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我对物联网技术的几点认识

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物联网产业链主要分为四个层级,分别为感知层、网络层、平台层和应用层。产业链上游为感知层部分,主要包括芯片、传感器和无线模组等组件厂商;中游由网络层和平台层组成,主要包括网络运营商和系统/软件开发等运营厂商;下游为应用层部分,主要包括智能终端和系统集成应用服务等应用厂商,同时,应用层是物联网和用户的接口,它与行业需求结合,实现物联网的智能应用。
感知层:作为物联网的核心层,该层主要用于物品标识和信息的智能采集,它由基本的感应器件(例如 RFID 标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成)以及感应器组成的网络(例如 RFID 网络、传感器网络等)两大部分组成。涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。
传感器,是由一种敏感元件和转换元件组成的检测装置,能感受到被测量,并能将检测和感受到的信息按照一定规律转换为电信号(电压、电流、频率或者是相位等)的形式输出,最终为物联网应用的数据分析提供数据来源。
传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成,敏感元件直接感受被测量,并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。
无线传感器网络(WSN)是一种分布式传感网络,它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN 中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。智能传感器是用嵌入式技术将传感器与微处理器集成为一体,使其成为具有环境感知、数据处理、智能控制与数据通信功能的智能数据终端设备。MEMS(微型电子机械系统),利用传统的半导体工艺和材料,集微型传感器、微型执行器、微机械机构,以及信号处理和控制电路,直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。这种小体积、低成本、集成化、智能化传感系统是未来传感器的重要发展方向,也是物联网的核心。
快速增长的物联网终端,将极大刺激对通讯连接芯片和传感器芯片的需求。
MCU 将会是未来物联网组成的基础器件。 MCU 即微控制单元/单片机,它集成了中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及 I/O 端口为一体。在此基础上,将要处理的数据、计算方法、步骤、操作命令编制成程序,存放于 MCU 内部或外部存储器中,MCU 在运行时能自动地、连续地从存储器中取出并执行。物联网的根本需求是对涉及到的各种物理对象进行持续高效的感测,同时这些细小的数据通过互联网汇合再用于创建以智能化为基础的数据分析,可以说物联网能够实现的基础正是以 MCU 为首的小型高效互连终端节点的互通互联。
从物联网的角度看,物与物的通信需要 MCU 的低功耗、低价格以及高性能特性,CPU在浮点计算方面更具优势,GPU 在视频处理方面更具优势,MCU 则处于两者之间。MCU 可用于可穿戴等物联网终端设备,也可用于汽车引擎的控制。MCU 的架构要有足够的灵活性和自适性,以适应不同的应用,越来越多的 32 位甚至 64 位多核 MCU 已经可以应对多种复杂的应用并集成到一颗 SoC 中。
网络层:传统基*能够承载的最高连接设备数不能够满足物联网设备的高速成长。物联网场景下,对于网络连接的承载、流量速率以及网络延迟等问题的要求,是当前网络技术所不能够实现的,而 5G 技术则将是物联网整体的重要支撑和承载。5G 的三个主要应用场景:一是增强型移动宽带,最重要的是可能会产生海量数据的工业物联网场景,;二是大连接物联网,当前传统基*用户接入范围也就仅仅数个到数十个而已,而在 5G 时代一个基*通过海量连接可以实现成千上万终端接入,保证某一个区域内多终端的顺利通信;三是低时延、高可靠通信,通过超低时延保证微秒级响应时间,这项技术最重要的运用场景是以极低响应时间为重要指标的无人驾驶场景和远程医疗手术。
对感知信息的处理和控制,是在平台层实现的。云计算按服务类型可分为:1 基础设施云(IaaS),为用户提供的是底层的、接近于直接操作硬件资源的服务接口。通过调用这些接口,用户可以直接获得计算和存储能力,但不提供任何进一步的服务,如任务的设计和实现等。2 )平台云(PaaS),为用户提供一个托管平台,用户可以将他们所开发和运营的应用托管到云平台中,一旦客户的应用被开发和部署完成,所涉及的其他管理工作,如动态资源调整等,都将由该平台层负责。3 )应用云(SaaS),为用户提供可以为其直接所用的应用,一般是基于浏览器且针对某一项特定的功能。
云计算按部署方式可分为:1 )公有云,云服务提供商在不同的区域建立多个数据中心,通过虚拟化和网络将所有的资源整合到一个巨大的‚资源池‛中,再通过云平台和互联网向用户提供服务,任意一个用户对资源的使用权完全公有。2 )私有云,为企业或组织所专有的云计算环境,用户只能是这个企业或组织的内部成员,这些成员共享着该云计算环境所提供的所有资源。由于公有云及SaaS 主要服务于中小企业,这部分需求会在今后技术逐渐成熟后逐步释放。
应用层是物联网和用户的接口,它与行业发展应用需求相结合,实现物联网的广泛智能化服务应用。目前应用领域有智慧医疗、车联网、智能交通、智能安防、可穿戴设备、智能家居、智能制造、智能电网、智能物流、智能手机、智慧农业、智能环保、智能校园、智慧校园等多个领域。尽管起步时间较早,但现阶段我国的智能家居还处于初级阶段,智能家居的居民覆盖率仍旧偏低,多数厂商停留在智能家居的单品制造层面,智能家居的生态化并没有大规模建立。原因在于行业标准还未统一,许多公司开发出的产品都是基于自己组的网络和信息交换协议,很多产品是针对特定的组网环境开发的,部分核心技术没有对外公布,技术复杂,直接导致了使用范围的局限性。再者,缺乏对应的第三方产品,各个接入设备之间不能兼容,互操作性差,不利于产品的扩充,因而进一步局限了产品的发展。

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