As 5 camadas da pilha de tecnologia IoT

Nesta postagem, descrevo as 5 camadas da pilha de tecnologia IoT e como os gerentes de produto podem incorporá-las em sua estratégia de produto e roteiro.





Você provavelmente já ouviu falar muito sobre como a Internet das Coisas (IoT) vai revolucionar muitas áreas de nossa vida. E mesmo com todo esse potencial, muitos gerentes de produto ainda estão lutando para entender os conceitos básicos da IoT e como eles podem usá-la para fornecer valor adicional para seus clientes e empresa.

Nota: Se você for novo na IoT, recomendo meu artigo O que é a Internet das coisas.

Ao começar a usar a IoT, é fácil se intimidar com a complexidade, o jargão e o exagero. Mas não há nada com que se preocupar. A primeira etapa é parar de olhar para a IoT como uma caixa preta e começar a vê-la como um sistema composto de alguns blocos de tecnologia distintos.

Eu chamo esses blocos de 5 camadas da IoT Technology Stack. Depois de se familiarizar com a pilha de tecnologia IoT, você verá que não há nada mágico na IoT. São apenas sensores, computadores e redes juntos. A propósito, todos os produtos IoT têm essas 5 camadas, independentemente de serem produtos de consumo ou industriais.

Posteriormente nesta postagem, também descreverei como você pode usar este modelo conceitual para interagir com sua equipe, clientes e fornecedores. Mas, primeiro, vamos falar sobre a IoT Technology Stack.

Vamos começar!

Apresentando as 5 camadas da pilha de tecnologia IoT

A primeira etapa para se tornar um Gerente de Produto IoT é entender as cinco camadas da pilha de tecnologia IoT. Ao dividir uma solução IoT completa nessas cinco camadas, os gerentes de produto podem entender e analisar melhor as compensações de negócios e tecnologia necessárias em cada nível e no sistema como um todo. Essas cinco camadas são:



Para colocar essa pilha de tecnologia IoT em contexto, vamos imaginar que você esteja desenvolvendo um produto que monitora a integridade de uma turbina eólica. Este produto antecipa quando a turbina precisa de manutenção, economizando milhões de dólares em danos potenciais à turbina e evitando a interrupção do serviço.

Esta técnica é comumente conhecida como "manutenção preditiva".

Agora vamos usar o exemplo da turbina eólica para descrever em detalhes cada uma das camadas da pilha de tecnologia IoT.

Camada 1 - Hardware do dispositivo

Dispositivos constituem as “coisas” na Internet das Coisas. Os dispositivos atuam como a interface entre os mundos físico e digital. Eles são a primeira camada da pilha de tecnologia IoT.

A primeira coisa a considerar é se o seu produto é o próprio dispositivo conectado (ou seja, o termostato Nest) ou se o seu produto está transformando um existente dispositivo em um dispositivo conectado adicionando instrumentação (ou seja, adicionando sensores e comunicação a uma turbina eólica). Em nosso exemplo, você não está vendendo a turbina eólica, apenas o dispositivo que se conecta à turbina eólica. Em outras palavras, nosso exemplo de turbina eólica é uma solução “brownfield”.

Um dos principais objetivos do seu dispositivo é coletar dados. Em seguida, você precisa pensar sobre quais dados coletar e, portanto, qual hardware de dispositivo você precisa para fazer isso.

Para necessidades simples de coleta de dados, você pode precisar de apenas um sensor. Para uma coleta de dados mais complexa, você pode precisar de um computador industrial que contenha muitos sensores, um processador poderoso, armazenamento local, um gateway, etc.

Nesta camada da pilha de tecnologia IoT, é essencial entender os parâmetros de hardware, como custo, tamanho, facilidade de implantação, confiabilidade, vida útil, etc.

Por exemplo, para pequenos dispositivos como smartwatches, você pode ter apenas espaço físico para um System on a Chip (SoC). Para soluções mais exigentes, você pode precisar de um computador integrado como a placa Raspberry Pi, Arduino ou BeagleBone. Para necessidades críticas de computação, você pode precisar de computadores industriais avançados, como RIO compacto ou PXI. Todas essas soluções têm requisitos diferentes em relação a custo, tamanho, vida útil da bateria, etc.

