องค์ประกอบของระบบ IoT

พูดถึงการประยุกต์ใช้งาน IoT ในด้านต่างๆ มาหลายตอน หลายคนคงเริ่มมีคำถามแล้วว่าถ้าอยากจะทำระบบหรือผลิตภัณฑ์ IoT บ้าง จะต้องเริ่มอย่างไร ก่อนอื่นมาดูกันว่าการออกแบบผลิตภัณฑ์ IoT จำเป็นต้องพิจารณาองค์ประกอบใดบ้าง

องค์ประกอบแรก และเป็นพระเอกของเราก็คืออุปกรณ์ หรือ Thing ที่ใช้รับส่งข้อมูล บางทีก็เรียกกันว่า Connected Device เช่นถ้าเราจะทำหม้อหุงข้าวที่สั่งหุงข้าวได้จากนอกบ้าน Thing ของเราก็คือหม้อหุงข้าว อย่างไรก็ตามคำว่า Thing ในที่นี้ไม่จำกัดเฉพาะสิ่งของที่จับต้องได้ทางกายภาพเท่านั้น ถ้าเราจะสั่งงานหม้อหุงข้าวเราทางสมาร์ทโฟน แอปพลิเคชั่นบนโทรศัพท์ก็นับเป็น Thing อีกชิ้นหนึ่ง เพราะเป็นสิ่งที่จะสื่อสารกับหม้อหุงข้าว

ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ IoT เราต้องเลือกฮาร์ดแวร์ให้เหมาะสมกับงาน ฮาร์ดแวร์สำหรับงาน IoT มีหลากหลาย ตั้งแต่ไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็ก เช่น Arduino ราคาหลักร้อยบาท ซึ่งอาจเพียงพอถ้าเราต้องการใช้เพียงควบคุมสวิตช์หม้อหุงข้าว หรือใช้ต่อเซนเซอร์วัดอุณหภูมิ ความชื้นในโรงเรือน แต่หากต้องการพัฒนาระบบที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นประมวลผลภาพจากกล้อง เพื่อรู้จำใบหน้าหรือทะเบียนรถ อาจเลือกใช้ฮาร์ดแวร์ประเภท Single-board PC เช่น Raspberry Pi ซึ่งมีราคาหลักพันบาท และหากต้องการประมวลผลสูงขึ้นไปอีกเช่นด้านกราฟิก ก็สามารถเลือกใช้คอมพิวเตอร์หรือเซิร์ฟเวอร์ขนาดใหญ่เลยก็ได้ และแน่นอนว่าหากต้องการพกพาได้ ก็ควรเลือกใช้สมาร์ตโฟนหรืแท็บเล็ตเป็น Thing

องค์ประกอบที่สองที่ระบบ IoT จะขาดไม่ได้เลยคือการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ทางเลือกในการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตมีตั้งแต่ระบบ LAN แบบเดินสาย ไปจนถึงการสื่อสารแบบไร้สาย ซึ่งปัจจุบันมีให้เลือกมากมายหลายหลากวิธี ไม่ว่าจะเป็น 3G/4G WiFi Bluetooth Zigbee Z-Wave การเลือกใช้ต้องพิจารณาในแง่อัตรารับส่งข้อมูล ระยะทางการส่งสัญญาณ (coverage area) และอัตราการสิ้นเปลืองพลังงาน ตัวอย่างเช่น การใช้ 3G เหมาะกับการใช้ภายนอก ครอบคลุมพื้นที่ได้หลายกิโลเมตร ในขณะที่ WiFi เหมาะกับการใช้ภายในอาคาร ระยะส่งสัญญาณอยู่ในระดับสิบเมตร อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ IoT ทั้งแบบ 3G และ WiFi จำเป็นต้องมีไฟเลี้ยงเพราะใช้พลังงานสูง หากต้องการใช้แบตเตอรี่ที่อยู่ได้เป็นเดือนต้องพิจารณาการเชื่อมต่อแบบอื่นเช่น Zigbee 6Lowpan หรือ Lora เป็นต้น

