物联网架构概述_物联网9大应用领域

2022-10-02 13:10:43 浏览数 (2)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。 物联网（The Internet of Things，简称IOT）其核心组成就是物联设备、网关和云端。

1物联网网络架构

从下到上依次为感知层、网络层和应用层。

  1. 感知层：识别物体，采集信息；
  2. 网络层：主要实现信息的传递；
  3. 应用层：提供丰富的基于物联网的应用；

举例： 在智能电网中的远程电力抄表应用：安置于用户家中的读表器就是感知层中的传感器，这些传感器在收集到用户用电的信息后，通过网络发送并汇总到发电厂的处理器上。该处理器及其对应工作就属于应用层，它将完成对用户用电信息的分析，并自动采取相关措施。

2设备入网方式

根据物联网终端设备本身是否具备入网能力，分为直接接入和网关接入两种方式。

  1. 直接接入：物联网终端设备本身带有通信模块，具备联网能力直接接入网络；
  1. 网关接入：物联网终端设备本身不具备入网能力，需要在本地组网后，需要统一通过网关再接入到网络。

图转自https://blog.csdn.net/mwlwlm/article/details/77932633 物联网平台架构设计

物联网网关用于实现内外网互联，是很重要的物联网设备。物联网关是连接无线传感网络与传统通信网络的纽带，集数据监控和传输于一身，用于完成不同类型网络之间的协议转换以及实现节点的数据收集与远程控制。

物联网网关主要功能如下：

  1. 管理功能。物联网网关可以获取各节点的属性和实时状态信息，并实现对节点的状态控制、唤醒与睡眠、在线诊断等功能，同时支持通过二次编程实现对节点的自动化管理。
  2. 源寻址功能。寻址技术可确保各个节点的信息被精准实时地定位和查询，以满足跨域通信的需求。由于节点地址结构与DNS的域名结构不同，因此需要开发新的源寻址技术。
  3. 协议转换与数据格式标准化功能。为了实现无线传感网络与传统通信网络的数据交互，需要由网关充当协议转换的角色，将上传的标准格式数据进行统一封装，将下发的数据解包成标准格式数据，使得指令可被识别。

物联网网关通常基于ARM和嵌入式Linux平台方案进行设计，以满足对性能和应用的需求，并对整个系统的资源进行管理。在工业应用中受实时性、稳定性、环境与成本限制，物联网网关常以无线广域网（WWAN）和本地现场总线的结合为主，以适应各种复杂的工业环境。现阶段较为成熟的无线广域网通信技术有GPRS技术、4G技术和卫星通信技术，而应用广泛的现场总线技术有CAN、PROFIBUS、LONWORKS、HART、MODBUS等。

数据传输可以在主动或被动的工作机制下运行。处于主动工作模式时，只有在被控数据产生变化，或设置定时任务时才会产生数据传输，其优点是简化了终端采集功能，并降低了运行功耗；处于被动工作模式时，只有在收到主动发出的查询指令时才会产生数据传输，给予了监控中心权限，但功耗升高，传输效率降低。物联网网关采用混合式数据传输机制，使用应答机制侦听双向数据，使用主动机制多阈值定时采集传输数据，从而兼顾了主动式和应答式的优点，在功耗与传输效率间取得了平衡。

引自某篇硕士论文，后续补充相关信息。

物联网网关和路由器的区别

工业物联网网关的主要作用是将两种不同协议的设备进行相应的转换，转换成相应能进行通信的协议进行数据的双向传输。主要针对的是两种不能直接进行通信的设备进行联网。因为物联网传感器的协议没有一直统一的标准，各个厂商有各自的定义，所以网关在这个时候充当的是一个翻译的功能，让不同的传感器可以进行连接、通信。路由器属于网络层面的设备，可以用来分割广播域，它算是作用狭小化的网关，在日常用的以太网里，可以说网关和路由器是一个东西。主要功能都是用于连接网络，保证使用设备的正常联网。

