Дуже простий протокол управління або VSCP – це вільний і відкритий протокол, придатний для завдань автоматизації. Його простота, надійність та масштабованість роблять його чудовим для побудови потужних та ефективних середовищ IoT.
Інтернет речей (IoT), як ми всі знаємо, відноситься до збору та обміну даними між пристроями, вбудованими з датчиками, та підключений до мережі. Ці пристрої можуть відрізнятися від класичної домашньої техніки та галузевого обладнання, до розумних моніторів охорони здоров’я та агріботів.
Згідно з недавнім звітом, глобальний ринок IoT, який оцінюється приблизно в 595,73 мільярда доларів США у 2023 році, оцінюється як 4 062,34 мільярда доларів США. Розробка краю інфраструктури. Однак, завдяки урбанізації та промислової оцифрування, очікується, що Азіатсько-Тихоокеанський регіон зареєструватиме найвищі темпи зростання до 2032 року. Розумні міста, охорона здоров'я, сільське господарство та промислова автоматизація є ключовими секторами, що підживлюють прийняття IoT, керовані сприятливими урядовими політиками та прогресом у Технологія.
Застосування IoT
IoT широко використовується в областях, в яких кілька приладів спілкуються між собою (рис. 1).
Розумні будинки та побутова електроніка: Зараз IoT інтегрується в розумний будинок, щоб зробити життя більш комфортним та енергоефективним. Такі рішення, як розумні термостати, адаптують побутові температури відповідно до налаштувань користувачів та інтегрують динамічне прийняття рішень за допомогою машинного навчання. Системи IoT допомагають користувачам керувати вогнями за допомогою дистанційного керування вручну гаджети, оптимізуючи споживання електроенергії. Голосові помічники, такі як Amazon Alexa та Google Assistant, керують підключеними домашніми пристроями, відповідають на запитання та встановлюють нагадування.
Медична та медична допомога: IoT революціонізував догляд за пацієнтами за допомогою віддаленого моніторингу, носячими пристроями для здоров'я та методиками прогнозування аналітики. Наприклад, носячі фітнес -трекери, наприклад, монітор, такі параметри, як серцебиття, рівень активності та аналіз сну, тим самим заохочуючи профілактичну медичну допомогу. Віддалені системи моніторингу здоров’я надають можливості, які мають хронічні захворювання, поділитися показниками медичних експертів у реальному часі. Прогностична аналітика використовує ці дані для виявлення тенденцій, вдосконалення терапії та зменшення реалізації лікарень.
Розумне сільське господарство та агріботи: Нові розробки в технологіях смарт -землеробства, що дозволили IoT, революціонізували сільське господарство. Системи точного зрошення направляють воду безпосередньо до коренів культур у належних обсягах для збереження ресурсів та покращення врожайності. Датчики на полях, що використовують агріботи, відстежують інформацію, як стан землі, поточні погодні умови та стадія зростання врожаю.
Автоматизоване виробництво: IoT підвищує ефективність та інновації у виробництві за допомогою швидкого обміну даними, що працює на базі промисловості 4.0. Це дозволяє прогнозувати технічне обслуговування, що допомагає скоротити час простою та ремонт. Обробляючи оперативні дані на ходу, системи IoT підвищують виробничі процеси для більш швидких та ефективних операцій. Крім того, це підвищує видимість ланцюгів поставок, що дозволяє виробникам контролювати запас та відправлення, уникати затримок виробництва та покращувати логістику.
Безпілотники та транспорт: Використовуючи машинне навчання, розумна система управління трафіком використовує дані про трафік у режимі реального часу для регулювання термінів сигналу та полегшення заторів для покращення часу їзди. Рішення відстеження флоту корисні для логістичних компаній, щоб знати, де їхні транспортні засоби, скільки палива вони споживають, та ефективність своїх водіїв. Автономні транспортні засоби та безпілотники працюють від Інтернету речей (IoT), використовуючи дані з датчиків, камер та GPS.
Розумні міста: IoT є ключовим фактором для проектів Smart City. Системи розумного поводження з відходами використовують датчики IoT для відстеження рівнів у бункерах та допомоги в оптимізації ресурсів. Енергоефективні системи вуличного освітлення автоматично регулюють яскравість залежно від умов світла, зменшення витрат на енергію та підвищення громадської безпеки. IoT також використовується в мережах громадського транспорту для надання оновлень у реальному часі пасажирів, підвищення ефективності експлуатації та мінімізації затримок.
