IoT Дата Харвестер

Введение

Представляем IoT Дата Харвестер – систему организованного сбора данных с территориально распределенных датчиков в полевых условиях.
IoT Дата Харвестер – универсальный продукт, который легко настроить под любую задачу. Ситуации, где он будет полезен:

  • Сбор данных и телеметрия, мониторинг окружающей среды;
  • Отслеживание ценных активов;
  • Охрана труда и здоровье персонала.
Исходные данные

В современном технологическом мире источники данных все дальше и дальше удаляются от центров их обработки и использования. Размер источников уменьшается, а количество растет. Всё перечисленное требует использования все более уникальных и специализированных беспроводных технологий сбора и передачи данных, таких как NB-IoT, LPWAN, ZigBee.

К примеру, в условиях городской и промышленной среды часто используются сети LoRaWAN и NB-IoT, для разворачивания которых необходимо:

  • Получение лицензий на использование частот;
  • Установка башен связи;
  • Организация стабильного широкополосного подключения к глобальной сети;
  • Подключение башен связи к центрально электросети, резервирование электропитания.

Очевидно, что в местах, удаленных от развитой инфраструктуры, требуются намного более простые решения.

IoT Data Harvester
Модуль агрегации и коммуникации в рабочем режиме

IoT Дата Харвестер – продукт, разработанный «с нуля» в компании AVENCOM. Это набор автономных модулей, которые умеют собирать данные с разного типа датчиков, расположенных в радиусе до десяти километров, сохранять, консолидировать и отправлять собранные данные в центр мониторинга и управления по любому доступному каналу связи.

Сферы применения

IoT Дата Харвестер – универсальный и модульный продукт, который может быть легко настроен под любое применение. Подробнее о примерах его использования:

Сбор данных и телеметрия, мониторинг окружающей среды

Для этого система:

  • Поддерживает промышленные протоколы сбора данных с датчиков: RS-485, Modbus, SDI-12;
  • Анализирует превышение пороговых значений и подает сигналы тревоги;
  • Хранит данные в облаке или локально;
  • Способен к круглогодичной работе «в поле» в режиме 24/7/365;
  • Легко выдерживает неблагоприятные условия окружающей среды: экстремальную температуру -40 до +60 С, повышенную влажность.

Отслеживание ценных активов

Продукт позволяет внедрить:

  • Карту мониторинга в реальном режиме времени;
  • Синхронизацию с системами мониторинга окружающей среды для уменьшения рисков;
  • 360-градусный обзор местонахождения и статуса активов в режиме реального времени.

Охрана труда и здоровье персонала

За счет интеграции с носимыми IoT датчиками и устройствами система помогает:

  • Увеличить безопасность труда;
  • Удовлетворить требования законодательства;
  • Собирать аналитические данные по нормативам труда;
  • Планировать и организовывать рабочую силу;
  • Контролировать социальную дистанцию.
Модули системы

Система строится на базе двух независимых аппаратных компонентов: модуль сбора данных и модуль агрегации и коммуникации.

IoT Data Harvester
Модуль сбора данных
IoT Data Harvester
Модуль агрегации и коммуникации

Модуль сбора данных – компактный комплекс мобильных устройств, к которым подключаются датчики и сенсоры для сбора данных. Полученные данные отправляются по беспроводному протоколу на модуль агрегации и коммуникации, расположенный в радиусе 5-7 км.

Модуль агрегации и коммуникации собирает и консолидирует данные с «Модулей сбора данных» (до 16 штук). Затем начинают работать гибкие алгоритмы разработанного программного обеспечения микроконтроллера. В зависимости от температуры окружающей среды, степени заряда батарей и других факторов, контроллер принимает решение о расписании сеансов связи с центром управления и мониторинга.

Во время сеанса связи в центр управления и мониторинга передаются собранные с датчиков данные и служебная информация о состоянии системы, а из центра поступают обновленные инструкции, настройки и прошивки для модулей системы.

Блок-диаграмма распределенной системы
IoT Data Harvester
Интерфейс ПО мониторинга метеоданных

Основная задача центра управления и мониторинга хранение информации полученной от модулей системы «IoT Дата Харвестер» и представление ее в структурированном и удобном для пользователя виде. Для этого компанией AVENCOM совместно с казахстанским ИТ-партнером было разработано программное обеспечение (ПО).

Данное ПО может быть развернуто на любой площадке: ЦОД заказчика, облако в интернете, собственные сервера AVENCOM. В качестве инструмента визуализации данных используется Grafana — решение с открытым исходным кодом, которое позволяет накапливать данные и отображать аналитику, рассчитанную на основе этих данных. ПО поддерживает полную перенастройку интерфейса под уникальные нужды каждого клиента.

Ключевые характеристики

При разработке продукта в приоритет были выставлены следующие характеристики:

  • Использование не лицензируемого диапазона радиочастотного спектра;
  • Зона покрытия от 5 до 10 километров;
  • Низкое энергопотребление;
  • Полная автономность и эксплуатация в труднодоступных удаленных местах;
  • Возможность подключение датчиков по различным протоколам. 

Для организации коммуникации между удаленными узлами с минимальным энергопотреблением, но большой зоной покрытия (10км) обычно используется протокол передачи LoRaWAN. Но для этого необходимо развернуть сеть распределенных базовых станций с постоянным доступом к интернету и большому количеству электроэнергии, что абсолютно невозможно и нецелесообразно в труднодоступных удаленных локациях.

Поэтому коммуникация между модулями системы «IoT Дата Харвестер» была построена следующим образом:

  • В качестве физического канала используется технология модуляции LoRa, обладающая вышеописанными преимуществами LoRaWAN;
  • В качестве протокола передачи данных используется свой проприетарный протокол отличный от LoRaWAN и не требующий постоянного доступа к сетям питания и интернета.

Алгоритм протокола может быть представлен в упрощенной блок схеме:

Блок-схема алгоритма коммуникации

Автономность модулей поддерживается подсистемами энергообеспечения, использующими солнечные панели и всепогодные аккумуляторы для получения и сохранения энергии. Как и весь комплекс, компоненты системы электропитания не требуют технического обслуживания ввиду крайне малой вероятности сбоев и внезапных отключений системы.

Преимущества / уникальность

IoT Дата Харвестер по совокупности характеристик является уникальным продуктом. Возможность настройки под индивидуальные нужды и надежность конструкции в сочетании с низкой стоимостью компонентов делают решение незаменимым инструментом для сбора данных на удаленных площадках. Внедрение системы положительно отразится сразу на четырех аспектах деятельности предприятия: безопасность персонала, мониторинг обстановки 24/7/365, стоимость технической эксплуатации оборудования, сохранность активов.

Технические характеристики

Примечание:
* — В зависимости от типа грунта на месте установки выбираются различные установочные комплекты: утяжеленное основание, пластиковое или наливное основание, анкерные крепления;
** — Модуль также оборудован двухметровым молниеотводом.