O samotestovaní a komunikácii vecí

POST

• (slide) Keď sa zapne počítač, spustí sa POST - Power-On Self-Test. Je to diagnostický proces, ktorý sa spúšťa vždy pri spustení alebo reštartovaní zariadenia. Jeho hlavnou úlohou je vykonať sériu kontrol na overenie správnej činnosti základných hardvérových komponentov pred zavedením operačného systému.

• (slide) V prípade, že dôjde k problému, proces zavádzania systému sa ukončí.

• (slide) POST test je príkladom samodiagnostiky resp. autodiagnostiky, z angl. self-test. Jedná sa o proces, pri ktorom zariadenie kontroluje svoje vlasnté funkcie bez nutnosti zásahu používateľa.

• (slide) To môže zahŕňať:

  • kontrolu hardvéru - napr. funkčnosť senzorov, akčných členov, batérií, komunikačných modulov, …
  • test softvéru - napr. overenie integrity komponentov systému, čím overíme napr. úspešnosť aktualizácie systému (mohla byť chybná alebo neúplná)
  • bezpečnostné kontroly - napr. monitorovanie systémových bezpečnostných nastavení a tým pádom možná detekcia útoku alebo porušenia bezpečnosti (napr. kontrolné sumy uložených údajov)

• (slide) Príkladom samodiagnostiky sú napr. automobily, ktoré samodiagnostiku vykonávajú pri otočení kľúča do polohy 1. Výsledok samodiagnostiky je vidieť na palubovke auta.

• Pri otočení kľúča a spustení samodiagnostiky dôjde k nasledovným testom:

  • Palubovka sa rozsvieti - Všetky notifikačné LED diódy sa rozsvietia, aby bolo zrejmé, že v prípade vzniku problému notifikačná LED dióda bude svietiť. Ak sa totiž LED dióda pri spustení samodiagnostiky nerozsvieti, je zrejme pokazená, čo znamená, že nebudeme notifikovaní v prípade vzniknutia problému, na ktorý mala poukázať.

  • Rozozvučí sa bzučiak - Niektoré notifikácie sú signalizované aj zvukom. Ak je teda bzučiak pokazený, nebudeme na ne upozornení minimálne zvukovo.

  • Ručičky budíkov sa vytočia na maximum a klesnú na minimum - Ak sa tak nestane, nebudeme notifikovaní o prípadnom probléme, napr. nebudeme vedieť o prázdnej nádrži alebo o prehriatí motora.

• (slide) Ak teda dôjde k nejakému problému počas prevádzky, budeme naň včas upozornení.

• (slide) Údaje o stave zariadení môžeme aj zbierať a následne ich vyhodnocovať. Tým budeme robiť tzv. diagnostiku zariadení. Samotná diagnostika je proces, ktorým sa analyzujú údaje zo zariadenia s cieľom zistiť, či nie sú v systéme chyby alebo odchýlky.

• Diagnostiku môžeme vykonávať:

  • na základe historických dát - porovnávame aktuálny stav zariadenia s predchádzajúcimi dátami
  • analýzou chýb - ak dôjde k zlyhaniu zariadenia, v rámci diagnostiky sa analyzujú dostupné dáta, aby sa zistila príčina problému
  • prevencia porúch - tu sa využíva prediktívna analýza, ktorá dokáže predpovedať potenciálny vznik chyby ešte predtým, ako k nej dôjde len na základe aktuálneho stavu zariadenia (a analyzovaných historických dátach)

• (slide) V prípade IoT zariadení môžeme hovoriť o nasledovných výhodách samodiagnostiky zariadení:

  1. Zvýšená spoľahlivosť - Zariadenia môžu automaticky identifikovať a prípadne aj opraviť vzniknuté chyby (napr. nesprávny formát konfigurácie, zaplnená FLASH pamäť a pod.).

  2. Údržba a prevencia - Včasnou diagnostikou sa znižuje potreba nákladných opráv a výpadkov, pretože sa problém vyrieši ešte predtým, ako k nemu naozaj dôjde. Tým je možné predísť vážnym materiálnym (napr. chyba požiarneho senzora), finančným alebo v najhoršom prípade škodám na zdraví človeka (napr. zlyhanie inzulínovej pumpy alebo holdera na srdci).

  3. Zníženie prestojov - Neustále monotirovanie znamená, že potenciálne problémy sú identifikované a odstránené rýchlo.

Problém vo výučbe a riešeniach

Problémom je, že sa diagnostike málokedy venujeme aj vo výučbe, čím sme častokrát odkázaní na riešenia typu “hop-trop” (ide-nejde, trial-and-error). Ak týmto spôsobom budeme pristupovať aj v produkcii, s veľkou pravdepodobnosťou sa nám budú produkty vracať v momente, keď z nejakého dôvodu prestanú u zákazníka fungovať. A pritom môže ísť o jednoduchý problém, ktorý dokáže vyriešiť aj sám zákazník (napr. došli baterky, nedá sa pripojiť na sieť alebo nedarí sa odoslať dáta z dôvodu nesprávnych nastavení, a pod.)

