物联网技术堆栈–从物联网设备,传感器,执行器和网关到物联网平台

2022-04-12 18:14:41 浏览数 (1)

了解物联网 (IoT)技术和IoT技术堆栈的第一层:IoT设备(包括传感器和执行器),IoT网关 (和设备管理)和IoT平台。

物联网由几个技术层组成,这些层在从简单地连接“物”和物联网设备到构建具有明确目标的应用程序的过程中都发挥着作用,无论是用于消费类应用程序还是工业级物联网项目。

物联网技术实际上应该是物联网技术,因为当然有很多,而重要的取决于目标。但是,它们适合于此IoT技术堆栈,该堆栈具有不同的层,从IoT设备开始,每层都有多种技术。

在本文中,我们首先介绍了物联网技术堆栈,尤其是该物联网技术堆栈的前三层。

  1. 首先是物联网设备级别;因为通常没有精确的传感器,执行器和IoT设备,没有精确的数据,没有精确的数据,没有物联网,更不用说IoT项目或产品/服务了。
  2. 第二个是IoT网关,我们对其进行了更深入的介绍,但值得一提,尤其是在与IoT设备层紧密相连的IoT设备层概述中,这是实现下一步可操作步骤的必要水平数据和业务应用程序或消费者应用程序和服务。
  3. 第三层是IoT平台层,我们在其中连接业务和消费者应用程序和服务,以及这些服务的开发以及与前两层的管理和互连。

物联网弥合了物理世界和数字世界之间的鸿沟,始于事物。从广义上讲,有几种物联网设备。有些人坐在网络的边缘,在那里发生真正的事物连接。

其他包括物联网网关,它可以对来自“启用物联网”的事物或连接对象的所有数据进行实际处理。但是,我们不会像某些人那样将物联网网关视为物联网设备。这是一个不同的物联网技术层,甚至不一定像我们将看到的硬件。

什么是物联网技术?物联网技术栈

物联网技术栈不过是一系列技术,标准和应用程序,从对象到互联网的简单连接到使用这些连接的事物,它们收集和通信的数据以及为这些应用程序供电需要采取不同的步骤。

没有这种物联网技术堆栈,就不可能对物联网设备进行任何操作,也就没有理由将其连接到互联网。因此,简单地说,物联网技术栈包含了从物联网设备和数据到实际目的和目标或所谓的物联网用例的所有必需技术。

然而,尽管看起来很简单,但不同层由物联网项目的多种技术和选项组成。

此外,这不仅是在IoT技术堆栈中组合正确的技术的问题,而且还涉及以准确,安全和具有成本效益的方式做到这一点。实际上,在互操作性方面仍然存在很多挑战,并且由于存在不同的标准,所有这些技术元素都可以相互通信。此外,当我们将已有的已连接设备引入建筑物管理或制造技术等领域已有很长时间时,后一个挑战将变得更大。

让我们看一下IoT技术栈的第一层:IoT设备或IoT端点。请注意,已经进行了各种尝试来描绘和构建IoT技术堆栈(以及在每个层中的各种协议,供应商/播放器和子层)。当思科仍然谈论万物互联(IoE)时,它还具有一个IoE技术栈,该技术栈是基于IoE愿景构建的。

其他人则通过与许多现有的网络模型(例如OSI和TCP / IP)进行比较,将很多精力放在IoT技术堆栈上。

物联网设备和连接的物理物品

因此,事物,设备,传感器等是第一个物联网技术堆栈层。物联网设备可以采用多种形式和形状。

物联网设备包括传感器和执行器等传感器以及无数物体,它们通常被称为“智能”,“智能”或普通的连接” (智能灯泡,已连接的阀门和泵,智能仪表,已连接的汽车,智能或智能建筑组件) ,智能家居设备等)。

当人们谈论IoT设备时,他们不会考虑传感器,执行器或涉及的所有其他东西,例如板,处理器/芯片,收发器,微机电系统或类似的东西。

他们确实考虑了智能设备,例如提到的设备或可穿戴设备,智能路灯,活动跟踪器,智能房间控件,智能恒温器,灌溉控制器,或者可能是协作机器人,智能制造资产,健康监测设备(包括体内),宠物或私人资产,并标有位置检测技术,是的,还有老式旧冰箱。一旦您开始添加农业和农业,“重工业”,零售,“智能”数字标牌等,该列表将无穷无尽。

