Problem Set #1: The Smart Department

trojvrstvová architektúra, zariadenia jednotlivých vrstiev

Katedra počítačov a informatiky disponuje vo svojich priestoroch spolu 11 laboratóriami a posluchárňami. A práve tieto miestnosti budú predstavovať prostredie pre vaše IoT riešenia. Ukážte nám vašim riešením, ako si predstavujete chytrú univerzitu.

Architektúra riešenia

Architektúra celého riešenia je zobrazená na nasledujúcom obrázku:

Smart Department: Architektúra

Architektúra riešenia Smart Department je navrhnutá ako trojvrstvová. Základným komunikačným protokolom medzi jednotlivými vrstvami je MQTT. Každá vrstva plní konkrétnu funkciu a zahŕňa špecifický typ zariadení. Podrobný opis jednotlivých vrstiev spolu so zariadeniami, ktoré sa v nich nachádzajú, je uvedený v nasledujúcej časti textu.

1. vrstva: Chytré zariadenia

Táto vrstva je tvorená chytrými zariadeniami umiestnenými v jednotlivých miestnostiach. Zahŕňa senzory a akčné členy, ktoré zabezpečujú zber údajov a vykonávanie riadiacich zásahov.

  • Miestnosti - Konkrétne laboratóriá na Katedre počítačov a informatiky.

  • Chytré senzory - Elektrické zariadenia, ktoré premieňajú fyzikálne veličiny na elektrický signál a zároveň disponujú schopnosťou spracovania, prípadne prenosu nameraných údajov. Príkladmi sú chytré senzory teploty, vlhkosti, otvorenia dverí, kvality ovzdušia a podobne.

  • Chytré akčné členy - Elektrické zariadenia, ktoré premieňajú elektrický signál na fyzikálnu veličinu alebo vykonanie konkrétnej akcie a zároveň disponujú schopnosťou riadenia a komunikácie. Príkladmi sú LED diódy, reproduktory, motory a podobne.

2. vrstva: IoT Gateway

Druhá vrstva je tvorená zariadeniami označovanými ako IoT Gateway. Ich hlavnou úlohou je prepojiť zariadenia nižších vrstiev so zariadeniami vyšších vrstiev. Ide spravidla o počítače pracujúce nepretržite 24/7, pripojené k internetu – v našom prípade ide o zariadenia Raspberry Pi 3B. Okrem toho sú tieto zariadenia vybavené viacerými komunikačnými modulmi, ktoré umožňujú spojenie so zariadeniami nižších vrstiev; v našom riešení ide konkrétne o WiFi, Bluetooth Low Energy a Zigbee.

3. vrstva: Cloud

Cloud je reprezentovaný infraštruktúrou virtuálnych počítačov v sieti TUNET. Súčasťou je počítač s názvom Mother, s ktorým zariadenia IoT Gateway z nižších vrstiev komunikujú prostredníctvom režimu MQTT bridge.

Na tejto vrstve sú tiež umiestnené študentské virtuálne počítače, ktoré hostia ich webové aplikácie určené pre koncových používateľov. Koncoví používatelia k týmto službám pristupujú prostredníctvom webových prehliadačov, či už na chytrých telefónoch alebo počítačoch.