從嵌入式系統(tǒng)的角度看物聯(lián)網(wǎng),了解如何構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

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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