Truyền dữ liệu và dòng dữ liệu: Tập trung vào thứ bạn cần

Dữ liệu là nguồn sống của IoT. Quản lý dữ liệu mà bạn thu thập và giao tiếp cần là trọng tâm của quy trình thiết kế ứng dụng IoT của bạn.

0

Dữ liệu là nguồn sống của IoT. Quản lý dữ liệu mà bạn thu thập và giao tiếp cần là trọng tâm của quy trình thiết kế ứng dụng IoT của bạn.

Khi hình dung một ứng dụng IoT mới; hãy xem xét cẩn thận không phải rằng luồng dữ liệu nào bạn muốn, mà là luồng dữ liệu nào mà ứng dụng của bạn cần để thành công.

Luồng dữ liệu là một trong những hạn chế chính trong thiết kế của bất kỳ ứng dụng IoT nào. Luồng dữ liệu không chỉ ảnh hưởng tới chi phí truyền thông mà còn gián tiếp kiểm soát lựa chọn công nghệ truyền thông, nhu cầu năng lượng và mô hình thực tế của chức năng ứng dụng. Khi bạn bắt đầu hình dung ứng dụng IoT mới của mình, hãy suy nghĩ cẩn thận về các mẫu dữ liệu và giao tiếp hỗ trợ các tính năng theo kế hoạch của bạn.

IoT là một hợp lưu của sự thông minh và được kết nối trong một thiết bị từ xa. Tôi giả sử rằng nếu bạn đang đọc nó, bạn có một bên thiết bị và một bên ứng dụng của người dùng mà bạn đang nghĩ về việc kết nối. Thiết bị của bạn có thể ở gần người dùng, nhà / văn phòng của họ hoặc bất cứ nơi nào. Ứng dụng người dùng nơi dữ liệu thiết bị được thu nhận ban đầu có thể là điện thoại thông minh hoặc trong nhiều trường hợp là nền tảng đám mây. Trong suốt cuộc thảo luận, nhiều khả năng kết nối sẽ qua một liên kết không dây. Đây là mô hình chiếm ưu thế cho IoT điển hình (các trường hợp sử dụng phi sản xuất / không sản xuất).

Trước tiên, hãy phân biệt giữa “dữ liệu” và “luồng dữ liệu

Dữ liệu: những gì được đo

Luồng dữ liệu: những gì được truyền tải

Chắc chắn, dữ liệu tăng có khả năng tăng số lượng dữ liệu được gửi đến / từ thiết bị của bạn, nhưng nhiều dữ liệu hơn không phải là một công cụ dự đoán tuyến tính về lượng ứng dụng cần để giao tiếp với người dùng. Khi sức mạnh của chip MCU của thiết bị IoT tăng lên, có khả năng xử lý ổn định hơn trên thiết bị và chỉ truyền đạt một bản tóm tắt các sự kiện có liên quan và các điểm dữ liệu định kỳ.

Hoạt động truyền thông đang ngốn điện hơn so với việc tính toán và bộ nhớ trên thiết bị IoT. Bạn càng có thể tắt các kết nối, qua đó thời lượng pin còn lại sẽ nhiều hơn. Có các công nghệ không dây năng lượng thấp khác như Bluetooth Low Energy (BLE) để liên lạc gần, nhưng nếu thiết bị của bạn ở xa thì sao? Có nhiều kết nối khác nhau trong hồ sơ hiệu suất của họ và có rất nhiều bài viết về WiFi so với LoRa so với LTE. Hãy hiểu về ngăn xếp thông tin liên lạc của bạn. Tiếp theo, tôi đưa ra một số khái niệm nên được xem xét với bất kể loại kết nối mạng nào trong thiết bị của bạn.

Tương tác vs cảm biến từ xa

Hầu hết các dự án IoT rơi vào hai loại lớn. Hai mẫu này quyết định nhiều khía cạnh của luồng dữ liệu mà ứng dụng của bạn sẽ cần thực hiện và khi phần cứng truyền thông của bạn cần được bật.

