im电竞竞猜注册网址:IoT -- 解读物联网四层架构
发布时间:2022-07-20 21:48:02 来源:im电竞平台iOS 作者:im电竞盘口

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  为基础从物联网产品设计的角度来解读每层架构的功能以及主要内容旨在为物联网产品设计以及实现思路感兴趣的物联网产品或研发人员有些帮助。

  通过互联网人和人之间可以传递和交流信息。物联网IoTInternet of Things顾名思义就是物和物之间也可以传递和交流信息人人互联和物物互联两者最大的区别体现在人与物的差别上。

  人有五官和皮肤接收和采集数据经过大脑加工处理然后形成想法最后通过网络传递出去达到跟别人交流的目的。与人相比物缺少需要交流的信息即物缺少采集数据的抓手以及将信息进行整合形成具有交流价值的大脑。

  那信息采集技术和嵌入式程序在物联网领域就显得尤为重要信息采集技术代替了人的五官和皮肤进行数据收集。

  嵌入式程序主要代替了大脑的整个决策最后输出信息物联网很早就在市场上出现但是一直没有产生可观的影响力所以大众对它的关注度不是很高。

  但是近十年来物联网发展迅速这不仅得益于国家政策的支持在2010年将其列为国家发展战略还得益于物联网配套技术比如数据采集技术、微处理器、通讯模组、通讯网络、大数据、云计算等迅猛发展 。

  物联网再次进入大众视野并成功取得了大众的瞩目和追逐且有望掀起下一波浪潮。物联网技术体系可以分成四层感知层、网络层、平台层和应用层。每一层都担任了不同的职责这种类似于专人专责的分工可以提高工作质量和工作效率。

  感知层的主要功能就是采集物理世界的数据其是人类世界跟物理世界进行交流的关键桥梁。

  一种就是主动采集生成信息比如传感器、多媒体信息采集、GPS等这种方式都需要主动去记录或跟目标物体进行交互才能拿到数据存在一个采集数据的过程且信息实时性高。

  比如在智能喝水领域会采用一种流量传感器只要用户喝水流量传感器就会立即采集到本次的喝水量是多少这就存在一个长期交互采集数据的过程。

  另一种是接受外部指令被动保存信息比如射频识别RFID、IC卡识别技术、条形码、二维码技术等这种方式一般都是通过事先将信息保存起来等待被直接读取。

  比如现在有的小区用的门禁卡就是用了IC卡识别技术先将用户信息录入中央处理系统然后用户每次进门的时候直接刷卡就行。

  在物联网领域嵌入式程序相当于人的大脑在信息采集完成之后大脑就会给通讯模块发布指令说把这个信息传给某某某网络层会涉及到你选用什么样的通讯网络以及采用什么样的通讯机制来传送你的信息。

  以前的互联网只是打通了人与人之间的信息交互但是没有打通人与物或物与物之间的交互因为物本身不具有联网能力。

  后来发展出将物连接入网的技术我们称其为设备接入网通过这一网络可以将物与互联网打通实现人与物和物与物之间的信息交互大大增加了信息互通的边界更有利于通过大数据、云计算、AI智能等先进技术的应用来增加物理和人类世界的丰富度。

  面对众多的入网方式我们需要考虑应用场景以及设备本身的特征来选择合适的接入方式各种接入网的特征详见下表。

  选好了适合使用的网络相当于数据传输的物理承载道路打通了现在就需要确定以什么样的机制来传递信息这就涉及到通讯协议。

  从本质上来说通讯协议就是一套数据传输规范就跟我们接触的英语、德语、中文等类似的语言一样是通过一定规则组成的易于物与物之间进行交流沟通。

  物联网设备端资源受限比如处理能力差、存储能力小、网络传输量小、网络不稳定等很明显物联网和互联网在设备端提供的资源环境存在很大的差别。

  MQTT协议是基于TCP协议的可以确定接收方一定会受到设备端发出的信息。MQTT协议可以保持长连接这可以使得设备端和云端进行实时通讯所以其更适合实时控制交互的场景。

