圖解物聯網---物聯網基礎知識-創(chuàng)新互聯

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物聯網網絡基礎知識

1、物聯網

物聯網的英語是Internet of Things，縮寫為IoT，這里的“物”指的是我們身邊一切能與網絡相連的物品。物聯網就是“物”之間通過連接互聯網來共享信息并產生有用的信息，而且無需人為管理就能運行的機制。這樣一來，就創(chuàng)造出了一直未能實現的魔法般的世界。

2、物聯網的相關動向

物聯網市場是由若干個市場形成的，包括作為“物”的設備市場，掌管物與物之間聯系的網絡市場，還有運營管理類的平臺市場，分析采集到的數據的分析處理市場等。

說起創(chuàng)建物聯網市場的要素，那就要提到通信模塊價格趨向低廉以及云服務的普及。英特爾公司在2014 年10 月將一款名為英特爾Edison的單板計算機投入了市場。這款單板機在一個只有郵票大小的模塊上搭載了雙核雙線程的CPU 和1 GB 內存、4 GB 的存儲空間、雙頻的Wi-Fi以及藍牙4.0。除此之外，微軟還公布了名為Microsoft Azure IntelligentSystems Service（Azure 智能系統服務）的解決方案，它負責用云技術實現數據管理和處理，以及通信管理等功能。此外，在平臺、分析處理和網絡安全等方面，針對物聯網的產品和服務也已經開始投入市場。物聯網市場今后的重點在于跟熟悉各垂直市場的從業(yè)者加強合作，積極提供試驗環(huán)境以及開發(fā)貼近用戶生活的服務項目。

3、“泛在網絡”社會

21 世紀初，一個名為“泛在網絡”的概念開始受到人們的關注。泛在網絡的理念在于使人們能夠通過“隨時隨地”連接互聯網等網絡來利用多種多樣的服務（圖1.2）。近年來，通過智能手機和平板電腦，甚至游戲機、電視機等一些過去無法連接到網絡的“物”，就可以隨時隨地訪問互聯網。

4、 “物”的互聯網連接

隨著寬帶的普及，泛在網絡社會日益得到實現。此外，能搭載在機器上的超低功耗傳感器投入市場、無線通信技術進步等，都促使除了電腦、服務器和智能手機等傳統連接互聯網的IT 相關設備以外，各種各樣的“物”也可以連接互聯網（圖1.3）

5、機器對機器通信所實現的事

在物聯網的實現方面，近年來機器對機器通信等關鍵技術備受人們關注（圖1.4）

泛在計算的世界是一個所有的“物”都內置計算機中，隨時隨地可以得到計算機幫助的世界。而機器對機器通信支撐著泛在計算的世界，并通過支撐社會的基礎設施——智能社區(qū)和智能電網等形式逐步得到實現。此外，機器對機器通信不僅可以通過3G 和LTE 電路的信息系統實現，還可以通過本地網絡中的無線通信和有線通信來實現。

6、物聯網實現的世界

我們可以借助機器對機器通信采集和積累信息，并靈活運用從信息中分析出的數據來方便我們的生活。除了那些一眼就能看明白的設備，具有連通性（機器和系統間的互聯性和關聯性）的設備也在不斷地隨處增加。物聯網的趨勢指的就是這一現象。

物聯網所實現的世界：1. 智能設備。2. 具備連通性的“物”。3. 網絡。4. Web 系統。5. 數據分析技術

要實現物聯網，需要很多技術要素。除了傳感器等電子零件和電子電路以外，還包括Web 應用中經常用到的技術，以及數據分析等。

7、設備

物聯網與以往的Web 服務不同，設備在其中擔任著重要的作用。設備指的是一種“物”，它上面裝有一種名為傳感器的電子零件，并與網絡相連接。比如大家拿著的智能手機和平板電腦就是設備的一種。家電產品、我們時刻戴著的手表以及傘等，只要能滿足上述條件，就是設備（圖1.6）?！?/p>

這些設備起著兩個作用：感測和反饋。下面我們分別說明它們各自的作用。

感測的作用

感測指的是搜集設備本身的狀態(tài)和周邊環(huán)境的狀態(tài)并通知系統（圖1.7）。這里說的狀態(tài)包括房門的開閉狀態(tài)、房間的溫度和濕度、房間里面有沒有人，等等。設備是利用傳感器這種電子零件來實現感測的