Príklady

• senzor fyzikálnej veličiny - odčítanú hodnotu porovnať s prípustným rozsahom uvedeným v datasheet-e od výrobcu
• motorčeky - rozkrútiť a vypnúť
• LED svetlo - v kombinácii so snímačom osvetlenia - ak svieti, tak snímač osvetlenia musí odčítať adekvátnu hodnotu, ak nesvieti, tak podobne.
• batéria - monitorovanie stavu batérie a signalizácia, ak je jej úroveň nízka
• voľné miesto - kontrola dostatočného voľného miesta na FLASH disku
• súčasťou self-testu môže byť aj automatická kalibrácia

Úvod do komunikácie

• (slide) V prvej prednáške sme hovorili o architektúre IoT, kde sme si ukázali, ako svet IoT funguje v 4. vrstvách. Dnes sa však budeme rozprávať o komunikácii vo svete IoT, čo je téma charakteristická pre komunikáciu medzi zariadeniami prvej a druhej vrstvy - medzi vecami a IoT bránami. Zvyšné vrstvy sú totiž prepojené vysokorýchlostným internetom, takže tam to už nie je žiadna výzva, pretože na prenos využívajú komunikačné protokoly aplikačnej vrstvy OSI/ISO modelu.

  

Machine to Machine (M2M)

• (slide) Ak by sme mali začať hovoriť o komunikácii vecí v IoT, mali by sme začať s termínom M2M.

• (slide) V skratke by sme M2M komunikáciu mohli charakterizovať ako priamu komunikáciu medzi dvoma zariadeniami pomocou akéhokoľvek komunikačného kanála bez nutnosti manuálnej ľudskej asistencie.

• Hlavným účelom M2M komunikácie vo svete IoT je prenos dát od vecí (koncových zariadení) smerom do internetu. V tom prípade je jedným komunikujúcim zariadením samotný chytrý senzor a druhým komunikujúcim zariadením je počítačový systém, ktorý obyčajne tieto údaje posiela ďalej v rámci IoT architektúry.

• Dá sa povedať, že M2M reprezentuje architektúru, kde nie je dôležité, aká technológia je použitá na prenos, prípadne pomocou akého komunikačného protokolu sú tieto údaje prenášané.

Rozdiel medzi M2M a IoT

• (slide) Dá sa stretnúť s interpretáciou, že M2M je vlastne IoT. Ale to nie je pravda - M2M hovorí obecne o prepojení dvoch ľubovoľných zariadení ľubovoľným spôsobom. Takže správna interpretácia by mala byť, že IoT pre svoju činnosť potrebuje M2M, ale M2M nepotrebuje IoT.

  

Communication Technologies

• Nás však bude a musí zaujímať, aké technológie sú použité na prenos údajov (do internetu). Ich výber je samozrejme ovplyvnený viacerými faktormi:

  • cenou,
  • dosahom,
  • množstvom prenášaných dát, alebo
  • spotrebou.

• Poďme sa teda pozrieť na niektoré technológie populárne v IoT bližšie.

Power Consumption

• (slide) Jedným z dôležitých aspektov výberu komunikačnej technológie je jej spotreba. Treba si totiž uvedomiť, že častým riešením a nasadením IoT je v prostredí, kde nie je trvalý prívod elektrickej energie. Spotreba celého zariadenia (veci) teda predstavuje jeden z kľúčovch faktorov pri jeho dizajnovaní a návrhu.

  

Communication Distance

• (slide) Ďalším nemenej dôležitým aspektom výberu správnej komunikačnej technológie je jej dosah. Tu sa je možné odraziť od charakteristiky siete, v ktorej bude riešenie nasadené:

  • PAN (Personal Area Network)
  • LAN (Local Area Network)
  • MAN (Metropolitan Area Network)
  • WAN (Wide Area Network)
  • LPWAN (Low-Power Wide Area Network)

  

• (slide) Zjednodušene sa proste môžeme na dosah takto:

  • short range (< 10m) - nositeľná elektronika (PAN)
  • local area (< 100m) - domácnosť (LAN)
  • wide area (km) - celý zvyšok sveta (MAN, WAN, LPWAN)

  

Data Rate

• V závislosti od charakteristiky prenášaných údajov nás môže zaujímať aj otázka max. množstva prenášaných dát. V tejto kategórii samozrejme dominujú technológie pre prenos dát v LAN sieťach (WiFi) a vo WAN sieťach (LTE, 2G, 3G, 4G).

Communication Protocols

• (slide) V prípade technológií komunikujúcich v prostredí IP sietí nás bude zaujímať aj výber komunikačného protokolu, pomocou ktorého budú veci komunikovať buď so zariadeniami vyšších vrstviet (napr. posielať údaje zo senzorov) alebo medzi sebou navzájom.

  

• Ako je možné vidieť, tak tieto protokoly pracujú na aplikačnej vrstve ISO/OSI modelu. Medzi tie najznámejšie a najpopulárnejšie protokoly patria:

  • HTTP
  • MQTT
  • CoAP
  • XMPP
  • LwM2M

• (slide) My sa budeme venovať konkrétne len protokolom HTTP a MQTT.