Протоколи для програмування IoT та взаємодії
Для програмування IoT доступний ряд протоколів і може використовуватися з декількома платформами програмування та апаратними наборами. Ось ключові протоколи для різних доменів:
- Дуже простий протокол управління (VSCP)
- Повідомлення в черзі телеметрії транспорту (MQTT)
- Обмежений протокол програми (COAP)
- Протокол в черзі розширеного повідомлення (AMQP)
- Легка машина до машини (LWM2M)
Оптимальна екосистема IoT базується на різних протоколах зв'язку, які полегшують передачу даних між підключеними пристроями. Ці протоколи IoT включають VSCP, MQTT, COAP, LWM2M, AMQP та багато інших. З цих протоколів дуже простий протокол управління (VSCP) пропонує легку, керовану подією рамки, особливо підходящі для автоматизації, систем управління та додатків IoT. Гнучкість, пропонована VSCP на платформах з відкритим кодом, робить його чудовим протоколом для створення потужних, надійних та конкурентних середовищ IoT.
Дуже простий протокол управління (VSCP) та IoT
VSCP (https://www.vscp.org) є відкритим і безкоштовним протоколом для IoT та машини для автоматизації машин (M2M). Його простота, надійність та масштабованість роблять цей протокол ідеальним для рішень на основі IoT, що варіюються від розумних будинків до промислової автоматизації. Його ключові особливості:
Орієнтована подія: VSCP-це розподілений протокол, керований подіями, в якому вузли реагують на визначені події.
Легкий дизайн: Він вимагає дуже низької обчислювальної потужності, що дозволяє йому працювати навіть на пристроях малої потужності.
Відкритий стандарт: Це стандарт спільноти, який сприяє інноваціям та інтеграцією на всіх платформах.
Ось кілька реальних програм VSCP.
Розумне сільське господарство: Волога ґрунту та метеостанція на основі VSCP можна побудувати за допомогою Raspberry Pi. Він може бути інтегрований з домашнім помічником для автоматичного зрошення.
Промислова автоматизація: VSCP може бути використаний для прогнозного обслуговування та контролю процесів, що реалізуються на вузловому червоному. Його функція на основі подій може бути використана для того, щоб машини працювали вчасно.
Розумні міста: Датчики на основі Arduino можуть використовуватися для розгортання VSCP для систем Streetlight. Він може інтегрувати рішення з відкритим кодом за допомогою муніципальних інформаційних панелей для перегляду змін у режимі реального часу.
VSCP можна інтегрувати з декількома платформами програмування (Python, Nodejs та багатьма іншими), а також Raspberry Pi, Arduino та Home Assistant наборів для багатьох проектів IoT. Детальна документація про це доступна за адресою https://docs.vscp.org.
Взаємозв'язок VSCP з вузловим червоним
Node-Red-це інструмент програмування на основі потоку для проводки апаратних пристроїв, API та онлайн-послуг. Він працює на платформі Node.js. Для створення робочих процесів автоматизації для промислових систем IoT або розумних міст, Події VSCP можуть бути оброблені через середовище перетягування вузла-червоного.
Nodejs-це масштабований і високопродуктивний JavaScript Runtime, побудований для веб-рішень, і має функції для інтеграції VSCP в проекти IoT. Використовуючи програмування NodeJS за допомогою Node-VSCP, може бути створений дуже високопродуктивний додаток, який спілкується з мережами VSCP. Nodejs ідеально підходить для додатків у режимі реального часу через свою модель, орієнтовану на події.
Щоб інтегрувати VSCP з NOTRED, пакет вузол-червоний-констриб-VSCP встановлюється таким чином, щоб можна було створити сценарії на основі GUI з декількома посиланнями. Пакет вузла-червоного доступний за адресою https://www.npmjs.com/package/node-red-contrib-vscp.
Node-VSCP доповнюється великою екосистемою, оскільки існують різні пакети для HTTP-серверів, зв'язку WebSocket та взаємодіють з базами даних. Розробники можуть працювати над рішеннями IoT в кінці, які інтегрують їх з інформаційними панелями, API та іншими зовнішніми послугами.