反饋的作用

設備的另外一個作用是接收從系統發(fā)來的通知，顯示信息或執(zhí)行指定操作（圖1.8）。系統會基于從傳感器處搜集到的信息進行一些反饋，并針對現實世界采取行動。

反饋有多種方法。大體分成如圖1.9 所示的3 種方法，分別是可視化、通知，以及控制。

 8、傳感器

傳感器負責把物理現象用電子信號的形式輸出。例如有的傳感器可以把溫度和濕度作為電子信號輸出，還有的傳感器能把超聲波和紅外線等人類難以感知的現象轉換成電子信號輸出。

通過傳感器輸出的電子信號，系統就能夠獲取現實世界的“物”的狀態(tài)和環(huán)境的狀態(tài)。

 9、網絡

在把設備連接到物聯網服務時，網絡是不可或缺的。不僅要把設備連接到物聯網服務，還得把設備連接到其他設備。物聯網使用的網絡大體上分為兩種：一種是把設備連接到其他設備的網絡，另一種是把設備連接到物聯網服務的網絡（圖1.12）。

 把設備連接到其他設備的網絡

無法直接連接到互聯網的設備也是存在的。我們通過把設備連接到其他設備，就能通過其他設備把這些不能連接到互聯網的設備連接到互聯網。前面我們介紹的傳感器節(jié)點和網關正是兩個典型的例子。藍牙和ZigBee 是兩種具有代表性的網絡標準。它們是用無線連接的，利用的通信協議也是固定的。這些協議的特征有采用擅長近距離通信的無線連接、低功耗、易于嵌入嵌入式設備等。

 把設備連接到服務器的網絡

把設備連接到物聯網服務的網絡時，會用到互聯網線路。4G 和5G 等移動線路最為常用。

10、物聯網服務

物聯網服務有兩個作用：一是從設備接收數據以及發(fā)送數據給設備；二是處理和保存數據（圖1.14）。

數據交換

物聯網服務則不采用Web 瀏覽器，而是接收從設備直接發(fā)來的數據。設備發(fā)來的數據內容包括設備搭載的傳感器所采集到的信息，以及用戶對設備進行的操作。設備和物聯網服務的通信方法大致分為兩種：同步傳輸和異步傳輸（圖1.15）

在異步傳輸中，設備會把數據發(fā)送給物聯網服務，每發(fā)送一次，就算作一次傳輸。此外，從物聯網服務向設備進行傳輸時，無需等待設備發(fā)來的請求，可以在任意時間點執(zhí)行發(fā)送。采用這個方法能在物聯網服務規(guī)定的任意一個時刻發(fā)送消息。但是，物聯網服務需要預先知道發(fā)送消息的設備的IP 地址。

 處理和保存數據

處理和保存數據的操作包括把從設備接收到的數據保存到數據庫，以及從接收到的數據來判斷如何控制設備。

11、數據分析

數據分析的代表性方法有兩種，分別是統計分析和機器學習。

 統計分析

統計分析是用數學手法通過搜集到的大量數據來明確事物的聯系性的方法。比如為了實現給空調節(jié)能的目的，我們調查了空調在某個固定的溫度下運轉時，房間的溫度和空調的耗電量，并將這些數據制成了表格（圖1.18）。

 從這個關系中可以推導出在室溫下把空調溫度設定在多少才能最省電，由此就能決定閾值了。

上述示例采用的是先填表再分析的方法，除此之外還有一種叫作回歸分析的統計方法。

機器學習

統計分析基于大量數據之間的聯系性，明確當前數據間形成的關聯。機器學習則不僅僅能進行分析，還能預測今后的發(fā)展狀況。

機器學習分為兩個階段：學習階段和識別階段（圖1.19）。在學習階段，一個名為學習器的程序會基于一些訓練數據，機械性地掌握這些數據之間的聯系。作為學習階段的結果，計算機會根據機器學習的算法輸出參數，然后以這個參數為基礎創(chuàng)建叫作鑒別器（discriminator）的程序。只要把未知的數據給這個鑒別器，就能輸出最適合這個值的結果。

舉個例子，假設我們想使用若干種傳感器來識別房間里有沒有人。這種情況下需要準備兩種數據，即房間里有人時的傳感器數據（正面例子）和房間里沒人時的傳感器數據（反面例子）。計算機通過把這兩種數據分別交給學習器，可以獲取制作鑒別器用的參數。對于以參數為基準制作的鑒別器而言，只要輸入從各個感測設備接收到的數據，鑒別器就能輸出結果，告訴我們現在房間里是否有人。

作者：星火撩原 來源：博客園

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