Architecture of IoT Systems - Sensors, Actuators, Gateways, Cloud

IoT system માં સાંકળની જેમ કામ કરતા ચાર મુખ્ય ભાગ હોય છે: દુનિયાને માપતાં sensors, એના પર કામ કરતાં actuators, data ભેગો કરીને આગળ મોકલતાં gateways, અને એને સંઘરીને પ્રક્રિયા કરતું cloud, જે કાચાં માપને નિર્ણયોમાં ફેરવે છે.

11 min read · 7 cards · 2 checks

Read in: English · हिन्दी · ગુજરાતી


Theory

IoT system ના ભાગ

IoT system એટલે ફક્ત sensors નહીં; એ ભાગોની એવી સાંકળ છે જે સાથે મળીને ભૌતિક જગતમાંથી માપ લે છે અને એને ઉપયોગી કાર્યમાં ફેરવે છે. આ ભાગો જાણવા, અને એમનામાંથી data કઈ રીતે વહે છે એ સમજવું, કોઈ પણ IoT (કે AIoT) system સમજવા માટે અનિવાર્ય છે.

ચાર મુખ્ય ઘટકો છે sensors, actuators, gateways અને cloud. આ પાઠ દરેકને સમજાવે છે અને એ કઈ રીતે જોડાય છે એ પણ. Smart farm પર એ એક ચક્ર બનાવે છે: sensor જમીન વાંચે છે, data gateway થઈને cloud ના AI સુધી જાય છે, અને પાછો હુકમ આવે છે કે સિંચાઈનો valve ખોલો, જે actuator છે. માપો, મોકલો, પ્રક્રિયા કરો, કરો.

At a glance

ઘટકભૂમિકા
Sensorsભૌતિક જગતમાંથી data માપે અને ભેગો કરે (input)
Actuatorsએના જવાબમાં ભૌતિક જગત પર કામ કરે (output)
Gatewaysસ્થાનિક ઉપકરણો પાસેથી data ભેગો કરે, થોડી પ્રક્રિયા કરે, અને cloud સુધી આગળ મોકલે
Cloudમોટા પાયે data સંઘરે, પ્રક્રિયા કરે અને તપાસે (તથા AI ચલાવે), અને નિર્ણયો પાછા મોકલે

Theory

Sensors અને actuators: input અને output

Sensors એ input બાજુ છે: એ કંઈક ભૌતિક માપે છે, જેમ કે તાપમાન, જમીનનો ભેજ, હલનચલન, પ્રકાશ કે ચિત્ર, અને એને data માં ફેરવે છે. એ IoT system ની ઇન્દ્રિયો છે.

Actuators એ output બાજુ છે: એ નિર્ણયના જવાબમાં ભૌતિક જગત પર કામ કરે છે, જેમ કે motor ચાલુ કરવી, valve ખોલવો, દીવો ચાલુ કરવો, કોઈ ભાગ ખસેડવો. System જગતને ફક્ત જુએ નહીં પણ એના પર અસર કરે, એ આમના દ્વારા થાય છે.

એટલે પૂરું IoT ચક્ર માપી પણ શકે (sensors) અને કરી પણ શકે (actuators): સ્થિતિ માપો, નિર્ણય કરો, અને એના જવાબમાં કંઈક બદલો. ખેતરમાં ભેજનું sensor સૂકાપણું પકડે છે, અને સિંચાઈનો valve (actuator) પાક ને પાણી આપવાનું કામ કરે છે.

Theory

Gateways અને cloud

સ્થાનિક ઉપકરણો અને internet ની વચ્ચે gateway બેસે છે. એ આસપાસનાં ઘણાં ઉપકરણો પાસેથી data ભેગો કરે છે, ઘણી વાર થોડી સ્થાનિક પ્રક્રિયા પણ કરે છે (ગાળવું, ભેગું કરવું), અને પછી data ને આગળ મોકલે છે; આમ એ ઉપકરણોના સ્થાનિક network ને internet તથા cloud સાથે જોડે છે અને બંને વચ્ચે અનુવાદ પણ કરે છે.

