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物聯網技術體系(一)

2021-04-30 19:17:17 其他

物聯網的技術體系主要分為大三層:

1.感知層:
1.1終端設備:
物聯網芯片 Arduino,Raspberry Pi,ESP32,C51,Stm32系列,華為NB-IOTstm32I4開發板,cc2530開發板;

1.2.終端設備搭載的嵌入式作業系統:VxWorks、FreeRTOS(多任務實時作業系統)、LiteOS、mbed
1.3.IoT 開發平臺:Ruff、Tessel、JerryScript、Johnny-Five,PTC Thingworx,Software AG Cumulocity、GE Predix、 thingsboard

1.4.常用物聯網智能設備技術:二維碼、RFID、GPS、眼球與虹魔識別、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺識別、VR/AR、SLAM、行為與復合特征識別、面部識別、指紋、手型

1.5常用傳感器設備:溫度/濕度傳感器、力覺傳感器、加速度傳感器、光傳感器、測距傳感器、磁性傳感器、微機電傳感器、生物傳感器、智能傳感器、傳感器與傳感器網路

2.網路層

物聯網常見協議:TCP/IP、TCP、UDP、HTTP、Websocket、wifi、藍牙、NFC
MQTT:是一種基于發布/訂閱(publish/subscribe)模式的"輕量級"通訊協議;
最大優點: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訊息服務,作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協議,使其在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用.
應用場景:

技術架構:

mqtt協議實作方式分為:發布者(Publish)、代理(Broker)(服務器)、訂閱者(Subscribe),其中,訊息的發布者和訂閱者都是客戶端,訊息代理是服務器,訊息發布者可以同時是訂閱者,

MQTT傳輸的訊息分為:主題(Topic)和負載(payload)兩部分:

  • (1)Topic,可以理解為訊息的型別,訂閱者訂閱(Subscribe)后,就會收到該主題的訊息內容(payload);
  • (2)payload,可以理解為訊息的內容,是指訂閱者具體要使用的內容,

mqtt協議資料包結構:一個MQTT資料包由固定頭(Fixed header)、可變頭(Variable header)、訊息體(payload)三部分構成,
MQTT資料包結構如下:

  • (1)固定頭(Fixed header),存在于所有MQTT資料包中,表示資料包型別及資料包的分組類標識
  • (2)可變頭(Variable header),存在于部分MQTT資料包中,資料包型別決定了可變頭是否存在及其具體內容,
  • (3)訊息體(Payload),存在于部分MQTT資料包中,表示客戶端收到的具體內容,

Payload訊息體位MQTT資料包的第三部分,包含CONNECT、SUBSCRIBE、SUBACK、UNSUBSCRIBE四種型別的訊息:

  • (1)CONNECT,訊息體內容主要是:客戶端的ClientID、訂閱的Topic、Message以及用戶名和密碼,
  • (2)SUBSCRIBE,訊息體內容是一系列的要訂閱的主題以及QoS,
  • (3)SUBACK,訊息體內容是服務器對于SUBSCRIBE所申請的主題及QoS進行確認和回復,
  • (4)UNSUBSCRIBE,訊息體內容是要訂閱的主題,


RTSP(Real Time Streaming Protocol):實時流傳輸協議,是cs模式的流媒體播放協議(視頻播放協議)
Modbus:一個請求/應答方式的串行通信協議,目前存在用于串口、以太網以及其他支持互聯網協議的網路的版本,通常用來連接監控計算機和遠程終端控制系統


nb-lot(窄寬帶物聯網):基于蜂蜜的窄寬帶,具有大容量、低功耗、低成本
coap:物聯網世界的類web協議,使用在資源受限的物聯網設備上,物聯網設備的ram,rom都通常非常小,運行TCP和HTTP是不可以接受的,

協議特點:

基于REST,server的資源地址和互聯網一樣也有類似url的格式,客戶端同樣有POST,GET,PUT,DELETE方法來訪問server,對HTTP做了簡化;

COAP是二進制格式的,HTTP是文本格式的,COAP比HTTP更加緊湊;
輕量化,COAP最小長度僅僅4B,一個HTTP的頭都幾十個B了;
支持可靠傳輸,資料重傳,塊傳輸, 確保資料可靠到達;
支持IP多播, 即可以同時向多個設備發送請求;
非長連接通信,適用于低功耗物聯網場景;

COAP協議有4種訊息型別:

CON—— 需要被確認的請求,如果CON請求被發送,那么對方必須做出回應,這有點像TCP,對方必須給確認收到訊息,用以可靠訊息傳輸,

NON—— 不需要被確認的請求,如果NON請求被發送,那么對方不必做出回應,這適用于訊息會重復頻繁的發送,丟包不影響正常操作,這個和UDP很像,
用以不可靠訊息傳輸,

ACK —— 應答訊息,對應的是CON訊息的應答,

RST —— 復位訊息,可靠傳輸時候接收的訊息不認識或錯誤時,不能回ACK訊息,必須回RST訊息,


LoRa:基于蜂窩的長距離、低功耗、低成本,應用在智慧社區、智能家居和樓宇、智能表計、智慧農業、智能物流等多個垂直行業,
城鎮可達 2-5 Km , 郊區可達 15 Km;一個 LoRa 網關可以連接上千上萬個 LoRa 節點,

BLE:低功耗藍牙

主要應用領域:1、移動擴展設備 2、汽車電子設備 3、健康醫療用品:心跳帶、血壓計等 4、定位應用:室內定位、井下定位等 5、近距離資料采集:無線抄表、無線遙測等 6、資料傳輸:智能家居室內控制、藍牙調光、列印機等

zigbee:低速短距離傳輸的無線網上協議,特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網上節點、支持多種網上拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全
opc協議:利用微軟的COM/DCOM技術來達成自動化控制的協定,采用典型的C/S模式,針對硬體設備的驅動程式由硬體廠商完成,提供統一OPC介面標準的Server程式,軟體廠商只需按照OPC標準介面撰寫Client程式就訪問Server程式進行讀寫,即可實作與硬體設備的通信

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