Дәріс 10 Қосылмаған жалғау

Бұл дәріс қосылмаған құрылғыларды Интернетке қосу принциптерін, өнеркәсіптік қосымшалардағы маңыздылығын, хаттамалар жиынтығын, клиент-сервер және бұлтты есептеу модельдерін, сондай-ақ бағдарламалаудың негізгі аспектілерін қамтиды. Заттар интернеті (IoT) дәуірінде қосылған әлемнің қалай жұмыс істейтінін тереңірек түсінейік.

Жаңа Мүмкіндіктер мен Өсіп Келе Жатқан Жүйе

Заттар интернетінің (IoT) негізгі мәні - әлі интернетке қосылмаған объектілерді желіге қосу. Зерттеулерге сәйкес, 2025 жылға қарай әлемде 50 миллиардтан астам құрылғы қосылады деп күтілуде. Бұл біздің әлемді "өсіп келе жатқан жүйеге" айналдырады, ол үнемі деректерді қабылдап, оларға жауап бере алады.

Осы қосылған құрылғылар мен өндірілген деректер арқылы, сондай-ақ адамдарға дұрыс шешім қабылдауға және пайдалы ұсыныстар жасауға көмектесетін жаңа процестерді қолдану арқылы, жан-жақты Интернет әлемнің кез келген жерінде адамдардың өмір сүру сапасын жақсарта алады.

Қосылған заттар біздің жеке өмірімізге қалай әсер етеді? Үй желісі - бұл үй маршрутизаторына қосылатын құрылғылардан тұратын жергілікті желі. Маршрутизатор сымсыз қосылыстарды да қолдайды, бұл сымсыз жергілікті желі (WLAN) арқылы желіге қосылуға мүмкіндік береді. Төменде әдеттегі WLAN үй желісінің құрылымы көрсетілген, ол интернет-провайдер (ISP) арқылы интернетке қосылған.

Интернет-Провайдер Арасындағы Байланыс

1

Үй Желісі

Әдеттегі WLAN үй желісі интернет-провайдер (ISP) арқылы интернетке қосылады. Маршрутизатор сымсыз қосылыстарды да қолдайды.

2

ISP Қосылымы

Интернет-провайдер жағында қолданылатын әртүрлі құрылғылар мен қосылыстар үй пайдаланушыларына көрінбейді, бірақ олар интернет байланысы жұмысында маңызды рөл атқарады.

3

Ғаламдық Қосылу

Жергілікті интернет-провайдер басқа интернет-провайдерлерге қосылып, бүкіл әлемнің веб-сайттары мен мазмұнына қол жеткізуді қамтамасыз етеді. Бұл провайдерлер ғаламдық желі (WAN) арқылы байланысады.

Сонымен қатар, "машина-машина" (M2M) желілік қосылым түрі тек Заттар интернетіне тән. Бұл технология деректерді өзара алмасатын және шлюз (үй маршрутизаторы) арқылы бұлттағы серверлік ортаға жібере алатын құрылғылар тобын көрсетеді. Мысалы, өрт дабылы датчиктері мен күзет датчиктері деректерді жинап, бұлтта одан әрі талдау үшін жібереді.

Өнеркәсіптегі Құрылғыларды Қосу: Сенімділік пен Дербестік

Өнеркәсіптік қосымшалар үшін жоғары сенімділік пен дербестік қажет. Мысалы, өздігінен жүретін жүк машинасында тежеу жүйесінің істен шығуы апатты салдарға әкелуі мүмкін, ал смартфондағы еске салғыштың істен шығуы тек қолайсыздық тудырады.

Бүгінгі таңда көптеген заттар белгілі бір мақсаттарға арналған әлсіз байланысты тәуелсіз желілер арқылы қосылған. Бұл олардың жан-жақты интернетте қолданылуына кедергі келтіреді. Мысалы, қазіргі заманғы автомобильдерде қозғалтқышты басқаруға, қауіпсіздікке және байланысқа арналған көптеген жеке желілер бар.

Осы жүйелерді бір ортақ желіге біріктіру арқылы қазіргі заманғы толық өлшемді седанда 23 кг-нан астам кабельді үнемдеуге болады. Ғимараттарда жылыту, желдету, ауаны баптау (HVAC), жарықтандыру, телефон байланысы және күзет жүйелері үшін жеке желілер жұмыс істейді. Бұл шашыраңқы желілерді қауіпсіздік, талдау және басқарудың кешенді мүмкіндіктерін қамтитын бір ортақ инфрақұрылымды пайдалану үшін біріктіруге болады.

Хаттамалар Жиынтығы: Байланыс Ережелері

Екі құрылғы желі арқылы деректер алмасқанда, олар алдын ала орнатылған ережелер жиынтығын (хаттамаларды) келісуі керек. Хаттама - бұл құрылғылар қолданатын және байланыстың сипаттамаларын анықтайтын байланыс ережелері.

Хабар Пішімі

Хаттамалар хабардың пішімін немесе құрылымын анықтайды.

Деректер Алмасу Әдісі

Желілік құрылғылардың арналар туралы деректерді басқа желілермен алмасу әдісін реттейді.

