Интеллектуальная сеть для промышленного Интернета вещей

Программа «Цифровая экономика», принятая июле 2017 г., определяет цели, задачи, направления и сроки реализации основных мер государственной политики по созданию необходимых условий для развития в России цифровой экономики. В то же время нужно отдавать себе отчет в том, что цифровизация экономики началась не в прошлом году – она уже сегодня приводит к созданию новых бизнес-моделей, технологий связи и коммуникаций и технологий обработки и анализа данных. Как результат − появление на рынке услуг нового уровня − агрегаторов, например Uber, Airbnb и др. Такие компании действуют в потребительском секторе экономики. А как обстоят дела с производственным?

Проблема экспоненциального роста

Согласно международному отчету McKinsey The Internet of Things: Mapping the Value Beyond the Hype, изданному за два года до принятия в России программы «Цифровая экономика», на буровой платформе от 30 тыс. имеющихся источников информации используется только 1% данных, а данные от производственных систем задействуются в основном для контроля режимов работы, но никак не для прогнозирования и оптимизации процессов. Очевидно, что эта ситуация в скором времени изменится.

Полное извлечение данных и активное их использование, например в цифровых моделях производства, способствуют экспоненциальному росту объемов и типов данных. В то же время экспоненциально усложняются задачи извлечения данных, гарантированной доставки нужных данных всем заинтересованным в них приложениям с получением бизнес-результата. При этом источники данных, приложения и их пользователи могут либо находиться внутри компании стационарно, либо быть мобильными и располагаться за пределами информационной инфраструктуры предприятия.

Основываясь на опыте общения со своими заказчиками и партнерами, компания Cisco определила следующие проблемы подключения новых источников данных в секторе промышленного Интернета вещей:

• сложность подключения, обеспечение безопасности и управления устройствами;
• гибкость в выборе места для вычисления данных – на границе сети, в ЦОД и/или в облаке;
• остаток множества данных внутри источника;
• отсутствие программируемого способа передачи нужных данных нужному приложению в нужное время;
• отсутствие контроля доступа и защиты данных.

Решить указанные проблемы одним продуктом невозможно, поэтому Cisco предлагает целую комбинацию технологий.

Прежде всего, задачи подключения новых устройств решаются с помощью организации распределенной вычислительно-коммутационной инфраструктуры на базе сетевых решений Cisco: интуитивной сети для проводных подключений и Cisco Jasper для М2М-взаимодействия. Основными ее элементами являются IoT-шлюзы с технологией туманных вычислений, маршрутизирующее и коммутационное оборудование с технологией туманных вычислений, оборудование для ЦОД и облаков.

Закрывая первые две проблемы, сетевые средства Cisco обеспечивают быстрое и безопасное подключение IoT-устройств к сети, разнообразные технологии доступа (Ethernet, Wi-Fi, 3G/4G, LoRa, Mesh, NB-IoT), изоляцию сетевого трафика устройств IoT с сегментацией и приоритезацией. Все это сейчас доступно, в частности, с использованием устройств, спроектированных для жестких условий эксплуатации.

Cisco Kinetic

Решение трех последних проблем кроется в комбинации физических и логических мер, целью которых является создание распределенной сети обработки данных промышленного Интернета вещей.

В качестве основного инструмента компания предлагает продукт Cisco Kinetic, обеспечивающий следующие возможности:

• автоматическая настройка шлюзов и оконечных устройств;
• извлечение данных безопасным образом и их нормализация;
• соблюдение конфиденциальности данных и прав на них;
• создание и применение политик безопасности;
• выполнение правил на всех уровнях (бизнес-логика, операционная логика);
• визуализация и управление;
• безопасная передача нужных данных нужному приложению.

Все эти возможности Cisco Kinetic объединены в три основные функции:

• извлечение данных – получение данных при помощи IoT-шлюзов и набора программных коннекторов к различным протоколам обмена информацией;
• обработка данных – проведение вычислений над данными в целях их преобразования, выстраивание бизнес-логики обработки данных, распределенное хранение данных;
• передача данных – применение набора программных коннекторов и API к различным системам обработки информации для контролируемой передачи информации во внешние системы.

