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(gè)共識(shí)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(gè)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(zhuān)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(dòng)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(jì)和構(gòu)建它們可能是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。即使正在為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)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(shí)所需的所有工具。

我們可以將物聯(lián)網(wǎng)分為兩大類(lèi)：

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(guò)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(lán)牙或以太網(wǎng)（有線或無(wú)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(jìn)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(méi)有一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠滿(mǎn)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(wú)線技術(shù)將是最合適的選擇。

安裝在工廠中的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到Internet

甲無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是監(jiān)測(cè)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(lái)自每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)傳遞。

1、WSN節(jié)點(diǎn)

WSN節(jié)點(diǎn)是低成本的設(shè)備，因此可以大量部署。它們還以低功率運(yùn)行，因此可以依靠電池運(yùn)行，甚至使用能量收集。WSN節(jié)點(diǎn)是一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，通常執(zhí)行一項(xiàng)功能（例如，測(cè)量溫度或壓力，或者打開(kāi)電燈或電動(dòng)機(jī)）。

能量收集是一種從外部資源（例如太陽(yáng)能，熱能，風(fēng)能，電磁輻射，動(dòng)能等）中獲取能量的新技術(shù)。能量被捕獲并存儲(chǔ)以供小型，低功耗無(wú)線自主設(shè)備使用，例如WSN上的節(jié)點(diǎn)。

2、WSN邊緣節(jié)點(diǎn)

WSN邊緣節(jié)點(diǎn)是包括Internet協(xié)議連接性的WSN節(jié)點(diǎn)。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(chǔ)并具有用戶(hù)界面。

3、WSN技術(shù)

首選網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的斗爭(zhēng)還沒(méi)有結(jié)束。有多個(gè)候選人。

4、無(wú)線上網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的第一個(gè)顯而易見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)候選者是Wi-Fi，因?yàn)樗鼰o(wú)處不在。當(dāng)然，對(duì)于許多應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，Wi-Fi可能是一個(gè)很好的解決方案。幾乎每個(gè)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(wú)數(shù)種設(shè)備無(wú)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(wú)線電，可延長(zhǎng)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(wú)人值守的長(zhǎng)期運(yùn)行，無(wú)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(dòng)力之一是2003年發(fā)布的IEEE 802．15．4無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)。滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)無(wú)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(duì)15．4e和15．4g修訂版進(jìn)行了擴(kuò)展和改進(jìn)。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(jì)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(shí)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(duì)協(xié)議設(shè)計(jì)有影響。這也是ARM（Sensinode）和Cisco（ArchRock）采用6LoWPAN（低功耗無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)中IPv6的縮寫(xiě)）的原因之一。6LoWPAN提供了封裝和報(bào)頭壓縮機(jī)制，可縮短傳輸時(shí)間。

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