从智能手环、智能手表、VR、AR、MR、共享单车到无人驾驶，物联网将彻底颠覆我们的生活。偶然看到一本书《图解物联网》，图解的很透彻，通过这种方式对物联网及相关技术进行了非常透彻的解读，在此分享给大家。一、认识物联网物联网的英文是InternetofThings，简称IoT。这里的“物”指的是我们身边一切可以联网的东西。不是万物，特指可以上网的东西。如果衣服、手表、鞋子都可以联网，那它们就是IoT中的东西。如果仅仅是蚯蚓、泥土、空气、卫生纸，甚至是我打字的键盘（普通键盘），都不能算是物联网中的东西。随着宽带的普及，可安装在机器上的超低功耗传感器的推出，以及无线通信的进步，这一切都促使除了传统的互联网连接设备（如PC、服务器和智能手机。各种“物”也开始接入物联网，首先是汽车、家电、房屋。近年来，手表、眼睛等饰品也纷纷接入互联网。我们一定想知道为什么有那么多需要联网的设备，它们联网后会给用户带来什么价值？过去，人们通过与少数昂贵的工业机械（即离散/过程工业中普遍使用的控制系统）进行通信，实现对“物”的远程控制，而在未来，人们将大规模生产更以低价为导向的产品。用户的机器，并让这些机器进行通信，也正是因为从这些“物”中获取数据的应用，才催生出各种服务。此外，先进传感技术的普及，实现了人类对现实世界的掌握和预测，通过实时海量采集人类、物质、社会和环境数据，也有望开展新型社会基础设施建设.下面是一个智能家居的例子，它可以根据人体的状况自动控制环境。以下是提高以办公为主的工作场所环境舒适度的楼层环境监控系统。2.物联网的技术架构在实现物联网的过程中，物联网服务一般扮演着两个角色。诀窍是将设备接收到的数据保存到数据库中，并对收集到的数据进行分析。二是向设备发送指令和信息。物联网一般由设备、网络、网关、服务器等组成，如下图所示，下面分别进行介绍。3.设备——与现实世界的接口物联网设备种类繁多，但它们的结构大致如下图所示。与普通机械产品一样，物联网设备包括输入设备，用于检测用户操作和设备周围环境的变化，提示某些信息或直接作用于环境的输出设备，并作为设备的大脑控制微电脑。机器。controlleretc.1.MicrocontrollerMCU是控制机器的IC芯片。它可以被编程为根据描述的处理读取IO状态，或者输出一个特定的信号到连接的电路。与PC中的芯片不同的是，它通常集成度更高，同时包括CPU、内存和外围电路，如下图所示：现在大多数电子产品都配备了微控制器。近年来，32位单片机的成本逐渐下降，开始取代传统的8位单片机。尤其是现在设备需要联网，对单片机主板和编程环境的要求也逐渐降低。许多从未接触过硬件的开发者，或者通过连接一些标准的外围I/O设备，很容易做出很多物联网产品。比如Arduino主板，就是一款单片机主板，可以让从未从事过电子仪器设计和生产的人，也能立即上手开发。构建一个连接到物联网的小工具需要花费数十。说到开源硬件，还有一点不得不提。那就是大名鼎鼎的树莓派，搭载了高性能的ARM处理器，可以直接运行Linux操作系统。比Ardunio贵，但是最近国内冒牌的开发板很多，比如BananaPi和OrangePi，功能差不多，成本更低，非常适合物联网初学者学习。为了夹击ARM在物联网领域的扩张，Intel也不甘示弱，推出了专门针对物联网的Edision开发板，集成了WiFi、蓝牙4.0等多种协议，同时兼容与Ardunio扩展。XDKIoTEdison开发套件。2、输入设备为了使设备能够获取周围情况、用户操作等信息，必须在机器上实现传感器、按钮等元件（电子设备）。例如，假设有一个智能手机，这个手机上有什么样的传感器？事实上，它配备了相当多的传感设备，如触摸屏、按钮、摄像头、加速度传感器和光传感器。这些传感设备可以帮助我们更详细、更精细地掌握周围的情况，这在一定程度上决定了机器的性能，所以传感器的选择是设备开发过程中非常重要的一步。下表为代表性传感器：下表为可穿戴设备的典型传感器和特性传感器：每个传感器根据其用途内置了不同的检测元件，检测元件物质的电子特性会根据其变化周围环境的变化，如下图所示：随着零件的小型化和高性能小型处理器的出现，市场上有高级能力的传感器可以很容易地获取难以作为数据处理的信息。