Para o nosso produto de monitoramento de turbina eólica, precisaremos de um acelerômetro como sensor para coletar dados de vibração. Se a vibração estiver fora de uma faixa específica, isso significa que a turbina eólica precisa de manutenção. Por se tratar de uma aplicação industrial pesada, provavelmente precisaremos usar um computador industrial como o RIO compacto, uma vez que tem poder de computação suficiente e já possui acelerômetros integrados.

Seu dispositivo também precisará de hardware para comunicar os dados para a nuvem. Mais sobre isso na seção de comunicações.

Artigo recomendado: Como funciona um dispositivo IoT?

Camada 2 - Software do dispositivo

O software do dispositivo é o componente que transforma o hardware do dispositivo em um "dispositivo inteligente". O software do dispositivo é a segunda camada da pilha de tecnologia IoT.

O software do dispositivo permite o conceito de “hardware definido por software”, o que significa que um determinado dispositivo de hardware pode servir a vários aplicativos, dependendo do software integrado que está executando.

O software do dispositivo permite que você implemente a comunicação com a nuvem ou outros dispositivos locais. Você pode realizar análises em tempo real, aquisição de dados dos sensores do seu dispositivo e até mesmo controle.

Esta camada da pilha de tecnologia IoT é crítica porque serve como a cola entre o mundo real (hardware) e seus aplicativos em nuvem. Caberá a você e sua equipe decidir quanta funcionalidade você coloca aqui e na nuvem.

Você também pode usar o software do dispositivo para reduzir os riscos de desenvolvimento de hardware. Construir hardware é caro e leva muito mais tempo do que software. Portanto, em vez de construir seu dispositivo para um propósito estreito e específico, é melhor usar hardware genérico que pode ser personalizado pelo software do seu dispositivo para lhe dar mais flexibilidade no futuro.

Esta técnica é frequentemente conhecida como "hardware definido por software". Desta forma, você pode atualizar seu software embarcado remotamente através da nuvem, que irá atualizar sua funcionalidade de “hardware” em campo.

Eu divido a camada de software do dispositivo em duas categorias:

Sistema operacional do dispositivo

A complexidade de sua solução de IoT determinará o tipo de sistema operacional de dispositivo (SO) de que você precisa. Algumas das principais considerações incluem se seu aplicativo requer processamento em tempo real, o tipo de suporte de E / S de que você precisa e se você precisa de suporte para a pilha TCP / IP completa. Exemplos comuns de sistemas operacionais incorporados incluem Linux, Brillo (Android reduzido), Windows Embedded e VxWorks, para citar alguns.

Aplicativos do dispositivo

Os aplicativos do dispositivo são executados no Edge OS e fornecem a funcionalidade específica para sua solução IoT. Aqui as possibilidades são infinitas. Você pode se concentrar na aquisição de dados e streaming para a nuvem, análises, controle local, etc.

Para o nosso exemplo de monitor de turbina eólica, nosso acelerômetro irá coletar amostras frequentes para medir a vibração. Isso produz uma enorme quantidade de dados. Mas não precisamos enviar todos os dados para a nuvem - apenas os dados que indicam que há um problema. Portanto, nosso software aplicativo de dispositivo monitorará os dados localmente e enviará apenas avisos e condições de erro. Ele também executará controle em tempo real para desligar a turbina se a vibração sair dos parâmetros que você especificou.

Dica do gerente de produto: Se o hardware e o software do dispositivo trabalham juntos para criar um dispositivo inteligente, por que representá-los separadamente na pilha de tecnologia IoT? É útil pensar neles separadamente, porque eles são construídos por equipes diferentes usando requisitos, processos e cronogramas muito diferentes. O software do dispositivo será desenvolvido por engenheiros de software usando uma abordagem ágil. Os dispositivos, por outro lado, serão desenvolvidos por um grupo de engenharia de hardware seguindo um processo NPI de hardware. Essa separação tornará seu trabalho muito mais confortável, pois você planeja roteiros e trabalha com várias equipes.

