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物联网四层架构,物联网应用

时间:2023-05-03 12:45:22 阅读:25627 作者:302

物联网框架介绍了以下重要问题:

设备如何访问网络? 设备之间的通信方法是什么? 物联网数据的用途? 如何建立物联网的框架呢? 那么技术框架呢? 是否要将终端软件系统的体系结构用于物联网? 物联网云平台系统体系结构? 1 .物联网设备如何接入网络? 只有当设备连接到网络时,才被视为物联网设备。 这里是接入方式以及网络通信方式

设备接入方式:目前有两种接入方式

直接接入:物联网终端设备自身具备网络连接能力直接接入网络。 例如,在设备侧加入NB-IOT通信模块、2G通信模块。网关接入例如,终端设备通过zigbee无线连接到网络,每个设备的数据通过zigbee网关统一访问网络。 本地无线网络技术中常用的有Zigbee、Lora、BLE MESH、sub-1GHZ等。 在物联网设备中,物联网网关是非常重要的作用。 位于局域网和外部接入网络之间的智能设备。 主要功能包括网络隔离、协议转换/匹配、数据网内外传输。

典型的物联网网关体系结构包括:

网络通信方式中常用的通信网络主要有两种方式。

1 .移动网络(主要室外设备用) ) ) ) ) ) )。

移动网络2G/3G/4G/5G/NB-IOT等

2 .宽带(主要住宅内设备用) ) ) ) ) ) )。

WIFI、以太网等

物联网设备接入网络后,如何开展M2M、M2C通信? 物联网设备终端接入网络后,只是物联网APP应用的开始。 设备接入网络后,设备和设备之间需要相互通信,设备和云需要相互通信。 只有互通,才能体现物联网的价值。 为了相互操作,需要物联网通信协议。 只有符合该协议的设备才能相互通信,交换数据。

常见的物品网络通信协议是什么? 主要有MQTT、COAP等协议,共同点是基于消息模型实现的。 通过在设备和设备之间、设备和云之间交换消息来实现通信,消息中包含通信数据。

当设备和云平台可以在物联网设备之间交换数据时,接下来要做什么? 21世纪,什么最重要? 数据。 有了大量的物联网设备数据,对于数据,人类可以挖掘其中的规律,挖掘其中的商业价值,预测设备的未来状态。

分几个层面谈物联网的数据应用

1 .基础应用:监测

在物联网上收集设备数据后,如果设备数据的状态超过预设状态,可以自动在第一时间发出报警,管理员在第一时间进行处理,通过远程操作发出命令。 把问题解决在萌芽状态。

2 .高级APP应用:报告统计

通过统计方法,统计分析设备历史运行数据。 可以按不同的维分析不同的报表。 然后,在管理者面前显示图表和大画面。 管理员可以快速直观地了解整个物联网设备的运行状况。

3 .高级APP应用:数据挖掘/机器学习

这部分需要从数据中挖掘出有价值的东西。 例如,结合一定时期设备数据的连续跟踪分析和人的以往设备运输经验,用机器学习的方式预测设备的故障概率和故障后可能出现的原因,提出维修方案。 刚才列举的例子是物联网高级APP应用中冰山的一角。 通过现在引进热的AI技术。 物联网成为智能物联网。 在不久的将来,人与设备可以自由对话,设备与设备之间也可以对话,自动做出最佳决定。

综上所述,物联网的价值在于提高生产效率、管理效率,极大地促进社会生产力的提高。

如何建立物联网的框架呢? 那么技术框架呢? 将终端装置作为物联网的软件系统架构常见的系统框架归纳起来,主要有以下两种。 带RTOS (处理复杂的业务场景,由于场景中需要多个事务而并行工作)和无RTOS )通常处理的业务场景是单一的)。

不带RTOS设备终端系统框架:

带RTOS设备终端系统框架:

什么是RTOS? 实时多任务操作系统,有了它,可以在终端装置中并行执行多个任务。 各项任务负责一个事务。 并行化运行,提高响应的实时性和效率。 RTOS实时内核通常包含以下重要组件:

.任务调度任务间同步和通信内存分配管理时间管理设备驱动程序任务调度组件示例:

在嵌入式操作系统中,任务是CPU上的最小执行单元。 通常,稍复杂的IOT APP由多个任务联合执行。 例如,一些任务处理用户事件输入和UI显示,另一些任务处理数据通信,还有一些任务负责业务逻辑处理。

由于一个系统中运行多个任务,且CPU资源单一,因此每个时间点只能在CPU上执行一个任务。 因此,为了使每个任务都能在CPU上执行,都涉及任务调度的概念。 任务的时间表必须遵循一定的规则,一般遵循哪个规则? 我们常见的日程方式有三种。 它是基于优先级调度的、基于时间片调度的、优先级和时间片的组合调度的。

在优先级调度示例中,定义任务时,为每个任务分配优先级,而在运行时

高优先级的任务都会优先被运行。 直到没有高优先级任务后,低优先级任务才会被运行。 假如低优先级任务获得CPU资源后,这是如果有高优先级任务就绪怎么办呢? 两种处理方式:1. 继续运行 2. 抢占式。 高优先级抢占CPU资源进入运行状态。

其他组件就不一一列举了。

物联网云平台系统架构

物联网云平台系统架构主要包含四大组件:

设备接入设备管理规则引擎安全认证及权限管理 设备接入

设备接入主要都干些什么呢?
1.包含多种设备接入协议,最主流的是MQTT协议。有些云计算厂商也在MQTT协议上精简协议变成独有的接入协议。
2.并发连接管理,维持可能是数十亿设备的长连接管理。

如果应对数十亿的设备连接管理? 目前开放出来的MQTT代理服务器大都是单机版,最多也就是并发连接十几万设备。因此如果要管理数十亿的连接,需要用到负载均衡,用到分布式架构。在云平台需要部署分布式MQTT代理服务器。

设备管理

一般以树形结构的方式管理设备,包含设备创建管理以及设备状态管理等等。根节点以产品开始, 然后是设备组,再到具体设备。
主要包含如下管理:
产品注册及管理
产品下面的设备增删改查管理
设备消息发布
OTA设备升级管理等

规则引擎

物联网云平台通常是基于现有云计算平台搭建的。 一个物联网成熟业务除了用到物联网云平台提供功能外,一般还需要用到云计算平台提供功能,比如云主机,云数据库等。用户可以在云主机上搭建web 行业应用服务。

规则引擎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。
比如可以把设备上报的数据转发到table store数据库产品里。

规则引擎一般使用方式:类SQL语言,通过编写SQL语言,用户可以过滤数据、处理数据,并把数据发到其他云计算产品,或者其他云计算服务。

安全认证及权限管理

物联网云平台为每个设备颁发唯一的证书,需要证书通过后才能允许设备接入到云平台。云平台最小授权粒度一般是做到设备级。我们所说的证书一般分为2种:一种是产品级证书,一种是设备级证书。 产品级证书拥有最大的权限,可以对产品下所有的设备进行操作。 设备级证书,只能对自己所属的设备进行操作,无法对其他设备进行操作。

因此每个接入云平台的设备都在本地存储一个证书(其实存在形式是一个KEY,有多个字符串构成)。每次与云端建立连接时,都要把证书带上。以便云端安全组件核查通过。

云计算产品

大数据计算产品, 云基础服务(高性能服务器,云数据库,云网络)等

物联网应用

智慧城市, 智慧农业,工业4.0等

下面一张是来自百度物联网平台架构:
突出展示了物联网设备, 物联网云平台, 云计算平台是如何协同工作的,有较大的参考价值。

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