建议在更广泛的上下文中研究事物和IoT设备,其中各种组件(硬件,软件,连接)甚至相关服务都整合在一个设备中。在本文中,我们最感兴趣的是传感器和执行器。

连接的对象可以具有数以千计的传感器和换能器。用于汽车保险的汽车中的远程信息处理盒通常有几个传感器,一个石油钻机可能有成千上万个。让我们更深入地研究传感器,执行器和与物联网相连的“事物”。

请注意,鉴于物联网设备的事实,我们实质上是在谈论捕获和通信数据,因此还有一个通信组件:设备连接性,即物理事物和控制器通过通信和处理单元连接。

有些人将其添加为IoT技术堆栈的独立层,但确实与IoT网关层以及IoT连接和IoT通信网络层部分重叠,我们将其作为单独的IoT层处理。

物联网设备:传感器

从物联网的当前意义出发,传感器早就存在了,并且在建筑物,工厂,能源等领域无处不在。

在所有这些情况下,传感器都是连接的智能解决方案的数字数据骨干网的一部分。一切与智能和物联网相关的东西都将基于传感器和其他类型的传感器,我们将在接下来看到。

传感器是一种通过将其转换为任何其他形式(主要是电脉冲)来检测,测量或指示任何特定物理量(例如光,热,运动,湿度,压力或类似实体)的设备。

换能器将能量形式的信号转换成另一种形式的信号。在IoT传感器的上下文中,这仅意味着传感器能够感知其所存在的IoT设备中或周围以及它们所连接的物理项目(状态和环境)中及其周围的条件。传感器可以检测环境中的事件或变化以及针对它们的设计目的,并可以将这些事件或特定参数的变化传达给系统和其他设备,然后可以使用此数据进行操作,分析等。

在环境参数中,传感器可以“感知”和交流的因素和事件包括声音,温度,湿度,特定化学成分或气体的存在,光线,占用率(例如房间)等参数。显然,传感器是物联网必不可少的组件,并且必须非常准确,因为它们是从一开始就捕获数据的地方。

有超过100种不同类型的传感器。它们可以单独购买,也可以在所谓的传感器板上购买,这些传感器旨在收集IoT用例或项目范围内所需的多个传感器。有用于诸如智能城市空气质量监测和智能交通应用之类的应用的传感器板。还有一些传感器板,可用于定制用IoT应用程序或构建任何给定应用程序所需的精确板,从而添加所需的传感器。

如前所述,传感器现在还算不上什么,在许多行业甚至没有人听说过物联网这个术语之前,传感器就已经普及了。在当今的智能建筑,工业4.0的智能工厂项目,智能城市项目以及与智能和物联网相关的任何事物中,它们甚至无处不在,并且产品和技术都在发展。

物联网设备:执行器

就像传感器一样,执行器也是传感器。就像传感器一样,它们已经使用了很长一段时间,而且肯定是在物联网这个术语诞生之前。

传感器感应并发送,执行器动作并激活。自动器获得信号并使其运动以使其作用于环境/在环境中进行动作。

从某种意义上讲,您可以说执行器的作用与传感器相反,即使今天大多数公司所做的就是获取和分析数据,执行器也起着至关重要的作用,更不用说使用数据作为触发因素在物理上发生“某些事情”了不仅在自动化范围内,而且在消费物联网应用程序中,都存在着很多价值。

从物联网的角度来看,让执行器的使用更加切实:

我们有关物联网时代建筑物管理发展的文章中列举了一个例子,简而言之,它是这样的:执行器坐在您的散热器上或控制智能家居或智能建筑物中智能房间中的气流;传感器检测到房间里没有人;执行器被触发降低温度(或停止HVAC或其他);控制系统将决策报告回管理系统(从而节省了能源),每个人都很高兴。

到2025年,执行器市场预计将以5.4%的复合年增长率增长

您可以想象这种情况下的许多其他情况。会议室灯,空调和暖气已关闭;工作人员进入“智能办公室”,在其应用程序上寻找可用的会议室并将其预订以供开会;执行器会收到信号,以确保会议室符合健康舒适的会议室的要求。

