圖解物聯(lián)網(wǎng)---物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)-創(chuàng)新互聯(lián)

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物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)

1、物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)的英語(yǔ)是Internet of Things，縮寫(xiě)為IoT，這里的“物”指的是我們身邊一切能與網(wǎng)絡(luò)相連的物品。物聯(lián)網(wǎng)就是“物”之間通過(guò)連接互聯(lián)網(wǎng)來(lái)共享信息并產(chǎn)生有用的信息，而且無(wú)需人為管理就能運(yùn)行的機(jī)制。這樣一來(lái)，就創(chuàng)造出了一直未能實(shí)現(xiàn)的魔法般的世界。

2、物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)動(dòng)向

物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)是由若干個(gè)市場(chǎng)形成的，包括作為“物”的設(shè)備市場(chǎng)，掌管物與物之間聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，還有運(yùn)營(yíng)管理類(lèi)的平臺(tái)市場(chǎng)，分析采集到的數(shù)據(jù)的分析處理市場(chǎng)等。

說(shuō)起創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的要素，那就要提到通信模塊價(jià)格趨向低廉以及云服務(wù)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(jì)算機(jī)投入了市場(chǎng)。這款單板機(jī)在一個(gè)只有郵票大小的模塊上搭載了雙核雙線(xiàn)程的CPU 和1 GB 內(nèi)存、4 GB 的存儲(chǔ)空間、雙頻的Wi-Fi以及藍(lán)牙4.0。除此之外，微軟還公布了名為Microsoft Azure IntelligentSystems Service（Azure 智能系統(tǒng)服務(wù)）的解決方案，它負(fù)責(zé)用云技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和處理，以及通信管理等功能。此外，在平臺(tái)、分析處理和網(wǎng)絡(luò)安全等方面，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品和服務(wù)也已經(jīng)開(kāi)始投入市場(chǎng)。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)今后的重點(diǎn)在于跟熟悉各垂直市場(chǎng)的從業(yè)者加強(qiáng)合作，積極提供試驗(yàn)環(huán)境以及開(kāi)發(fā)貼近用戶(hù)生活的服務(wù)項(xiàng)目。

3、“泛在網(wǎng)絡(luò)”社會(huì)

21 世紀(jì)初，一個(gè)名為“泛在網(wǎng)絡(luò)”的概念開(kāi)始受到人們的關(guān)注。泛在網(wǎng)絡(luò)的理念在于使人們能夠通過(guò)“隨時(shí)隨地”連接互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)來(lái)利用多種多樣的服務(wù)（圖1.2）。近年來(lái)，通過(guò)智能手機(jī)和平板電腦，甚至游戲機(jī)、電視機(jī)等一些過(guò)去無(wú)法連接到網(wǎng)絡(luò)的“物”，就可以隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。

4、 “物”的互聯(lián)網(wǎng)連接

隨著寬帶的普及，泛在網(wǎng)絡(luò)社會(huì)日益得到實(shí)現(xiàn)。此外，能搭載在機(jī)器上的超低功耗傳感器投入市場(chǎng)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)進(jìn)步等，都促使除了電腦、服務(wù)器和智能手機(jī)等傳統(tǒng)連接互聯(lián)網(wǎng)的IT 相關(guān)設(shè)備以外，各種各樣的“物”也可以連接互聯(lián)網(wǎng)（圖1.3）

5、機(jī)器對(duì)機(jī)器通信所實(shí)現(xiàn)的事

在物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方面，近年來(lái)機(jī)器對(duì)機(jī)器通信等關(guān)鍵技術(shù)備受人們關(guān)注（圖1.4）

泛在計(jì)算的世界是一個(gè)所有的“物”都內(nèi)置計(jì)算機(jī)中，隨時(shí)隨地可以得到計(jì)算機(jī)幫助的世界。而機(jī)器對(duì)機(jī)器通信支撐著泛在計(jì)算的世界，并通過(guò)支撐社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施——智能社區(qū)和智能電網(wǎng)等形式逐步得到實(shí)現(xiàn)。此外，機(jī)器對(duì)機(jī)器通信不僅可以通過(guò)3G 和LTE 電路的信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線(xiàn)通信和有線(xiàn)通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。

