آموزش ساخت GateWay در پروژه‌های اینترنت اشیا IoT روی پلتفرم ابری

پیش از این راجع به اینترنت اشیا موارد زیادی را در دیجی اسپارک و جلسات حضوری و آنلاین صحبت کردیم. شناخت لایه‌های اینترنت اشیا یکی از اقدامات بسیار مهم برای درک موضوع و شروع به کار است. در هر کدام از لایه‌های IoT اتفاقات منحصر به فردی رخ می‌دهد و درک عمیق این موارد باعث می‌شود که به یک کارشناس خبره تبدیل شویم. در این پست قرار هست راجع به گیت وی GateWay و نقش آن در پروژه‌های اینترنت اشیا آموزش بدهیم. همچنین روش ساخت و ایجاد GateWay IoT هم کامل بررسی خواهم کرد. پس در ادامه آموزش ساخت GateWay در پروژه‌های اینترنت اشیا با مرجع تخصصی اینترنت اشیا به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.

شناخت گیت وی GateWay

گیت وی GateWay به معنی درگاه است و باعث ارتباط بین دو شبکه است. بسته به کاربری مورد استفاده، گیت وی‌ها استفاده‌های مختلفی دارند. به عنوان مثال در مبحث شبکه بدون وجود GateWay امکان استفاده از اینترنت فراهم نخواهد بود. گیت وی معمولا در لبه شبکه قرار می‌گیرد همچنین به صورت نرم افزاری و سخت افزاری ظاهر می‌شود. گیت وی در سیستم‌های مختلفی وجود دارد. گیت وی ویپ اتصال سیستم VoIP را به شبکه مخابراتی آنالوگ فراهم می‌کند. یا مثلا رزبری پای در بسیاری از سازمان‌ها به عنوان گیت وی DNS یا حفاظتی قرار گرفته شده است. در اینترنت اشیا هم از گیت وی به عنوان درگاه اصلی ارتباطی سخت افزارها با شبکه استفاده میشود. به عبارتی کلیه سخت افزارها در یک ساختمان و یا یک محیط با IoT Gateway ارتباط برقرار می‌کنند. سپس از آن به پلتفرم ابری متصل خواهند شد.

ساخت محیط هوشمند با IoT

دنیا به سمتی پیش میرود که سرعت اتصال تمامی وسایل اطرافمان به اینترنت رشد پیدا کرده و هر روز یک ایده و روش جدید خلق می‌شود. اتصال همه چیز به اینترنت نه صرفا برای رد و بدل دیتا بلکه برای کنترل فیزیکی از طریق شبکه ی ابری این روزها اهمییت یافته است. تا جایی که در حال حاضر نزدیک به ۲۰۰ بیلیون اسمارت دیوایس ( وسایل هوشمند) به اینترنت متصل شده و یک ارتباط M2M ماشین به ماشین ساخته و رشد پیدا کرده است. به عنوان مثال همین الان به محیط اطراف جایی که نشسته اید، فکر کنید. اگر در خانه هستید از ترموستات گرفته تا کنترل وسایل برقی و مدیریت برق مصرفی و اگر در یک کافه معروف نشسته اید، رصد تعداد عبور و مرور، کنترل جمعیت، سرویس دهی منظم و تعدا فیش های ثبت شده همه و همه میتوانند بخشی از زیر لایه ارتباط هوشمند و اتصال به اینترنت باشند. پدیده‌ی اینترنت اشیا IOT، طراحی شده تا کیفیت زندگی آنلاین و مدیریت به دور از وابستگی در مکان برای هر شخصی آسان باشد. این طراحی تا به حال در سیستم حمل نقل، پزشکی و اتوماسیون صنعتی به خوبی جای خودش را باز کرده و خروجی های جالبی را پدید آورده است. به طور کلی پدیده ای اینترنت اشیا را به چند بخش زیر تقسیم بندی می‌کنیم.

