1、物聯網介紹

1、物聯網的定義

　　物聯網（The Internet of Things，簡稱IOT）是指通過 各種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監控、 連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化 學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯網是一個基於互聯網、傳統電信網等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯互通的網絡。

　　物聯網（ IoT ，Internet of things ）即“萬物相連的互聯網”，是互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡，將各種信息傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，實現在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯互通 。

　　物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，IT行業又叫：泛互聯，意指物物相連，萬物萬聯。由此，“物聯網就是物物相連的互聯網”。這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯網的定義是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

2、物聯網的關鍵技術

　　（1）射頻識別技術

　　談到物聯網，就不得不提到物聯網發展中備受關注的射頻識別技術（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）。RFID是一種簡單的無線系統，由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有擴展詞條唯一的電子編碼，附着在物體上標識目標對象，它通過天線將射頻信息傳遞給閱讀器，閱讀器就是讀取信息的設備。RFID技術讓物品能夠“開口說話”。這就賦予了物聯網一個特性即可跟蹤性。就是說人們可以隨時掌握物品的准確位置及其周邊環境。

　　（2）傳感網

　　MEMS是微機電系統（ Micro - Electro - Mechanical Systems）的英文縮寫。它是由微傳感器、微執行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統。其目標是把信息的獲取、處理和執行集成在一起，組成具有多功能的微型系統，集成於大尺寸系統中，從而大幅度地提高系統的自動化、智能化和可靠性水平。它是比較通用的傳感器。因為MEMS，賦予了普通物體新的生命，它們有了屬於自己的數據傳輸通路、有了存儲功能、操作系統和專門的應用程序，從而形成一個龐大的傳感網。這讓物聯網能夠通過物品來實現對人的監控與保護。 

　　（3）M2M系統框架

　　M2M是Machine-to-Machine/Man的簡稱，是一種以機器終端智能交互為核心的、網絡化的應用與服務。它將使對象實現智能化的控制。M2M技術涉及5個重要的技術部分：機器、M2M硬件、通信網絡、中間件、應用。基於雲計算平台和智能網絡，可以依據傳感器網絡獲取的數據進行決策，改變對象的行為進行控制和反饋。拿智能停車場來說，當該車輛駛入或離開天線通信區時，天線以微波通訊的方式與電子識別卡進行雙向數據交換，從電子車卡上讀取車輛的相關信息，在司機卡上讀取司機的相關信息，自動識別電子車卡和司機卡，並判斷車卡是否有效和司機卡的合法性，核對車道控制電腦顯示與該電子車卡和司機卡一一對應的車牌號碼及駕駛員等資料信息；車道控制電腦自動將通過時間、車輛和駕駛員的有關信息存入數據庫中，車道控制電腦根據讀到的數據判斷是正常卡、未授權卡、無卡還是非法卡，據此做出相應的回應和提示。另外，家中老人戴上嵌入智能傳感器的手表，在外地的子女可以隨時通過手機查詢父母的血壓、心跳是否穩定；智能化的住宅在主人上班時，傳感器自動關閉水電氣和門窗，定時向主人的手機發送消息，匯報安全情況 。

　　（4）雲計算

　　雲計算旨在通過網絡把多個成本相對較低的計算實體整 合成一個具有強大計算能力的完美系統，並借助先進的商業 模式讓終端用戶可以得到這些強大計算能力的服務。如果將 計算能力比作發電能力，那么從古老的單機發電模式轉向現 代電廠集中供電的模式，就好比現在大家習慣的單機計算模 式轉向雲計算模式，而“雲”就好比發電廠，具有單機所不 能比擬的強大計算能力。這意味着計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣、水、電一樣，取用方便、費用低廉，以至於用戶無需自己配備。與電力是通過電網傳輸不同，計算能力是通過各種有線、無線網絡傳輸的。因此，雲計算的一個核心理念就是通過不斷提高“雲”的處理能力，不斷減少用戶終端的處理負擔，最終使其簡化成一個單純的輸入輸出設備，並能按需享受“雲”強大的計算處理能力。物聯網感知層獲取大量數據信息，在經過網絡層傳輸以后，放到一個標准平台上，再利用高性能的雲計算對其進行處理，賦予這些數據智能，才能最終轉換成對終端用戶有用的信息 。

3、物聯網與互聯網的關系

　　物聯網也是一種鏈接網絡，而且也具備大量原來互聯網、移動互聯網的特點，通用的MQTT協議也運行於互聯網的TCP/IP的基礎之上。因此，物聯網是基於互聯網發展和拓展而來的互聯網絡，其簡化的高層架構關系如下：