  由于是基于TCP协议的其通讯协议比较复杂设备端要运行复杂机制的线c;对性能就需要有一定的要求比如存储、计算、网络质量等。

  CoAP协议是基于UDP协议的有两种数据传输机制一种是接收方一定会收到设备端发送的数据另一种是不管接收方有没有收到设备只发送1次数据就结束了。

  设备端在完成数据发送之后就进入休眠状态所以低功耗是CoAP协议最大的特点其也更适合数据采集的场合比如抄送电表、水表的数据。

  由于是基于UDP协议的其通讯协议复杂性想对简单一些自然对设备端的性能要求会低一些。

  物联网平台可为设备提供安全可靠的连接通信能力向下连接海量设备支撑数据上报至云端向上提供云端API服务端通过调用云端API将指令下发至设备端实现远程控制。

  设备接入主要是指设备端如何跟物联网平台进行连接通信主要表现在

  主要包含设备创建、维护、数据转换、数据同步、设备分布等内容具体表现在

  物联网中的物是物理世界的实体如果我们想开发一套数字化系统那这个实体肯定不能缺席这个时候就会涉及到一个问题如何把线下的实体变成线f;

  而这正是物模型的价值。物模型通俗的解释就是用数字世界的方式将物理世界的物体表征出来用数字世界的规则来描述这个物体是什么、它有什么作用这也就是我们经常听到的产品的功能。

  物联网平台都会提供多种物模型的建立方式我们可以根据不同的需求来选择合适的模型。

  主要涉及创建设备、设备上下线f;启用、删除设备等。物模型建立好之后相当于定义好了产品的母版这时候我们可以在该产品下面创建设备该设备也会具有该产品的功能。

  对于低配置且资源受限或者对网络流量有要求的设备不适合构造JSON格式与物联网平台通信这时候可以将原数据透传到物联网平台物联网平台再根据原数据转化的脚本规则将其转换为JSON格式。

  物联网中联网是一个很重要的环节如果设备不联网的线c;则设备端和服务端处于通讯中断的状态双方无法交互信息。为了解决这种常态的困境给每个设备在物联网平台都建立1个影子其有2个主要作用

  1.可以将在设备离线期间保存在设备影子中的服务端的指令在设备上线时立即下发给设备执行

  2.在设备在线c;如果设备端数据发生变化则及时同步给设备影子这可以解决当设备离线时服务端请求不到设备数据的情况。

  换句话说在某种程度上设备影子可以使得设备端和服务端保持相对及时的交互通信最起码服务端从设备端可以拿到相对来说最新的数据以及服务端可以相对及时的告诉设备端需要执行哪些指令。

  物联网平台支持设备直连也支持设备挂载在网关上作为网关的子设备由网关直连。

  网关直连的场景主要有子设备不能直连或者需要拓扑关系管理的场景比如WI-FI 网关、ZigBee 网关、以及蓝牙网关等。设备拓扑管理可以帮助管理子设备、子设备与网关的拓扑关系、对子设备进行监控运维等同时服务端可以直接面向子设备收发消息。

  目前物联网平台支持使用设备密钥、ID²和X.509证书等方式进行身份认证在此仅以设备密钥为例来简要说明设备身份认证的实现方式生成、获取、使用。

  在物联网平台创建设备的时候会给设备颁发密钥密钥的种类有多样比如一机一密、一型一密等密钥生成之后有2种方式可以将密钥放到设备端

  一种是事先将密钥烧录在设备端程序里面另一种是当设备首次联网时向物联网平台请求设备密钥这时如果该设备有注册过则会把相应的密钥传给设备。在设备都有密钥之后就相当于拿到了通行证可以和物联网平台进行正常的通信。

  主要包括设备端发送数据到物联网平台物联网平台将数据流转到服务端其他云产品服务端远程控制设备这3种消息传送方式。

  设备管理主要定义了设备是什么那消息通信主要解决的就是信息传输机制怎样将物联网平台配置的设备信息与设备端、服务端、其他云产品进行传递。这机制里面涉及的一个很重要的概念就是Topic通过对Topic的定义和使用来进行信息传输。

  1基于Topic的上下行通信可以将设备端数据发送至物联网平台或实现服务端远程控制设备

  设备端跟物联网平台通信是用的MQTT协议该协议是基于主题的发布和订阅机制其所有的信息传递都是通过主题这一中介来完成。

  设备可以发布某一主题也可以订阅某一主题设备发布的话其实就是设备发送数据的消息模式设备订阅的话其实就是设备接收数据的消息模式对于物联网设备来说上报和接收是两个基本且重要的消息交互模式那怎样来定义主题呢