• تعریف و مشخص شدن هویت
• تشخیص
• ارتباط
• محاسبه
• خدمات قابل ارائه
• مفاهیم

به واسطه یک گیت وی Gateway امکان برقراری ارتباط و ارسال دیتا برای ما فراهم است. میتوانید هر جسم و هر محیطی را با کمی تغییرات توسط هر شخص مدیریت و کنترل کنید. این سیستم از راه دور به واسطه Gateway یک بستر آنلاین برای کنترل و نظارت را فراهم کرده و با اتصال به اینترنت امکان افزودن افزونه های جدید بر پایه دانش برنامه نویسی و تخصص های از قبل تعریف شده و استفاده از نکنولوژی هوش مصنوعی برای بهبود کارایی است. ما در این پلتفرم به واسطه ساخت یک گیت وی Gateway مدیریت هر وسیله ای در محیط اطراف منزل، محیط کار، محیط اداری و آموزشی، گلخانه و … را با کمترین هزینه و انعطاف پذیری و مقیاس پذیری اجرا خواهیم کرد.

گیت وی در اینترنت اشیا

در موضوع اینترنت اشیا، بایستی اطلاعات را توسط سنسورهای مختلف دریافت کنیم. سپس به پلتفرم مخصوص آن منتقل کنیم. پس از آن جمع آوری داده‌ها و اقدام به تحلیل و مدل سازی از داده‌ها می‌کنیم. در نهایت تصمیم گیری سیستمی بر اساس این موارد صورت می‌گیرد. در عین حال که چنین اقداماتی به نظر ساده می‌رسند. مواردی هستند که نمی‌توانیم از آن‌ها چشم پوشی کنیم. به عنوان مثال سنسورها به یک سخت افزار نیاز دارند. تا از طریق آن اطلاعات محیط را درک کنند. سخت افزارها را نمی‌توانیم به صورت خام و مستقیم به اینترنت متصل کنیم. بلکه بایستی حتما به گیت وی متصل شده و سپس از آن به سرور یا همان پلتفرم اینترنت اشیا متصل شوند. برای ایجاد گیت وی در یک سناریو اینترنت اشیایی، هم بایستی به صورت سخت افزاری و هم به صورت نرم افزاری چنین موردی اجرا شود. در ادامه تلاش می‌کنم تا سناریو پیاده سازی یک ساختمان هوشمند بر پایه اینترنت اشیا را باز کنم. تا نسبت به اهمیت گیت وی در IoT آگاه شویم.

ساختمان هوشمند برپایه اینترنت اشیا

ساختمانی ۱۰ طبقه را در نظر بگیرید. میخواهیم موضوع انرژی و حریق را در این ساختمان با استفاده از اینترنت اشیا مدیریت و برنامه ریزی کنیم. سنسورهای مورد نیاز از جمله دما، مصرف برق شامل سنسو جریان و سنسور ولتاژ، سنسور تشخیص دود و آتش و در نهایت سنسور تشخیص حرکت برای حضور انسان نیاز خواهیم داشت. این سنسورها همگی به یک MCU ساده یا همان برد سخت افزاری نیاز دارند. اگر در هر طبقه ۱۰ سخت افزار داشته باشیم، که وظیفه مدیریت سنسورها را داشته باشند. برای هر طبقه هم یک گیت وی در نظر بگیریم. در نهایت ۱۰ عدد گیت وی اینترنت اشیایی و ۱۰۰ سخت افزار خواهیم داشت. که همگی اجزای یک ساختمان هستند. در پلتفرم IoT مورد استفاده بایستی ۱۰ عدد Gateway تعریف کنیم. که شناسه‌ها هر کدام مشخص کننده طبقه ساختمان مورد نظر است. سپس سخت افزارهای هر طبقه به گیت وی همان طبقه متصل می‌شوند. در نهایت امر ۱۰۰ عدد Device هم در پلتفرم تعریف خواهیم کرد. این روال بسیار ساده برای ایجاد ساختمان هوشمند IoT است.

