
下面将讨论几个关键问题:
设备如何访问网络?
设备之间如何通信?
物联网数据有什么用?
如何搭建物联网系统框架?它的技术架构是什么?
物联网终端软件系统架构?
物联网云平台系统架构?
1、 IOT设备如何访问网络?
只有设备接入网络,才能算是物联网设备。这里涉及到两个关键点:接入方式和网络通信方式。
设备访问模式:
目前有两种接入方式。
直接接入:IOT终端设备本身具备直接接入网络的组网能力,如在设备侧增加NB-IOT通信模块和2G通信模块。
网关接入:物联网的终端设备本身不具备网络接入能力,需要在本地联网后通过网关接入网络。比如终端设备通过zigbee无线联网,然后各个设备的数据通过Zigbee网关接入网络。常用的本地无线网络技术包括Zigbee、Lora、BLE MESH、sub-1GHZ等。
在物联网设备中,物联网网关扮演着非常重要的角色。本地局域网和外部接入网之间的智能设备。主要功能是网络隔离、协议转换/适配和网络内外的数据传输。
典型的物联网网关架构如下:
网络通信模式
常用的通信网络主要以两种方式存在:
移动网络(主要针对户外设备)移动网络2G/3G/4G/5G/NB-IOT等。
宽带(主要针对室内设备)WIFI、以太网等。
2、物联网设备联网后,M2M和M2C通信如何发展?
物联网设备终端接入网络后,只是物联网应用的开始。设备接入网络后,设备之间需要相互通信,设备之间需要与云端通信。只有互通,物联网的价值才能显现出来。既然要相互通信,就需要一套物联网通信协议。只有遵循这组协议的设备才能相互通信和交换数据。
常用的物联网通信协议有哪些?主要有以下协议:MQTT、COAP等。它们有一个共同点:都是基于消息模型实现的。设备之间以及设备和云之间的通信是通过交换携带通信数据的消息来实现的。
3、物联网设备和云平台可以交换数据后,下一步该怎么做?
21世纪最重要的是什么?数据。有了大量的IOT设备数据,人类可以探索其中的规律,商业价值,预测设备的未来状态。
对于物联网数据的应用,有几个层面。
1.基本应用:监控
通过物联网采集设备数据后,如果设备数据状态超过预设状态,会第一时间自动报警,管理员会第一时间处理,并可以通过远程操作下达命令。把问题解决在萌芽状态。
2.高级应用程序:报表统计
通过统计方法,对设备的历史运行数据进行统计分析。不同的报表可以按照不同的维度进行分析。然后以图表或者大屏幕的形式展示给管理员。管理员可以快速直观地了解整个物联网设备的运行状态。
3.高级应用:数据挖掘/机器学习
这部分需要从数据中挖掘出有价值的东西。比如,通过对一段时间内设备数据的持续跟踪和分析,以及人类设备运维的过往经验,用机器学习预测设备故障的概率以及故障后可能的原因,并给出维修方案。刚才举的例子是物联网高级应用中的冰山一角。通过引入热门的人工智能技术。物联网可以成为智能物联网。或许在不久的将来,人和设备可以自由对话,设备也可以对话,自动做出最优决策。
综上所述,物联网的价值在于
4、如何搭建物联网系统框架?它的技术架构是什么?
IOT终端设备的软件系统架构:
总之,有两种常见的系统框架:有RTOS系统的框架(处理复杂的业务场景,其中多个交易需要并行工作)和没有RTOS系统的框架(通常处理单一业务场景)。
无RTOS设备的终端系统框架;
RTOS设备终端系统框架;
什么是RTOS?实时多任务操作系统,利用它可以在终端设备中并行运行多个任务。每个任务负责一个事务。通过并行操作,提高了实时响应和效率。
RTOS实时操作内核一般包括以下重要组件:
任务调度
任务间的同步和通信
存储器分配
中断管理
时间管理
设备驱动程序
以任务调度组件为例:
在嵌入式操作系统中,任务是CPU上最小的运行单元。通常,一个稍微复杂一点的IOT应用程序是由多个任务完成的。比如有些任务负责用户事件输入和UI显示,有些任务负责数据通讯,有些任务负责业务逻辑处理。
由于一个系统中运行着多个任务,而CPU资源确实是单一的,所以任何时候都只能有一个任务在CPU上运行。所以为了在CPU上运行每一个任务,就涉及到任务调度的概念。任务调度需要遵循一定的规则。你通常遵循什么规则?
常见的调度方法有三种:一种是基于优先级的,一种是基于时间片的,还有一种是优先级和时间片相结合的。
以优先级调度为例,在定义任务时,给每个任务分配一个优先级,运行时会先运行高优先级的任务。在没有高优先级任务之前,低优先级任务不会运行。如果一个低优先级的任务获得了CPU资源,也就是一个高优先级的任务准备好了怎么办?
两种处理方法:
继续跑
抢先一步。
高优先级抢占CPU资源,进入运行状态。
其他组件就不一一列举了。
物联网云平台的系统架构;
物联网云平台的系统架构主要包括四个部分:
设备访问
设备管理
规则引擎
安全认证和权限管理
设备访问
设备接入主要做什么?
包括多种设备访问协议,最主流的是MQTT协议。一些云计算厂商也将MQTT协议简化为一个独特的访问协议。
并发连接管理,维护可能是数十亿设备的长连接管理。
如果你要处理数十亿的设备连接管理怎么办?目前大部分开放的MQTT代理服务器都是单机版,最多几十万台设备并发连接。因此,如果您想要管理数十亿个连接,您需要使用负载平衡和分布式架构。分布式MQTT代理服务器需要部署在云平台中。
设备管理
一般来说,设备以树形结构进行管理,包括设备创建管理和设备状态管理。根节点从产品开始,然后是设备组,最后是特定设备。主要包括以下管理:产品注册管理、设备添加、删除、更改、查看、设备新闻发布、OTA设备升级管理等。
规则引擎
物联网云平台通常建立在现有的云计算平台上。一个成熟的物联网业务,除了物联网云平台提供的功能外,一般还需要云计算平台提供的功能,比如云主机、云数据库等。用户可以在云主机上构建web行业应用服务。规则引擎的主要功能是通过过滤将物联网平台的数据转发给其他云计算产品。例如,设备报告的数据可以转发到表存储数据库产品。规则引擎的一般用法:类SQL语言。通过编写SQL语言,用户可以过滤数据,处理数据,将数据发送到其他云计算产品或其他云计算服务。
安全认证和权限管理
物联网的云平台为每台设备颁发唯一的证书。只有证书通过后,才允许设备访问云平台。云平台的最小授权粒度一般在设备级别。一般来说,有两种证书:一种是产品级证书,一种是设备级证书。产品级证书的权限最大,可以操作该产品下的所有设备。设备级证书只能在自己的设备上运行,不能在其他设备上运行。所以每一个接入云平台的设备都在本地存储了一个证书(实际上是以多个字符串组成的密钥的形式存在)。每次与云建立连接时,请随身携带证书。以便智能安全组件能够通过验证。
云计算产品
大数据计算产品、基于云的服务(高性能服务器、云数据库、云网络)等。
物联网应用
智慧城市、智慧农业、工业4.0等。
下面一个来自百度的物联网平台架构:突出了物联网设备、物联网云平台、云计算平台如何协同工作,很有参考价值。