Қате Хабарлары

Қате туралы хабарларды немесе құрылғылар арасындағы жүйелік хабарламаларды жіберу әдісі мен уақытын белгілейді.

Сеанстарды Басқару

Деректер сеанстарын іске қосу және тоқтатуды қамтамасыз етеді.

Байланыс функциясын орындау үшін қажет өзара байланысты хаттамалар тобы хаттамалар жиынтығы деп аталады. Ол желілік құрылғылар арасындағы үйлесімділікті қамтамасыз етеді. Ең көп таралған жиынтық - Таратуды басқару хаттамасы/Интернет хаттамасы (TCP/IP). Интернет арқылы ақпарат алмасатын барлық құрылғылар TCP/IP хаттамалар жиынтығын қолдануы керек, әсіресе IP хаттамасын, ол деректерді жіберуге және алуға мүмкіндік береді.

Клиент-Сервер және Бұлтты Есептеу Модельдері

Клиент-Сервер Моделі

Интернет дәуірінің басынан бастап компаниялар деректерді өңдеу үшін клиент-сервер моделін қолданды. Ұйым ішіндегі шеткі пайдаланушылар файл серверінде кез келген файлдар мен құжаттарды сақтай алады, бұл шеткі құрылғыларда жад пен есептеу қуатын үнемдейді. Орталық файлдық сервердегі файлдар қауіпсіздік пен резервтеу рәсімдерін орталықтандыруға мүмкіндік береді.

Бұлтты Есептеу Моделі

Бұлтты есептеулер клиент-серверден ерекшеленеді, өйткені серверлер мен қызметтер бүкіл әлемде таратылған деректер орталықтарында орналасқан. Бұл модель шеткі пайдаланушыларға клиенттік бағдарламалық жасақтаманы орнатуды қажет етпей, бұлтта орналасқан серверлердегі қосымшаларға қол жеткізуге мүмкіндік береді. Деректер бірнеше серверлер арасында синхрондалады, бұл үлкен қолжетімділікті қамтамасыз етеді.

Бұлтты есептеулер ұйымдарға жаңартулар, қауіпсіздік жүйелері және қолданбаларды брондау үшін жауапкершілікті бұлтты қызмет провайдеріне жүктеуге мүмкіндік береді. Мысалы, Microsoft Outlook - клиент-сервер жүйесі, ал Gmail - бұлтты есептеулерге негізделген бағдарлама, ол пайдаланушыларға әлемнің кез келген жерінен электрондық поштаға кіруге мүмкіндік береді.

Тұманды Есептеу Моделі

Бұлтты есептеу көптеген мәселелерді шешкенімен, кідірістерге сезімтал қосымшалар үшін ең жақсы нұсқа болмауы мүмкін. Заттар интернеті құрылғылары нақты уақыт деректерін және қызмет көрсету сапасын қамтамасыз етуді қажет етеді.

Реактивті қозғалтқыш 30 минут ішінде 10 терабайт деректерді жасай алады. Барлық осы деректерді бұлтқа жіберіп, талдау тиімсіз болып табылады. Сондықтан талдаудың бір бөлігі желі шекарасында, яғни "тұманда" орындалуы керек. Тұманды есептеулер - бұл тез жауап беруді қажет ететін қарапайым тапсырмалар орындалатын желі шекарасының жанында таратылған есептеу инфрақұрылымы.

Бұл желінің деректер жүктемесін азайтады, желілік қосылыстарды жоғалту кезінде Заттар интернеті құрылғыларының жұмысына байланысты ақаулыққа төзімділікті жақсартады, сонымен қатар сезімтал деректерді қажет болған жерде сақтау арқылы қауіпсіздік деңгейін арттырады. Тұмандағы өңдеу деректердің өңделу уақытын қысқартады және олардың бұлтқа жіберілу қажеттілігін азайтады.

Заттар Интернетіндегі Шеткі Құрылғылар: Датчиктер мен Атқарушы Тегіктер

Датчиктер

Датчиктер физикалық қасиеттерді өлшейді (температура, қозғалыс, қысым) және бұл ақпаратты электрлік немесе оптикалық сигналға айналдырады. Кейбір датчиктерде сезімталдық дәрежесін немесе есеп беру жиілігін өзгертуге болады. Мысалы, қозғалыс сенсорын тек адамдардың қозғалысын байқайтындай етіп калибрлеуге болады.

Атқарушы Тегіктер

Атқарушы механизм - бұл Заттар интернеті аясында жүзеге асырылатын құрылғы, ол қолда бар нұсқауларға сүйене отырып, механизмді немесе жүйені іске қосу немесе басқару үшін пайдаланылады. Олар тікелей физикалық әрекетті орындайды. Атқарушы механизмдердің үш түрі бар: гидравликалық, пневматикалық және электрлік.

Тұмандағы Контроллерлер

Датчиктер деректерді жинап, оларды контроллерлерге жібереді. Контроллер сенсорлардан алынған ақпаратты тұмандағы басқа құрылғыларға жібере алады. Мысалы, ақылды бағдаршам басқару жүйесінде датчиктер белсенділікті анықтайды, контроллер деректерді өңдейді және трафикті реттеу үшін бағдаршамдарға сигналдар жібереді.