ساخت Gateway

تا اینجا متوجه شدیم که گیت وی، اطلاعات را به پلتفرم اینترنت اشیا ارسال می‌کند. دیتاهایی که از گیت وی Gateway های مختلف ارسال شده، توسط پلتفرم های IOT پردازش می‌شود. البته در اینترنت اشیا لازم نیست که از گیت وی ها آماده استفاده کنیم. بلکه میتوانیم با انواع بردهای امبدد و سخت افزارهایی از این دست، اقدام به ساخت گیت وی منحصر به فرد کنیم. هر GateWay میتواند روش خاصی برای ارتباط با سخت افزارها داشته باشد. مثلا گیت وی با رابط رادیویی ۴۳۳MHz یا گیت وی با رابط بلوتوث، یا گیت وی با رابط وای فای و… که در این حالت با انواع سخت افزارها ارتباط برقرار کرده و سپس اطلاعات دریافتی از تک تک سنسورها را به پلتفرم منتقل خواهد کرد. در ادامه لیست گیت وی Gateway های شناس در ارسال اطلاعات IoT را معرفی می‌کنیم.

گیت وی های سخت افزاری Hardware Gateway

گیت وی های سخت افزاری از بردهای امبدد با پردازش بالا تشکیل شده است.

• برد رزبری پای Raspberry Pi

با تنظیم رزبری پای Raspberry Pi می‌توانید برای ارسال درخواست Request به پنل پلتفرم ها استفاده کنید.

• برد آردوینو Arduino

با تنظیم آردوینو Arduino می‌توانید برای ارسال درخواست Request به پنل پلتفرم ها استفاده کنید.

• برد ESP8266

از برد وای فای ESP8266 با برخورداری از تراشه وای فای برای ارسال دیتا از طریق پروتکل HTTP , MQTT استفاده می‌شود.

• برد ESP32

از برد ESP32 به واسطه تراشه قدرتمند وای فای و بلوتوث برای ارسال دیتا از طریق پروتکل های HTTP , MQTT استفاده می‌شود.

• Ingics

در واقع Ingics ارائه دهنده خدمات به بردهای امبدد برای برقراری ارتباط وای فای و بلوتوث است و از آن برای ارسال دیتا استفاده می‌شود.

• Minew

یک گجت برای ارسال دیتا از طریق HTTP , MQTT است.

• April

یک گجت ساده AB BLE به عنوان گیت وی Gateway که برای ارسال دیتا استفاده می‌شود.

• Blue Cats

یکی از گیت وی های قدرتمند جز تاپ ۱۰ که تنظیمات بسیار زیاد و پیچیده ای داشته و برای ارسال دیتا از طریق پروتکل HTTP , MQTT استفاده می‌شود.

• Mist

یک گیت وی همه کاره و قدرتمند است که شامل بسیاری از ویژگی ها است و باعث می شود کاربر بتواند نوع سنسورهای اسکن و ارسال داده را سفارشی کند.

• Jaalee

همانند دیگر دیوایس های معرفی شده از Jaalee برای ارسال دیتا از طریق پروتکل HTTP MQTT استفاده می‌شود.

گیت وی های نرم افزاری Software Gateway

• اپلیکیشن های اندروید Android Application

برای این منظور از Beacon Scanner , Data Collector , Ruuvi Station استفاده می‌شود.

• HTTP Clients

برای این مورد از Postman میتوانید استفاده کنید. به راحتی برای ارسال درخواست HTTP به پلتفرم میتوانید استفاده کنید.

• MQTT Clients

برای این مورد از مشهورترین کلاینت یعنی MQTTLens برای ارسال دیتا استفاده کنید.

در آخر بایستی هر گیت وی اطلاعاتش را به سرور IoT منتقل کند. با توجه به ماهیت آن، از طریق کابل و یا سیم کارت میتواند ارتباط با سرور را برقرار کند. در پست‌های بعدی روش ارتباط سخت افزارها با سرور را به صورت عملی آموزش خواهیم داد. دقت داشته باشید که سرورهای پلتفرم اینترنت اشیایی زیادی وجود دارند. برخی از کاربردی‌ترین آن‌ها که در ایران هم مشکلی نداشته باشند را کار خواهیم کرد.

چنانچه در مراحل ارایه شده در این آموزش سوالی داشتید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد.

در پایان نظرات و پیشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید و با اشتراک گذاری این آموزش در شبکه های اجتماعی از وبسایت دیجی اسپارک حمایت کنید.