好的,我们使其听起来比实际容易一些。就像传感器的种类很多一样,执行器的种类也很多,使用方式也不同。

电动执行器可以通过机械转矩来转换能量,其他执行器可以控制阀门(考虑与传感器的组合,例如漏水)等等。它本身就是文章的食物,但希望图像清晰。

在物联网的范围内,执行器在大多数情况下是通过施加一些力来打开或关闭某些物体。但是,在工业应用或机器人技术中也有大量应用,例如将执行器用于抓具。当然,在消费类应用中也有智能设备,您可以很好地看到传感器和执行器协同工作,例如改善睡眠。

物联网网关:位于设备/数据和物联网平台相交处的设备

从多种意义上讲,物联网网关还可以列在物联网设备下。物联网网关可以是硬件,但也可以是软件,并且通常可以是两者的组合,并且鉴于物联网网关功能的不断增强,最好将它们视为一个单独的层,而至少由于这些功能和技术方面而已。

物联网网关具有多种形式和形状,恰好是因为它们(可以)完成(越来越多)多项任务。换句话说:与早期的物联网相比,物联网网关的使用正在发生变化。这与IoT网关的原始范围以及IoT的发展如何导致网关中的更多功能捆绑有关,这是理想的位置,可以执行这些功能,这要归功于其作为桥梁,网关的基本功能。

从严格意义上讲,物联网网关在物联网设备(以及物联网设备中的数据)与网络,云或数据中心的交叉点上起着至关重要的作用,这在我们有关物联网网关的深入文章中已有解释。看到存在用于工业物联网的网关,用于边缘计算的网关,用于家庭自动化的网关,它们在其中聚合和协调家庭传感器和云服务之间的通信,等等。

因此,这是一个具有多个设备,技术,解决方案(软件和硬件)和功能的广泛层。实际上的IoT网关用于连接性聚合,IoT数据的加密和解密(安全性),已解释的整个IoT技术领域中存在的各种协议的转换,IoT设备的管理和启用,所提到的IoT边缘计算,远程控制和管理,数据的预处理和汇总等。

简而言之:它们在多个级别上都起着至关重要的作用,但顾名思义,物联网网关本质上就是:它们是IoT设备级别与真正利用IoT设备数据的技术和环境之间的网关。

随着物联网设备越来越多,物联网数据也越来越多,人们很容易理解为什么物联网网关中包含了更多的功能和目标。许多传感器通常具有很多数据点,这意味着可以在网关中进行预处理,并且网关和整体数据分析越来越多地移向边缘和边缘网关。

但是,您可以在有关IoT数据对IT基础架构的影响的文章中阅读,大多数对IoT数据的分析仍在数据中心进行。因此,无论人们想要什么,从边缘到网络或云的各种各样的物联网网关。在这一层的上下文中,我们还必须强调IoT设备管理 ,这是IoT平台在M2M功能级别上的关键。

网关之外的物联网技术:物联网平台

物联网技术栈的第三层由物联网平台组成。它还是具有多种潜在功能的广泛应用程序类别。

借助IoT平台,我们可以使用软件,更具体地说,可以使用IoT,一方面是IoT设备和IoT网关的更多与硬件相关的层,另一方面是业务和应用程序层之间的中间件。但是,它不再那么简单了。

“物联网平台”被广泛使用,但并不是每个人在谈论它时都具有相同的含义。更糟的是,有多种类型的IoT平台,当然,考虑到我们谈到的有关IoT网关的发展,您猜到了,这里还添加了其他功能。此外,在当前的物联网平台大战中,围绕着400多种不同的物联网平台,正在不断向专业化和差异化发展。而且,的确没有任何物联网平台是相同的。

正如我们在有关IoT平台市场的文章中提到的那样,严格地说,IoT平台是IoT应用程序启用平台。这个名字几乎涵盖了它的作用。最重要的是,IoT设备管理平台 (DMP)使IoT设备管理实际上始终存在于IoT平台,分析平台和IoT编排平台中,在本文中有关IoT平台测试的内容中可以列举更多。

正如物联网书籍《数字化或死亡》(Digitize or Die)的作者尼古拉斯·温德帕辛格(Nicolas Windpassinger)一样,他也谈到了物联网技术栈。在适当的时间提供服务。

确实这是关于业务成果和服务的。IoT平台可以提供连接支持,服务支持,设备管理应用程序支持和解决方案提供商服务等服务,“最大的挑战是IoT平台是与技术无关,而与用例和用户利益有关。

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