Cloud એટલે એવાં દૂરનાં servers જે મોટા પાયે data સંઘરે, પ્રક્રિયા કરે અને તપાસે છે, અને AI ઘણી વાર અહીં જ ચાલે છે. પછી cloud નિર્ણયો કે હુકમો પાછા ઉપકરણો સુધી (actuator સુધી) મોકલી શકે છે. એટલે સ્તરો આમ ગોઠવાય છે: સૌથી નીચે perception (sensors અને actuators), વચ્ચે network (gateways અને જોડાણ), અને ઉપર application તથા cloud (પ્રક્રિયા, AI, સંગ્રહ). Data સમજાવા માટે ઉપર વહે છે, અને હુકમો કામ કરવા માટે નીચે પાછા વહે છે.

Quiz

IoT system માં actuator ની ભૂમિકા શી છે?

  1. ભૌતિક જગતમાંથી data માપવાની
  2. નિર્ણયના જવાબમાં ભૌતિક જગત પર કામ કરવાની (દા.ત. valve ખોલવો કે motor ચાલુ કરવી)
  3. Cloud માં data સંઘરવાની
  4. Internet નું જોડાણ પૂરું પાડવાની
Show the answer

નિર્ણયના જવાબમાં ભૌતિક જગત પર કામ કરવાની (દા.ત. valve ખોલવો કે motor ચાલુ કરવી)

Actuator એ IoT system ની output બાજુ છે: એ નિર્ણયના જવાબમાં ભૌતિક જગત પર કામ કરે છે, જેમ કે સિંચાઈનો valve ખોલવો, motor ચાલુ કરવી કે દીવો ચાલુ કરવો. વિકલ્પ A sensor વર્ણવે છે, જે input બાજુ છે (ભૌતિક રાશિઓ માપવી). વિકલ્પ C cloud વર્ણવે છે (data સંઘરવો અને એની પ્રક્રિયા કરવી). વિકલ્પ D gateway તથા જોડાણની ભૂમિકા વર્ણવે છે (ઉપકરણોને internet સાથે જોડવાં). ભૂમિકાઓ જુદી જ રાખો: sensors માપે (input), actuators કરે (output), gateways આગળ મોકલે, cloud પ્રક્રિયા કરે. Actuator દ્વારા જ system જગતને ફક્ત જોવાને બદલે બદલે છે.

Think first

Sensor નો data સીધો cloud માં મોકલવાને બદલે gateway રાખવાની જરૂર જ શી?

દરેક sensor સીધું cloud સાથે જોડાય એને બદલે data ને સ્થાનિક gateway થઈને કેમ મોકલવો? વિચારીને પછી tap કરો.

Show the answer

કારણ કે gateway જોડાણ, કાર્યક્ષમતા અને સંકલનના એવા વ્યવહારુ પ્રશ્નો ઉકેલે છે જે દરેક નાનકડું sensor જાતે cloud સુધી પહોંચવા મથે તો મોંઘા કે અશક્ય બની જાય.

પહેલું, જોડાણ અને વીજળી: ઘણાં sensors નાનાં, સસ્તાં અને ઓછી વીજળી વાપરતાં ઉપકરણો હોય છે, જે પોતે આખું internet જોડાણ (જેમ કે Wi-Fi કે cellular) ચલાવી શકતાં નથી; એમ કરવાથી એમની batteries ખાલી થાય અને કિંમત વધે. એટલે એ ટૂંકા અંતરની, ઓછી વીજળી વાપરતી કડીઓ (જેમ કે Bluetooth કે Zigbee) થી નજીકના gateway સાથે વાત કરે છે, અને gateway પાસે internet સુધી પહોંચવાનું સક્ષમ જોડાણ હોય છે. એટલે gateway ઘણાં સ્થાનિક ઉપકરણો માટે સહિયારો ચડવાનો રસ્તો બની જાય છે.

