物聯(lián)網(wǎng)架構

2021-10-16

物聯(lián)網(wǎng)架構

物聯(lián)網(wǎng)具有改變世界的巨大潛力，沒(méi)錯！我們都知道。但為什么我們這么說(shuō)，你想到了一個(gè)問(wèn)題，什么是物聯(lián)網(wǎng)？你認為它是一個(gè)系統，它從某個(gè)系統中獲取數據，將其存儲到云中，并將其顯示在我們的系統或網(wǎng)絡(luò )上，這是我們的基本假設。雖然您認為它只是在云上發(fā)送數據并對其進(jìn)行監控，但它不僅如此。

IoT 的基本定義是“物聯(lián)網(wǎng) (IoT)”，它是由數千、數百甚至數十億個(gè)相互連接的設備、計算機對象、動(dòng)物、人組成的系統，這些設備、計算機對象、動(dòng)物、人具有唯一標識符并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸信息數據無(wú)需人與人或人與計算機的交互。

我們將首先了解什么是物聯(lián)網(wǎng)；稍后，我們將深入了解它是如何工作的。要了解其工作流程，最好先學(xué)習架構。我們將把它的架構分解成四個(gè)簡(jiǎn)單的部分，并了解它們在實(shí)際應用中的意義。

互聯(lián)設備

就像智能汽車(chē)、智慧城市、智慧醫院一樣，我們周?chē)囊磺卸甲兂闪伺c物聯(lián)網(wǎng)相連的設備。

正如你之前看到的，我們將一一跳到這個(gè)話(huà)題上。我們將看到物聯(lián)網(wǎng)的一些重要元素，例如：

物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

物聯(lián)網(wǎng)架構

物聯(lián)網(wǎng)應用

物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)介

人類(lèi)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相互交流，這最終意味著(zhù)我們是虛擬連接的。同樣，如果事物可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸其信息，則該術(shù)語(yǔ)稱(chēng)為物聯(lián)網(wǎng)。它分為多個(gè)層，但基本上分為四個(gè)基本部分，我們將在后面討論。

物聯(lián)網(wǎng)最顯著(zhù)的優(yōu)勢是您可以坐在世界的任何角落監控或控制任何設備。您不需要處于特定的通信范圍內。

如果你想了解物聯(lián)網(wǎng)系統是如何工作的，首先了解它的架構是非常重要的。在此之下，我們將學(xué)習架構的基本構建塊。

物聯(lián)網(wǎng)架構

物聯(lián)網(wǎng)架構由第一層組成，即連接到互聯(lián)網(wǎng)的傳感器或設備。使用他們的嵌入式傳感器和執行器可以感知他們的環(huán)境，然后數據被累積并發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

下一階段（第二階段）由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)組成，這些 網(wǎng)關(guān) 收集足夠數量的未處理數據，將其轉換為數字數據包，過(guò)濾然后對其進(jìn)行處理，以便為邊緣分析過(guò)程做好準備。

第三層由 邊緣分析表示。它用于處理數據和增強信息分析。它是維護物聯(lián)網(wǎng)數據的最重要因素。在這個(gè)領(lǐng)域，人工智能（AI）和機器學(xué)習（ML）技術(shù)被用來(lái)整理數據，并為系統/云提供合適的數據。

之后，信息被傳輸到 數據中心，這些數據中心 可能是基于云的，也可能是安裝在本地的。這是使用邊緣計算等多種技術(shù)存儲、管理和分析信息的地方。

傳感器、執行器和控制器：

術(shù)語(yǔ)傳感器是一種可以感測數據并將其轉換為與從感測元件獲得的數據相關(guān)的電信號的設備。它只是像我們人類(lèi)一樣產(chǎn)生輸出。當我們觸摸熱的東西時(shí)我們會(huì )尖叫，當我們感到冷時(shí)會(huì )顫抖。

物聯(lián)網(wǎng)的第一層由連接到這樣一個(gè)設備的傳感器組成，該設備可以在云平臺上傳輸傳感器的數據。市場(chǎng)上有大量傳感器可用于測量/感測某些物理或生物參數。

第一層的重要性： 要處理特定數據，我們應該知道我們要處理哪些數據以及我們希望在我們的 IoT 平臺上看到哪些確切參數。傳感器和傳感器連接設備是從該區域獲取信息的最重要的事情。這起著(zhù)至關(guān)重要的作用，因為它為您提供了要進(jìn)一步處理的數據。您可以無(wú)線(xiàn)控制這些設備，因為它們與 Internet 網(wǎng)關(guān)連接設備集成在一起。