Спеціальні вузли розвитку або спільноти допомагають спілкуватися з VSCP від вузла-червоного. Ці вузли можуть допомогти вам підключитися до демона VSCP, підписатися на події та публікувати команди. У вузловому червоному потоці вони могли слухати конкретні події VSCP (наприклад, поріг температури перевищений) та реагувати на дії (наприклад, надсилати сповіщення або регулювати підключені пристрої тощо). Аналогічно, події VSCP можуть передаватися з вузла-червоного, спрацьованого за допомогою дій, визначених у вузлово-червоних потоках. Це може забезпечити потужне середовище для автоматизації IoT.
Розширення вузла-червоного також означає, що VSCP може інтегруватися з іншими протоколами та послугами, включаючи MQTT, API HTTP, хмарні послуги та багато інших. Все це робить VSCP відмінним інтерфейсом для побудови складних екосистем IoT.
VSCP з Python
Python забезпечує високоефективну екосистему для взаємодії з дуже простим протоколом управління (VSCP), що дозволяє розробникам зв’язатися та спілкуватися з IoT Networks. Утиліта Python допомагає спілкуватися з демоном VSCP або чимось, що діє як демона VSCP (наприклад, пристрій VSCP). Python має можливість надсилати та отримувати події VSCP, а також підтримувати з'єднання з сервером VSCP.
Для встановлення VSCP Python, введіть:
$ pip3 install pyvscp
Для встановлення у віртуальному середовищі введіть:
$ mkdir project-name && cd project-name $ python3 -m venv .env $ source .env/bin/activate $ pip3 install pyvscp
Інтерфейс Python для VSCP реалізується навколо простих інструкцій з клієнтом, які встановлюють з'єднання, автентифікацію та обробляють події. Якщо ми хочемо надіслати інструкцію для температурної події, нам потрібно створити об’єкт події, визначити його клас та тип (“вимірювання”, “температура”) та заповнити його даними. Для отримання подій ми повинні налаштувати обробники, які використовуються для обробки потоків даних у міру їх надходження.
Гнучкість Python також поширюється на визначення спеціальних фільтрів для подій VSCP, щоб розробники могли вказати, які події впоратися на основі класу, типу чи пріоритету. Це робить Python чудовим вибором для створення та розробки масштабованих рішень IoT, орієнтованих на події.
VSCP та домашній помічник
Домашній помічник (https://www.home-assistant.io) – це платформа для автоматизації домашньої автоматизації з відкритим кодом, яка може похвалитися величезним масивом параметрів підтримки та налаштування пристроїв. Він може поєднати розумні домашні пристрої, такі як датчики температури, вогні та тривоги. Низька архітектура VSCP та модульний дизайн домашнього помічника разом роблять передачу подій та обробляти безшовні в режимі реального часу.
Для додатків IoT, що включають низьку затримку та мінімальну накладну, легка, архітектура VSCP, керована подіями, є ідеальною. Простота протоколу разом із вдосконаленими інструментами для програмування створює основу для дуже широкого спектру застосувань від низького рівня, що обробляє події в реальному часі в системах IoT, до більш досконалих механізмів, таких як інтеграція машинного навчання для прогнозування. Однак залишаються виклики, такі як ризики безпеки, неадекватна перехресна сумісність між різними пристроями IoT та потенціалом для масштабу.
Майбутнє
Покращена продуктивність протоколу: Існує масштаб для покращення продуктивності VSCP при роботі з великою кількістю даних та забезпеченням спілкування в режимі реального часу в різних типах мереж. Оптимізація мережі, стиснення даних та протокол безпеки можуть допомогти вирішити пропускну здатність та проблеми конфіденційності.
Сумісність: Необхідні дослідження для інтеграції VSCP з іншими платформами IoT та стандартами зв'язку для перехресної сумісності (наприклад, MQTT або COAP), оскільки це може забезпечити зв'язок між двома різними системами.
Машинне навчання та аналітика даних: Коли порівняно велика кількість даних створюється датчиками галузі, поєднання алгоритмів машинного навчання з VSCP може допомогти при прогнозному обслуговуванні машин. Подальші дослідження можуть вивчити видобуток цих даних та використання прогнозних аналітичних алгоритмів, а також рамки прийняття рішень для більшої автоматизації.
Інтеграція з технологіями нового покоління: Інтеграція IoT Systems на основі VSCP з технологіями нового покоління, включаючи 5G мережі, обчислювальні обчислення, блокчейн та квантові системи, досі досліджуються. Ці технології можуть суттєво змінити спосіб спілкування та обробки даних IoT при забезпеченні конфіденційності.