Руководство по разработке продуктов IoT для стартапов

Девяносто процентов компаний, принявших участие в опросе Microsoft IoT Signals 2021 года, [уже внедрили] (https://azure.microsoft.com/mediahandler/files/resourcefiles/iot-signals/IoT%20Signals_Edition%203_English.pdf) решения Интернета вещей для снижения эксплуатационных расходов, открытия дополнительных потоков доходов и получения конкурентного преимущества.

Тем не менее, 35% IoT-проектов останавливаются на стадии проверки концепции (POC), а 75% всех IoT-инициатив никогда не превращаются в готовые к продаже продукты.

Компании, которые борются с разработкой продуктов IoT, обычно называют высокие затраты на масштабирование, технические проблемы и неясные перспективы рентабельности инвестиций в качестве основных причин провала проектов IoT.

![Основные причины сбоев POC IoT. Источник: Microsoft.

Как стартап, стремящийся создать решение IoT, вы можете избежать большинства этих проблем, тщательно спланировав пилотный проект IoT.

Вот где наше руководство по разработке решений IoT может оказаться полезным.

Понимание разработки продуктов IoT

Чтобы помочь вам создать IoT-устройство и сопутствующую программную экосистему безопасным способом, мы начинаем серию статей, посвященных технологиям Интернета вещей и передовым методам разработки IoT-продуктов.

На этот раз мы сосредоточимся на определении, архитектуре и этапах Интернета вещей, через которые проходит ваш подключенный продукт, прежде чем он попадет на прилавки.

Что такое продукт IoT?

Интернет вещей (IoT) — это сеть физических объектов, подключенных к Интернету и/или друг к другу через проводную или беспроводную сеть.

Термин «вещи» может применяться как к электронным устройствам, таким как фитнес-трекеры, так и к неэлектронным объектам, оснащенным датчиками и легкими устройствами управления (например, умные шторы. -control-iot-system) управляется через реле и мобильное приложение).

Существует два типа решений IoT, которые вы можете создать:

• датчики, которые измеряют информацию об окружающей среде и преобразуют ее в цифровые сигналы.

• Исполнительные устройства, принимающие цифровые сигналы из сети и воздействующие на них

Эти устройства могут обмениваться данными с узлами в экосистеме IoT (т. е. с одноранговой связью), подключаться к сети через шлюз или устанавливать соединения без шлюза.

Как выглядит архитектура решения IoT?

Чтобы создать IoT-устройство или неэлектронный гаджет, собирающий данные об окружающей среде и работающий с ними, важно понимать, как под капотом работают подключенные решения.

**Архитектура Интернета вещей состоит из четырех уровней:
**

• Прикладной уровень. Этот уровень содержит встроенное программное обеспечение, т. е. прошивку или соответствующую операционную систему, которое работает на сенсорных и исполнительных устройствах. Он также может включать мобильные, веб-приложения и настольные приложения, помогающие пользователям интерпретировать данные датчиков и управлять гаджетами. Итак, если вы хотите создать приложение IoT, у нас для вас плохие новости: приложения — это лишь верхушка айсберга IoT.

• Уровень поддержки служб и приложений. По сути, это уровень инфраструктуры Интернета вещей, на котором выполняются операции агрегирования, хранения и обработки данных. Чтобы сократить расходы и обеспечить бесперебойную работу устройств/служб, стартапы IoT часто предпочитают устанавливать эту инфраструктуру в облаке (в отличие от локальных серверов).

• Сетевой уровень.На сетевом уровне инженеры IoT могут внедрять технологии сотовой, Wi-Fi и проводной связи для взаимодействия компонентов экосистемы IoT, т. е. «вещей», внутренней инфраструктуры и пользовательских приложений. .
  

• Уровень устройств. Мы могли бы разделить функции, предоставляемые уровнем устройств, на:

• Возможности шлюза. Шлюзы IoT поддерживают устройства, подключенные с помощью проводных и беспроводных технологий, таких как Bluetooth, Zigbee, Z-Wave и LPWAN, и выполняют преобразования протоколов, позволяя устройствам с различными технологическими стеками подключения взаимодействовать.