Camada 3 - Comunicações

Comunicações referem-se a todas as diferentes maneiras pelas quais seu dispositivo trocará informações com o resto do mundo. As comunicações são a terceira camada da pilha de tecnologia IoT. Dependendo do seu setor, algumas pessoas se referem a esta camada da pilha de tecnologia IoT como "conectividade". Nesta postagem, estou usando o termo mais genérico "comunicações", mas estou me referindo à mesma coisa.

As comunicações incluem redes físicas e os protocolos que você usará. É verdade que a implementação da camada de comunicação é encontrada no hardware do dispositivo e no software do dispositivo. Mas a partir de um modelo conceitual (não modelo de implementação), prefiro manter as Comunicações como sua própria camada para facilitar as discussões com o resto da minha equipe.

Selecionar os mecanismos de comunicação corretos é uma parte crítica de sua estratégia de produto IoT. Ele determinará não apenas como você obtém dados dentro e fora da nuvem (por exemplo, usando Wi-Fi, WAN, LAN, 4G, 5G, LoRA, etc.), mas também, como você se comunica com dispositivos de terceiros em o mesmo edifício.

Por exemplo, é comum que sistemas em edifícios inteligentes se comuniquem entre si usando o protocolo BACnet. Se o seu dispositivo está envolvido na automação predial, é uma boa ideia que ele forneça suporte BACnet, mesmo se você não tiver certeza se deseja que seu dispositivo se comunique com outros dispositivos no prédio.

Sua estratégia de comunicação tem impacto na topologia geral de seu sistema. Por exemplo, se sua solução IoT tem dez sensores, cada sensor deve se comunicar diretamente com a nuvem? Ou você deveria ter dez sensores mais simples (e mais baratos) que se comunicam com um gateway central para agregação e transmissão de dados de longo alcance?

Essas decisões não são puramente técnicas. Essas são decisões de negócios que os gerentes de produto precisam tomar enquanto consideram o impacto no custo, na implantação e na complexidade técnica da solução.

Para o meu exemplo de monitor de turbina eólica, a primeira inclinação pode ser conectar os dispositivos a uma rede local. Mas o parque eólico pode estar no meio do nada e tudo o que você tem é uma torre de telefone celular próxima. Portanto, você terá que se conectar à nuvem via comunicação celular.

Esta decisão terá implicações na seleção do hardware e software do dispositivo e no custo, porque você terá que pagar a um provedor de serviços de celular pela conexão. Esse custo adicional também apóia nossa decisão de pré-analisar os dados do sensor no dispositivo e apenas enviar insights acionáveis ​​para a nuvem, em vez de enviar todo o conjunto de dados produzido pelo acelerômetro. Lembre-se, quanto mais dados você transmite, mais custa para você .

Camada 4 - Cloud Platform

A plataforma de nuvem é a espinha dorsal de sua solução de IoT. Se você está familiarizado com o gerenciamento de ofertas de SaaS, então conhece bem a função dessa camada da pilha de tecnologia IoT.

Uma plataforma em nuvem fornece a infraestrutura que dá suporte a estas áreas críticas:

Coleta e gerenciamento de dados

Seus dispositivos inteligentes irão transmitir informações para a nuvem. Ao definir os requisitos de sua solução, você precisa ter uma boa ideia do tipo e da quantidade de dados que coletará diariamente, mensalmente e anualmente.

Um dos desafios dos aplicativos IoT é que eles podem gerar uma enorme quantidade de dados. Você precisa ter certeza de definir seus parâmetros de escalabilidade para que seus arquitetos possam determinar a solução certa de gerenciamento de dados desde o início.

Artigo recomendado: Big Data:6 áreas-chave que todo gerente de produto deve abordar

Analytics

Analytics é um dos componentes críticos de qualquer solução IoT. Por análise, estou me referindo à capacidade de processar dados, encontrar padrões, realizar previsões, integrar o aprendizado de máquina, etc. É a capacidade de encontrar insights de seus dados, e não apenas os dados, que torna sua solução valiosa. A análise pode ser tão simples quanto agregação e exibição de dados ou pode ser tão elaborada quanto usar aprendizado de máquina ou inteligência artificial. Não há certo ou errado aqui. As necessidades do seu cliente informarão que tipo de análise você precisará realizar para resolver sua necessidade.

