Aktuální vydání

celé číslo

07

2018

Hospodárné využívání energií a surovim

Monitorovací systémy životního prostředí

celé číslo

Pohled do nitra cloudu

Technici i vědci ve stále větší míře využívají měřicí systémy ve vzdálených a obtížně přístupných lokalitách. Jde o měřicí systémy založené na stolních počítačích, vestavných systémech, např. na platformě PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) nebo na odolnějších platformách, jako je např. systém vzdálených I/O CompactRIO od National Instruments. Účelem těchto systémů je např. zajistit nepřetržitý dohled nad veřejnými budovami a infrastrukturou nebo umožnit prediktivní údržbu složitých strojních zařízení. Protože tyto měřicí systémy bývají distribuované a často také izolované, je pro koncové uživatele klíčovým požadavkem možnost přistupovat k naměřeným hodnotám na dálku. Služba TDC, Technical Data Cloud, je nový produkt v nabídce společnosti National Instruments: jde o plně připravené, zabezpečené, flexibilní a spolehlivé řešení pro agregaci, uložení a sdílení technických dat realizované prostřednictvím cloudu.

Vzdálený dohled

Zákazníci firmy National Instruments, bez ohledu na průmyslový obor, v němž působí, produkují ve svých měřicích a automatizačních systémech stále větší objemy dat. Tato data mají pro jejich techniky a vývojáře zásadní význam, ale jejich agregace a uložení bývají často náročné. Zvláště to platí pro měřicí nebo řídicí systémy ve vzdálených nebo obtížně dosažitelných lokalitách: uvnitř mostní konstrukce, na vrcholu telekomunikačního stožáru uprostřed pralesa nebo ve stavebním stroji. Typické oblasti, kde jsou vzdálený dohled a sdílení technických dat klíčovými požadavky, jsou např.:

  • monitorování stavu konstrukcí – structural health monitoring,
  • sledování stavu prostředí,
  • sledování provozu strojů a zařízení,
  • sledování provozu rozvodných a distribučních soustav,
  • sledování provozu solárních nebo větrných elektráren.

V těchto oblastech je pro techniky a inženýry mimořádně náročné komunikovat s každým ze stovek a tisíců měřicích zařízení a získávat z něj data. Dokonce, i když se podaří mít k datům přístup, ať na dálku, nebo na místě, zbývá vyřešit další úkol: posbírat data z mnoha lokalit, soustředit je na jedno místo a důležitá data sdílet tak, aby je bylo možné analyzovat a vytvářet z nich souhrnné zprávy a dokumenty.

Tradiční přístup

Pro agregaci, uložení a sdílení dat mohli technici a vědci v minulosti využít jen jednu možnost: pro tento účel vytvořit na zakázku jednoúčelový interní informační systém. Obecně tyto typy systémů obsahují buď surová data přenášená ze vzdálených lokalit do centrálního serveru např. prostřednictvím TCP/IP, nebo datové soubory vytvořené vzdáleným systémem a zavedené do centrálního informačního systému. Zmíněný přístup s sebou ale nese několik problémů.

Zaprvé, za předpokladu, že se zákazník NI rozhodne takový systém vytvořit, potřebuje k tomu čas, úsilí a investice do pořízení serverů, databází a síťové infrastruktury. To ovšem nemusí být ta největší položka nákladů. Tou bývá údržba: je třeba zajistit, aby celý systém neustále fungoval.

Před nedávnem se objevila nová možnost: vybudovat své vlastní řešení ve veřejném cloudu poskytovaném některou z firem jako Microsoft, Amazon, IBM apod. Ačkoliv informační systém založený na cloudu má nižší počáteční náklady, protože není třeba si pořizovat ani udržovat hardware datového centra, v němž probíhá agregace a ukládání dat, vyžaduje tento postup nové znalosti vytváření aplikačních programů s využitím cloudových služeb. Navíc i cloudová aplikace potřebuje trvalou údržbu, aby pracovala tak, jak má.

Další možností je využívat cloudovou aplikaci, kterou již někdo vytvořil a stará se o ni. Pro to, aby technici a vědci mohli svá data ukládat v cloudu a později k nim přistupovat z jakéhokoliv místa, kde je dostupný internet, představila společnost NI nový produkt: TDC, Technical Data Cloud.

Příchod cloud computingu

Cloud computing, „obláčkové počítání“, je nová generace postupů zpracování dat. Je to metoda, která využívá vzdálené servery, jež uživateli poskytují služby a úložný prostor přístupný prostřednictvím internetu, obvykle na vyžádání (consumption-based model, tedy podobně, jako člověk využívá elektřinu nebo plyn). Typičtí poskytovatelé cloudových služeb jsou firmy Microsoft, IBM, Amazon nebo Google. Tyto firmy nabízejí své služby a aplikace přístupné on-line, např. prostřednictvím webového prohlížeče. Data se ukládají a zpracovávají ve vzdálených serverech, které jsou typicky vlastněny jinými firmami, jež se starají o jejich bezporuchový a zabezpečený provoz.

Nárůst popularity cloud computingu je způsoben snahou sdílet náklady na údržbu serverového hardwaru i softwaru, omezit náklady na rozšíření nebo naopak zmenšit velikost informačního systému podle momentálních požadavků a mít možnost přistupovat k datům odkudkoliv, kde je připojení k internetu. Technikům a vědcům cloud computing v blízké budoucnosti přinese prospěch zejména v těchto oblastech:

  • agregace dat,
  • výpočetní výkon,
  • přístup odkudkoliv.

