很多人都在试图定义物联网,其中一个共识就是构建互连的产品。物联网系统大致包含四个主要组成部分:事物本身(即设备),本地网络(可以包括网关,该网关将专有的通信协议转换为internet协议),互联网,后端服务(企业数据系统或pc和移动设备)。
从嵌入式系统的角度看物联网
物联网系统并不复杂,但是设计和构建它们可能是一项复杂的任务。即使正在为物联网系统开发新的硬件和软件,我们也已经拥有了当今使物联网成为现实所需的所有工具。
我们可以将物联网分为两大类:
工业物联网,其中本地网络基于许多不同技术中的任何一种。物联网设备通常将通过全球互联网传输数据。
商业物联网,本地通信通常是蓝牙或以太网(有线或无线)。物联网设备通常仅与本地设备通信。
因此,为了更好地了解如何构建物联网设备,您首先需要弄清楚它们将如何与世界其他地区进行通信。
物联网网关
您选择的通信技术将直接影响设备的硬件要求和成本。物联网设备以多种不同的方式部署-在服装,房屋,建筑物,校园,工厂,甚至在您的身体中-都没有一种网络技术能够满足所有需求。
让我们以工厂作为物联网系统的典型案例。工厂将需要大量连接的传感器和执行器,这些传感器和执行器散布在广阔的区域,而无线技术将是最合适的选择。
安装在工厂中的无线传感器网络,通过网关连接到internet
甲无线传感器网络(wsn)是监测物理或环境条件,如温度,声音,压力和分布式传感器的集合。来自每个传感器的数据通过网络节点到节点传递。
wsn节点
wsn节点是低成本的设备,因此可以大量部署。它们还以低功率运行,因此可以依靠电池运行,甚至使用能量收集。wsn节点是一个嵌入式系统,通常执行一项功能(例如,测量温度或压力,或者打开电灯或电动机)。
能量收集是一种从外部资源(例如太阳能,热能,风能,电磁辐射,动能等)中获取能量的新技术。能量被捕获并存储以供小型,低功耗无线自主设备使用,例如wsn上的节点。
wsn边缘节点
wsn边缘节点是包括internet协议连接性的wsn节点。它充当wsn和ip网络之间的网关。它还可以执行本地处理,提供本地存储并具有用户界面。
wsn技术
首选网络协议的斗争还没有结束。有多个候选人。
无线上网
物联网设备的第一个显而易见的网络技术候选者是wi-fi,因为它无处不在。当然,对于许多应用程序来说,wi-fi可能是一个很好的解决方案。几乎每个具有internet连接的房屋都具有wi-fi路由器。
但是,wi-fi需要相当多的电源。有无数种设备无法承受这样的功率:例如,电池供电的设备或传感器放置在难以从电网供电的位置。
低功耗解决方案
最新的网络技术可提供低成本,低功耗的解决方案。这些技术支持创建非常小的智能设备的非常大的网络。
当前,主要的研发工作包括:
低功率和高效的无线电,可延长电池寿命
能量收集作为物联网设备的电源
网状网络,无人值守的长期运行,无需人工干预(例如,m2m网络)
支持自主操作的新应用协议和数据格式
ieee 802．15．4
物联网的主要推动力之一是2003年发布的ieee 802．15．4无线电标准。满足该标准的商业无线电为低功耗系统提供了基础。该ieee标准在2006年和2011年对15．4e和15．4g修订版进行了扩展和改进。与几年前相比,现在商用射频设备的功耗已降低了一半,我们预计下一代设备将再降低50%。
6低通
利用能量收集的设备必须在尽可能短的时间内执行任务,这意味着它们传输的消息必须尽可能小。此要求对协议设计有影响。这也是arm(sensinode)和cisco(archrock)采用6lowpan(低功耗无线个人局域网中ipv6的缩写)的原因之一。6lowpan提供了封装和报头压缩机制,可缩短传输时间。

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