物聯(lián)網(wǎng)架構終極指南

2021-06-24

物聯(lián)網(wǎng)架構終極指南

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 架構，并展示了物聯(lián)網(wǎng)如何將全球轉變?yōu)橹悄苁澜??；诒疚慕榻B的物聯(lián)網(wǎng)架構，智能汽車(chē)、智能家居和智能城市，您周?chē)娜魏问挛锒伎赡艹蔀橹悄茉O備。

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 集成了全球從傳感器到數字云的所有產(chǎn)品。它將整個(gè)城市的計算機、網(wǎng)絡(luò )和個(gè)人連接起來(lái)，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的分配系統。在這方面，物聯(lián)網(wǎng)包括智能電網(wǎng)、智能家居、智能城市和互聯(lián)網(wǎng)。由于其廣泛的應用和多樣化的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)近年來(lái)提供了許多可能性。圖 1 顯示了與各種設備相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 通用架構。

圖1 ：物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 網(wǎng)絡(luò )架構 

物聯(lián)網(wǎng)架構 

物聯(lián)網(wǎng)架構是一個(gè)強大而深刻的概念，它基于允許所有部分完美協(xié)同工作的架構。 

四階段物聯(lián)網(wǎng)架構 

四階段物聯(lián)網(wǎng)架構可以總結如下： 

傳感器和執行器

互聯(lián)網(wǎng)度假和數據采集系統

邊緣 IT

數據中心和云 

下圖更全面地展示了這些步驟。

圖2 ：物聯(lián)網(wǎng)架構的四個(gè)階段 

傳感器和執行器 

第一層是傳感器的物理層，能夠感知和收集環(huán)境數據。連接的設備提供了物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，它是作為每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統基礎的數據。他們需要傳感器來(lái)收集環(huán)境或物品本身內部和外部的物理特征。它們可以集成到設備本身中，也可以作為獨立項目用于遙測數據的測量和收集。例如，看看農場(chǎng)傳感器，其職責是檢測氣溫、土壤濕度、土壤 pH 值或作物陽(yáng)光照射等因素。 

該層的另一個(gè)重要特征是執行器。通過(guò)與傳感器的密切協(xié)作，您可以將來(lái)自智能設備的數據轉化為實(shí)際行動(dòng)。使用帶有所有傳感器的智能澆水系統。系統使用傳感器數據實(shí)時(shí)評估情況，并告訴執行器，如果地面水分低于設定值，則打開(kāi)選定的水閥。閥門(mén)保持打開(kāi)狀態(tài)，直到默認傳感器返回。當然，這一切都是在沒(méi)有一個(gè)人干預的情況下發(fā)生的。

對于連接的對象，不僅需要能夠與相關(guān)網(wǎng)關(guān)或數據收集系統進(jìn)行雙向交互，而且還需要能夠相互識別、一起聊天、共享信息和及時(shí)合作以從完整操作中受益. 特別是對于資源和電池供電的小工具來(lái)說(shuō)，這不是一件容易的事，因為這種通信需要大量的計算能力并使用大量的能量和帶寬。因此，只有應用了正確、安全和輕量級的通信協(xié)議，才能使用強大的架構。 

因此，穩健的架構只有在使用適當、安全和輕量級的通信協(xié)議時(shí)才能實(shí)現有效的設備管理，包括用于管理許多物聯(lián)網(wǎng)應用中常見(jiàn)的輕量級低功耗設備的領(lǐng)先標準協(xié)議，即輕量級 M2M。

圖3 ：物聯(lián)網(wǎng)架構中的傳感器和執行器 

網(wǎng)關(guān)和數據采集 

該層與某些設備上的傳感器和執行器密切配合；盡管如此，它仍被定義為物聯(lián)網(wǎng)架構的一個(gè)不同階段，對于數據收集、過(guò)濾和傳輸到基于云的基礎設施和平臺的邊緣至關(guān)重要。百萬(wàn)設備系統的海量輸入和輸出應突出數據聚合、選擇和傳輸能力。其他層的連接點(diǎn)是網(wǎng)關(guān)和數據收集系統，作為鏈接元素與云和分析之間的中介。 

位于 OT 和 IT 世界邊緣的網(wǎng)關(guān)通過(guò)將傳感器數據轉換為可由整個(gè)系統中的其他系統組件輕松傳輸和使用的形式，在傳感器與系統其余部分之間提供通信。此外，它們能夠控制、過(guò)濾和選擇數據，以減少向云端傳輸的數據，從而對網(wǎng)絡(luò )的傳輸成本和反應時(shí)間產(chǎn)生有益的影響。因此，網(wǎng)關(guān)為本地傳感器數據準備和后續處理為可用包提供了一個(gè)位置。

安全性是網(wǎng)關(guān)的另一個(gè)特征。網(wǎng)關(guān)雙向調節信息流，通過(guò)使用適當的加密和安全技術(shù)來(lái)防止物聯(lián)網(wǎng)云數據侵權，以減少對物聯(lián)網(wǎng)設備的嚴厲外部攻擊的威脅。