• Обычные возможности устройства. Узлы IoT обычно собирают данные и обмениваются ими. Но они также могут создавать сети «на лету» для размещения новых узлов или замены существующего неисправного устройства. Кроме того, некоторые устройства IoT могут отображать ограниченные функции обработки данных (например, периферийные развертывания IoT) и переключаться между режимами сна и бодрствования для экономии энергии.

![Эталонная архитектура IoT. Источник: ITU-T] (https://cdn.hackernoon.com/images/dEJxsLmcoLPlFk9kpDm2WNydvLY2-2022-05-09T14:11:53.441Z-cl2ysyspu000a0as65knl5shc).

Архитектура Интернета вещей также включает компоненты управления устройствами и безопасности.

Первый помогает решать проблемы с перегрузкой трафика, отслеживать производительность продуктов IoT, развертывать обновления программного обеспечения и отслеживать активацию и деактивацию устройств.

Последний обеспечивает защиту конфиденциальности и конфиденциальность данных, а также поддерживает требования конкретных приложений, такие как обеспечение безопасных мобильных платежей.

Обычно эта функциональность встроена в популярные платформы IoT, такие как Google Cloud IoT, AWS IoT Core и ThingWorx.

Какие этапы охватывает жизненный цикл разработки продукта Интернета вещей?

Известные поставщики инфраструктуры Интернета вещей, такие как Microsoft и Google, выделяют четыре этапа процесса разработки Интернета вещей:

• Учиться

• Пробная версия/доказательство концепции

• Покупка

• Используйте
  

Здесь, в Expanice, мы предпочитаем немного другую классификацию, которая, по нашему скромному мнению, лучше соответствует этапам разработки продуктов IoT, которые проходят стартапы:

• Проверка идеи продукта IoT

• Обнаружение продукта Интернета вещей

• Разработка минимально жизнеспособного продукта (MVP)

• Выход на рынок и масштабирование MVP**
  

Давайте рассмотрим действия, предпринимаемые на этих этапах жизненного цикла разработки продукта IoT.

Проверка идеи продукта Интернета вещей

К 2025 году Интернет вещей [может вырасти до 11,1 трлн долларов] /The%20Internet%20of%20Things%20The%20value%20of%20digitizing%20the%20physical%20world/Unlocking_the_potential_of_the_Internet_of_Things_Executive_summary.ashx) рынок с колоссальным 41 миллиардом подключенных устройств, развернутых по всему миру.

Чтобы разработать продукт с высокой коммерческой привлекательностью, ваш стартап должен начать разработку продукта IoT с тщательного исследования рынка. К его элементам относятся:

• Оценка спроса на ваше IoT-решение. Помимо изучения исследовательских работ, опубликованных такими консалтинговыми компаниями, как Gartner и Accenture, ваш стартап может проводить подробные интервью с экспертами и потенциальными клиентами из вашей целевой области, например, здравоохранения, велнеса. , производство, розничная торговля и т. д. Затем ‌проанализируйте факторы макро- и микросреды, влияющие на ваш бизнес, с помощью таких маркетинговых инструментов, как TEMPLES, VRIO и Пять сил Портера. Особое внимание следует уделить данным. законы о конфиденциальности и безопасности, регулирующие внедрение IoT в целевых географических регионах, а также отраслевые правила для устройств IoT, такие как HIPAA, HL7 и NIST.

• Знакомство с вашими конкурентами. Являясь частью макроэкологического аудита, конкурентный анализ позволяет вам определить оптимальный набор функций, ценообразование и маркетинговую стратегию для вашего продукта IoT. Ваша цель здесь — определить незанятую нишу и предложить что-то — например, часть функциональности, конкурентоспособную цену, превосходное качество или пятизвездочное обслуживание клиентов — чего не хватает вашим конкурентам.

• Выбор подходящей бизнес-модели IoT. Опираясь на информацию, полученную в результате исследования рынка и конкурентов, ваша компания должна выбрать подходящую бизнес-модель для монетизации своего продукта IoT. Некоторые популярные варианты здесь включают разовые покупки, подписки и монетизацию сопутствующих услуг и продуктов, таких как анализ данных датчиков. Чтобы лучше согласовать предложение услуг с миссией, ресурсами и маркетинговым комплексом вашей компании, вы можете использовать шаблон Business Model Canvas. by Александр Остервальдер.