6、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的世界

我們可以借助機(jī)器對(duì)機(jī)器通信采集和積累信息，并靈活運(yùn)用從信息中分析出的數(shù)據(jù)來(lái)方便我們的生活。除了那些一眼就能看明白的設(shè)備，具有連通性（機(jī)器和系統(tǒng)間的互聯(lián)性和關(guān)聯(lián)性）的設(shè)備也在不斷地隨處增加。物聯(lián)網(wǎng)的趨勢(shì)指的就是這一現(xiàn)象。

物聯(lián)網(wǎng)所實(shí)現(xiàn)的世界：1. 智能設(shè)備。2. 具備連通性的“物”。3. 網(wǎng)絡(luò)。4. Web 系統(tǒng)。5. 數(shù)據(jù)分析技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，需要很多技術(shù)要素。除了傳感器等電子零件和電子電路以外，還包括Web 應(yīng)用中經(jīng)常用到的技術(shù)，以及數(shù)據(jù)分析等。

7、設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)與以往的Web 服務(wù)不同，設(shè)備在其中擔(dān)任著重要的作用。設(shè)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(wǎng)絡(luò)相連接。比如大家拿著的智能手機(jī)和平板電腦就是設(shè)備的一種。家電產(chǎn)品、我們時(shí)刻戴著的手表以及傘等，只要能滿(mǎn)足上述條件，就是設(shè)備（圖1.6）?！?/p>

這些設(shè)備起著兩個(gè)作用：感測(cè)和反饋。下面我們分別說(shuō)明它們各自的作用。

感測(cè)的作用

感測(cè)指的是搜集設(shè)備本身的狀態(tài)和周邊環(huán)境的狀態(tài)并通知系統(tǒng)（圖1.7）。這里說(shuō)的狀態(tài)包括房門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)、房間的溫度和濕度、房間里面有沒(méi)有人，等等。設(shè)備是利用傳感器這種電子零件來(lái)實(shí)現(xiàn)感測(cè)的

反饋的作用

設(shè)備的另外一個(gè)作用是接收從系統(tǒng)發(fā)來(lái)的通知，顯示信息或執(zhí)行指定操作（圖1.8）。系統(tǒng)會(huì)基于從傳感器處搜集到的信息進(jìn)行一些反饋，并針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界采取行動(dòng)。

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(fù)責(zé)把物理現(xiàn)象用電子信號(hào)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(hào)輸出，還有的傳感器能把超聲波和紅外線(xiàn)等人類(lèi)難以感知的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)輸出。

通過(guò)傳感器輸出的電子信號(hào)，系統(tǒng)就能夠獲取現(xiàn)實(shí)世界的“物”的狀態(tài)和環(huán)境的狀態(tài)。

 9、網(wǎng)絡(luò)

在把設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)是不可或缺的。不僅要把設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，還得把設(shè)備連接到其他設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)大體上分為兩種：一種是把設(shè)備連接到其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，另一種是把設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)（圖1.12）。

 把設(shè)備連接到其他設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)

無(wú)法直接連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備也是存在的。我們通過(guò)把設(shè)備連接到其他設(shè)備，就能通過(guò)其他設(shè)備把這些不能連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。前面我們介紹的傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)正是兩個(gè)典型的例子。藍(lán)牙和ZigBee 是兩種具有代表性的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它們是用無(wú)線(xiàn)連接的，利用的通信協(xié)議也是固定的。這些協(xié)議的特征有采用擅長(zhǎng)近距離通信的無(wú)線(xiàn)連接、低功耗、易于嵌入嵌入式設(shè)備等。

 把設(shè)備連接到服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)