องค์ประกอบที่สาม คือเซิร์ฟเวอร์ ที่จะเป็นตัวประสานงานให้ข้อมูลที่ส่งจากโทรศัพท์ส่งไปถึงหม้อหุงข้าวที่บ้านได้ ถ้าเป็นสมัยก่อนเราต้องตั้งเซิร์ฟเวอร์ไว้ที่บ้าน เปิดพอร์ตรอรับคำสั่ง วิธีนี้ไม่สะดวกเนื่องจากหมายเลขอินเทอร์เน็ต (IP address) ที่บ้านเราเปลี่ยนตลอดเวลา ตามแต่ละ ISP จะจัดการ ทางแก้คือการใช้ Dynamic DNS คือเข้าถึงเซิร์ฟเวอร์ที่บ้านด้วยชื่อที่ลงทะเบียนไว้ล่วงหน้า ซึ่งวิธีนี้มีค่าใช้จ่ายและขั้นตอนยุ่งยาก อุปกรณ์ IoT สมัยใหม่ จึงหลีกเลี่ยงปัญหานี้โดยการขยับเซิร์ฟเวอร์มาวางไว้ที่ศูนย์ข้อมูลกลาง (Data Center) คำสั่งเปิดหม้อหุงข้าวจากโทรศัพท์จะส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์นี้ก่อน ส่วนหม้อหุงข้าวที่บ้านก็จะสร้างการเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์นี้เพื่อรอรับคำสั่ง แนวคิดของการวางเซิร์ฟเวอร์ไว้ที่ใดที่หนึ่งตรงกลางแทนการที่ทุกบ้านต้องมีเซิร์ฟเวอร์ก็คือแนวปฏิบัติของการประมวลผลแบบคลาวด์ (Cloud Computing) นั่นเอง

องค์ประกอบที่สี่ ส่วนสุดท้าย คือถังข้อมูลและการจัดการข้อมูล ถ้าผลิตภัณฑ์เราคือหม้อหุงข้าว IoT อาจไม่มีข้อมูลอะไรมากให้เก็บ แต่หากระบบนี้คือเซนเซอร์วัดมลภาวะในอากาศ เช่นวัดอุณหภูมิ ความชื้น ฝุ่น แน่นอนเราอยากบันทึกข้อมูลจากเซนเซอร์ทั้งหมด ทุกชั่วโมง ทุกนาที หรือทุกวินาทีด้วยซ้ำ เพื่อนำมาวิเคราะห์ดูแนวโน้มของมลภาวะในแต่ละช่วงเวลา หรือความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณฝุ่นกับอุณหภูมิอากาศ ฯลฯ การเก็บข้อมูลทุกคนคงนึกถึงการใช้ฐานข้อมูลเป็นอันดับแรก อย่างไรก็ตามอย่าลืมคิดเผื่อด้วยว่า ต้องเตรียมพื้นที่จัดเก็บแค่ไหน อีกทั้งฐานข้อมูลในปัจจุบันก็มีหลากหลายชนิด ฐานข้อมูลแบบสัมพันธ์ (Relational Database) อาจไม่เหมาะสำหรับการเก็บข้อมูล IoT เพราะข้อมูลขนาดเล็กจำนวนมาก ไหลเข้ามาตลอดเวลา เป็นชุดข้อมูลแบบอนุกรมของเวลาเท่านั้น อาจใช้ Time-series Database หรือ Key-value Database ก็เพียงพอ

ทั้งนี้คุณค่าของระบบ IoT จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเราเอาข้อมูลเหล่านี้มาใช้ประโยชน์ จะใช้ข้อมูลอย่างไร เช่นประมวลผลทันทีเพื่อดูว่าเมื่อไรที่เซนเซอร์สูงเกินค่าที่กำหนดให้แจ้งเตือน หรือเป็นการวิเคราะห์ย้อนหลังว่าในปีที่ผ่านมาเกิดมลภาวะกี่ครั้งด้วยสาเหตุใด เพราะการวิเคราะห์ในแต่ละแบบจำเป็นต้องใช้เครื่องมือในการจัดการข้อมูลที่แตกต่างกัน

หลังจากพิจารณาทั้งสี่องค์ประกอบ อันได้แก่ 1) อุปกรณ์ 2) การเชื่อมต่อ 3) เซิร์ฟเวอร์หรือคลาวด์ 4) การจัดการข้อมูล แล้ว ก็ลงมือพัฒนาระบบ IoT เจ๋งๆ ตามจินตนาการกันได้เลย

อันระบบ IoT มีสี่ส่วน
จงใคร่ครวญคิดรอบคอบประกอบร่าง
หนึ่งตัวรับส่งข้อมูลที่ปลายทาง
ดังตัวอย่างเช่นเซนเซอร์มีมากมาย
สองช่องทางการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
คิดให้เสร็จจะต่อสายหรือไร้สาย
สามเซิร์ฟเวอร์หรือคลาวด์กลางตามสบาย
ส่วนสุดท้ายถังข้อมูลเกื้อกูลกัน

Originally published at blog.netpie.io on May 11, 2017.
บทความตีพิมพ์ในหนังสือพิมพ์โพสต์ทูเดย์ วันที่ 11 พฤษภาคม2560