• Оценка усилий, необходимых для создания IoT-устройства. На этом этапе вам необходимо обобщить результаты исследования рынка с помощью SWOT-анализа и определить, каких ресурсов и возможностей вам не хватает для создания IoT. устройство и приложения, поддерживающие его логику. В зависимости от основного направления деятельности вашей компании (аппаратное обеспечение, встроенные решения, веб-сайты или мобильные устройства) вы определите, какие части разработки продуктов IoT необходимо передать на аутсорсинг.

Обнаружение продуктов Интернета вещей

В жизненном цикле разработки продукта IoT этап обнаружения помогает проверить идею продукта IoT в соответствии с потребностями вашего бизнеса, оценить объем вашего проекта и создать предварительное техническое видение для вашего индивидуального решения IoT.

Для достижения этих целей заручитесь помощью опытного бизнес-аналитика. ИТ-специалист будет сотрудничать с внутренними и внешними заинтересованными сторонами вашей компании и определять, что должно делать решение IoT и как оно должно функционировать.

Эти характеристики известны как функциональные и нефункциональные требования к разработке продуктов IoT.

После этапа открытия вы получите четкие ответы на такие вопросы, как:

• Какие задачи и процессы ваша система IoT улучшит или автоматизирует?

• Какие устройства для сбора данных вы собираетесь использовать?

• На какие технологии подключения будет опираться ваш продукт IoT?

• Где будут храниться и анализироваться данные датчиков и как они будут представлены конечным пользователям?

• Как ваше индивидуальное решение IoT будет взаимодействовать со сторонними устройствами и службами?

• Каков примерный размер пользовательской базы, на которую вы ориентируетесь?

На основе этой информации вы сможете выбрать подходящий стек технологий для своего проекта, заложить основу для архитектуры IoT, которая будет гибко масштабироваться вместе с вашим продуктом, и получить реалистичную оценку стоимости IoT.

Прототипирование Интернета вещей

![Использование готовых плат для разработки IoT — это верный способ протестировать вашу идею Интернета вещей без больших затрат. Источник: Unsplash ] (https://cdn.hackernoon.com/images/dEJxsLmcoLPlFk9kpDm2WNydvLY2-dp93lco.png)

Целью этапа прототипирования жизненного цикла разработки продукта IoT является создание пробной версии вашего подключенного устройства, выявление технологических препятствий и тестирование прототипа с реальными пользователями для дальнейшего уточнения его функциональных и нефункциональных требований.

Один из наших заказчиков, например, хотел создать систему безопасности умного дома на основе датчиков движения. Эти датчики должны были отслеживать движение как внутри, так и снаружи жилых домов. На этапе обнаружения наша группа разработчиков продуктов IoT обнаружила, что соотношение между свойствами измеренных данных не позволяет программному обеспечению своевременно уведомлять пользователей о подозрительных действиях. В результате мы заменили датчики видеокамерами с поддержкой Wi-Fi.

Чтобы создать прототип устройства IoT, вы (или выбранный вами поставщик!) можете использовать готовые одноплатные компьютеры и микроконтроллеры, такие как Arduino Uno и Raspberry Pi.

Такие платы для разработки IoT имеют множество функций, включая поддержку USB, слоты для SIM-карт, несколько цифровых входов и выходов, надежные варианты подключения (BLE, Wi-Fi, сотовая связь) и достойные возможности обработки. Кроме того, они совместимы с различными аппаратными компонентами и наборами средств разработки с открытым исходным кодом и могут быть подключены к популярным облачным платформам Интернета вещей, например к AWS IoT.

Выбор готовых инструментов прототипирования IoT основан на исходных требованиях к оборудованию, таких как возможность подключения, энергопотребление, оперативная и флэш-память, архитектура системы и наличие SDK.

Преимущества прототипирования в IoT в основном связаны с затратами. Например, вы можете создать рабочую версию подключенного решения за небольшую часть стоимости разработки индивидуального устройства. Кроме того, вы можете быстрее приступить к разработке встроенного ПО, серверной инфраструктуры и мобильных приложений и исключить технологические ограничения на раннем этапе.