把設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)用到互聯(lián)網(wǎng)線(xiàn)路。4G 和5G 等移動(dòng)線(xiàn)路最為常用。

10、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)有兩個(gè)作用：一是從設(shè)備接收數(shù)據(jù)以及發(fā)送數(shù)據(jù)給設(shè)備；二是處理和保存數(shù)據(jù)（圖1.14）。

數(shù)據(jù)交換

物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)則不采用Web 瀏覽器，而是接收從設(shè)備直接發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。設(shè)備發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)內(nèi)容包括設(shè)備搭載的傳感器所采集到的信息，以及用戶(hù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行的操作。設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)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(shè)備會(huì)把數(shù)據(jù)發(fā)送給物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，每發(fā)送一次，就算作一次傳輸。此外，從物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)向設(shè)備進(jìn)行傳輸時(shí)，無(wú)需等待設(shè)備發(fā)來(lái)的請(qǐng)求，可以在任意時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行發(fā)送。采用這個(gè)方法能在物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)規(guī)定的任意一個(gè)時(shí)刻發(fā)送消息。但是，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需要預(yù)先知道發(fā)送消息的設(shè)備的IP 地址。

 處理和保存數(shù)據(jù)

處理和保存數(shù)據(jù)的操作包括把從設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，以及從接收到的數(shù)據(jù)來(lái)判斷如何控制設(shè)備。

11、數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析的代表性方法有兩種，分別是統(tǒng)計(jì)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)。

 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析是用數(shù)學(xué)手法通過(guò)搜集到的大量數(shù)據(jù)來(lái)明確事物的聯(lián)系性的方法。比如為了實(shí)現(xiàn)給空調(diào)節(jié)能的目的，我們調(diào)查了空調(diào)在某個(gè)固定的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，房間的溫度和空調(diào)的耗電量，并將這些數(shù)據(jù)制成了表格（圖1.18）。

 從這個(gè)關(guān)系中可以推導(dǎo)出在室溫下把空調(diào)溫度設(shè)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(tǒng)計(jì)方法。

機(jī)器學(xué)習(xí)

統(tǒng)計(jì)分析基于大量數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系性，明確當(dāng)前數(shù)據(jù)間形成的關(guān)聯(lián)。機(jī)器學(xué)習(xí)則不僅僅能進(jìn)行分析，還能預(yù)測(cè)今后的發(fā)展?fàn)顩r。

機(jī)器學(xué)習(xí)分為兩個(gè)階段：學(xué)習(xí)階段和識(shí)別階段（圖1.19）。在學(xué)習(xí)階段，一個(gè)名為學(xué)習(xí)器的程序會(huì)基于一些訓(xùn)練數(shù)據(jù)，機(jī)械性地掌握這些數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。作為學(xué)習(xí)階段的結(jié)果，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)的算法輸出參數(shù)，然后以這個(gè)參數(shù)為基礎(chǔ)創(chuàng)建叫作鑒別器（discriminator）的程序。只要把未知的數(shù)據(jù)給這個(gè)鑒別器，就能輸出最適合這個(gè)值的結(jié)果。

舉個(gè)例子，假設(shè)我們想使用若干種傳感器來(lái)識(shí)別房間里有沒(méi)有人。這種情況下需要準(zhǔn)備兩種數(shù)據(jù)，即房間里有人時(shí)的傳感器數(shù)據(jù)（正面例子）和房間里沒(méi)人時(shí)的傳感器數(shù)據(jù)（反面例子）。計(jì)算機(jī)通過(guò)把這兩種數(shù)據(jù)分別交給學(xué)習(xí)器，可以獲取制作鑒別器用的參數(shù)。對(duì)于以參數(shù)為基準(zhǔn)制作的鑒別器而言，只要輸入從各個(gè)感測(cè)設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)，鑒別器就能輸出結(jié)果，告訴我們現(xiàn)在房間里是否有人。

作者：星火撩原 來(lái)源：博客園

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