很多人都在試圖定義物聯(lián)網(wǎng),其中一個共識就是構(gòu)建互連的產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)大致包含四個主要組成部分:事物本身(即設(shè)備),本地網(wǎng)絡(luò)(可以包括網(wǎng)關(guān),該網(wǎng)關(guān)將專有的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為Internet協(xié)議),互聯(lián)網(wǎng),后端服務(wù)(企業(yè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)或PC和移動設(shè)備)。
從嵌入式系統(tǒng)的角度看物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)并不復(fù)雜,但是設(shè)計和構(gòu)建它們可能是一項復(fù)雜的任務(wù)。即使正在為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)新的硬件和軟件,我們也已經(jīng)擁有了當(dāng)今使物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實所需的所有工具。
我們可以將物聯(lián)網(wǎng)分為兩大類:
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),其中本地網(wǎng)絡(luò)基于許多不同技術(shù)中的任何一種。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常將通過全球互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。
商業(yè)物聯(lián)網(wǎng),本地通信通常是藍牙或以太網(wǎng)(有線或無線)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常僅與本地設(shè)備通信。
因此,為了更好地了解如何構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,您首先需要弄清楚它們將如何與世界其他地區(qū)進行通信。
物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)
您選擇的通信技術(shù)將直接影響設(shè)備的硬件要求和成本。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以多種不同的方式部署-在服裝,房屋,建筑物,校園,工廠,甚至在您的身體中-都沒有一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠滿足所有需求。
讓我們以工廠作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的典型案例。工廠將需要大量連接的傳感器和執(zhí)行器,這些傳感器和執(zhí)行器散布在廣闊的區(qū)域,而無線技術(shù)將是最合適的選擇。
安裝在工廠中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),通過網(wǎng)關(guān)連接到Internet
甲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是監(jiān)測物理或環(huán)境條件,如溫度,聲音,壓力和分布式傳感器的集合。來自每個傳感器的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點到節(jié)點傳遞。
1、WSN節(jié)點
WSN節(jié)點是低成本的設(shè)備,因此可以大量部署。它們還以低功率運行,因此可以依靠電池運行,甚至使用能量收集。WSN節(jié)點是一個嵌入式系統(tǒng),通常執(zhí)行一項功能(例如,測量溫度或壓力,或者打開電燈或電動機)。
能量收集是一種從外部資源(例如太陽能,熱能,風(fēng)能,電磁輻射,動能等)中獲取能量的新技術(shù)。能量被捕獲并存儲以供小型,低功耗無線自主設(shè)備使用,例如WSN上的節(jié)點。
2、WSN邊緣節(jié)點
WSN邊緣節(jié)點是包括Internet協(xié)議連接性的WSN節(jié)點。它充當(dāng)WSN和IP網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)關(guān)。它還可以執(zhí)行本地處理,提供本地存儲并具有用戶界面。
3、WSN技術(shù)
首選網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的斗爭還沒有結(jié)束。有多個候選人。
4、無線上網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的第一個顯而易見的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)候選者是Wi-Fi,因為它無處不在。當(dāng)然,對于許多應(yīng)用程序來說,Wi-Fi可能是一個很好的解決方案。幾乎每個具有Internet連接的房屋都具有Wi-Fi路由器。
但是,Wi-Fi需要相當(dāng)多的電源。有無數(shù)種設(shè)備無法承受這樣的功率:例如,電池供電的設(shè)備或傳感器放置在難以從電網(wǎng)供電的位置。
低功耗解決方案
最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可提供低成本,低功耗的解決方案。這些技術(shù)支持創(chuàng)建非常小的智能設(shè)備的非常大的網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)前,主要的研發(fā)工作包括:
低功率和高效的無線電,可延長電池壽命
能量收集作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電源
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),無人值守的長期運行,無需人工干預(yù)(例如,M2M網(wǎng)絡(luò))
支持自主操作的新應(yīng)用協(xié)議和數(shù)據(jù)格式
5、IEEE 802.15.4
物聯(lián)網(wǎng)的主要推動力之一是2003年發(fā)布的IEEE 802.15.4無線電標(biāo)準(zhǔn)。滿足該標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)無線電為低功耗系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。該IEEE標(biāo)準(zhǔn)在2006年和2011年對15.4e和15.4g修訂版進行了擴展和改進。與幾年前相比,現(xiàn)在商用射頻設(shè)備的功耗已降低了一半,我們預(yù)計下一代設(shè)備將再降低50%。
6、低通
利用能量收集的設(shè)備必須在盡可能短的時間內(nèi)執(zhí)行任務(wù),這意味著它們傳輸?shù)南⒈仨毐M可能小。此要求對協(xié)議設(shè)計有影響。這也是ARM(Sensinode)和Cisco(ArchRock)采用6LoWPAN(低功耗無線個人局域網(wǎng)中IPv6的縮寫)的原因之一。6LoWPAN提供了封裝和報頭壓縮機制,可縮短傳輸時間。
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