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物联网中使用了哪些技术?
来源: 知乎 | 作者: 易联科技 | 发布时间 : 2022-03-08 | 435 次浏览:  | 分享到:

物联网中使用了哪些技术?

物联网不断为我们带来更美好的未来:冰箱能够自动在当地杂货店订购食物以补充自己,桥梁向迎面而来的汽车发出冰冻表面的警告,或者是监控你的健康状况并将实时数据直接发送到医生的iPhone上的智能设备。虽然这一切可能很快触手可及,我们必须意识到,在这些场景的背后,是巨大的机器使梦想成为现实。没有我们周围无数的物联网技术,这些梦想永远不会实现。


IoT技术的炒作到底是什么?
自20世纪中期以来,计算机技术一直伴随着我们。但是,物联网背后的技术早已成熟,遥测科学是物联网的最早代名词,自下半年以来已用于测量和收集天气数据或通过电话线,无线电波和卫星通信跟踪野生生物19世纪。尽管存在所有技术限制,但它为机器对机器通信(M2M)的概念奠定了基础,该概念随着连接解决方案的发展而逐渐发展,催生了我们今天所知的物联网概念。

未来的未来将涉及数以百万计的受管理和监视资产。现在轮到我们了,整个IT /电信行业,通过提供安全可靠的解决方案来帮助每个人从物联网中受益.
物联网(IoT)是一个具有唯一标识符的数字设备、机器、物体、动物或人组成的系统,能够在网络上传输和共享数据,而不需要人对人或人对计算机进行交互。物联网弥合了实体世界和虚拟世界之间的鸿沟,旨在创造智能环境,让个人以及整个社会能够以更智能、更舒适的方式生活。尽管听起来有些浮夸,但物联网已经成为我们日常生活的一部分,毫无疑问,它将永远存在于其中。考虑到这些,现在让我们简要地了解一下物联网世界背后使其运转的机制。


物联网技术由什么组成?
考虑到物联网技术的多样性和数量众多的技术解决方案,如果你想在物联网技术迷宫中找到出路,这可能是一项艰巨的任务。然而,为了简单起见,我们可以将物联网技术堆栈分解为4个基本技术层,这些技术层涉及到使物联网工作。这些是:

设备硬件
设备是实际上构成物联网中“事物”的对象。作为现实世界与数字世界之间的接口,它们可能会采用不同的大小,形状和技术复杂性级别,具体取决于在特定的IoT部署中需要执行的任务。无论是针头大小的麦克风还是重型建筑机械,几乎每种物质对象(甚至是有生命的动物,例如动物或人类)都可以通过添加必要的仪器(通过添加传感器或执行器以及适当的软件)而变成连接的设备。测量并收集必要的数据。显然,传感器,执行器或其他遥测设备也可以自己构成独立的智能设备。

设备软件
这实际上是使连接的设备“智能”的原因。该软件负责实现与云的通信,收集数据,集成设备以及在IoT网络内执行实时数据分析。更重要的是,该设备软件还满足了应用程序级别的功能,使用户可以可视化数据并与IoT系统交互。

通信
在设备硬件和软件就位之后,必须存在另一层,它将为智能对象提供与IoT世界其他地区交换信息的方式方法。尽管通信机制与设备硬件和软件紧密相关,但将它们视为独立的层至关重要。通信层包括物理连接解决方案(蜂窝,卫星,LAN)以及在各种物联网环境(ZigBee,Thread,Z-Wave,MQTT,LwM2M)中使用的特定协议)。选择相关的通信解决方案是构建每个IoT技术堆栈的关键部分之一。所选择的技术不仅将决定向云端发送数据或从云端接收数据的方式,还将决定如何管理设备以及它们如何与第三方设备通信。出于本文的目的,我们将在下文中详细介绍一些当今的通信解决方案。

平台
如前所述,得益于“智能”硬件和安装的软件,该设备能够“感知”周围发生的事情,并通过特定的通信渠道将其传达给用户。一个物联网平台是一个以用户友好的方式收集,管理,处理,分析和呈现所有这些数据的地方。因此,使这种解决方案特别有价值的不仅是其数据收集和管理功能,还在于它能够从设备通过通信层提供的数据部分中分析和发现有用的见解的能力。同样,市场上有很多IoT平台,可以根据特定IoT项目的要求以及诸如架构和IoT技术堆栈,可靠性,自定义属性,使用的协议,硬件不可知论,安全性和成本等因素来选择效力。还值得一提的是,平台既可以本地安装也可以基于云安装。


物联网技术堆栈中的连接解决方案:

物联网技术在现实生活中有尽可能多的应用,其背后并不缺少连接解决方案。根据给定IoT用例的规范,每个通信选项可能会提供不同的服务启用方案,同时在功耗,范围和带宽之间进行权衡。例如,如果您要构建智能家居,则可能需要将室内温度传感器和供暖控制器与智能手机集成在一起,以便可以远程监控每个房间的温度并根据当前温度进行实时调整。需要。在这种情况下,推荐的解决方案是专门为家庭自动化环境而设计的,基于IP的IPv6网络协议Thread,该线程是专门为家庭自动化环境设计的。

