"طهي منتج متصل"

قد تكون إضافة جهاز متصل إلى محفظتك أمرًا صعبًا. يبحث جوناثان بالانت في كيفية اختيار "المكونات المثالية".

تميل الأجهزة المتصلة إلى الجلوس في الطرف الأكثر تعقيدًا من طيف النظام المضمن ، بغض النظر عما إذا كانت تجمع بيانات المستشعر من تلقاء نفسها أو تتعامل مع معدات موجودة مسبقًا.

ينشأ تعقيدها من التفاعل بين الأجزاء الثلاثة المكونة لها: الجزء المحلي ، الذي يولد البيانات أو يحتاج إلى بعض التحكم ؛ النظام البعيد الذي يسجل البيانات و / أو يقدم التعليمات ؛ والاتصال بينهما ، والذي يعمل عادةً على مسافة كبيرة وغالبًا ما يمكن ملاحظته (وحتى مقاطعته) من قبل أطراف ثالثة غير جديرة بالثقة

ومع ذلك ، غالبًا ما يتم التغلب على هذه التعقيدات من خلال تحسين مشاركة العملاء ، والرؤى التجارية التفصيلية ، وحتى النماذج التجارية الجديدة تمامًا التي يمكن تحقيقها.

يعني التوازن الدقيق بين التعقيد والوظيفة أن بناء النوع الصحيح من الأجهزة المتصلة غالبًا ما يكون جزءًا من الفن والعلم. في الواقع ، يشبه إلى حد كبير طهي وجبة رائعة - هناك عمليا عدد لا حصر له من الطرق لجمع المكونات الرئيسية والأطباق معًا. يمكن تجميع بعضها بسرعة كبيرة ، بينما سيستغرق البعض الآخر مزيدًا من الوقت والجهد لإتقانها ، ولكن قد يكون ذلك أكثر ملاءمة لأذواق شخص ما.

يتمثل أحد الأساليب في تقسيم عملية تطوير إنترنت الأشياء إلى عدة خيارات محددة ولكنها مرتبطة بشكل أساسي. لكن ليس من السهل دائمًا تحديد القرارات التي يجب اتخاذها أولاً ، وهناك دائمًا خطر من أن القرار المبكر قد يقيد اختياراتك اللاحقة ويؤدي إلى أن يكون النظام بأكمله دون المستوى الأمثل.

لقد قمنا بتجميع هذه الخيارات بشكل متماثل في ستة مجالات مختلفة يجب مراعاتها عند التخطيط لـ "وليمة" إنترنت الأشياء المثالية.

ربما يكون الاتصال هو أفضل مكان للبدء ، لأنه المكون الأساسي الذي يعلق باقي العرض حوله. الطبق الرئيسي ، إذا صح التعبير.

دورة الاتصال

الاتصال الرئيسي التكنلوجيا يتم تحديد متطلبات المنتجات حسب التكلفة واستهلاك الطاقة والمدى ومعدل البيانات ووقت الاستجابة. لكنهما مرتبطان معًا في النهاية بواسطة قوانين الفيزياء والاقتصاد. وجميع تقنيات اليوم موجودة في مكانها الجميل الخاص داخل هذا الفضاء متعدد الأبعاد.

ربما تحتاج معظم الأنظمة إلى اتصال لاسلكي للوصول إلى الإنترنت، وهو للأسف أقل موثوقية وأعلى تكلفة من استخدام اتصال سلكي. تشتمل جميع المعايير اللاسلكية تقريبًا على فئتين من الأجهزة على الأقل - مكون أصغر حجمًا وأقل طاقة (مثل الهاتف المحمول) وبوابة أكبر ذات طاقة أعلى (مثل واي فاي جهاز التوجيه). تحتاج أيضًا إلى مراعاة ملكية هذه البوابات وموثوقيتها، من خلال مقارنة جهاز توجيه Wi-Fi الخاص بمالك المنزل على سبيل المثال مقابل الوصول إلى شبكة الهاتف المحمول.

بغض النظر عن الطريقة التي تسلكها ، من الأفضل دائمًا الاعتماد على معايير الاتصال الحالية مع قبول واسع في السوق بدلاً من تطوير شيء ما من الصفر.

دورة الشرائح

القرار الأول الذي يجب اتخاذه هو اختيار مجموعة شرائح تدمج المعالج والذاكرة والراديو ، أو ما إذا كنت تريد الجمع بين عدة مكونات للحصول على المزيج الصحيح من الأداء والسعر واستهلاك الطاقة.

إذا كنت بحاجة إلى اتصال خلوي منخفض الطاقة ، إما باستخدام LTE-M أو NB-IoT ، فإن جهازًا مثل Nordic nRF9160 عبارة عن حزمة رائعة من وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي والفلاش ونظام تحديد المواقع والمودم. ولكن ، إذا كنت تستطيع تحمل تكلفة ثنائي الفينيل متعدد الكلور مساحة ، قد تفضل مرونة "قياسي" متحكم وLTE منفصلة وحدة. تنطبق قصة مماثلة على المعايير اللاسلكية مثل Wi-Fi وBluetooth، حيث تتوفر وحدات تحكم دقيقة مع الراديو المدمج، وكذلك وحدات مودم مستقلة.

بالطبع ، لا تعمل أجهزة إنترنت الأشياء على المتحكمات الأساسية فقط. هناك الكثير من الأمثلة حيث كانت القوة والقدرة التقنية لنظام Linux Kernel الكامل هو الخيار الصحيح ، حتى مع التأثيرات الإضافية على استهلاك الطاقة والمساحة وعبء دعم البرامج.

