華為云學院-人人學loT學習筆記及擴展- 第一章 初識物聯網

1.1初探物聯網

一，物聯網
百度解釋：
物聯網（The Internet of Things，簡稱IOT）是指通過 各種資訊傳感器、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(可理解為通信感知技術)，實時采集任何需要監控、 連接、互動的物體或程序，采集其聲、光、熱、電、力學、化 學、生物、位置等各種需要的資訊，通過各類可能的網路接入，實作物與物、物與人的泛在連接，實作對物品和程序的智能化感知、識別和管理，物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等的資訊承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理物件形成互聯互通的網路，

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路，將各種資訊傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網路，實作在任何時間、任何地點，人、機、物的互聯互通，其掀起了世界資訊產業發展的第三次浪潮（前兩次是計算機和互聯網），

通信感知技術是物聯網實作的基礎，

二，物聯網發展歷程：
1991年倫敦大學 特洛伊咖啡壺服務器
1999年 Kevin Ashton在MIT首次提出物聯網概念
早期概念：依托RFID(射頻識別）技術和設備按約定胡通信協議與互聯網結合，使物品資訊實作智能化識別和管理，實作物品資訊互聯，可交換和共享而形成胡網路，
2005,7 國際電信聯盟參考物聯網概念（技術范圍擴大）
2008,11 IBM提出“智慧地球”
2009,8 “感知中國”無錫首先建立"感知中國"研究中心
2013，4 德國漢諾威工業博覽會上提出“工業4.0”，旨在提升制造業的智能化水平
2015，5 “中國制造2025”發布

三，發展歷程總結并劃分為三個時期：
1，概念期（1999~2013）
物聯網概念的形成和提出時期（基本處于概念階段），物聯網涉及到的“物”，僅僅有無線射頻設備，
2，發展期（2014~2016）
以Google收購Nest為標志，物聯網從無線射頻設備進化到了智能可穿戴和智能家居設備，
3，成熟期（2016至今）
智能可穿戴設備和智能家居設備已經成熟落地并且切實進入到了日常生活當中，與此同時物聯網平臺技術的成熟度正在快速爬升，為物聯網生態系統的建設打下了良好的基礎，

四，物聯網層次劃分
云—管—端的邏輯體系來劃分，物聯網的層次為四個層次
應用層：負責資料呈現及客戶互動
平臺層：負責設備通信管理，資料存盤，業務規劃等
網路層：負責終端接入和資料傳輸
感知層：負責資訊收集和信號處理

從垂直行業應用來劃分，物聯網的行業應用可以簡單分成幾大領域
公共事業物聯網
工業物聯網
車聯網
智慧家庭物聯網等

五，各種技術特點及其應用
4G,5G,LTE-V : 傳輸速率>10Mbps,功耗較高，成本較高 應用于車聯網，視頻監控，智能機器等
eMTC,GPRS : 傳輸速率約為1Mbps ,成本較低，功耗較低 應用于智能穿戴設備，梯聯網，電子廣告，無線ATM等
NB-loT : 傳輸速率<100kbps ,成本低，功耗低，覆寫廣 應用于遠程抄表，智能停車，智慧農業等

所有技術都可以分為有線通信技術和無線通信技術，

知識擴展
LTE-V是專門針對車間通訊的協議，被稱為是影響車聯網“連接”的起始點，目前的LTE-V版本屬于4.5G技術，未來可以平滑演進到5G
LTE-V其實是實作V2X（Vehicle to Everything）的兩大技術陣營之一，它主要由國內企業（包括大唐、華為等）推動，另一大陣營是美國主導的IEEE 802.11P（DSRC），

1.2 有線通信
有線通信技術特點是穩定可靠，缺點是受限于傳輸媒介，滿足不了一些遠距離的、靈活性強的連接，
包括：以太網，RS-232,RS-485,M-Bus,PLC等

以太網是現有局域網采用的最通用的通信協議標準，包括：標準的以太網、快速以太網、10G以太網，
例如我們通常用的家庭路由器寬帶技術就有涉及以太網技術，

RS-232是EIA制定的異步傳輸標準介面，個人計算機上的通訊介面之一，9個引腳的是DB-9，25引腳的DB-25,這兩類通常標識為COM1和COM2.用于監視和控制系統的應用，