这些传感器与其说是零件，不如说是狭义的设备，或者是多种因素复杂协作的系统。比如RGB-D传感器，其实就是相机的加强版。它不仅可以拍照，还可以测量传感器到物体的距离。它的实现原理是利用两个镜头拍摄到的图像之间的差异来测量拍摄到的图像中的距离，它也是模仿了人的双目测距原理（否则我们只能看到二维的东西），这个技术已经比较成熟，近年来汽车上配备的辅助功能（如快速追尾自动减速等）也应用了类似的原理。另一个例子是定位，这对物联网来说也是至关重要的。无论是通过导航方便生活、监测大坝蓄水量、保护濒危物种、优化运输路线、监测海洋海啸，现在的定位技术不仅有GPS、WIFI定位、指纹定位等等。3、输出设备物联网不仅要实现感知状态，还要实现状态的“可视化”，人与环境的介入，对世界的控制，使其向着目标状态发展是它的真正目的。当需要将一些信息反馈给用户时，显示器、扬声器、LED等用于输出信息的设备就会发挥作用。物联网设备注重小尺寸和简单性。如何配置这些输出设备，使其能够高效地向用户传达信息，无疑是设计阶段非常重要的课题。另一种方法是在设备上安装驱动程序，使驱动程序可以物理地作用于环境。驱动器是一种受输入信号控制的驱动装置的总称，例如具有代表性的伺服电机，它可以根据输入的电子信号使电机转动。转向任何角度，这种方法都与机器人技术密切相关，与网络结合运行的设备是当今最受关注的领域之一。4.网络和网关设备连接到网络有两种方式。一种是直接将设备本身连接到全球网络，另一种是在本地使用网关连接到全球网络。如下图所示，近期“生活记录”的设备种类越来越多，其结构更接近于上述第二种方式，比如通过蓝牙将穿戴式设备与智能手机配对，通过蓝牙向服务器发送数据智能手机。1、网络物联网设备与网关设备通信的方式有很多种，有线的也有无线的。每种方法都有自己的优点和缺点。有线方式包括以太网、串口通信（一般指RS-232C）、USB等，无线方式包括WIFI、蓝牙、2G/3G/4G，当然还有NB-IoT。例如，共享单车使用从运营商处购买的SIM卡。三大运营商的网络标准如下：那么NB-IoT是怎么回事？从2G到3G再到4G，移动网络速度越来越快，但是4G时代之后，由于物联网的出现，移动通信网络的发展有了分支：可以看出，一个一边是大流量，一边是小数据，一方面是移动宽带，另一方面是物联网时代。从2G到4G，移动通信网络的诞生只是为了连接“人”，但随着万物互联时代的到来，移动通信网络需要向连接“物”的方向演进。为此，3GPP在Release13制定了NB-IoT标准，以满足当前物联网的需求。在终端支持方面，也多了一个对应NB-IoT的终端级别——cat-NB1，比较传统的2/3/4G网络和物联网，主要有3个特点：***：Lazy，终端很懒惰，大部分时间都在睡觉，每天传输的数据量极低，允许有一定的传输延迟（比如智能水表）。第二：静态，并不是所有终端都需要移动性，大量物联网终端长期处于静态状态。第三：上行为主。与“人”的连接不同，物联网的流量模型不再是下面的，而是上面的。这三个特性支持低速率和传输延迟的技术“妥协”，从而实现增强覆盖、低功耗和低成本的蜂窝物联网。NB-IoT已经成为运营商最重要的物联网通信技术。运营商实施物联网战略的核心技术。2.网关网关是指可以连接多个设备并具有直接连接互联网功能的机器和软件。它将从设备接收到的数据转换成特定的格式发送给服务器，如下图所示。物联网使用的设备中，有3个设备不能直接上网，网关负责将这些设备转发上网。5.服务器物联网服务大致可以分为三个部分，分别称为前端部分、处理部分和数据库部分。1.接收数据数据接收服务器负责接收设备发送过来的数据。它充当设备和系统之间的桥梁。常用的协议有http、WebSocket等，还有新的MQTT协议。物联网将作为一种标准协议，是一种可以实现一对多通信（人们称之为发布或订阅）的协议。它由三个功能组成，即中介、发布者和订阅者，如下图所示：这样，MQTT可以借助中介发布/订阅通信，实现物联网服务与多个设备之间的通信。