszkańców. Pierwsza pokazuje informacje o jakości i ilości materiałów. Druga przedstawia wyniki segregacji odpadów razem ze statystykami. Ma też funkcje edukacyjne, na przykład wyszukiwarkę materiałów.
  
• Podstawą wdrożenia infrastruktury internetu rzeczy w firmie jest wyposażenie jej w urządzenia dopasowane do potrzeb. Od wybranych narzędzi zależy, w jakim stopniu da się wdrażać kolejne elementy. Dobór sprzętu w dużej mierze decyduje o tym, czy urządzenia da się ze sobą połączyć, czy będą działać razem i czy będą mogły samodzielnie wchodzić w interakcje.
  

Ogólne trendy na przyszłość

• Edge computing: urządzeń IoT przybywa, a każde generuje ogromne ilości danych, dlatego coraz częściej przetwarza się je na brzegu sieci, bliżej źródła. Edge computing zmniejsza opóźnienia, oszczędza przepustowość i poprawia prywatność oraz bezpieczeństwo.

• Integracja AI i uczenia maszynowego: algorytmy uczenia maszynowego i techniki AI trafiają do systemów IoT, żeby umożliwić decyzje w czasie rzeczywistym, analitykę predykcyjną i inteligentną automatyzację. Dzięki temu urządzenia IoT uczą się na wzorcach w danych, dostosowują się i optymalizują swoje działanie.

• Blockchain dla bezpieczeństwa IoT: bada się, jak blockchain może zwiększyć bezpieczeństwo sieci IoT. Daje zdecentralizowany i odporny na manipulacje sposób bezpiecznego zarządzania tożsamością urządzeń, uwierzytelniania transakcji i dbania o integralność danych.

• Łączność 5G: sieci 5G zapewniają szybszą i bardziej niezawodną łączność. To kluczowe, żeby obsłużyć ogromną liczbę urządzeń IoT i aplikacje wymagające niskich opóźnień, takie jak pojazdy autonomiczne, zdalne operacje chirurgiczne i monitoring w czasie rzeczywistym.

• Analityka i wizualizacja danych: zaawansowana analityka, w tym przetwarzanie big data, eksploracja danych i narzędzia do wizualizacji, pozwala wydobyć cenne wnioski z ogromnej ilości danych z urządzeń IoT. Pomagają one firmom podejmować świadome decyzje i usprawniać działanie.

• Lepsze bezpieczeństwo i prywatność: im więcej urządzeń IoT, tym większe obawy o luki w zabezpieczeniach. Trwają prace nad lepszym zabezpieczeniem urządzeń – mocniejszym szyfrowaniem, bezpiecznymi aktualizacjami firmware’u i uwierzytelnianiem wieloskładnikowym – żeby chronić je przed cyberzagrożeniami i dbać o prywatność użytkowników.

• Interoperacyjność i standaryzacja: przy tak wielu urządzeniach i platformach IoT interoperacyjność i standaryzacja są kluczowe dla płynnej komunikacji i integracji. Inicjatywy takie jak Open Connectivity Foundation (OCF) i Industrial Internet Consortium (IIC) pracują nad standardami i protokołami, które zapewnią współpracę urządzeń i platform.

• Zrównoważony rozwój i efektywność energetyczna: coraz większy nacisk kładzie się na energooszczędne urządzenia IoT i optymalizację poboru mocy. Służą temu energooszczędne protokoły komunikacji, pozyskiwanie energii z otoczenia (energy harvesting) i inteligentne algorytmy ograniczające zużycie energii.

Dlaczego IoT?

https://iot-analytics.com/iot-2020-in-review/

Od czasu pandemii zainteresowanie rozwiązaniami IoT rośnie. Według analizy IoT Analytics zainteresowanie IoT spadło przez Covid-19 o 15%. Najwięksi gracze na rynku, tacy jak chińskie Xiaomi, coraz więcej inwestują w innowacyjne urządzenia. Firma przeznaczyła duże środki na wiele konsumenckich i firmowych urządzeń IoT: telewizory smart, drony, hulajnogi elektryczne, oczyszczacze powietrza, routery, kamery bezpieczeństwa i wiele innych. Popularność IoT stale rośnie, a prognozy mówią, że tego trendu nie da się zatrzymać. 

Masz więcej pytań o rozwiązania smart? Napisz do nas na advice@embiq.com