APIs de nuvem

A Internet das Coisas tem tudo a ver com conectar dispositivos e compartilhar dados, o que você pode conseguir expondo APIs no nível da nuvem ou no nível do dispositivo. As APIs de nuvem permitem que seus clientes e parceiros interajam com seus dispositivos ou troquem dados. Lembre-se de que abrir uma API não é uma decisão técnica; é uma decisão de negócios.

Artigo recomendado: O negócio das APIs:o que os gerentes de produto precisam planejar

Os gerentes de produto precisam fornecer às suas equipes uma direção clara da solução geral de IoT para que as equipes técnicas possam determinar a arquitetura de nuvem certa. Os gerentes de produto também precisam avaliar o custo e a complexidade do desenvolvimento da plataforma em nuvem por meio de uma análise de construção versus compra.

Cada equipe técnica se inclina para construir uma solução completa a partir do zero. Mas, independentemente de a equipe ser capaz de fazer isso ou não, é essencial para o Gerente de Produto determinar se construir sua plataforma de nuvem faz "sentido para os negócios", não apenas do ponto de vista de desenvolvimento, mas também considerando o custo total de propriedade, manutenção, suporte, confiabilidade e tempo de colocação no mercado.

Em muitos casos, pode ser melhor aproveitar o PaaS (plataforma como serviço) existente. Existem muitos no mercado, portanto, para um mergulho mais profundo na camada da plataforma de nuvem da pilha de tecnologia IoT, recomendo meu artigo:

Artigo recomendado: O que é uma plataforma IoT (e como escolher uma)

Para nosso exemplo de monitoramento de turbina eólica, vamos pensar sobre quantos dados teremos que armazenar. Os dados de uma turbina podem não parecer muitos. Mas com o passar dos anos, isso vai aumentar. Além disso, lembre-se de que sua plataforma em nuvem precisa oferecer suporte a dados de milhares de turbinas eólicas. Com o tempo, isso será uma enorme quantidade de dados, então nossa infraestrutura de nuvem precisa permitir o armazenamento e processamento flexíveis desses dados.

Além disso, sua análise de nuvem pode precisar processar dados de entrada em tempo real para detectar tendências e ser capaz de fazer previsões de quando as turbinas precisarão de manutenção. Você também pode precisar abrir uma API para trazer essas informações à sua camada de aplicativo.

Camada 5 - Aplicativos em nuvem

Esta quinta camada da pilha de tecnologia IoT é a mais facilmente compreendida por equipes e executivos de produto. Seus aplicativos de usuário final são a parte do sistema que seus clientes verão e com a qual interagirão. Esses aplicativos provavelmente serão baseados na web e, dependendo das necessidades do usuário, você pode precisar de aplicativos separados para desktop, celular e até mesmo wearables.

Mesmo que seu dispositivo inteligente tenha seu próprio display, é muito provável que seu cliente use um aplicativo em nuvem como seu principal ponto de interação com sua solução. Isso permite que eles tenham acesso aos seus dispositivos inteligentes a qualquer hora e em qualquer lugar, o que faz parte do objetivo de ter dispositivos conectados.

Os gerentes de produto devem entender seus usuários e o "trabalho a ser feito" de seu produto. Ao projetar seus aplicativos de usuário final, é muito importante entender quem é seu usuário e qual é o objetivo principal ao usar seu produto. Lembre-se de que, para aplicações IoT Industrial, você provavelmente terá mais de um usuário.

Os aplicativos também podem ser divididos em aplicativos voltados para o cliente e aplicativos internos. Os aplicativos voltados para o cliente geralmente recebem mais atenção, mas, no caso da IoT, os aplicativos internos são igualmente importantes. Isso inclui aplicativos para provisionar remotamente e solucionar problemas de dispositivos, monitorar a saúde de sua frota de dispositivos, relatar sobre desempenho e manutenção preditiva, etc.

Esses aplicativos internos exigirão uma compreensão profunda de seus clientes externos e internos e exigirão a priorização e recursos corretos para garantir que eles não caiam por terra. Eles são um componente-chave de uma solução de IoT, portanto, é responsabilidade do Gerente de Produto garantir que sejam concluídos.