在进行万物互联的时代，物联网设备的增多，导致了许多数据需要传输到云端进行分析，这也就对云端以及传输的带宽带了许多的压力，而且在传输的过程中，还会产生数据泄露的危险。而工业物联网网关与工业路由器另外一点最大的区别就是，计讯物联网网关支持边缘计算功能，可以将数据在边缘端进行计算，减少云端处理数据的压力，同时避免了数据泄露的危险。既满足行业数字化在敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能的需求也可以同时满足安全与隐私保护等方面的关键需求。

https://blog.51cto.com/14579554/2448538?source=dra 工业物联网网关和工业路由器有什么区别

3网络通信方式

  1. 移动网络：2/3/4G
  2. 宽带

4物联网云平台

一般情况下,用服务终端无法和不在同一个局域网下的其他设备终端设备直接点对点通信，这时需要一个位于互联网上的服务器做中转，这个服务器就是现在流行的所谓物联网云端。 物联网云平台为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接海量设备，支撑设备数据采集上云；向上提供云端API，服务端通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。

物联网云平台系统架构主要包含四大组件：

  1. 设备接入：可以在智能设备与云端之间建立安全的双向连接；
  2. 设备管理：服务有生命周期、设备分组、设备影子、物模型、数据解析、数据存储、在线调试、固件升级、远程配置、实时监控等；
  3. 规则引擎：规则引擎通过创建、配置规则，以实现数据流转和场景联动。主要作用是把物联网平台数据通过过滤转发到其他云计算产品上；
  4. 安全认证及权限管理

5物联网协议

物联网协议分为两大类，一类是接入协议，一类是通信协议。 接入协议：一般负责子网内设备间的组网及通信，常见的接入协议有zigbee、蓝牙以及wifi协议等； 通信协议：主要是运行在传统互联网TCP/IP协议之上的设备通讯协议，负责设备通过互联网进行数据交换及通信，常见的通讯协议有HTTP、websocket、XMPP、COAP、MQTT等。

下面简单介绍一下常用的物联网通信协议MQTT。

MQTT

MQTT (MessageQueuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输 )，该协议构建于TCP/IP协议上，相比来说比较适合物联网场景的通讯协议，这是因为它可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。

MQTT协议采用基于客户端-服务器的发布/订阅（publish/subscribe）模式，所有的物联网终端都通过TCP连接到云端，云端通过主题的方式管理各个设备关注的通讯内容，负责将设备与设备之间消息的转发。

主流的MQTT是基于TCP连接进行数据推送的，基于UDP的MQTT版本称作MQTT-SN。

MQTT客户端与服务器 在通讯过程中，MQTT协议中有三种身份（见图）：发布者（Publish）、代理（Broker）（服务器）、订阅者（Subscribe）。其中，消息的发布者和订阅者都是客户端，消息代理是服务器，消息发布者可以同时是订阅者。 MQTT客户端可以发布信息、订阅信息、退订或删除信息、断开与服务器的连接； MQTT服务器可以接收客户端的网络连接、客户端发布的信息、客户端的订阅和退订请求、转发客户端订阅的消息。

消息传输 每个客户端与服务器建立的连接即是会话（Session），订阅（Subscription）会与一个会话关联，一个会话可以包含多个订阅。MQTT传输的消息分为主题和负载两部分：主题（Topic）即消息的类型，订阅者订阅后，所接收的该主题的具体内容为负载（Payload）。

适用范围：在低带宽、不可靠的网络下提供基于云平台的远程设备的数据传输和监控。

https://www.jianshu.com/p/f5a6977e9fef Iot的七大通信协议，你了解几个 https://www.cnblogs.com/jikexianfeng/articles/5697069.html 物联网通信协议介绍（本博文为转载博文，源连接已失效） https://www.runoob.com/w3cnote/mqtt-intro.html MQTT入门介绍

6其它概念

边缘计算

用于获取和分析信息的设备不能总是依赖于网络或应用程序，如果其中一个出现问题，整个系统就会失灵。为此人们为此类设备提供了一种不同的能力，即边缘计算功能，即在解决方案的边缘（也就是设备自身）分析处理的能力，边缘计算允许设备在脱机状态下执行一些操作和计算，而无需与网络连接。

参考文献

https://www.cnblogs.com/forbeat/p/9143641.html 物联网系统框架介绍

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