Tương tác

Ứng dụng tương tác đặt người sử dụng và thiết bị ở môi trường ảo, với khoảng cách vật lý khác nhau, từ một vài feet đến dặm đến bất cứ nơi nào. Các luồng giao tiếp, cầu nối với khoảng cách vật lý. Mẫu ứng dụng này đòi hỏi khắt khe nhất từ góc độ truyền thông.

Truyền thông có tính tương tác đòi hỏi phải có trạm phát song cho thiết bị để thu nhận đầu vào của người dùng. Điều này có thể bị hạn chế trong một khoảng quan tâm cụ thể, thay vì 24 giờ một ngày. Có lẽ kênh truyền thông có thể được kích hoạt có thể dự đoán được trong “giờ làm việc” hoặc chỉ trong thời gian sử dụng thiết bị được dự đoán là “thời gian sử dụng”. Điểm mấu chốt, trạm phát sóng mọi lúc làm tăng mức tiêu thụ điện năng đáng kể. Điều này lần lượt làm tăng các thách thức cho các ứng dụng ngoài lưới hoặc năng lượng mặt trời để có đủ năng lượng và thu nạp năng lượng.

Do đó, mẫu ứng dụng tương tác đòi hỏi cao đến mức bạn có thể tìm thấy các biến thể cần thiết để khiến mọi thứ hoạt động. Xem xét có thể trì hoãn đầu vào của người dùng theo phút hoặc thậm chí hàng giờ, thời gian mở để người dùng kiểm soát thiết bị.

Giám sát từ xa

Từ góc độ ngân sách truyền thông và năng lượng, mẫu ứng dụng này dễ thực hiện hơn nhiều. Các thiết bị có thể thỉnh thoảng thức dậy, thu thập và lưu trữ dữ liệu cục bộ, đánh giá tình hình và sau đó quyết định xem có cần liên lạc không. Việc phát sóng sẽ tắt cho đến khi cần gửi dữ liệu đến người dùng trước khi nó quay lại chế độ ngủ.

Mẫu giám sát từ xa có thể được tích hợp với một ứng dụng tương tác bằng cách sử dụng khi tính năng phát sóng đã được bật. Khi bạn định kỳ gửi dữ liệu, hãy kiểm tra các chỉ thị của người dùng. Cách tiếp cận này được chuẩn hóa trong các thiết bị LoRaWAN Class A thu thập thông tin dữ liệu 1 và 2 giây sau khi truyền dữ liệu của nó.

Protocol Overhead

Các ứng dụng IoT thường sử dụng các giao thức như MQTT hoặc HTTP để đóng gói dữ liệu của chúng trong khi truyền. MQTT, HTTP, AMQP và các giao thức truyền thông IoT khác thêm dữ liệu giao thức vào tổng lượng dữ liệu tải trọng thiết bị IoT được truyền giữa thiết bị và người dùng. Lượng dữ liệu được truyền đạt thường tăng theo hai cách: đóng khung trên cao (framing overhead) và bảo trì.

“Framing overhead” là dữ liệu bổ sung được gửi cùng với dữ liệu của ứng dụng để giúp tính năng truyền thông mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn. Hãy nghĩ về việc đóng khung giao thức như phong bì bạn đặt thư tín vật lý của bạn. Trong trường hợp MQTT, để gửi dữ liệu, chi phí là 6 ký tự + tên chủ đề MQTT mà thiết bị của bạn đang xuất bản. Điều này có thể cộng lại và, trong một số trường hợp, vượt quá kích thước của dữ liệu tải trọng bạn đang gửi cho phía người dùng. Điều quan trọng cần lưu ý là trong khi MQTT truyền các ký tự phụ này với tải trọng thư của bạn, MQTT hiệu quả hơn AMQP và HTTP; đó là lý do tại sao MQTT thường được sử dụng trong các hệ thống IoT.

