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编程问答

物联网架构概述

發布時間:2023/12/31 编程问答 42 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 物联网架构概述 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

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物聯網(The Internet of Things,簡稱IOT)其核心組成就是物聯設備、網關和云端

1物聯網網絡架構

從下到上依次為感知層、網絡層和應用層。

  • 感知層:識別物體,采集信息;
  • 網絡層:主要實現信息的傳遞;
  • 應用層:提供豐富的基于物聯網的應用;
  • 舉例: 在智能電網中的遠程電力抄表應用:安置于用戶家中的讀表器就是感知層中的傳感器,這些傳感器在收集到用戶用電的信息后,通過網絡發送并匯總到發電廠的處理器上。該處理器及其對應工作就屬于應用層,它將完成對用戶用電信息的分析,并自動采取相關措施。

    2設備入網方式

    根據物聯網終端設備本身是否具備入網能力,分為直接接入和網關接入兩種方式。

  • 直接接入:物聯網終端設備本身帶有通信模塊,具備聯網能力直接接入網絡;

  • 網關接入:物聯網終端設備本身不具備入網能力,需要在本地組網后,需要統一通過網關再接入到網絡。

  • 圖轉自https://blog.csdn.net/mwlwlm/article/details/77932633 物聯網平臺架構設計

    物聯網網關用于實現內外網互聯,是很重要的物聯網設備。物聯網關是連接無線傳感網絡與傳統通信網絡的紐帶,集數據監控和傳輸于一身,用于完成不同類型網絡之間的協議轉換以及實現節點的數據收集與遠程控制。

    物聯網網關主要功能如下:

  • 管理功能。物聯網網關可以獲取各節點的屬性和實時狀態信息,并實現對節點的狀態控制、喚醒與睡眠、在線診斷等功能,同時支持通過二次編程實現對節點的自動化管理。
  • 源尋址功能。尋址技術可確保各個節點的信息被精準實時地定位和查詢,以滿足跨域通信的需求。由于節點地址結構與DNS的域名結構不同,因此需要開發新的源尋址技術。
  • 協議轉換與數據格式標準化功能。為了實現無線傳感網絡與傳統通信網絡的數據交互,需要由網關充當協議轉換的角色,將上傳的標準格式數據進行統一封裝,將下發的數據解包成標準格式數據,使得指令可被識別。
  • 物聯網網關通?;贏RM和嵌入式Linux平臺方案進行設計,以滿足對性能和應用的需求,并對整個系統的資源進行管理。在工業應用中受實時性、穩定性、環境與成本限制,物聯網網關常以無線廣域網(WWAN)和本地現場總線的結合為主,以適應各種復雜的工業環境?,F階段較為成熟的無線廣域網通信技術有GPRS技術、4G技術和衛星通信技術,而應用廣泛的現場總線技術有CAN、PROFIBUS、LONWORKS、HART、MODBUS等。

    數據傳輸可以在主動或被動的工作機制下運行。處于主動工作模式時,只有在被控數據產生變化,或設置定時任務時才會產生數據傳輸,其優點是簡化了終端采集功能,并降低了運行功耗;處于被動工作模式時,只有在收到主動發出的查詢指令時才會產生數據傳輸,給予了監控中心權限,但功耗升高,傳輸效率降低。物聯網網關采用混合式數據傳輸機制,使用應答機制偵聽雙向數據,使用主動機制多閾值定時采集傳輸數據,從而兼顧了主動式和應答式的優點,在功耗與傳輸效率間取得了平衡。

    引自某篇碩士論文,后續補充相關信息。

    物聯網網關和路由器的區別

    工業物聯網網關的主要作用是將兩種不同協議的設備進行相應的轉換,轉換成相應能進行通信的協議進行數據的雙向傳輸。主要針對的是兩種不能直接進行通信的設備進行聯網。因為物聯網傳感器的協議沒有一直統一的標準,各個廠商有各自的定義,所以網關在這個時候充當的是一個翻譯的功能,讓不同的傳感器可以進行連接、通信。路由器屬于網絡層面的設備,可以用來分割廣播域,它算是作用狹小化的網關,在日常用的以太網里,可以說網關和路由器是一個東西。主要功能都是用于連接網絡,保證使用設備的正常聯網。