考虑到通信标准和协议的这种多样性和多样性,人们可能会提出一个关于开发新解决方案的实际需求的问题,同时已经使用了数十年的久经考验的Internet协议。原因是现有的Internet协议(例如,传输控制协议/ Internet协议(TCP / IP))通常效率不高且功耗太高,无法在新兴的IoT技术应用程序中高效工作。本节将简要概述专门供物联网系统使用的主要替代Internet协议。
概述涉及每种解决方案实现的射频范围细分的最受欢迎的IoT无线电技术:短距离IoT无线电解决方案,中距离解决方案和远距离广域网解决方案。

短距离物联网网络解决方案:

蓝牙
作为成熟的短程连接技术,蓝牙被认为是关键解决方案,尤其是对于可穿戴电子产品市场的未来而言,例如无线耳机或地理位置传感器,尤其是考虑到蓝牙与智能手机的广泛集成。蓝牙低功耗(BLE)协议在设计时考虑了成本效益并降低了功耗,仅需要很少的设备电源。但是,这是一个折衷方案:当频繁传输大量数据时,BLE可能不是最有效的解决方案。

RFID

作为有史以来首批实施的物联网应用之一,射频识别(RFID)为物联网应用提供定位解决方案,尤其是在供应链管理和物流领域,这需要能够确定建筑物内物体的位置。RFID技术的未来显然将远远超出简单的本地化服务,其可能的应用范围从跟踪医院患者到提高医疗保健效率,再到提供实时商品位置数据以最大程度地减少零售店的缺货情况。

媒介范围解决方案:

WIFI

它是基于IEEE 802.11开发的,仍然是最广泛使用且广为人知的无线通信协议。由于需要保持较高的信号强度和快速的数据传输以实现更好的连接性和可靠性,因此其在物联网领域的广泛使用主要受到功耗高于平均水平的限制。作为物联网开发中的一项关键技术,WiFi为数量众多的物联网解决方案提供了广阔的基础,但它也需要进行营销管理和使用,才能为服务提供商和用户带来利润。

ZIGBEE

该流行的无线网状网络标准在流量管理系统,家用电子产品和机器行业中发现了最频繁的应用。Zigbee建立在IEEE 802.15.4标准之上,支持低数据交换速率,低功耗操作,安全性和可靠性。

THREAD
Thread专为智能家居产品而设计,利用IPv6连接性使连接的设备能够相互通信,访问云中的服务或通过Thread移动应用程序与用户交互。Thread的批评者指出,在市场饱和的情况下,另一种无线通信协议会导致IoT技术堆栈内部的进一步分化。

远程广域网(WAN)解决方案:

NB-IOT
窄带物联网是现有3GPP技术的产物,它是一种全新的无线电技术标准,可确保极低的功耗(电池使用10年),并提供信号强度约为1的连接性。比2G的情况低23 dB。更重要的是,它使用现有的网络基础架构,不仅可以确保LTE网络的全球覆盖范围,还可以确保信号质量。在许多情况下,这一事实允许实现NB-IoT,而不是需要构建局域网(例如LoRa或Sigfox)的解决方案。

LTE-CATM1
LTE-Cat M1是一种低功率广域(LPWA)连接标准,用于连接具有中等数据速率要求的IoT和M2M设备。与2G,3G或LTE-Cat 1等蜂窝技术相比,它支持更长的电池生命周期,并提供更大的内置范围。

由于与现有LTE网络兼容,CAT M1不需要运营商构建新的基础架构即可。实施它。与NB-IoT相比,LTE Cat M1被证明是移动用例的完美选择,因为它在蜂窝站点之间的切换处理明显更好,并且与高速LTE非常相似。

LoRaWANLoRaWAN是一种低功耗远程广域网协议,针对低功耗进行了优化,并支持具有数百万个设备的大型网络。面向广域网(WAN)应用,LoRaWAN旨在为低功耗WAN提供功能,以支持IoT,M2M,智能城市和工业应用中的低成本,移动和安全的双向通信。

Sigfox
Sigfox的概念是为要求低数据传输水平的低功率M2M应用程序提供有效的连接解决方案,这些应用程序的WiFi范围太短,而蜂窝范围太昂贵且太耗电。Sigfox使用UNB,这项技术使它能够处理每秒10到1,000位的低数据传输速度。与蜂窝通信解决方案相比,它的能耗降低了100倍,而2.5Ah电池的典型待机时间为20年。Sigfox提供健壮,节能和可扩展的网络,能够支持跨越几平方公里区域的成千上万个电池供电设备之间的通信,事实证明Sigfox适用于各种M2M应用,包括智能路灯,智能电表,病人监护仪,安全性设备,和环境传感器。


物联网技术–结论
物联网技术已经使我们在家庭,公共场所,办公室和工厂中感到舒适,并且鉴于其发展的迅捷速度,似乎物有所值的物联网短语“任何可以连接的东西都将被连接”越来越接近我们的日常现实。因此,真正的问题不应该是什么时候发生,而应该在保持安全性和成本效益等关键功能的同时,如何进行连接以实现尽可能高的效率。考虑到这种方法,部署大量低功耗,低带宽设备的部署将需要使用LwM2M,一种轻量级协议,专为管理此类资源受限的机器而设计。因此,从这种实际的角度来看,在给定的物联网应用中成功的问题似乎归结为从大量现有解决方案中选择合适的物联网技术。