示例： 氣體傳感器、濕度傳感器、PIR 傳感器是傳感器的示例，水泵、電磁閥、電磁水泵是執行器設備的示例，而微控制器 wifi 集成板也進(jìn)入這一層。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

智能設備需要智能網(wǎng)關(guān)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是云平臺和傳感器數據之間的入口和出口。

網(wǎng)關(guān)總是像網(wǎng)絡(luò )翻譯協(xié)議的翻譯器。所有網(wǎng)絡(luò )都有一個(gè)限制通信的邊界。它是連接兩種不同網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的節點(diǎn)。當一個(gè)網(wǎng)絡(luò )想要與其他網(wǎng)絡(luò )通信時(shí)。數據包被傳遞到網(wǎng)關(guān)，然后通過(guò)有效路徑由網(wǎng)關(guān)設備路由。

它可以翻譯智能設備使用的各種協(xié)議或語(yǔ)言，例如 wifi、藍牙、以太網(wǎng)、MQTT 或串口。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是智能的。他們在將傳感器數據發(fā)送到云端之前，在網(wǎng)絡(luò )邊緣收集傳感器數據、轉換協(xié)議和處理傳感器數據。

網(wǎng)關(guān)層將其解釋為一個(gè)單獨的物聯(lián)網(wǎng)架構層。這背后的原因，對于信息收集、過(guò)濾和傳輸到邊緣分析和基于云的平臺的過(guò)程至關(guān)重要。操作或發(fā)送數據 從一個(gè)智能家居收集數據并不是一項大任務(wù)，但共享智慧城市的數據卻是一項出色的任務(wù)。因為在該智能區域中連接了數千個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器每秒都在收集和生成數據。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)僅將關(guān)鍵數據傳遞到其他網(wǎng)絡(luò )，并維護設備連接、安全更新和管理等參數。智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，旨在通過(guò)加密保持安全性和復雜性，使數據不會(huì )丟失。

較新的網(wǎng)關(guān)也可作為代碼平臺運行。假設它會(huì )關(guān)閉 AC（空調），如果代碼是在冰凍溫度下關(guān)閉 AC。

第二層的重要性：第二層可以過(guò)濾掉重要的數據，這樣可以最大限度地減少數據量，只有特定部分（最重要的處理）數據才能準確讀數轉發(fā)。最終它在云/存儲中心節省了大量空間。它還節省了設備、傳感器和控制器的能源。

網(wǎng)關(guān)的另一個(gè)最重要的方面是安全性，智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在傳輸和維護來(lái)自雙方的數據流時(shí)提供高安全性。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)示例：  Wifi 集成控制器、藍牙設備、LORA、以太網(wǎng)設備、Zigbee、LTE 設備、光纖設備是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的最佳示例。

邊緣分析和邊緣計算

邊緣分析是在將傳感器置于云端之前對其進(jìn)行操作或獲取關(guān)鍵信息的過(guò)程。讓我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)理解這個(gè)概念。假設，在公司的特定傳感器累積區域，相機捕捉公司日?；顒?dòng)的數據。它不斷記錄每一秒的數據。想象一下它一天注冊了多少信息并將其發(fā)送到云端。取而代之的是，如果我們將運動(dòng)傳感器與相機連接起來(lái)，那么該相機只會(huì )在檢測到運動(dòng)的瞬間記錄剪輯。在該系統中，運動(dòng)傳感器將充當邊緣設備。

我們可以減少到達集中式云存儲庫的直接連接，防止它變得超重。邊緣分析用于減少響應時(shí)間并加快數據處理。

同樣，邊緣計算是一種開(kāi)放的 IT 基礎設施，它在將數據/命令發(fā)送到網(wǎng)關(guān)或系統中的類(lèi)似層之前對其進(jìn)行分析。

這一層的重要性：邊緣技術(shù)支持數據流加速，包括無(wú)延遲的實(shí)時(shí)數據處理。如今，物聯(lián)網(wǎng)設備正在行業(yè)中滾雪球。據統計，到 2025 年，物聯(lián)網(wǎng)設備的數量將增加數十億。為了處理如此海量的數據，邊緣系統對于在云上發(fā)送重要和關(guān)鍵的數據至關(guān)重要。最終，它將有效地減少數據的帶寬。  