　　（1）物聯網就是物物相連的互聯，是基於電腦的互聯網的進一步延伸和發展

　　（2）物聯網的參與方拓展到了所有可感知的設備和物品

　　（3）物聯網的很多通道和運作，仍需要互聯網，特別是移動互聯網的支撐

　　（4）物聯網由於工作領域和特性存在多個差異很大的場景，因此多種主流的協議和組網方式並存

4、物聯網分層

　　4.1、物聯網的4個分層

　　物聯網可以分為4個層次：感知層、傳輸層（網絡）、支撐層（平台）、應用層。也有另一種常見的分法，是把平台層並入應用層，因此定義為感知、網絡和應用層。各層的組成和對應關系如下：

 

 

 

　　（1）感知層

　　主要用於采集物理世界中發生的物理事件和數據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻數據。物聯網的數據采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實時定位等技術。如溫度感應器、聲音感應器、圖像采集卡、震動感應器、壓力感應器、RFID讀寫器、二維碼識讀器等，都是用於完成物聯網應用的數據采集和設備控制。

　　感知層通常由終端設備來履行，像人的終端神經一樣，使智能網絡和中控系統能感知未端狀態，並執行下達的指令；其中不具備獨立尋址的傳感器一種是通過網關接入物聯網，或者是與有獨立尋址和連接能力的設備相連，通常視為該設備的一部分，以外設的身份存在。

　　（2）傳輸層

　　傳輸層主要功能是直接通過現有互聯網（IPv4/IPv6 網絡）、移動通信網（如：GSM、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA、無線接入網、無線局域網等）、衛星通信網等基礎網絡設施，對來自感知層的信息進行接入和傳輸。網絡層主要利用了現有的各種網絡通信技術，實現對信息的傳輸功能。

　　（3）支撐層

　　支撐層主要是在高性能網絡計算環境下，將網絡內大量或海量信息資源通過計算整合成一個可互聯互通的大型智能網絡，為上層的服務管理和大規模行業應用建立一個高效、可靠和可信的網絡計算超級平台。支撐層利用了各種智能處理技術、高性能分布式並行計算技術、海量存儲與數據挖掘技術、數據管理與控制等多種現代計算機技術。

　　（4）應用層

　　應用層中包括各類用戶界面顯示設備以及其它管理設備等，這也是物聯網系統結構的最高層。應用層根據用戶的需求可以面向各類行業實際應用的管理平台和運行平台，並根據各種應用的特點集成相關的內容服務，如：智能交通系統、環境監測系統、遠程醫療系統、智能工業系統、智能農業系統、智能校園等。

　　4.2、4個層次的作用

　　物聯網技術的四個層次：感知技術、傳輸技術、支撐技術、應用技術

　　（1）感知技術

　　能夠用於物聯網底層感知信息的技術。它包括射頻識別（RFID）技術、傳感器技術、GPS定位技術、多媒體信息采集技術及二維碼技術等。

• 射頻識別技術：標簽、閱讀器、天線
• 傳感器技術：從自然信源獲取信息
• GPS技術：移動感知，采集移動物體信息
• 多媒體信息采集技術：利用攝像頭、麥克風等采集視頻、音頻、圖像等信息，並對信息進行抽取、挖掘和處理，將非結構化信息從采集到的信息中抽取並保存到結構化數據庫中。
• 二維碼技術：小面積表達大量信息

　　（2）傳輸技術

　　能夠匯聚感知數據，並實現物聯網數據傳輸的技術， 它包括互聯網、移動通信網、無線網絡、衛星通信、短距離無線通信等。

　　（3）支撐技術

• 用於物聯網數據處理和利用的技術，它包括嵌入式系統、雲計算技術、人工智能技術、大數據庫與機器學習技術、分布式並行計算和多媒體與虛擬現實等
• 嵌入式系統：嵌入到目標體系中的專用計算機系統，它以應用為中心，以計算機技術為基礎，並且軟硬件可裁剪，適用於應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統 ，與物聯網關系密切，物聯網的各種智能終端大部分表現為嵌入式系統
• 雲計算技術：物聯網中的終端的計算和存儲能力有限,雲計算平台可以作為物聯網的“大腦”,實現對海量數據的存儲、計算。 是分布式計算技術的一種，透過網絡將龐大的計算處理程序自動分拆成無數個較小的子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統經搜尋、計算分析之后將處理結果回傳給用戶。
• 人工智能技術：研究使計算機來模擬人的某些思維過程和智能行為的技術，借鑒仿生學思想,用數學語言抽象描述知識,用以模仿生物體系和人類的智能機制,目前主要的方法有神經網絡、進化計算和粒度計算三種
• 大數據技術：大數據指在互聯網和以大規模分布式計算為代表的平台支持下被采集、存儲、分析和應用的具有產生更高決策價值的巨量、高增長率和多樣化的信息資產 。大數據系統總是由數據采集、數據存儲、數據分析（或數據處理與服務）和數據應用四個部分構成。在物聯網中，大數據技術扮演海量數據存儲與分析處理的重要角色
• 分布式並行計算：時間上的並行就是指流水線技術，而空間上的並行則是指用多個處理器並發的執行計算。