Cloud je jednoduše propojená síť počítačů ve velkých datových centrech po celém světě. Jednou ze zásadních výhod tedy je pružnost zdrojů. Při použití cloudu nejsou uživatelé omezeni velikostí a množstvím serverů, které vlastní jejich podnik. Data, která jsou sesbírána a zpracována, mohou být uložena do cloudu společně k dalším datovým souborům. Jestliže se množství dat zvětšuje, v cloudu jim je prostě poskytnuto více místa.

Úvod k produktu TDC

Technical Data Cloud (TDC) je vysoce dostupná cloudová služba od společnosti National Instruments, navržená tak, aby poskytla inženýrům a vědcům nástroj pro bezpečnou konsolidaci, ukládání a sdílení naměřených hodnot. TDC je složitá aplikace umístěná ve velkých, profesionálně spravovaných datových centrech třetích stran, dostupná odkudkoliv na světě.

Posílat data do TDC a číst je je možné z jakékoliv aplikace běžící na libovolném PC nebo inteligentním zařízení připojeném k veřejnému internetu prostřednictvím Ethernetu, WiFi, mobilní nebo satelitní sítě. TDC obsahuje sadu webových služeb API založených na standardu RESTful, které umožňují zasílání a přijímání dat. Uživatel má dvě možnosti, jak k API přistupovat:

Použít LabVIEW TDC API. Toto rozhraní API je sada aplikací VI (VMware Infrastructure) podobná toolkitu, určená k otvírání a připojení jednotlivých projektů TDC a následně ke čtení, zapisování, přepisování a mazání dat. Takto může uživatel LabVIEW pracovat s daty podobně jako se soubory I/O a nepotřebuje znát příkazy HTTP nižší úrovně. Toto API podporuje funkce jako automatické obnovení dat při ztrátě internetového připojení a dočasné ukládání na disku, aby naměřená data nebyla ztracena.

Vytvořit dotaz pomocí příkazů HTTP v textově orientovaném jazyce nižší úrovně. K projektům TDC je možné přistupovat také prostřednictvím jazyků C, C++, C# a Python. Pro nahrávání dat a přístup k nim je rovněž možné použít webové služby RESTful, protože API TDC je založeno na standardních webových službách REST. Tento přístup je ovšem mnohem složitější a vyžaduje znalost programování v HTML a XML.

V obou případech může být provoz protokolem HTTP zakódován pomocí SSL, tedy stejným kódováním, které pro svou komunikaci s klienty používají banky a jiné instituce, aby zabezpečily transakce uskutečňované prostřednictvím svých webových stránek.

V nejběžnějším případě programátor LabVIEW vyvine novou měřicí nebo řídicí aplikaci (nebo rozšíří už existující), která bude periodicky posílat data do TDC prostřednictvím LabVIEW TDC API. Data, která jsou jednou uložena v TDC, mohou být získávána jednou nebo více klientskými aplikacemi; tyto klientské aplikace mohou být jiné aplikace LabVIEW, webové stránky nebo aplikace pro tablety či chytré telefony (obr. 1).

Výhody TDC

Aplikace TDC dává mnohé významné výhody těm, kteří potřebují konsolidovat a sdílet informace z měřicích a řídicích systémů umístěných v rozptýlených nebo vzdálených místech:

Integrace s LabVIEW. Uživatelé LabVIEW mohou rychle a snadno posílat data do TDC prostřednictvím jednoduchého rozhraní G API bez nutnosti znát příkazy HTTP nižší úrovně.

Rychlost. S TDC lze začít snadno a rychle, protože uživatelé nepotřebují nastavovat ani konfigurovat žádné servery, databáze nebo síťovou infrastrukturu.

Nízké náklady. Ačkoliv produkty a služby využívající cloud zpravidla v dlouhodobé perspektivě nejsou levnější než jednoúčelová řešení (to velmi záleží na konkrétním případě), uživatelé nemusí nic investovat do hardwaru, využívají jen to, co potřebují, a o náklady na služby se dělí s velkým počtem ostatních uživatelů.

Spolehlivost. Datová centra, kde běží TDC, jsou provozována profesionály – společnostmi, jejichž klíčovou kompetencí je poskytování služeb cloud computingu a základním cílem je poskytovat spolehlivé služby 24 hodin denně sedm dní v týdnu. Také samotná aplikace TDC byla vyvinuta profesionály společnosti National Instruments a je nepřetržitě monitorována, aby se předešlo všem událostem, které by mohly vést k jejímu pádu.

Flexibilita. Cloudová datová centra se skládají ze stovek a tisíců serverů a TDC je navržena tak, aby uspokojila požadavky uživatelů ukládajících data nebo přistupujících k nim na rozšíření nebo zmenšení datového prostoru.

Výkon. Cloud má neuvěřitelné množství procesorů a enormní kapacitu paměti pro zpracování přicházejících i odcházejících uživatelských dat.

Zabezpečení. Všechna data přenášená do TDC mohou být zakódována pomocí SSL. Jakmile jsou data uložena v datovém centru, jeho provozovatel je udržuje v bezpečí, využívaje přitom značné znalosti a zkušenosti s počítačovou bezpečností.

Údržba. National Instruments ve spolupráci s poskytovatelem cloudových služeb nepřetržitě monitoruje stav TDC a jakékoliv problémy řeší v době v řádu jednotek minut. Navíc mohou být cloudové aplikace i hardware, na kterém běží, upgradovány na pozadí, bez jakéhokoliv vlivu na uživatele.

(National Instruments)

Obr. 1. Klientské aplikace komunikují s TDC prostřednictvím příkazů HTTP (HTTPS)