الدورة الأساسية

تتضمن هذه المرحلة إحضار برنامج موجود مسبقًا ("IP طرف ثالث" بشكل أساسي) بما في ذلك: نواة نظام التشغيل (أو نظام التشغيل في الوقت الفعلي) ؛ برامج تشغيل الشرائح. وحزمة دعم اللوحة (BSP) التي تخصص برامج التشغيل هذه لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بك.

غالبًا ما يوفر بائعو الشرائح مجموعة أدوات تطوير برمجيات مجانية (SDK) تحتوي على كل هذا. ولكن تجدر الإشارة إلى أن SDK هذا قد لا يعمل مع السيليكون الخاص بأي شخص آخر ، مما يحد من قدرتك على تغيير المورد في المستقبل. إذا كان ذلك مهمًا ، فربما تفكر في عرض محايد للبائع مثل Amazon FreeRTOS أو ThreadX من Microsoft.

الأنظمة المستندة إلى Linux لها خيارات مماثلة أيضًا - غالبًا مع "توزيع" مجاني لتبدأ. ولكن قد تفضل استخدام توزيع Linux الخاص بك أو استخدام توزيع Linux أكثر عمومية ، مثل Ubuntu Smart Start أو Fedora IoT. كل هذا يتوقف على متطلبات الأمان ، والجداول الزمنية للتطوير وأي قيود للنظام على استهلاك الطاقة ومساحة التخزين.

دورة الكود

بالطبع ، لا يمكنك فقط تثبيت Linux المضمن على جهازك ، أو فلاش على نظام RTOS ، والاتصال به يوميًا. ستحتاج إلى إضافة "الصلصة السرية" بواسطة

كتابة التعليمات البرمجية لتخصيص هذا النظام لاحتياجاتك. يمكن أن يكون ذلك بسيطًا مثل تحديد نقاط النهاية والمفاتيح لتحميل قراءات المستشعر ، أو معقدًا مثل تشغيل عدة حزم بروتوكول مخصصة ومعالجة AI متطورة عند الحافة لإجراء قياس جيد. في كلتا الحالتين ، سيكون للغة والأدوات التي تستخدمها تأثير كبير على برنامج التطوير المسبق لديك ، وكذلك على الدعم المستمر والصيانة.

كانت لغة البرمجة C هي اللغة الافتراضية لما يقرب من 40 عامًا حتى الآن ، ولكن ربما هناك قيمة في تجربة لغة أنظمة آمنة للذاكرة ، مثل Rust أو حتى شيء مثل MicroPython. ولكن إذا وجدت أن مجموعة الشرائح أو النواة الخاصة بك لا يمكنها التعامل مع اختيارك المفضل هنا ، فقد تحتاج إلى العودة وإعادة التفكير.

دورة السحابة

تتضمن معظم عمليات تطوير الأجهزة المتصلة جمع البيانات لتحليلها لاحقًا ، وإصدار أوامر للتحكم في الأجهزة "في الميدان". من المنطقي تقريبًا إلغاء تحميل متطلبات الحوسبة هذه إلى أحد عروض إدارة إنترنت الأشياء وتخزين البيانات التي تم إنشاؤها مسبقًا والمتوفرة من مزودي "السحابة" الكبار ، بدلاً من استخدام الأنظمة المحلية.

بغض النظر عن النظام الأساسي السحابي الذي تختاره ، ستحتاج إلى موازنة التكاليف الأولية للتكامل مقابل الدعم المستمر والصيانة. وتذكر أنك ستحتاج إلى دعم من موفري خدمات السحابة ومجموعة الشرائح والاتصال طوال العمر الافتراضي لمنتجك في هذا المجال.

وأخيرًا ... دورة Comms

عادةً ما يكون بروتوكول الاتصالات الافتراضي الذي سيستخدمه الرمز الخاص بك للتحدث إلى موفر السحابة الخاص بك مستندًا إلى النص (مثل JSON أو XML) يعمل عبر ارتباط HTTP مشفر مهيأ للاتصال.

في حين أن هذا النوع من المكدس موجود في كل مكان (إنها الطريقة التي يتم بها إنشاء معظم مواقع الويب الحالية) ، فإن طبيعته ذات النص العادي تزيد من متطلبات النطاق الترددي على موارد الاتصال ومجموعة الشرائح ، ويمكن أن تتفاعل الطبيعة الموجهة للاتصال بشكل سيئ مع بعض الخدمات اللاسلكية ذات زمن الانتقال العالي. على سبيل المثال ، إذا كنت تقوم بتصميم نظام مراقبة منخفض الطاقة للغاية باستخدام NB-IoT ، فقد تكون أفضل مع بروتوكول ثنائي الاتصال أقل مثل CoAP.

أيضًا ، من شبه المؤكد أن تكون قادرًا على الاعتماد على حزمة بروتوكولات جيدة الاستخدام ومُختبرة في العالم الحقيقي (مثل تلك التي تأتي مع برنامج Core الخاص بك) ستكون أفضل من محاولة تدوير واحدة بنفسك.

الأمر يستحق التذكر

هناك عدد قليل من المطلقات في التكنلوجيا وسيكون هناك دائمًا مجموعة من الحلول لتلبية متطلباتك. سيعتمد الخيار الأفضل على ميزانياتك وجداولك الزمنية والمهارات المتوفرة لديك داخل الشركة، أو من شريك تطوير خارجي أو من خلال أي علاقات حالية مع موفري الأجهزة أو البرامج أو الشبكات. ولكن، حتى أفضل الحلول التقنية لن يصبح فائزًا أبدًا ما لم يتم طرحه في السوق في الوقت المحدد وبالمزيج الصحيح من السعر والمواصفات والتوافر أيضًا.