　　（4）應用技術

　　用於直接支持物聯網應用系統運行的技術

• 專家系統、系統集成技術、編解碼技術

5、物聯網主要的連接技術

　　網絡層分成兩種，一種是網關與傳感器之間的聯接，稱之為局域網聯接，有對應的協議；一種是直接接入，並與數據中心或雲平台的中控平台連接，這是廣域網聯接。目前廣域網也有多種接入技術，但不管哪種接入技術，都需要通過標准的傳輸協議，才能建立起對話。主流的MQTT是由IBM公司開發的，基於TCP/IP協議之上。

　　可以看到，主要的局域網接入和廣域網接入技術在速率、功耗等不同指標中各有優劣點：

　　可以看到，不管是局域網還是廣域網，其連接協議都分別有高(>10M)中(>1M)低(<1M)不同的速率，通常高速率也意味着高功耗。這兩個特性，決定了不同的連接協議有着不同的用途。通常高速協議用於有外來供電、需要大量圖像視頻或其它大數據量交互的場景；而低速協議，則通常用於電池供電、信息密度低的傳感器數據讀取、自動化設備控制等場景。以下是未來這三種不同類型協議的應用領域和規模預估：

　　低速率廣域協議將連接更多設備：大量低頻、流量吞吐要求小的場景，未來將大規模對低速率廣域互聯網存在需求，除了Zigbee等之外，我國主推的NB-IoT也是前景可期。

6、物聯網應用的主要特點

　　互聯網是連接計算機和移動智能終端的網絡，基本上是圍繞着人主動觸發的場景展開應用。而物聯網是物物之間的互聯，更多是基於物品對本身或周圍環境的感知而觸發的自動化應用場景，兩者之間的關系對比如下：

　　就如前面所述，物聯網與互聯網不是相互獨立、涇渭分明，而是一個對另一個的延展。現在有越來越多的趨勢展現，物聯網結合人工智能，兩者是快速技術進展的當下，技術快速成熟，在多個領域的應用日益具備商用條件，並極大促進了原來互聯網場景的智能化和自動化能力，從而為用戶提供新的價值。

　　以下的圖示，簡單地羅列了未來常見的互聯網接入設備，如何日益集成更多的IoT設備，並在人工智能的輔助下，實現更智能、更強大的功能，從而更好地提高原來互聯網應用的體驗：

　　●互聯網接入設備在呈現多樣化、移動化和功能復合化的特點

　　●隨着硬件性能上升、體積和成本迅速下降，互聯網設備接入了大量的IoT器件，來增強復合性功能

　　●一個傳統的互聯網應用，會得到智能化和自動增強的體驗提升，比如：

　　●視頻通話時的防抖、亮度適應

　　●基於LBS的位置共享

　　●基於位置感知的立體聲源定向

　　總體來說，基於AI, IoT技術的快速發展，未來的電氣設備，將沿着越來越自動化智能化，無人干預的方向發展，也就是達到最終的無感智能的狀態，以下是在不同的階段，幾個常見操作的對比：

　　比如第一項的環境調節，以空調為例 ，在人工操作參考的第一階段，通常是設備附帶的溫度計，告知你的環境溫度，你可以進行特定溫度的設定，這時候壓縮機會根據情況開啟，比如已經到達設定溫度就休眠，等有偏差再工作；在第二階段，你可以通過手機或電腦，來設定前半夜后半夜和清晨的不同時段溫度的要求，然后中控系統按計划向空調發實時指令；到了無感智能階段，空調是根據你穿戴設備把你的體溫、心跳等信息傳給中控，它再結合環境溫度，算出一個智能的指令，讓空調在人不用干預的情況下，一直保持最適宜的環境溫度。

　　 物聯網產業已經到了快速應用的階段

　　根據Machine Research的預計，全球物聯網的連接數，將在未來五年內，每年以超過兩位數的速度增長，並且到了2025年，預計聯網數將達到270億。而工信部等組織則預計，我國2020年IoT相關產業的產值就將達到1.8萬億元人民幣。

　　根據IoT Analytics發布的2018年IoT行業項目數排名，智慧城市、工業互聯和建築互聯也都在快速發展：

　　未來的IoT應用，將在不同行業中，和不同領域中，從簡單的狀態檢測和自動化，向高階的綜合調度和智能化決策等方向沿進：

　　●首先從公共設施領域，再到商用領域最后在個人領域(高頻高復雜度)應用
　　●從遙測遙感遙控，再到自動調節，最終到智能調節
　　●同時向單品智能和整體解決方案智能進行發展演進

       資料來源：https://baike.baidu.com/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/7306589?fr=aladdin

                         http://i4.cechina.cn/19/1010/10/20191010100706.htm

                         https://www.cnblogs.com/miracleXH/p/9296798.html