Рис. 1

Указанные функции реализуются в Cisco Kinetic тремя модулями:

• Gateway Management Module управляет жизненным циклом IoT-шлюзов производства Cisco – ввод в эксплуатацию, мониторинг, управление парком шлюзов;
• Edge & Fog Processing Module привносит вычислительные возможности на любые устройства на границе сети – исполнение правил обработки данных, запуск и управление жизненным циклом пользовательских приложений;
• Data Control Module управляет политиками и маршрутизирует данные на их основе – извлечение данных, интеграция с внешними системами аналитики.

Как в сетевом дизайне уровень распределения обеспечивает изящество архитектуры, легкость ее настройки и предсказуемость в передаче трафика, так и Cisco Kinetic является логическим связующим звеном между различными системами промышленного Интернета вещей.

В результате получаем решение под названием «Система Cisco IoT». Оно обеспечивает надежную и безопасную распределенную сеть обработки данных промышленного Интернета вещей, формируемую из сетевых устройств в индустриальном исполнении для проводной и беспроводной связи (в том числе в виде плат, встраиваемых в произвольные системы), средств физической и кибербезопасности, туманных вычислений и средств управления и автоматизации.

Как и в других своих решениях, компания Cisco уделяет особое внимание безопасности работы с данными в среде промышленного Интернета вещей. Решение Cisco IoT Threat Defence обеспечивает защиту данных на всех уровнях благодаря сегментации, безопасному удаленному доступу, средствам анализа и визуализации и профессиональным услугам.

Рис. 2

Платформа Cisco Kinetic, как и многие IoT-платформы, – это своеобразный конструктор, обладающий широкими возможностями по интеграции. На портале для разработчиков developer.cisco.com находятся описание API, средства разработки и форум сообщества разработчиков, а на портале dcloud.cisco.com – демонстрационные и лабораторные стенды, доступные из любой точки мира.

Платформа уже нашла практическое применение в типичных сценариях:

• сбор данных с IP- и не-IP-устройств;
• повышение дискретизации съема данных;
• сбор данных с мобильных активов;
• агрегация данных от нескольких отдельных систем;
• параллельная передача информации в другую систему;
• нормализация, фильтрация данных;
• защита данных на уровне приложения;
• трансляция протоколов.

Рис. 3

Примеры внедрений

Приведем лишь два примера внедрения решений в рамках системы Cisco IoT. Завод микроэлектроники при внедрении платформы обеспечил снижение на 18% потребления электроэнергии и сэкономил более 1 млн долл. благодаря сбору и анализу информации от разрозненных технологических систем: счетчиков азота, электроэнергии, сжатого воздуха и датчиков температуры. Компания – оператор нефтяного месторождения использовала Cisco Kinetic в качестве интеграционной шины для систем распределенного акустического сенсора и распределенного температурного сенсора на основе оптоволокна, глубинных манометров и технологического видеонаблюдения. Это позволило обеспечить видимость в режиме реального времени данных с множества площадок и их анализ, реализовать распределенные вычислительные ресурсы для граничной обработки, нормализации данных, их проверки и коррекции, а также создать автономный дизайн для неустойчивых каналов связи.

***

Сегодня множество проектов связано с мониторингом производственного оборудования в самом широком спектре отраслей – от производителей станков и оборудования до машиностроения и ритейла. Здесь решения Cisco для Интернета вещей обеспечивают интеграцию различных источников данных, их обработку и аналитику на границе сети, интеграцию полученной информации в корпоративные и производственные системы управления или визуализацию собственными средствами Cisco Kinetic.

Данные являются высокоценным активом, способным изменить траекторию бизнеса, и решения Cisco позволяют получить в нужное время нужные данные для уверенного управления бизнесом.