Разработка IoT MVP

Как мы упоминали ранее, термин Интернет вещей не всегда относится к электронным устройствам. Если вы работаете над решением для отслеживания активов на основе маяков BLE, вам не нужно проектировать специальное оборудование, и вы можете сосредоточиться исключительно на создании поддерживающей программной инфраструктуры.

В противном случае ваш проект разработки минимально жизнеспособного продукта IoT будет состоять из трех этапов:

• Дизайн оборудования (плюс сертификация)

• Настройка инфраструктуры

• Разработка приложения

Разработка оборудования IoT на заказ

Как создать IoT-устройство? Что ж, почти так же, как и другие действия по разработке продуктов IoT, процесс проектирования нестандартного оборудования включает несколько этапов:

• Анализ. Этап анализа, от разработки концепции до спецификации технических требований, в значительной степени основывается на информации, которую вы почерпнули при открытии продукта IoT.

• Моделирование.Вы сотрудничаете с инженерами по оборудованию и промышленными дизайнерами, чтобы разработать схемы компоновки печатных плат (PCB) и визуализировать корпус гаджета в 3D CAD.
  

• Прототипирование.Не путайте действия по созданию прототипов IoT, о которых мы упоминали в разделе обнаружения, с созданием прототипов пользовательских устройств. На этот раз вы не будете использовать BeagleBoard, Raspberry Pi и другие готовые платы для разработки IoT. Вместо этого вам нужно связаться с компанией-производителем оборудования и изготовить до десяти печатных плат на основе схем разводки, созданных на предыдущем шаге. Ваш поставщик оборудования проведет обширные тесты, чтобы убедиться, что печатные платы соответствуют вашим требованиям к производительности, при необходимости отладит их и обновит техническую документацию.
  

• Тестирование. На этом этапе жизненного цикла разработки продукта Интернета вещей инженеры преобразуют успешные прототипы в опытные образцы, используя при этом различные материалы для корпуса устройства. Затем вам нужно будет провести электробезопасность, предварительную сертификацию и пользовательские тесты. Не удивляйтесь, если в процессе всплывут критические ошибки. Это не редкость, и ваше индивидуальное устройство IoT может потратить от шести месяцев до двух лет, прежде чем вы достигнете своих целей в области производительности и безопасности.

• Сертификация. Проводя исследование рынка, вы узнали о правилах Интернета вещей, действующих на ваших целевых рынках. В зависимости от области применения вашего гаджета вам может потребоваться приобрести различные сертификаты, прежде чем продавать решение IoT конечным пользователям. Они могут включать в себя ограничение использования опасных веществ (ROHS) и соответствие требованиям Energy Star, сертификаты Электротехнической комиссии (EC) и Underwriters Laboratories (UL), квалификационное разрешение Bluetooth Sig, а также сертификаты испытаний для конкретных отраслей и продуктов для гаджетов, которые собирают пользовательские данные или вступают в непосредственный контакт с кожей.

Разработка и настройка инфраструктуры IoT

![Термин «инфраструктура решений Интернета вещей» может определять множество вещей — от серверной части, передающей голос на ваше подключенное устройство, до специального отдела по работе с клиентами, готового решать проблемы пользователей круглосуточно и без выходных. Источник: Unsplash ] (https://cdn.hackernoon.com/images/dEJxsLmcoLPlFk9kpDm2WNydvLY2-eqa3lcj.png)

Уровень инфраструктуры системы IoT включает в себя несколько компонентов:

• Встроенное программное обеспечение. Встроенное программное обеспечение, промежуточное программное обеспечение, драйверы устройств и полноценные операционные системы взаимодействуют с аппаратными компонентами вашего пользовательского устройства IoT, позволяют ему выполнять предполагаемые операции обнаружения и активации, а также помогают интегрировать гаджет с другими устройствами. и компоненты инфраструктуры IoT. Как правило, поставщик оборудования, с которым вы работаете, также может обрабатывать встроенную часть, хотя вам может потребоваться нанять для этого отдельную команду.
  