圖 4：物聯(lián)網(wǎng)架構中的網(wǎng)關(guān)和數據采集階段 

邊緣分析 

邊緣設備可能會(huì )帶來(lái)顯著(zhù)的好處，尤其是在大型物聯(lián)網(wǎng)項目中，但并非每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)架構都需要它們。鑒于物聯(lián)網(wǎng)云平臺和受限的可訪(fǎng)問(wèn)性，邊緣系統可以在物聯(lián)網(wǎng)數據處理和分析方面提供額外的靈活性。鑒于眾多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用程序中數據處理的關(guān)鍵速度，邊緣計算最近在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統中的受歡迎程度顯著(zhù)上升。

由于可以將邊緣基礎設施的物理位置更靠近數據源，因此一開(kāi)始使用物聯(lián)網(wǎng)材料會(huì )更容易。在這種情況下，只會(huì )傳輸更大的數據位，并且實(shí)際上必須處理云。通過(guò)最大限度地減少網(wǎng)絡(luò )暴露，可以大大增強安全性，同時(shí)減少帶寬和電源利用率可以提高企業(yè)資源的效率。 

數據中心/云平臺 

當傳感器變成神經(jīng)元，網(wǎng)關(guān)變成背景時(shí)，云就是物聯(lián)網(wǎng)的大腦。與尖端解決方案相反，數據中心或基于云的系統旨在存儲、處理和分析大量數據，以獲得更深入的洞察力，這是高級數據分析引擎和機器學(xué)習流程永遠不可能實(shí)現的。 

在過(guò)去幾年中，云計算已被廣泛接受（尤其是在物聯(lián)網(wǎng)設計中）可以提高生產(chǎn)率、減少意外停機時(shí)間、降低能源消耗和許多其他經(jīng)濟效益。

云提供企業(yè)智能和顯示替代方案，允許員工連接到系統、運行和監控系統，并在配備適當的使用解決方案時(shí)，根據實(shí)時(shí)查看的報告、儀表板和數據做出智能決策。

物聯(lián)網(wǎng)架構：醫療保健領(lǐng)域的一個(gè)例子 

醫療保健是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中領(lǐng)先和最重要的行業(yè)之一。這是因為物聯(lián)網(wǎng)解決方案讓患者受益于高質(zhì)量的護理，并將其與長(cháng)期但可觀(guān)的節省相結合。 

醫療保健中的核心物聯(lián)網(wǎng)應用包括但不限于通過(guò)使用智能智能健康和應急物聯(lián)網(wǎng)設備來(lái)提高患者安全和員工安全、減少不必要的醫療保健費用以及及時(shí)提供足夠的幫助。 

鑒于人口面臨的巨大問(wèn)題，老年護理和糖尿病和心臟病等疾病的監測是公共衛生的主要問(wèn)題之一。因此，預防在改善老年人健康方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。因此，物聯(lián)網(wǎng)處于優(yōu)先地位并非令人難以置信，尤其是在需要可靠性、安全性和準確管理的健康監測中。 

例如，自動(dòng)化老年患者監測系統需要數據收集和實(shí)時(shí)分析、基礎設施訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )連接以及用戶(hù)界面和支持應用程序以供演示。因此，必須集成身體傳感器的架構，以收集患者數據、過(guò)濾和重定向數據、分析數據并將其無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接到云端，并作為將數據傳輸到遠程位置（例如緊急情況和醫療保健提供者）的工具用于監視和監視目的。

圖 5：物聯(lián)網(wǎng)架構：以醫療保健為例

提供的醫療保健監控系統必須使不同的用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)。例如，醫療保健從業(yè)者、患者和任何家庭成員或看護人。有鑒于此，數據安全和隱私是在健康監測中采用物聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題之一。在傳輸數據時(shí)，可以通過(guò)加密獲得安全性。例如，微處理器通過(guò)套接字的安全層 (SSL) 確保加密的安全通信機制。 

結論

物聯(lián)網(wǎng)架構因解決方案而異；然而，它的關(guān)鍵組成部分是四個(gè)構建塊，它們對于交付使物聯(lián)網(wǎng)氣候可行的基本功能至關(guān)重要。重要的是，您不要被物聯(lián)網(wǎng)架構的感知復雜性所淹沒(méi)，也不要忽視有吸引力且面向未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)項目。

應該說(shuō)，對強大的物聯(lián)網(wǎng)架構開(kāi)發(fā)的日益關(guān)注導致從其數據中提取更大的商業(yè)價(jià)值，為他們提供競爭優(yōu)勢并幫助他們超越競爭對手。

雖然還需要做更多的工作來(lái)解決物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)碎片化問(wèn)題，但很明顯，已經(jīng)付出了大量努力來(lái)包括最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和標準（例如：LwM2M 和 oneM2M）。

然而，在這成為現實(shí)之前，物聯(lián)網(wǎng)的承諾不一定通過(guò)開(kāi)發(fā)單一的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現，而是通過(guò)構建一個(gè)強大的、面向未來(lái)的、可擴展的和安全的物聯(lián)網(wǎng)架構，以便有效地捕獲和管理、分析并在數據的收集、管理和使用中使用所有技術(shù)。