Para o nosso monitor de turbina eólica, uma aplicação possível seria um aplicativo da web usado por operadores de parques eólicos que trabalham em uma sala de controle central. Este aplicativo exibe informações e tendências sobre as milhares de turbinas que eles gerenciam e os alerta quando uma determinada turbina precisa de manutenção. A operadora pode obter essas informações em tempo real e enviar a equipe de serviço para realizar manutenções preventivas, evitando reparos onerosos e interrupções no serviço.

Artigo recomendado: Por que é tão difícil criar uma boa experiência do usuário em IoT

E “the Edge”?

Você provavelmente já ouviu o termo "borda" usado ao lado da IoT. Borda se refere a “computação de ponta”, que é a capacidade de realizar análises ou algum outro trabalho computacional mais próximo de onde seus sensores estão.

A pergunta que sempre recebo é:por que você não incluiu a borda como uma das camadas da pilha de tecnologia IoT? Essa é uma ótima pergunta! E a resposta é simplesmente:simplicidade.

Neste post, estou apresentando um modelo conceitual da IoT Technology Stack para ajudá-lo nas conversas com todas as partes interessadas e clientes.

Este modelo genérico não se destina a ser uma representação de engenharia exata de uma solução IoT. Isso aumentaria a complexidade e anularia o propósito de ter uma ferramenta de comunicação simples.

Outra razão é que a definição de “borda” muda dependendo de com quem você está falando. Por exemplo, dependendo do fornecedor, a vantagem pode ser:

• O próprio dispositivo
• Um portal
• Um servidor local que coleta dados antes de se conectar à nuvem
• O limite da rede celular ou “limite da Telco” se você estiver conversando com provedores de telecomunicações
• O limite da rede elétrica (ou seja, medidores inteligentes) se você estiver falando com concessionárias

Como você pode ver, a definição e a interpretação variam. Minha recomendação é mantê-lo simples e usar essas 5 camadas da pilha de tecnologia IoT.

Mas, se você precisar adicionar a borda para maior clareza, pode modificar meu diagrama para adicionar as camadas necessárias que representam melhor sua solução. O objetivo é ter um modelo conceitual que VOCÊ possa usar para se comunicar com todos os seus stakeholders.

A pilha de tecnologia IoT é uma ferramenta de comunicação

Como você deve usar este modelo das 5 camadas da IoT Technology Stack? Use-o como uma ferramenta de comunicação.

Como gerentes de produto, precisamos interagir com muitas pessoas em nossa organização, bem como com clientes e parceiros. Eu descobri que o primeiro desafio é colocar todos na mesma página. É aí que essa ferramenta entra em jogo.

Cada vez que falo com novos grupos, atualizo a pilha de tecnologia de IoT para garantir que todos entendam do que estou falando quando digo IoT ou soluções de IoT de ponta a ponta. Dá a todos um quadro de referência E uma linguagem comum para se referir aos vários blocos de construção. Isso elimina a abordagem de “caixa preta” da IoT e a coloca em termos que todos possam entender.

Incluo esta IoT Technology Stack na maioria das minhas apresentações (internas e externas), e frequentemente abro todas as reuniões alinhando todos nas 5 camadas e, em seguida, na camada específica em que estaremos nos concentrando para esta reunião.

Isso me ajuda a ancorar discussões não apenas com a equipe técnica, mas também com vendas, marketing, executivos, design, ciência de dados, conformidade, fornecedores, etc.

Agora que você está familiarizado com a IoT Technology Stack, recomendo fortemente a leitura de meu artigo no The IoT Decision Framework. Ele lhe dará o próximo nível de ferramentas para abordar o gerenciamento de produtos IoT de uma forma estruturada.

Curso online recomendado: O Programa de Certificado de Gerente de Produto IoT

O resultado final

As the Internet of Things continues to grow, the world will need an army of IoT-savvy Product Managers. And those Product Managers will need to understand each layer of the IoT Technology Stack, and how they all fit together into a complete IoT solution.

Product Managers will need to make strategic business and technical decisions at each layer to ensure the success of their products.

Quick favor. If you enjoyed this article, then it’d be a HUGE help if you shared it with other product folks.

Onde você vai daqui? Read my next post, where I share an IoT Decision Framework. My framework builds on top of the IoT Technology Stack to give you a structured method to develop your IoT product strategy and roadmap.