採用更優異的模擬器確保物聯網專案順利運作

May 29, 2020 Kenton Williston

物聯網專案, 物聯網軟體平台

物聯網專案中一項最關鍵的步驟,就是將概念性驗證設計發展成可立即展開部署的設計。這個階段有許多需要特別注意的地方,其中經常被忽略的一項就是規模對效能的影響。

概念性驗證專案並非總是根據實際網路環境而設計。在實驗室中,工程師可能只能測試少數幾項裝置,而在實際應用的情境中,通常會有數百個,甚至數十萬個節點。

當網路中裝置數量增加時,先前未出現的問題就會一一浮現。端對端延遲和頻寬壅塞等網路流量較低時不會出現的問題,現在都會出現。關鍵任務訊息可能會丟失或延遲。要在整棟樓或整個洲數以千計的感測器之間協調流量,其困難度要比展示概念性驗證要大上許多。

使用模擬器確保物聯網專案順利運作

Beecham Research 最近的《物聯網專案為什麼會失靈?》(Why IoT Projects Fail​​​) 報告亦提及這個問題,並且強調在擴充裝置時,成功的關鍵在於進行完整的網路模擬。當物聯網部署發展成熟時,其架構會相當複雜且包含數量龐大的網路連接,因此在模型設計的過程中,進行模擬是必不可少的程序。在擴展物聯網並建立模型時,如果唯一的方式是進行模擬,那麼終端使用者勢必需要一款能勝任此工作的模擬器。

Gambit 的 MIMIC IoT Simulator 是一款能滿足此需求的解決方案。這款模擬器的作業環境提供網頁式瀏覽器使用介面和詳盡的說明文件,並支援各種形式的物聯網架構,包括範圍涵蓋全國各地的大規模物聯網部署。

MIMIC 不僅會嘗試模擬實體硬體,還會模擬物聯網內各裝置透過物聯網平台溝通時產生的流量。這讓客戶得以設計符合自己需求的測試情境。請觀看影片 1,瞭解這款工具如何模擬多台車輛沿運送路線行駛的狀況,包括突然停車或其他狀況。

 

影片 1.  MIMIC IoT Simulator 的使用案例之一是重建貨運車隊的行為模式。

 

MIMIC IoT Simulator 除了可以模擬裝置,還可以模擬閘道。這款模擬器採用事件驅動架構,可進行擴增以滿足任何物聯網測試需求,包括支援工業物聯網部署、智慧型城市技術和智慧農業的測試。

比較開源模擬器與商業模擬器

當然,坊間另有可以模擬網路流量的軟體,包括開源工具。那麼為何還需要商業工具呢?

像 MIMIC 這樣的模擬器,優點是保證定期更新,而且會不斷推出如 MQTT5 支援等新功能。使用上的便利性是另一項因素。除了直覺式使用介面外,Gambit 還提供不斷更新的實用部落格文章資料庫與解說影片。最重要的是,Gambit 可支援各式搭載 Intel® 技術的強大硬體,能處理概念性驗證部署,也能處理實際部署。

具備類似功能的各式開源工具雖然免費,但使用上比較不方便,也不一定能擴充至所需的網路規模,而且更新時間也較難掌握。此外,這些工具很可能也無法支援您的生產硬體,如此一來,從概念性驗證階段轉換到部署的過程會充滿挑戰。

建立極端案例

前面提過,擴充物聯網解決方案至完整生產規模的主要難題之一,就是難以預測哪些地方會出狀況。Gambit 對此問題的解決方式,就是提供終端使用者大量的工具組,來模擬設備在非理想狀況下的運作方式。工程師可以在模擬情境中安排某些類型的故障情形或具體的狀況,然後觀察應用程式會如何處理這些問題。

在控制系統情境中,感測器會產生動態遙測資料,致動器會接收指令並促發實際的改變—例如,繼電器會根據環境情況斷開和閉合以開啟和關閉設備。

我們在影片 2 中呈現了這樣的雙向情境,這個情境採用一般物聯網控制系統,執行穩態回饋迴路。感測器會回報溫度,如果溫度過高,控制系統就會啟動冷卻系統致動器。接著溫度會下降,直到致動器關閉為止。但是如果溫度並未下降,這時會發生什麼事?控制系統是否有處理這種緊急狀況的機制?

 

影片 2.MIMIC 模擬控制系統中的複雜規則運作方式。

 

如果要協助終端使用者事先解決潛在的問題,就必須賦予他們這樣的彈性。根據 Beecham 的報告,物聯網部署過程中常遇到的一項主要問題,就是終端使用者會認為他們需要投入大量時間在硬體和相關後端應用程式的原型設計工作上。通常我們會將後端連線視為已解決的問題,而不是必須專門進行詳細分析的複雜議題。

藉由模擬事先發現問題並加以解決

部署規模龐大的物聯網是一項艱鉅的任務。如果網路工程師和 IT 工作人員能在部署前針對預期的行為加以模擬,就能更快找到問題,還可發現其他問題的徵兆並事先予以解決。

先在實驗室中將問題解決,就可以不用在生產現場面對這些問題。Gambit Communications 技術長 Uwe Zimmermann 表示:「回歸測試是另一項必定要做的事。」「在 QA 部門部署模擬器,可有效確保前晚對組建的修改不會產生任何問題。」

公司如果在部署過程中遇到阻礙,就更有可能全盤放棄,此外,沒有人樂意在專案進行到一半時換掉硬體,因為他們不是十分清楚即將到來的任務會需要用到哪些硬體。如果終端使用者在開始部署感測器之前,能夠更準確地建立網路和附屬裝置的模型,就可以更輕易地掌握專案需要的資源和設備。

作者簡介

Kenton Williston

Kenton Williston is the Editor-in-Chief of insight.tech and served as the editor of its predecessor publication, the Embedded Innovator magazine. Kenton received his B.S. in Electrical Engineering in 2000 and has been writing about embedded computing and IoT ever since.

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