• Возможность подключения. Опять же, именно ваша встроенная команда занимается сетевой частью. Для отправки данных датчика на шлюз или непосредственно в облако ваш гаджет будет полагаться на технологии беспроводной связи ближнего или дальнего действия. При выборе стека технологий подключения вы должны заранее учитывать затраты на сеть. Например, если вы выберете сотовые технологии, вы можете в конечном итоге потратить 0,04 доллара США за каждый мегабайт данных, которые ваш гаджет отправляет по сети.

• Облачная инфраструктура. В зависимости от требований, определенных на этапе обнаружения жизненного цикла продукта IoT, вам необходимо выбрать облачную платформу, поддерживающую бизнес-логику вашего гаджета. Здесь данные датчиков будут собираться, храниться, анализироваться и визуализироваться с помощью динамических панелей мониторинга. Поставщики облачных сервисов, таких как Google, Amazon и Microsoft, обычно взимают плату за количество обращений к серверу, совершаемых вашим гаджетом, или за количество устройств в экосистеме IoT. Но сборы облачных провайдеров — не единственная проблема, которую следует учитывать здесь. При разработке схемы архитектуры вашего решения IoT вы должны принять необходимые меры в отношении вашей пользовательской базы, объема данных, проходящих по сети, и общей сложности вашей системы. Например, если вы планируете развернуть модель машинного обучения для интерпретации данных датчиков в какой-то момент в будущем, вы сможете сделать это без полной перестройки инфраструктуры. То же самое касается управления устройствами, беспроводных (OTA) обновлений программного обеспечения и постоянной оптимизации производительности с помощью DevOps.

• Поддержка инфраструктуры. Настройка хранилища данных или озера данных в облаке и настройка некоторых аналитических возможностей — это только полдела. Сложные IoT-решения, такие как удаленный мониторинг пациентов (RPM) или сквозные системы домашней автоматизации требуют специального отдела поддержки клиентов — и множество связанных программных инструментов, таких как мобильные, веб-приложения и настольные приложения, позволяющие конечным пользователям и администраторам управлять подключенными устройствами.

Разработка приложений для Интернета вещей

Являясь частью инфраструктуры продуктов IoT, пользовательские приложения помогают настраивать подключенные устройства и управлять ими, а также визуализировать данные датчиков, обрабатываемые в облаке.

В зависимости от ваших общих требований к продукту IoT и целевой аудитории вам может потребоваться создать:

• [Нативные или кроссплатформенные мобильные приложения] (https://expanice.com/services/mobile), которые‌ действуют как пульт дистанционного управления для продуктов IoT.

• Встроенные человеко-машинные интерфейсы (HMI), которые позволяют пользователям управлять устройствами без мобильного или веб-приложения.

• Веб-приложения или настольные приложения, которые отражают функциональные возможности своих мобильных аналогов и позволяют администраторам продуктов IoT управлять учетными записями пользователей.

Говоря о разработке IoT MVP, обычно требуется от трех до шести месяцев, чтобы создать полную программную экосистему для устройства IoT.

Хорошая новость заключается в том, что деятельность по разработке программного обеспечения может выполняться параллельно с проектированием нестандартного оборудования. И если вы разрабатываете устройства IoT с ограниченным бюджетом в надежде получить финансирование, вы можете вообще пропустить часть проектирования оборудования и пока обойтись готовой платой.

Например, MedAngel, технологический стартап из Германии, предложил идею устройства для отслеживания температуры инсулина. Компания выбрала платформу WunderBar в качестве своего основного технологического стека, поместила плату IoT в пластиковый корпус, похожий на кольцо для ключей, и создала простые мобильные приложения для интерпретации данных датчиков. Получив MVP, команда MedAngel получила освещение в СМИ, приняла участие в нескольких технологических конкурсах и запустила успешную кампанию на Indiegogo. Затем компания распространила варианты использования продукта IoT на другие чувствительные к температуре лекарства и обновила дизайн гаджета.

Запуск и масштабирование продукта IoT

Поздравляем! Вы создали свое первое подключенное устройство, содержащее достаточно функций, чтобы оправдать ожидания пользователей и выделить вашу компанию среди конкурентов. Теперь пришло время вывести ваше решение IoT на рынок, проанализировать первоначальные отзывы пользователей и соответствующим образом настроить ваш продукт.

