通过结合模块化设计,优化云计算应用

电子设计 2018-03-08 09:01 次阅读

由于家庭和楼宇自动化、资产管理、工厂和过程自动化以及个人护理、健康和健身等一系列应用的开发,低功率无线技术的发展在过去几年加速发展。创新的核心是能够轻松访问和集成低功耗传感器及其数据。这些传感器现在可设计为微型外形,由单个无线微控制器(MCU)提供动力,通过无线通信,并通过小型纽扣电池运行多年。因此,将感测节点添加到任何现有的安装变得简单和廉价。这释放了应用程序收集和处理来自传感器的信息的潜力,并将数据显示给消费者,自动执行操作,自主制定更复杂的决策或指导最终用户进行制作。在家中自拍:联网温控器正从温度传感器和电表中收集数据,使您能够在高峰期的边缘运行。然后,您需要采取行动查询公用事业提供商,并通知您电量在下一个小时内正在增加,因此最好降低空调(AC)的使用次数。

这些应用的两个宏观趋势是显著的:

传感器数据需要普遍存在,并且始终可用。无论用户处于中央数字集线器的传感器接近,还是将传感器数据中继到要显示的智能手机,或者发送到通过互联网连接的其他任何地方,传感器数据和功能必须始终可供用户使用,无论他们处于何处。

传感器是简单控制命令的信息源或目的地。它们必须保持简单、低成本和高效率。传感器的数据分析、刺激和处理恰恰是本地网关和云系统之间共同努力的结果,利用更高的计算能力和更大的可用资源,以及在两者之间进行分配。考虑例如需要处理语言的数字个人助理,识别平衡云中引擎和本地引擎之间负载的面部或语音,并且同时组合传感器信息并与其交互。或者,与上述联网的恒温器的示例一样,温度传感器数据必须与瞬时功率和当前电力速率相结合,从互联网中提取数据以向用户呈现建议的动作。

云计算和互联网连接的网关是这些系统的核心。他们管理不同的输入来源,访问数据库和搜索信息,并且在需要时以有用且始终可用的方式整合来自不同传感器的数据。它们是一个总体系统解决方案的两个关键组件,其将电池供电的传感器作为终端节点,为最终用户建立极具吸引力的新服务。

关于设备数量、应用类型和不同服务组合的可扩展性是这些系统的关键要求之一。因为构建和管理这种大型传感器网络的复杂性、不同云连接技术及其服务的扩散以及不同类型的应用需求,今天这一问题是一个巨大挑战。

考虑互联网连接的网关应该提供的内容:

它们必须能够处理大量节点和不同类型的连接接口以与各种传感器(例如,湿度、亮度、压力、电压等)通信

他们必须能够向云端发送信息并从云端接收信息,并与可能具有不同类别服务的不同云服务提供商进行联系

他们必须能够在本地和云计算之间取得平衡。例如,考虑复杂操作的处理和数据库要求,如语言和面部识别。

基于开放的、经过行业验证和公开可用的标准,构建整个传感器到云平台,是对构建可快速实现这些应用的可扩展和无所不在的系统的挑战的一个响应。

为此,TI已创建具有网关参考设计的Sub-1 GHz传感器到云。该参考设计加速了开发与Sub-1 GHz传感器交互的基于云的应用程序所需的时间。

运行在TI的通用SimpleLink™双频CC1350 SensorTag套件(首个创建的无线传感器板参考设计)上的传感器使用远距离Sub-1 GHz技术,并与使用TI的Sitara™ AM335x处理器在BeagleBone Black上运行的Eth/Sub-1 GHz网关进行通信。

 

 

传感器和网关之间的通信正在使用经过行业验证的IEEE 802.15.4“g”标准,在我们免版税的TI 15.4-Stack软件开发套件(SDK)产品中实现,该软件具有管理传感器节点网络的软件解决方案,包括用于网关的嵌入式Linux®软件(“数字中心”)。

基于TI 15.4-Stack和Sitara处理器SDK软件基础,TI创建了一个JavaScript基物联网(IoT)网关软件模块,以实现与Amazon Web Services(AWS)云的连接。

IoT网关应用程序是一个软件参考设计组件,包括以下内容:

链路和设备监控控制,用于远程网络管理。想象一下,您在酿酒厂部署了一个湿度传感器网络,并希望检查所有的传感器是否仍然可以运行,而且昨晚的风暴并没有损坏它们。

标准数据格式,以及云中传感器数据表示的对象抽象模型。这是传感器到云应用的核心,它定义了湿度传感器数据的格式、属性和性能。

网关 —— AWS IoT业务通信,具有安全认证模式。这定义了您的网关和云服务之间的传输语言,以及您的传感器如何通过云服务提供商的网关进行身份验证和安保。

上述所有功能都考虑到可扩展性的设计,并且基于行业标准。

数据表示使用JavaScript对象表示法(JSON),

传感器对象模型取自IPSO智能对象规范

与AWS IoT实例的通信使用发布/订阅MQTT协议,这是与基于传感器的嵌入式设备接口的云服务的通用选择。此设计中的软件组件是模块化的,它们之间的接口基于TCP插槽,并使用Google Protobuf数据模型,提供扩展其他API和与其他基于IP的云连接协议连接的能力。这允许极其快速地扩展和连接网关IoT代理软件,以与其他通用的云服务连接,或者快速添加任何其他类型的传感器(例如亮度、压力、温度等),为设计人员提供了极大的灵活性,可免费重新使用通用的软件库。

 

通过结合模块化的设计选择,围绕行业标准的使用,构建可通过BoosterPack™插件模块或盖帽进行扩展,并可让开发人员免费使用软件和设计轻松访问的套件,TI希望释放开发商的创新精神。

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