它运行在低级环境中，由于消息小，协议机制简单，也可以在硬件资源有限的情况下运行。可以说是为物联网量身定做的协议。2.数据格式数据必须通过协议进行交换，数据的格式也很重要。在通过Web协议使用的数据格式中，比较有代表性的有XML和JSON，如下图所示：相对来说，XML容易理解，而JSON字符少，数据量小，更适合用于移动线路等低速线路通信。基于物联网服务处理这些格式时，必须将文本数据转换为数值数据和二进制数据。为了更快地处理数据，创建了一种新的数据格式，即MessagePack。虽然不方便人直接阅读，但计算机很容易处理。3、处理和存储数据处理服务器是对接收到的数据进行处理的地方，可以归纳为以下四种：数据分析、数据处理、数据存储和向设备发送指令，如下图所示：数据处理包括批处理和流处理，数据存储包括关系数据库和NoSQL数据库。具体可以参考当前大数据平台的主流技术。比如批处理有HadoopMR、Spark等，流处理有SparkStream、Storm等，NoSQL数据库有KV数据库（如Redis）、文档数据库（如MongoDB）等。4.发送数据发送服务器的目的是向设备发送数据，控制设备。发送服务器可以使用前面介绍的HTTP、WebSocket、MQTT协议和数据格式。下面是一个使用MQTT协议发送数据的例子：首先，设备作为订阅者，订阅MQTT中介，然后，发送服务器作为发布者，也发布给中介。这样发送服务器只需要将确定的数据添加到主题中发送即可，发送服务器和设备都不需要知道对方的地址，只要知道中介的地址就可以通信可以实现。一旦订阅者断开连接，中介将负责在断开连接时发送通知，并在重新连接时重新发送数据。这是一个例子。近年来，ICT技术在农业领域的引入开始流行。过去，农民通过人工测量温室中的问题并控制植物的生长。现在，重点是实现完全自动化以提高生产力。通过各种传感器测量和记录（相当于接收数据）温度、湿度、二氧化碳、光照等数据，然后将感知到的环境数据与设定的阈值进行比较（相当于数据处理），从而实现自动化控制空调，自动注入二氧化碳（相当于发送数据）。6.数据分析仅仅收集传感器和设备发送的数据，无异于将一堆庞大的数据收集在一起。很难直接应用这些数据。为了实现更好的服务，需要从数据中收集有价值的信息，对数据进行分析。只有通过对数据的分析，才能掌握机器的运行情况，找出其中蕴含的趋势，提前发现未来可能出现的异常，从而使整个物联网服务从一个为创造附加值的服务收集数据的简单行为。根据分析的目的，大致可以分为三种：以采集为基础的“可视化”分析、以统计分析、机器学习等高级分析技术为基础的“发现”分析和“预测”分析，如图下图：有了互联网，你会发现大数据分析师前途一片光明。过去我们只分析人，将来我们要分析无穷无尽的东西。这是时代给数据人的机会。物联网越发达，数据分析的价值就越大。现在，这仅仅是个开始。7、物联网市场物联网市场由几个市场组成，包括作为物的设备市场，管理物与物之间连接的网络市场，以及用于运营管理、对收集到的数据进行分析处理的平台市场。数据。市场，如下图所示：从前面的描述中，我们可以看出物联网是一个涉及众多参与者的复杂系统。不管是华为、百度、运营商、阿里巴巴等等，都在说自己在布局物联网，那么他们说的是不是一样呢？华为：重视设备运营和网络，提出“1+2+1”物联网解决方案，包括物联网操作系统（设备太多，类似安卓操作系统建立统一标准）、网关、有线无线（如NB-IoT)等百度：重点在Pass，涉及平台、分析处理和业务应用，提出百度天工，包括AI、BigData、Cloud等中国移动：重点在网络、NB-IoT、OneNet平台、IoT卡、5G等阿里巴巴：除了网络什么都有，提出“1234”物联网战略，包括物联网操作系统、设备芯片、网关和PaaS赋能。中兴通讯、大唐电信、中国联通、中国电信、京东、小米、科大讯飞等都在相关市场发力。任何参与者都希望立足于自己擅长的领域，向两端延伸，搭建赋能平台，拓展市场。行业影响力。希望对大家了解物联网有所帮助。