С технической точки зрения выход на рынок не является частью жизненного цикла разработки продуктов Интернета вещей, поэтому компании, работающие в сфере Интернета вещей, часто упускают его из виду. Вот что вы можете сделать, чтобы не застрять в неопределенности запуска Интернета вещей:

• Соберите группу бета-пользователей, чтобы протестировать свой MVP и настроить свой продукт, т. е. приложения и сам гаджет, для лучшего удовлетворения потребностей пользователей.

• Разработайте маркетинговый план, охватывающий производство контента, участие в отраслевых и технологических мероприятиях и партнерские отношения с влиятельными лицами.

• Постепенно расширяйте набор функций вашего продукта, добавляя новые функции и варианты использования, как только вы достигнете своих первоначальных целей по доходу.

• Сделайте все возможное, чтобы обеспечить превосходное качество обслуживания клиентов: в конце концов, привлечение новых клиентов стоит в пять раз больше, чем удержание существующих.

Пять причин, по которым ваш проект по разработке продуктов для Интернета вещей может пойти не так

![От чрезмерного наполнения вашего MVP функциями до игнорирования врожденных проблем безопасности Интернета вещей, существует множество способов, которыми ваш проект IoT может пойти не по правильному пути. Источник: Unsplash ] (https://cdn.hackernoon.com/images/dEJxsLmcoLPlFk9kpDm2WNydvLY2-7sb3lyk.png)

Наконец, мы хотели бы обратить ваше внимание на общие проблемы, с которыми сталкиваются стартапы при разработке устройств IoT:

• Наткнуться на технологические препятствия на поздних этапах процесса разработки продукта IoT. Создание роскошного золотого браслета с возможностью отслеживания физической активности может быть хорошей идеей, но что, если металлический корпус будет мешать сигналу Bluetooth, препятствуя выходу гаджета из строя? отправка данных датчика в мобильное приложение? Надежный способ избежать таких сценариев — начать свой проект с фазы обнаружения и обеспечить обширное тестовое покрытие перед отправкой устройства в производство.

• Борьба с управлением проектами IoT от нескольких поставщиков. Немногие компании обладают необходимым опытом разработки продуктов IoT и персоналом для создания всех компонентов системы IoT под одной крышей. Как владелец стартапа IoT, вы должны повысить свои знания в области управления проектами и выбрать подходящее программное обеспечение для отслеживания проектов, чтобы ваши распределенные группы разработчиков оборудования и программного обеспечения были в курсе всех событий.
  

• Включение слишком большого количества функций в продукт IoT MVP. Результаты вашего исследования рынка могут указывать на то, что пользователям нужна самообучающаяся система умного дома с параметрами биометрического контроля, но на самом деле вам, скорее всего, не хватает навыков и ресурсов. создать такое сложное устройство IoT с нуля (и в рамках одной итерации). Здесь, в Expanice, мы рекомендуем нашим клиентам начать свой путь разработки продуктов IoT с создания MVP, содержащего достаточно функций, чтобы вызвать интерес пользователей и привлечь инвесторов.
  

• Игнорируя масштабируемость IoT и скрытые затраты на инфраструктуру. Чтобы выбрать правильный технологический стек для разработки и спроектировать архитектуру IoT-решения, которая будет расти вместе с вашим бизнесом, вам следует сотрудничать с опытным бизнес-аналитиком на этапе знакомства с продуктом, опросить заинтересованные стороны. как в вашей компании, так и за ее пределами, и нанимайте первоклассных архитекторов программного обеспечения, независимо от цены.

• Легко относитесь к безопасности Интернета вещей. Несмотря на усилия мирового ИТ-сообщества и правительства, Интернет вещей остается легкой добычей для киберпреступников. От жестко закодированных паролей устройств до использования инструментов разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом, содержащих задокументированные уязвимости, существует миллион способов не заметить лазейки в безопасности вашей инфраструктуры IoT и подвести ваших клиентов. Вот почему «безопасность по дизайну» должна быть вашей мантрой при разработке продуктов IoT с первого дня.

Следите за новостями и подписывайтесь на Expanice в социальных сетях, чтобы не пропустить нашу следующую статью о технологиях, поддерживающих Интернет вещей!

Первоначально опубликовано [здесь] (https://expanice.com/article/iot-product-development-guide)