RS-232與RS485比較
RS232 采用不平衡傳輸方式，單端通訊，傳輸距離不超過20m,一對一通信
RS-485 采用平衡傳輸，差分傳輸方式，傳輸距離幾十米到上千米，總線上允許連接128個收發器，

M-Bus-Meter Bus-戶用儀表總線：用于非電力戶用儀表傳輸的歐洲總線標準，
專門為消耗測量儀器和計數器傳送資訊的資料總線設計，
M-Bus在建筑物和工業能源消耗資料采集有多方面的應用
M-Bus總線的概念基于OSI參考模型，但是M-Bus又不是真正意義上的一種網路，其僅在物理層，鏈路層，網路層和應用層進行了功能定義（OSI另外三層為傳輸層，會話層和表示層），由于OSI參考模型中不允許上一層次改變如波特率、地址等引數，因此在七層模型之外M-Bus定義了一個管理層，可以不遵守OSI模型對任意一層次進行管理，M-Bus總線的提出滿足了公用事業儀表的組網和遠程抄表的需要，
同時，它還可以滿足遠程供電或電池供電系統的特殊要求（距離達1千米，24V供電），M-Bus串行通信方式的總線型拓撲結構，非常適合公用事業儀表的可靠、低成本的組網要求，可以在幾公里的距離上連接幾百個從設備，

PLC全稱Power Line Communication，也稱 電力線通信
PLC是利用電力線傳輸資料和媒體信號的一種通信方式，

百度解釋
PLC多意詞，其另一個意思是可編程邏輯控制器，
電力線通信技術是把載有資訊的高頻加載于電流然后用電線傳輸接受資訊的配接器再把高頻從電流中分離出來并傳送到計算機或電話以實作資訊傳遞，
電力線通信全稱是電力線載波（Power Line Carrier – PLC）通信，是指利用高壓電力線（在電力載波領域通常指35kV及以上電壓等級）、中壓電力線（指10kV電壓等級）或低壓配電線（380/220V用戶線）作為資訊傳輸媒介進行語音或資料傳輸的一種特殊通信方式，

PLC電力線通信應用形式多種多樣，除了我們熟知的，可以通過電力線通信將電表的資料傳輸到工業網關上還可以作為家庭網路，PLC非常便于在傳統資料處理設備（如PC機等）與計算機外設之間交換資料，
此外，資訊家電也可與計算機進行對話，利用PLC可以很方便地從電視機或VCR向PC機發送多媒體資料，PLC還可以用于家庭安全方面，可以把門口監控攝像機獲得的影像送至電視機，

1.3 無線通信

蜂窩移動通信----------2G、3G、4G通信技術

目前，較多的物聯網終端設備接入是使用GPRS通信方式，也就是常說的2G中的一種技術，像較多共享單車的網路接入，POS機的網路接入，都是通過GPRS，

短距無線通信技術----------藍牙、WIFI、ZigBee、Z-Wave

藍牙：大容量、近距離、無線數字通信技術標準 最高傳輸速率1Mbps 最大傳輸距離為10厘米到10米的資料傳輸（可擴展到100米） 速率塊、低功耗、安全性高、網路節點少，不適合多點布控，可實作固定設備，移動設備，樓宇個人域網之間的短距離資料交換，主要使用2.4~2.485GHz的ISM波段無線電波，最初由電信巨頭愛立信公司創制，應用有手機，藍牙耳機，藍牙音箱，智能穿戴，家電設備等，

WIFI：一種允許電子設備連接到一個無線局域網（WLAN）的技術，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射頻頻段 覆寫范圍廣，資料傳輸速率塊 傳輸安全性不好，穩定性差，功耗略高，

ZigBee：是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議 廣泛應用于工業、家庭領域，優點： 近距離，低復雜度、自組織、低功耗、低資料速率 缺點：物體阻擋后信號會衰減、不同芯片兼容性較差，網路較靈活，不易維護

百度解釋
ZigBee，也稱紫蜂，是一種低速短距離傳輸的無線網上協議，底層是采用IEEE 802.15.4標準規范的媒體訪問層與物理層，主要特色有低速、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，主要應用于工業和智慧家庭領域，
ZigBee是一項新型的無線通信技術，適用于傳輸范圍短資料傳輸速率低的一系列電子元器件設備之間， ZigBee無線通信技術可于數以千計的微小傳感器相互間，依托專門的無線電標準達成相互協調通信，因而該項技術常被稱為Home RF Lite無線技術、FireFly無線技術，