બીજું, કાર્યક્ષમતા: gateway આગળ મોકલતાં પહેલાં થોડી સ્થાનિક પ્રક્રિયા કરી શકે છે, એટલે કે ઘોંઘાટ ગાળી નાખવો, ઘણાં માપ ભેગાં કરવાં, કે બિનજરૂરી data ફેંકી દેવો. એટલે હજારો કાચા સંદેશા cloud પર ભરાવો કરે (bandwidth વાપરે અને ખર્ચ કરાવે) એને બદલે ફક્ત ઉપયોગી, ઘટ્ટ કરેલો data જ મોકલાય છે. એનાથી network પરનો બોજો, ખર્ચ અને latency ઘટે છે.

ત્રીજું, અનુવાદ અને સંકલન: સ્થાનિક ઉપકરણો જુદાં protocols બોલતાં હોઈ શકે, અને gateway ઉપકરણોના સ્થાનિક network તથા internet વચ્ચે પુલ બનીને અનુવાદ કરે છે તથા cloud સુધીનો એક જ રસ્તો રજૂ કરે છે. એ ઉપકરણોનું સ્થાનિક સંકલન પણ કરી શકે છે અને internet નું જોડાણ થોડી વાર તૂટે તો પણ એમને ચાલુ રાખી શકે છે.

ચોથું, edge computing (ઉદ્ગમની નજીક પ્રક્રિયા કરવી, જે આગળનો વિષય છે) માટે એ સ્વાભાવિક જગ્યા છે, જેથી cloud સુધી આંટો માર્યા વગર ઝડપી સ્થાનિક પ્રતિભાવ મળે.

એટલે gateway કોઈ બિનજરૂરી વચેટિયો નથી; એ સમજદાર પુલ છે જે ઘણાં મર્યાદિત ઉપકરણોને કાર્યક્ષમ અને સસ્તી રીતે જોડાવા દે છે, bandwidth ઘટાડે છે, વીજળી બચાવે છે, protocols નો અનુવાદ કરે છે અને સ્થાનિક પ્રક્રિયા શક્ય બનાવે છે. દરેક sensor સીધું cloud સાથે જોડાય તો એ મોંઘું, વીજળીભૂખ્યું અને સંભાળી ન શકાય એવું બની જાય, અને એટલે જ gateways છે. સ્થાનિક રીતે ભેગું કરો અને સમજદારીથી આગળ મોકલો, એ દરેક sensor ને એકલા લડવા દેવા કરતાં ઘણું સારું છે.

Summary

Key takeaways

  • IoT system એ ચાર મુખ્ય ઘટકોની સાંકળ છે: sensors, actuators, gateways અને cloud.
  • Sensors એ input બાજુ છે: એ ભૌતિક રાશિઓ (તાપમાન, ભેજ, હલનચલન, ચિત્રો) ને data તરીકે માપે છે.
  • Actuators એ output બાજુ છે: એ જવાબમાં ભૌતિક જગત પર કામ કરે છે (valve ખોલવો, motor ચાલુ કરવી).
  • Gateways ઘણાં સ્થાનિક ઉપકરણો પાસેથી data ભેગો કરે છે, થોડી પ્રક્રિયા કરે છે અને એને internet તથા cloud સુધી આગળ મોકલે છે.
  • Cloud મોટા પાયે data સંઘરે છે, પ્રક્રિયા કરે છે અને તપાસે છે (ઘણી વાર AI ચલાવીને) તથા નિર્ણયો પાછા મોકલે છે.
  • સ્તરો: perception (sensors અને actuators), network (gateways અને જોડાણ), application તથા cloud (પ્રક્રિયા અને AI).
  • યાદ રાખવાની કડી: sensors માપે, actuators કરે, gateways આગળ મોકલે, cloud પ્રક્રિયા કરે; data ઉપર જાય, હુકમો નીચે આવે.

Study this properly

This page is the lesson to read. In Gri-Learn the same topic is a graded deck: the self-checks are scored and your weak topics are tracked. Free to start.

Start this topic

Already have an account? Sign in

More from IoT Devices that Can Be Used in AI Applications - Basics

Gri-Learn · syllabus-mapped B.C.A. lessons in English, Hindi and Gujarati

Architecture of IoT Systems - Sensors, Actuators, Gateways, Cloud · Concepts of A.I. and IoT Devices (Minor-6-02) · Gri-Learn