這一層的優(yōu)缺點(diǎn)

在談?wù)撨@個(gè)系統的好處時(shí)，它的好處多于缺點(diǎn)。服務(wù)是它減少了云資源的使用。它提供了更快和實(shí)時(shí)的響應，并且不會(huì )在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間造成任何通信間隙。邊緣設備就像物聯(lián)網(wǎng)傳感器和設備的防火墻，也有助于網(wǎng)絡(luò )資源。

邊緣技術(shù)將通過(guò)轉向現代、智能的邊緣計算架構來(lái)開(kāi)啟新的機遇。

數據存儲中心/云平臺

假設您正在運行一個(gè)基于 IoT 的系統，您可以在其中使用一些 IoT 應用程序控制家用電器。在這種情況下，云是用于存儲系統實(shí)時(shí)數據的最關(guān)鍵因素，我們每秒都會(huì )通過(guò)它獲得系統更新。

數據中心是一個(gè)由聯(lián)網(wǎng)計算機和存儲組成的系統，用于組織、處理和廣播大量數據。同樣，云是支持物聯(lián)網(wǎng)設備和應用程序的龐大網(wǎng)絡(luò )。物聯(lián)網(wǎng)云還包括用于連接、管理和保護網(wǎng)絡(luò )和物聯(lián)網(wǎng)設備的設施和標準。這種結構/系統嚴重依賴(lài)于數據中心內包含的應用程序、服務(wù)和數據，使其成為日常運營(yíng)的中心點(diǎn)和關(guān)鍵資產(chǎn)。

如果說(shuō)data-Sensors/云平臺扮演著(zhù)骨干的角色，那么云就是IoT（物聯(lián)網(wǎng)）中的大腦。

正如統計數據所說(shuō)，到 2025 年底，物聯(lián)網(wǎng)設備將達到數十億。它將轉換為將這些數據存儲到云/數據中心的巨大需求。當您必須一起操作/監控數十萬(wàn)甚至數百萬(wàn)臺設備時(shí)，云還提供了高可擴展性。將來(lái)自每個(gè)傳感器的大量數據放入非常密集。在云的幫助下，這些數據可以有效地存儲并與邊緣計算聚合。由于這些參數，它被認為是物聯(lián)網(wǎng)系統中的重要層。

物聯(lián)網(wǎng)應用

該系統的物聯(lián)網(wǎng)架構包括三個(gè)階段：物理、通信和應用。物理層由多傳感器網(wǎng)絡(luò )組成，用于監控患者的重要信息數據，如營(yíng)養、醫療攝入和身體活動(dòng)。物理層中還包括另一個(gè)監控網(wǎng)絡(luò )，由內部傳感器和執行器組成，用于管理空氣質(zhì)量、溫度、研究并確定人員的任何危險狀況。

第二層包括 OT  （操作技術(shù)） 設備，這些設備收集傳感器收集的知識，將其轉換為有意義的數據包并將其傳輸到后端目的地。第三層是使用基于云的數據分析引擎和機器學(xué)習機制接收、存儲和處理數據的地方。

所呈現的醫療保健監控系統必須為不同的用戶(hù)提供訪(fǎng)問(wèn)權限——例如，醫療保健提供者、患者本身以及任何家庭成員或看護人。這樣做時(shí)，所有數據都以某種加密格式保持安全，以便只能由特定設備訪(fǎng)問(wèn)。

除此之外，很少有現實(shí)世界的物聯(lián)網(wǎng)應用程序：

智能穿戴設備

智能汽車(chē)

智能起搏器

廢物管理

智能家居應用

追蹤工業(yè)問(wèn)題

供應鏈

農業(yè)和病蟲(chóng)害防治

最后的話(huà)

從上面我們了解到，物聯(lián)網(wǎng)架構分為四個(gè)關(guān)鍵層。這些層根據系統進(jìn)行細分。物聯(lián)網(wǎng)架構有利于可擴展性、監控數據、實(shí)時(shí)結果和實(shí)時(shí)操作。

越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)設備是為消費者使用而創(chuàng )建的，包括聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)、家庭自動(dòng)化、可穿戴技術(shù)、相關(guān)健康以及具有遠程監控功能的設備。我們需要了解系統的基本塊和架構才能實(shí)現如此巨大的大規模增長(cháng)，因此我們通過(guò)閱讀本文了解架構的基本內容。