IP-контроллерлер ақпаратты IP желісі арқылы жібереді және қызметкерлерге қашықтан қол жеткізуді қамтамасыз етеді. Кейбір контроллерлер күрделі операцияларды орындай алады немесе бірнеше сенсордан ақпаратты біріктіріп, негізгі талдау жасай алады. Мысалы, шарап зауытындағы контроллер жүзімнің ауа-райына, топыраққа және көмірқышқыл газының деңгейіне қатысты ақпаратты жинап, оны бұлтты есептеу қызметіне жібереді.

Маршрутизаторлардың Рөлі мен Түрлері

Егер жіберуші құрылғы пакетті басқа желіде орналасқан адресатқа жіберсе, онда маршрутизаторлардың көмегі және маршруттауды орындау қажет. Маршрутизатор - бұл трафикті жергілікті желіден қашықтағы желілерге бағыттайтын құрылғы. Ол әртүрлі желілердің орналасқан жері туралы ақпарат жинайтын және мақсатты мекенжайларға оңтайлы маршрутты анықтайтын "ақылды" құрылғы.

Операциялық Жүйе

Маршрутизаторлардың барлық модельдері компьютерлерге ұқсас операциялық жүйені қажет етеді.

Орталық Процессор

Деректерді өңдеуге арналған орталық процессор (CPU) бар.

Енгізу-Шығару Интерфейстері

Қосылуға арналған енгізу-шығару (I/O) интерфейстері бар.

Жад

Бағдарламалық қамтамасыз ету мен конфигурацияны сақтауға арналған жады бар.

Cisco ISR 819 сияқты маршрутизаторлар "машина-машина" (M2M) қосылуды қамтамасыз ету үшін Wi-Fi, GPS, 3G/4G сияқты көптеген технологияларды біріктіреді. Олар әртүрлі ортада жұмыс істей алады, мысалы, көлік қызметтері үшін 3G/4G желілері немесе бөлшек саудада Wi-Fi.

Порт Түрлері

• Ethernet порттары: Маршрутизатордың ішкі коммутациялық бөлігіне қосылады, жергілікті желіні құрайды.

• Интернет порты (WAN): Маршрутизаторды басқа желілерге, әдетте Интернетке қосу үшін қолданылады.

Бағдарламалаудың Негізгі Мүмкіндіктері

Заттар интернеті құрылғылары, мысалы, датчиктер мен атқарушы механизмдер, олардың жұмысын анықтайтын нұсқаулар жиынтығымен бағдарламалануы керек. Бағдарламалау дағдылары Заттар интернетінің табысты болуы үшін өте маңызды.

1

If THEN

Шартына байланысты кодты орындайды. Егер шарт шындық болса, онда нұсқаулар орындалады. Мысалы, IF password = 12345 THEN display "password correct".

2

For DO

Басқарылатын циклдерді құру үшін қолданылады. Нұсқаулар жиынтығы өрнекте анықталғандай бірнеше рет орындалады. Мысалы, for count <= 10 DO display "not 10 yet!".

3

WHILE DO

Шарт шындық болған кезде нұсқауларды орындайтын цикл. Егер шарт шындыққа сәйкес келмесе, цикл тоқтайды. Мысалы, while temperature sensor >= 80 DO show "temperature too high!" on screen.

Бағдарлама Түрлері

• Микробағдарлама (Firmware): Жүктеу кезінде құрылғыға арналған нұсқаулар. Сағат, принтерлер, датчиктер сияқты құрылғыларда қолданылады.

• Операциялық Жүйелер: Адамдарға компьютермен өзара әрекеттесуге көмектеседі (Windows, Linux, Android).

• Қосымшалар: Белгілі бір тапсырманы немесе қызметті орындау үшін жасалған бағдарламалар (мәтіндік редакторлар, сурет өңдегіштер).

C++ және Java сияқты бағдарламалау тілдері өзекті болып қала береді. JavaScript веб-қосымшаларда жиі қолданылатын сценарий тілі. Мысалы, Cisco Coffee веб-қосымшасы кофе плантациясындағы датчиктерден деректерді жинап, пайдаланушыларға бақылау мүмкіндігін береді. Егер температура, күн сәулесі немесе топырақ ылғалдылығы қалыптан тыс болса, ескертулер көрсетіледі.

Бақылау сұрақтары:

1. WLAN қандай желі?

2. "Машина-машина" (M2M) желілік қосылым түрін сипаттаңыз

3. Қай желі кабельді үнемдеуге мүмкіндік береді?

4. Хаттама дегеніміз не?

5. Клиент-сервер моделін сипаттаңыз

6. Бағдарламалаудың негізгі мүмкіндіктері қандай?

7. Порт түрлерін білесіз бе?

8. Заттар интернетіндегі атқарушы тетіктердің үш түрін пайдаланады, олар атап,

жіктей аласыз ба?

9. 30 минут ішінде реактивті қозғалтқыш қанша терабайт өнімділік және күй

деректерін жасай алады?

10. Желілік хаттамалар жиынтығы қандай процестерді сипаттайды?