  主题的定义有两种方式一种是自定义数据模式一种是利用物模型建立的标准化的数据模式。

  主题的定义是基于产品功能的当产品功能确定好之后那怎样将这些功能跟设备通信进行关联是一个很重要的问题。

  这个时候就需要对产品进行主题的设置。选定产品功能之后可以根据需要来设置不同的主题比如上报、接收、更新、删除等。在产品层面定义好主题类之后该产品下的所有设备都会具备该主题的特性设备就可以利用主题来进行上下行通信。

  2基于服务端订阅、云产品流转的将物联网平台数据传输至服务端其他云产品的传输模式

  服务端可以直接订阅产品下多种类型的消息设备上报消息、设备状态变化通知、设备生命周期变更、设备拓扑关系变更等。

  配置服务端订阅之后物联网平台就会将产品下所有设备的已订阅的消息转发至服务器。使用物联网平台的数据流转功能可将Topic中的数据消息转发至其他云产品中进行存储或处理这就是所谓的云产品流转。

  监控诊断物联网平台提供在线设备数量、上下行消息数量、规则引擎流转消息次数、设备网络状态等指标数据的实时监控功能

  OTA升级设备投放出去后如果发生应用程序升级则可以通过OTA升级与管理服务实现远程升级程序的工作

  在线a;在线调试主要用于程序开发阶段一是设备端开发完成后可以使用物联网平台的在线c;从控制台下发至指令到设备端进行功能测试二是物联网提供虚拟设备功能供云端应用开发测试使用

  日志服务可以将云端或设备端的运行日志保存下来供故障查询等使用并且可以将日志数据导出存放起来进行长期存储。开通日志转储后支持在物联网控制台查询分析日志并提供日志报表、报表订阅、告警通知等功能。

  数据分析为开发者提供了设备智能分析全链路覆盖了对设备数据生成、管理存储、清洗、分析及可视化等环节

  数据应用可以跟第三方或者其他云产品进行结合解决不同的问题比如将温湿度计上报数据到钉钉群机器人或者通过大数据平台搭建设备监控大屏等。

  应用层是物联网的最终目的其主要是将设备端收集来的数据进行处理从而给不同的行业提供智能服务。

  目前物联网涉及的行业众多比如电力、物流、环保、农业、工业、城市管理、家居生活等但本质上采用的物联网服务类型主要有4类

  物联网业务处理较为复杂因为其会涉及到海量数据的整合这对不同行业终端应用者来说具有很大的挑战所以目前市场上有专门提供的中间件比如云计算、数据挖掘、人工智能、信息融合等可以供行业者使用这也在一定程度上激发了物联网应用行业的繁荣。

  数据库主要用来存储设备、用户、业务以及其他相关的数据。应用层会接触到终端用户所以会涉及到客户端的开发在此就不赘述。

  物联网涉及到的关键技术主要有云计算、数据挖掘、人工智能在此作简要介绍

  云计算具有强大的存储能力、处理能力、带宽和极高的性价比它可以为不同的物联网应用提供统一的服务。不同的技术服务商会开发一套完整的云计算资源其就像水电一样客户可以按需付费你需要多少就购买多少

  数据挖掘是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的及随机的实际应用数据中挖掘出隐含的、未知的、对决策有潜在价值的数据的过程。数据挖掘主要基于人工智能、机器学习、模式识别、统计学等高度自动化地对数据进行统计、分析、综合、归纳和推理揭示事物间的相互关系预测未来的发展趋势为决策者提供决策依据

  人工智能是探索研究使各种机器模拟人的某些思维过程和智能行为如学习、推理、思考等。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。在物联网中人工智能技术主要负责分析物品所承载的信息内容从而实现计算机自动处理。

  写这篇文章的目的一个是自己对物联网领域产品的知识总结另一个最重要的目的就是希望能给对物联网产品设计有兴趣的人建立一个物联网产品设计以及实现的整体把握可以了解物联网各个组成部分以及相应的关键节点的主要内容。

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