    在進行萬物互聯的時代,物聯網設備的增多,導致了許多數據需要傳輸到云端進行分析,這也就對云端以及傳輸的帶寬帶了許多的壓力,而且在傳輸的過程中,還會產生數據泄露的危險。而工業物聯網網關與工業路由器另外一點最大的區別就是,計訊物聯網網關支持邊緣計算功能,可以將數據在邊緣端進行計算,減少云端處理數據的壓力,同時避免了數據泄露的危險。既滿足行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能的需求也可以同時滿足安全與隱私保護等方面的關鍵需求。

    https://blog.51cto.com/14579554/2448538?source=dra 工業物聯網網關和工業路由器有什么區別

    3網絡通信方式

  • 移動網絡:2/3/4G
  • 寬帶
  • 4物聯網云平臺

    一般情況下,用服務終端無法和不在同一個局域網下的其他設備終端設備直接點對點通信,這時需要一個位于互聯網上的服務器做中轉,這個服務器就是現在流行的所謂物聯網云端。
    物聯網云平臺為設備提供安全可靠的連接通信能力,向下連接海量設備,支撐設備數據采集上云;向上提供云端API,服務端通過調用云端API將指令下發至設備端,實現遠程控制。

    物聯網云平臺系統架構主要包含四大組件:

  • 設備接入:可以在智能設備與云端之間建立安全的雙向連接;
  • 設備管理:服務有生命周期、設備分組、設備影子、物模型、數據解析、數據存儲、在線調試、固件升級、遠程配置、實時監控等;
  • 規則引擎:規則引擎通過創建、配置規則,以實現數據流轉和場景聯動。主要作用是把物聯網平臺數據通過過濾轉發到其他云計算產品上;
  • 安全認證及權限管理
  • 圖轉自https://help.aliyun.com/document_detail/30523.html?spm=a2c4g.11186623.6.546.53743f69AgAXwa 阿里云 產品架構

    5物聯網協議

    物聯網協議分為兩大類,一類是接入協議,一類是通信協議。
    接入協議:一般負責子網內設備間的組網及通信,常見的接入協議有zigbee、藍牙以及wifi協議等;
    通信協議:主要是運行在傳統互聯網TCP/IP協議之上的設備通訊協議,負責設備通過互聯網進行數據交換及通信,常見的通訊協議有HTTP、websocket、XMPP、COAP、MQTT等。

    下面簡單介紹一下常用的物聯網通信協議MQTT。

    MQTT

    MQTT (MessageQueuing Telemetry Transport,消息隊列遙測傳輸 ),該協議構建于TCP/IP協議上,相比來說比較適合物聯網場景的通訊協議,這是因為它可以以極少的代碼和有限的帶寬,為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。

    MQTT協議采用基于客戶端-服務器的發布/訂閱(publish/subscribe)模式,所有的物聯網終端都通過TCP連接到云端,云端通過主題的方式管理各個設備關注的通訊內容,負責將設備與設備之間消息的轉發。

    主流的MQTT是基于TCP連接進行數據推送的,基于UDP的MQTT版本稱作MQTT-SN。

    MQTT客戶端與服務器
    在通訊過程中,MQTT協議中有三種身份(見圖):發布者(Publish)、代理(Broker)(服務器)、訂閱者(Subscribe)。其中,消息的發布者和訂閱者都是客戶端,消息代理是服務器,消息發布者可以同時是訂閱者。
    MQTT客戶端可以發布信息、訂閱信息、退訂或刪除信息、斷開與服務器的連接;
    MQTT服務器可以接收客戶端的網絡連接、客戶端發布的信息、客戶端的訂閱和退訂請求、轉發客戶端訂閱的消息。

    消息傳輸
    每個客戶端與服務器建立的連接即是會話(Session),訂閱(Subscription)會與一個會話關聯,一個會話可以包含多個訂閱。MQTT傳輸的消息分為主題和負載兩部分:主題(Topic)即消息的類型,訂閱者訂閱后,所接收的該主題的具體內容為負載(Payload)。

    適用范圍:在低帶寬、不可靠的網絡下提供基于云平臺的遠程設備的數據傳輸和監控。

    https://www.jianshu.com/p/f5a6977e9fef Iot的七大通信協議,你了解幾個
    https://www.cnblogs.com/jikexianfeng/articles/5697069.html 物聯網通信協議介紹(本博文為轉載博文,源連接已失效)
    https://www.runoob.com/w3cnote/mqtt-intro.html MQTT入門介紹

    6其它概念

    邊緣計算

    用于獲取和分析信息的設備不能總是依賴于網絡或應用程序,如果其中一個出現問題,整個系統就會失靈。為此人們為此類設備提供了一種不同的能力,即邊緣計算功能,即在解決方案的邊緣(也就是設備自身)分析處理的能力,邊緣計算允許設備在脫機狀態下執行一些操作和計算,而無需與網絡連接。

    參考文獻

    https://www.cnblogs.com/forbeat/p/9143641.html 物聯網系統框架介紹

    總結

    以上是生活随笔為你收集整理的物联网架构概述的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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