Z-Wave：一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠的短距離無線通信技術 用于住宅、照明商業控制、狀態讀取應用（抄表、照明燈）網路結構簡單、低功耗、低成本 速率較低，標準不開放，芯片只能通過Sigma Designs這唯一來源獲取，Z-Wave技術設計用于住宅、照明、商業控制以及狀態讀取應用，例如抄表、照明、家電控制、接入控制、防盜及火災監測等，信號的有效覆寫范圍在室內是30m，室外可超過100m，適合于窄寬帶應用場合，

百度解釋
Z-Wave是由丹麥公司Zensys所一手主導的無線組網規格，Z-wave聯盟(Z-wave Alliance)雖然沒有ZigBee聯盟強大，但是Z-wave聯盟的成員均是已經在智能家居領域有現行產品的廠商，該聯盟已經具有160多家國際知名公司

下圖為各種技術對比

1.4 LPWA（Low Power Wide Area）低功耗廣域網
傳統無線通信技術包含了蜂窩移動通信和短距無線通信技術這兩類
其他發展出的技術：無線通信技術LPWA低功耗廣域網，它解決了傳統網路不能應對一些物聯網場景的通信問題，低功耗廣域網的通信技術，其中比較被世人熟知的是SigFox、LoRa、NB-loT，

1，SigFox這一通信技術由法國的 SigFox公司擁有，其主要打造低功耗、低成本的無線物聯網專用網路，
是商用化速度較快的一個LPWA網路技術，SigFox網路利用了UNB技術，傳輸功耗水平非常低，并仍然能維持一個穩定的資料連接，通常它的傳輸速率只有100bps，其網路拓撲是一個可擴展的、高容量的網路，具有非常低的能源消耗，同時保持簡單和易于部署的基于星型單元的基礎設施，SigFox無線鏈路使用免授權Sub-G的ISM射頻頻段，頻率根據國家法規有所不同(歐洲：868MHz,美國:915MHz），
,
2，LoRa：美國SEMTECH公司基于開源的MAC層協議的低功耗廣域網標準，同時基于Sub-GHz的頻段使其更易以較低功耗遠距離通信 基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案

3，NB-loT是目前LPWA領域最火的一項技術，
NB-loT是構建于蜂窩網路的窄帶物聯網，只消耗大約180KHz的寬帶，可直接部署與GSM網路、UMTS網路、LTE網路，

三項技術對比：
NB-loT構建在運營商蜂窩網路上，其他兩項不是；三者都是基于Sub-GHz頻段；NB-loT需要授權，其他兩項不需要，

知識擴展
NB-IoT是一種無線蜂窩網路通信協議，是NArrow Band Internet of Things的縮寫，意思是窄帶物聯網，是一種低功耗廣覆寫物聯網技術（LPWA），窄帶只指使用的帶寬為180KHz，作業在運營商的授權頻段內，技術主要貢獻者為華為和高通，
NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶蜂窩物聯網）是基于LTE的R13實作
NB-IoT協議就是充分利用好寶貴的無線頻譜資源和時間資源、滿足LPWA需要而設計的一套無線蜂窩網路通信規則，其作用就是為資訊互動制定了一套語法、語意和時序，簡單的說就是規定了通信參與方用什么語言交流，說的話代表什么意思、以及誰說誰聽、說多長時間的規則，
NB-IoT的演程序序

2013年初，華為聯合相關廠商、運營商開始蜂窩物聯網的研究，命名為LTE-M；

2014年5月，由華為、沃達豐、中國移動、Orange、TelecoMItaly等公司主導的作業組SI在3GPPGERAN立項，LTE-M演進為CellularIoT，簡稱CIoT；

2015年5月，華為和高通共同宣布一項融合解決方案，融合之后的方案叫NB-CIoT；

2015年8月，在GERANSI階段最后一次會議上，愛立信聯合中興、諾基亞、三星、INTEL等提出NB-LTE的概念；

2015年9月，RAN#68上NB-CIoT和NB-LTE兩個技術方案進行融合行成NB-IoT；

2016年6月16日，NB-IoT的3GPP標準核心部分正式凍結，標志著商用階段正式開始，

2016年是物聯網生態元年