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物聯網發展現狀與典型應用

2020-11-07 11:25:19 軟體設計

發展現狀

物聯網是一個非常復雜,龐大的體系,需要多方面共同構建實作,如需要半導體廠商提供處理、存盤等芯片,需要運營商建設物聯網網路,需要互聯網企業提供后臺服務,還需要集成商業的整合,實際上,國內外多個科技巨頭都加入了這場科技盛宴,不遺余力的促進物聯網的發展,

終端設備

隨著手機、平板電腦等移動設備量增速的放緩,ARM、NXP、TI、高通等半導體廠商均將發力點轉移到物聯網領域,打造針對物聯網的專業芯片,
大家應該都有所耳聞,在2017年的CES Asia展會上,中國移動發布了全球尺寸最小的NB-loT通信模組M5310,其采用海思Hi2110芯片,支持eSIM技術和OneNet平臺協議,適合物聯網終端的無線連接,能夠有效地解決當前物聯網諸多問題,

物聯網路作業系統

ARM mbed OS:ARM公司專為互聯網中的“物體”設計的開源嵌入式作業系統,主要支持ARMCortex-M微控制器,

Contiki OS:Contiki是一個開源物聯網作業系統,將小型、低成本、低功耗控制器連接到互聯網,是構建復雜無線系統的強大工具箱,

Zephyr:Zephyr專案是一個可拓展的實時作業系統,支持多種硬體結構,針對資源有限的設備進行了優化,并以安全性為基礎構建,由Linux基金托管,

Huawei LiteOS:LiteOS是華為公司作業系統,是輕量級的開源物聯網作業系統、智能硬體使能平臺,可廣泛應用于智能家居、穿戴式、車聯網、制造業等領域,使物聯網終端的開發簡單、互聯網更容易、業務更加智能、體驗更加順暢、資料更安全,

Ostro:一套基于Linux并且為物聯網智能設備特別量身定做的開源作業系統,可以為任意數量的物聯網使用案例特別定制功能,包含Linux參考設計、軟體包安裝和管理機制,除此之外,它的開發工具可以讓設備上的連接潛力擴展到最大,Ostro專案不但提供管理眾多設備的工具,最重要的是能夠保障物聯網世界的安全,支持Node.js
Python和C/C++等多種應用編程框架,

Android Things : Google推出的全新物聯網作業系統,其前身是物聯網平臺Brillo,除了繼承Brillo的功能之外,還加入Android Studio、Android SDK、Google Play服務及Google云平臺等Android開發者熟悉的工具和服務,任何Android開發者都可以利用Android API和 Goolge服務輕松構建物聯網設備,同時,Android Things天生支持物聯網通信協議Weave,可讓所有型別的設備能夠連接云端并與其他服務,如Google Assistant互動,

ARM mbed OS官網:國外網較慢,耐心等待
Contiki OS官網:國外網較慢,耐心等待
Huawei LiteOS官網:國內速度快
Ostro官網:國外網較慢,耐心等待
Android Things官網:國外網較慢,耐心等待

通信手段

LoRA是LPWAN(低功耗廣域網)通信技術中的一種,是美國Semtech公司采用和推廣的一種基于擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案,LoRa主要在全球免費頻段運行,包括433Mhz、868/915Mhz等,

Zigbee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術,安全方面采用AES加密,無線距離擴大到1000m以外,網路容量理論節點為65300個,低功耗設計,一節電池能使用兩年以上,

NB-loT是聚焦低成本、廣覆寫的物聯網市場,是一種可在全球范圍內廣泛應用的新興技術、具有覆寫面廣、連接多、速率低、成本低、架構優等特點,NB-loT使用License頻段,可采取帶內、保護帶或獨立載波三種部署方式,與現有的網路共存,NB-loT的一個扇區能夠支撐10萬個連接,功耗僅為2G的1/10,終端模塊的待機時間可長達10年,模塊成本有望降至5美元之內,

網路建設

LoRa網路已經在世界多地進行試點或部署,中國AUGTEK在京杭大運河完成284個基站的建設,覆寫1300km流域;江西鷹潭是全國第一張市級全域覆寫的NB-loT網路,共有135個基站,

應用協議

為了滿足物聯網通信的特殊性,IBM為物聯網推出專用的通信協議MQTT,

CoAP是受限制應用協議的代名詞,非常小,運行在UDP協議上,最小的資料包僅限于4位元組,

物聯網云平臺

OneNet是中移物聯網打造的物聯網云平臺,目前設備的接入量已達3000萬,可提供海量鏈接、資料存盤、在線管理、訊息分發、原子服務、事件觸發等服務,支持多型別標準API和豐富的終端協議,滿足海量設備的高并發接入,
天工是基于百度云構建的、融合百度大資料和人工智能技術的“一站式、全托管”智能物聯網平臺,提供物接入、物決議、物管理、規則引擎、時序資料庫、機器學習、MapRedice等一系列物聯網的核心產品和服務,

物聯網典型應

共享單車

共享單車架構

架構分析:共享單車由單車、云平臺、手機三大部分組成,單車也就是物聯網終端設備,它的核心是一顆主控單片機,由太陽能電池板供電,依靠2G芯片通過移動網路和云平臺進行通信,通過GPS定位模塊傳輸自身的位置資訊給云平臺,手機通過云平臺獲得單車的位置資訊而實作尋車功能,在某些移動網路無法覆寫或者信號質量可靠性低的區域,用戶可以通過手機和單車的藍牙模塊建立近場通信鏈路,實作對單車的控制,主控單片機通過執行器開啟車鎖,實作對機械結構的操作,

智能家居

在這里插入圖片描述
架構分析:一個完整的智能家居系統架構,它由終端、控制器、網關、云平臺、手機App共同組成,由于家居環境終端設備的數量龐大,因此可通過網關構建Zigbee局域網管理所有的硬體設備;控制器是終端和網關之間資料、指令的中轉設備,根據功能的不同可以分為感知控制器、照明控制器、安防控制器、紅外控制器等;終端是真實的電器、機械、傳感器等設備;網關除了維護局域網外,還需要實作后臺通信、語音等用戶互動介面、本地資料存盤、軟體升級服務、WIFI內網控制功能等;云平臺是用戶和物體之間資料、指令的分發器;手機是用戶觀察、控制終端設備介面,

智慧農業

在這里插入圖片描述
架構分析:智慧農業的典型物聯網三層結構,對于農業的地理特殊性,針對位置偏遠、農場面積大、通信距離且沒有IP網路接入條件等特性,采用LoRa低功耗廣域網通信方式構建局域網、通過2G/4G等移動網路對接后臺的方式實作網路通信能力,終端通過大量的傳感器采集農場環境資料及安防傳感器的監控信號;后臺通過網關的轉發的得到這些資料后進行資料可視化呈現、計算分析,給予科學的控指令,如自動澆灌;終端通過執行器觸發自動澆灌系統實作對農作物的及時、科學管理,

慢慢魔劍,越來越尖,加油年輕的我們,奧利給!

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