Một giao thức khác là nhắn tin cố định (đôi khi được gọi là nhịp tim). Việc triển khai MQTT thường thực hiện một hành động cố định cứ sau 1-4 phút, khoảng thời gian này được gọi là khoảng thời gian giữ. “Keep alives” là không cần thiết nếu truyền dữ liệu đã được thực hiện gần đây. Để giữ liên lạc hoạt động, MQTT gửi PING dài 2 ký tự khi khoảng thời gian giữ kết thúc. Khoảng thời gian giữ lại được đặt lại với mỗi lần truyền, đối với dữ liệu PING hoặc tải trọng.

Hầu hết các cách triển khai đều có khả năng kéo dài khoảng thời gian giữ (giảm số lượng lưu giữ được gửi), mỗi hệ thống thường sẽ đưa ra một số giới hạn trên cho khoảng thời gian giữ. Azure IoT Hub sử dụng MQTT rộng rãi và giới hạn khoảng thời gian duy trì tối đa là 1177 giây hoặc cứ sau 19 phút, 37 giây một lần.

Hãy sáng tạo với giới hạn truyền thông

Khi xem xét dữ liệu và quyết định gửi gì qua lại, hãy nghĩ về các cách để loại bỏ hoặc giảm luồng dữ liệu ứng dụng. Khi xem xét các luồng dữ liệu, hãy lưu ý xem mỗi luồng dữ liệu lớn như thế nào, tần suất gửi dữ liệu và những gì đang xảy ra với kênh liên lạc của bạn khi không có gì xảy ra.

Có các công cụ trực tuyến (IoT Bandwidth Estimation Tool) để giúp trực quan hóa ngân sách dữ liệu của bạn và chủ động trong việc lập kế hoạch truyền tải dữ liệu của bạn.

Thời gian cộng lại nhanh chóng! Gửi 500 ký tự dữ liệu cứ sau 20 giây:

180 lần/ giờ: 90KB / giờ

4,320 lần/ ngày: 2,160MB / ngày

30,240 lần/ tuần: 17,120MB / tuần

129,600 lần/ tháng: 64,800MB / tháng

Hãy nhớ mọi ký tự bạn gửi có thể tăng chi phí và giảm thời lượng pin của thiết bị của bạn.

Một vài ý tưởng

  • Sau khi lấy mẫu dữ liệu từ xa, hãy tìm cách tóm tắt trước khi gửi. Ví dụ: xem xét gửi tối đa, tối thiểu, trung bình và số lượng điểm dữ liệu trong một khoảng thời gian cụ thể.
  • Tương tự, một khi mức tối đa và tối thiểu được thiết lập, chỉ xem xét gửi dữ liệu khi mức tối đa hoặc tối thiểu được quan sát.
  • Đối với giám sát từ xa, chỉ xem xét gửi dữ liệu một lần một ngày hoặc thậm chí một lần một tuần. Nhưng gửi các sự kiện dữ liệu khi một cái gì đó quan trọng đã được quan sát tại thiết bị.
  • Cân nhắc xây dựng các giới hạn bình thường trong phần mềm thiết bị của bạn. Khi dữ liệu được cảm nhận rời khỏi các giới hạn này, sau đó liên lạc và báo cáo sự kiện cho người dùng.
  • Ghi nhật ký dữ liệu cục bộ trên thiết bị và gửi một khối dữ liệu (giá trị một ngày hoặc vài tuần) tại một thời điểm. Khi bộ phát sóng được bật và tắt để gửi dữ liệu. Mỗi lần bật / tắt radio, nguồn năng lượng có thể sẽ bị lãng phí trước / sau khi dữ liệu được gửi.

Chỉ bạn mới có thể xác định khi một phần dữ liệu được gửi là có giá trị. Đó có phải là thứ dữ liệu mà bạn muốn có hay là thứ bạn cần không?

Nguồn: LooUQ

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây