物联网概念与应用

物联网概念与应用第一单元物联网简介第一单元物联网简介物联网的演变

使能技术

物联网架构：

oneM2M、物联网世界论坛（IoTWF）和替代物联网模型

简化的物联网架构和核心物联网功能栈–

物联网中的雾计算、边缘计算和云计算物联网的

定义它是通过嵌入到日常物品中的互联网设备来实现互联互通的方式，使这些物品能够发送和接收数据，从而实现相关功能。

如今，数据无处不在，无所不包。因此，物联网也可以定义为对数据进行分析，从而生成有意义的行动，而这些行动是在数据交换之后触发的。

物联网可用于构建农业、资产跟踪、能源、安全保障、国防、嵌入式应用、教育、废物管理、医疗保健产品、远程医疗、智慧城市应用等领域的应用。物联网的特点

连接性

智能与身份可扩展性动态和自适应（复杂性）安全自配置互操作性物联网的演变

使能技术使能技术物联网（IoT）使能技术是无线传感器网络云计算大数据分析通信协议嵌入式系统人工智能（AI）1.无线传感器网络（WSN）：

一个

无线传感器网络(WSN)由分布式设备组成，这些设备配备传感器，用于监测环境和物理状况。无线传感器网络由终端节点、路由器和协调器组成。终端节点上连接着多个传感器，数据通过路由器传输到协调器。协调器还充当网关，将WSN连接到互联网。

例如——天气监测系统室内空气质量监测系统土壤湿度监测系统监控系统健康监测系统2.云计算：

它为我们提供了一种通过互联网访问应用程序的途径。云指的是存在于远程位置的事物。借助云计算，用户可以从任何地方

通过互联网

访问任何资源，例如数据库、网络服务器、存储、任何设备以及任何软件。特点——广泛的网络接入按需自助服务快速可扩展性计量服务按次付费3.大数据分析：它指的是研究海量数据或大数据的方法。大数据是指数据量、数据速度或数据种类过于庞大，以至于无法使用传统数据库进行存储、控制、处理和分析的数据。

大数据来源于各种渠道，包括社交网络视频、数字图像、传感器数据和销售交易记录。

分析大数据涉及以下几个步骤：数据清洗芒金加工可视化4.通信协议：物联网系统的骨干，实现网络连接并与应用程序连接。通信协议允许设备通过网络交换数据。多个协议通常描述单个通信的不同方面。一组设计为协同工作的协议被称为协议套件；当它们在软件中实现时，就形成了协议栈。

它们被用于……数据编码地址方案5.嵌入式系统：它是由硬件和软件组成的组合体，用于执行特定任务。

它包括微控制器和微处理器、存储器、网络单元（以太网/Wi-Fi适配器）、输入输出单元（显示屏/键盘等）和存储设备（闪存）。

它收集数据并将其发送到互联网。

示例中使用的嵌入式系统——

数码相机DVD播放器，音乐播放器工业机器人无线路由器等。6.人工智能（AI）

人工智能和机器学习正在影响物联网，因为物联网赋能技术使设备能够从数据中学习并做出智能决策。这些技术使物联网系统能够根据当前状况自动调整其运行参数和功能级别，从而提升系统未来的性能。物联网架构物联网（IoT）技术应用范围广泛，且其应用增长速度惊人。它指的是将内置电子元件的物理对象联网，使这些对象能够相互通信并感知彼此之间或与外部环境的交互。物联网架构分为4个不同的层，即感知层、网络层、数据处理层和应用层。感知层：感知层是物联网架构的第一层，负责从不同来源收集数据。该层包含放置在环境中的传感器和执行器，用于收集温度、湿度、光照、声音和其他物理参数信息。有线或无线通信协议将这些设备连接到网络层。网络层：物联网架构的网络层负责提供物联网系统中设备之间的通信和连接。它包含使设备能够相互连接并与更广泛的互联网通信的协议和技术。物联网中常用的网络技术包括WiFi、蓝牙、Zigbee以及蜂窝网络（例如4G和5G技术）。此外，网络层可能包含网关和路由器，它们充当设备与更广泛的互联网之间的中介，并且可能包含加密和身份验证等安全功能，以防止未经授权的访问。数据处理层：物联网架构的数据处理层是指负责收集、分析和解释来自物联网设备的数据的软硬件组件。该层负责接收来自设备的原始数据，对其进行处理，并使其可用于进一步的分析或操作。数据处理层包含多种技术和工具，例如数据管理系统、分析平台和机器学习算法。这些工具用于从数据中提取有意义的见解，并基于这些数据做出决策。数据湖就是数据处理层中使用的一种技术示例，它是一个用于存储来自物联网设备的原始数据的集中式存储库。应用层：物联网架构的应用层是直接与最终用户交互的最顶层。它负责提供用户友好的界面和功能，使用户能够访问和控制物联网设备。该层包含各种软件和应用程序，例如移动应用、Web门户和其他用户界面，这些界面旨在与底层物联网基础设施交互。它还包含中间件服务，使不同的物联网设备和系统能够无缝通信和共享数据。应用层还包含分析和处理功能，使数据能够被分析并转化为有意义的洞察。这可能包括机器学习算法、数据可视化工具和其他高级分析功能。

物联网世界论坛（IoTWF）标准化架构

2014年，由思科、IBM、罗克韦尔自动化等公司牵头的物联网世界论坛（IoTWF）架构委员会发布了一个七层物联网架构参考模型。虽然目前存在多种物联网参考模型，但IoTWF提出的模型提供了一个清晰、简化的物联网视角，涵盖了边缘计算、数据存储和访问等内容。它提供了一种从技术角度简洁地可视化物联网的方法。七个层级中的每一层都细分为特定的功能，而安全性则贯穿整个模型。下图详细展示了IoTWF发布的物联网参考模型。物联网参考模型定义了一系列层级，控制流从中心（这可以是）流向中心。两者都cloudserviceora从专用数据中心到边缘，

包括传感器、设备、机器和其他类型的智能终端节点。通常，数据从边缘向上传输，然后向北到达中心。使用此参考模型，我们可以实现以下目标：分解物联网问题分成更小的部分识别每一层的不同技术以及它们之间的关系定义一个可以由不同供应商提供不同部件的系统。制定定义接口的流程，导致互操作性第一层：物理设备和控制器层物联网参考模型的第一层是物理设备和控制器层。这一层是家中的“东西”物联网，包括各种终端设备和传感器负责发送和接收信息。这些“设备”的尺寸差异很大，从几乎微观的传感器到工厂里的巨型机器都有。它们的主要功能是生成数据，并能够通过网络进行查询和/或控制。第二层：连接层物联网参考模型的第二层，重点在于连接性。这一层最重要的功能是可靠、及时地传输数据。更具体地说，这包括第一层设备与网络之间的传输，以及网络与第三层（边缘计算层）信息处理之间的传输。正如您可能已经了解到的，注意，连接性层包含它涵盖了物联网的所有网络元素，但并没有真正区分最后一公里网络（传感器/端点与物联网之间的网络）。网关（本章稍后将讨论）、网关和回程网络。连接层的功能详见图2-3。第3层：边缘计算层

边缘计算是第三层（Layer3）的功能。边缘计算通常被称为“雾计算”层，本章稍后将在“雾计算”部分进行讨论。在这一层，重点在于数据缩减，并将网络数据流转换为可供更高层存储和处理的信息。该参考模型的基本原则之一是信息处理由边缘计算发起。尽可能早地、尽可能靠近网络边缘进行操作。图2-4展示了物联网参考模型第三层处理的功能。上层：第4-7层上层负责处理和加工底层生成的物联网数据。为了完整起见，物联网参考模型的第4层至第7层总结在表2-2中。M2M通信

机器对机器通信（M2M）顾名思义，就是两台机器在无需人为干预或交互的情况下进行“通信”或数据交换。这包括串行连接、电力线连接（PLC）或工业互联网中的无线通信。物联网（IoT）。转向无线技术使机器对机器（M2M）通信变得更加容易，并使更多应用程序能够连接。机器对机器（M2M）通信使物联网成为可能。据《福布斯》报道，M2M是目前市场上增长最快的互联设备技术之一，这主要是因为M2M技术可以将数百万台设备连接到同一个网络中。互联设备的范围非常广泛，从自动售货机到医疗设备，从车辆到建筑物，几乎任何搭载传感器或控制技术的设备都可以连接到某种无线网络。雾计算

应对挑战的解决方案前面提到的部分是为了在整个物联网系统中尽可能靠近IP网络边缘部署数据管理，边缘服务最广为人知的实现方式是雾计算。任何具备计算、存储和网络连接能力的设备都可以成为雾节点，例如工业控制器、交换机、路由器、嵌入式服务器和物联网网关。在数据采集点附近分析物联网数据可以最大限度地减少延迟，并卸载数GB的网络流量。从核心网络，并将敏感数据保存在本地网络内。核心物联网功能栈

物联网核心功能栈构建的物联网网络围绕“物”的概念展开，这些“物”或智能对象执行功能并提供新的互联服务。这些对象之所以“智能”，是因为它们结合了上下文信息和配置的目标来执行操作。这些操作可以是独立的（即智能对象不