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物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)終極指南
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)終極指南
物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 架構(gòu)，并展示了物聯(lián)網(wǎng)如何將全球轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苁澜??；诒疚慕榻B的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，智能汽車(chē)、智能家居和智能城市，您周?chē)娜魏问挛锒伎赡艹蔀橹悄茉O(shè)備。
物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 集成了全球從傳感器到數(shù)字云的所有產(chǎn)品。它將整個(gè)城市的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和個(gè)人連接起來(lái)，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的分配系統(tǒng)。在這方面，物聯(lián)網(wǎng)包括智能電網(wǎng)、智能家居、智能城市和互聯(lián)網(wǎng)。由于其廣泛的應(yīng)用和多樣化的技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)近年來(lái)提供了許多可能性。圖 1 顯示了與各種設(shè)備相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 通用架構(gòu)。
圖1 ：物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是一個(gè)強(qiáng)大而深刻的概念，它基于允許所有部分完美協(xié)同工作的架構(gòu)。
四階段物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)
四階段物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可以總結(jié)如下：
傳感器和執(zhí)行器
互聯(lián)網(wǎng)度假和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
邊緣 IT
數(shù)據(jù)中心和云
下圖更全面地展示了這些步驟。
圖2 ：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的四個(gè)階段
傳感器和執(zhí)行器
第一層是傳感器的物理層，能夠感知和收集環(huán)境數(shù)據(jù)。連接的設(shè)備提供了物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，它是作為每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。他們需要傳感器來(lái)收集環(huán)境或物品本身內(nèi)部和外部的物理特征。它們可以集成到設(shè)備本身中，也可以作為獨(dú)立項(xiàng)目用于遙測(cè)數(shù)據(jù)的測(cè)量和收集。例如，看看農(nóng)場(chǎng)傳感器，其職責(zé)是檢測(cè)氣溫、土壤濕度、土壤 pH 值或作物陽(yáng)光照射等因素。
該層的另一個(gè)重要特征是執(zhí)行器。通過(guò)與傳感器的密切協(xié)作，您可以將來(lái)自智能設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際行動(dòng)。使用帶有所有傳感器的智能澆水系統(tǒng)。系統(tǒng)使用傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)評(píng)估情況，并告訴執(zhí)行器，如果地面水分低于設(shè)定值，則打開(kāi)選定的水閥。閥門(mén)保持打開(kāi)狀態(tài)，直到默認(rèn)傳感器返回。當(dāng)然，這一切都是在沒(méi)有一個(gè)人干預(yù)的情況下發(fā)生的。
對(duì)于連接的對(duì)象，不僅需要能夠與相關(guān)網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)進(jìn)行雙向交互，而且還需要能夠相互識(shí)別、一起聊天、共享信息和及時(shí)合作以從完整操作中受益. 特別是對(duì)于資源和電池供電的小工具來(lái)說(shuō)，這不是一件容易的事，因?yàn)檫@種通信需要大量的計(jì)算能力并使用大量的能量和帶寬。因此，只有應(yīng)用了正確、安全和輕量級(jí)的通信協(xié)議，才能使用強(qiáng)大的架構(gòu)。
因此，穩(wěn)健的架構(gòu)只有在使用適當(dāng)、安全和輕量級(jí)的通信協(xié)議時(shí)才能實(shí)現(xiàn)有效的設(shè)備管理，包括用于管理許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中常見(jiàn)的輕量級(jí)低功耗設(shè)備的領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，即輕量級(jí) M2M。
圖3 ：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的傳感器和執(zhí)行器
網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集
該層與某些設(shè)備上的傳感器和執(zhí)行器密切配合；盡管如此，它仍被定義為物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的一個(gè)不同階段，對(duì)于數(shù)據(jù)收集、過(guò)濾和傳輸?shù)交谠频幕A(chǔ)設(shè)施和平臺(tái)的邊緣至關(guān)重要。百萬(wàn)設(shè)備系統(tǒng)的海量輸入和輸出應(yīng)突出數(shù)據(jù)聚合、選擇和傳輸能力。其他層的連接點(diǎn)是網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，作為鏈接元素與云和分析之間的中介。
位于 OT 和 IT 世界邊緣的網(wǎng)關(guān)通過(guò)將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可由整個(gè)系統(tǒng)中的其他系統(tǒng)組件輕松傳輸和使用的形式，在傳感器與系統(tǒng)其余部分之間提供通信。此外，它們能夠控制、過(guò)濾和選擇數(shù)據(jù)，以減少向云端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸成本和反應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生有益的影響。因此，網(wǎng)關(guān)為本地傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和后續(xù)處理為可用包提供了一個(gè)位置。
安全性是網(wǎng)關(guān)的另一個(gè)特征。網(wǎng)關(guān)雙向調(diào)節(jié)信息流，通過(guò)使用適當(dāng)?shù)募用芎桶踩夹g(shù)來(lái)防止物聯(lián)網(wǎng)云數(shù)據(jù)侵權(quán)，以減少對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的嚴(yán)厲外部攻擊的威脅。
圖 4：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集階段
邊緣分析
邊緣設(shè)備可能會(huì)帶來(lái)顯著的好處，尤其是在大型物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，但并非每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)都需要它們。鑒于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和受限的可訪(fǎng)問(wèn)性，邊緣系統(tǒng)可以在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和分析方面提供額外的靈活性。鑒于眾多工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序中數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵速度，邊緣計(jì)算最近在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的受歡迎程度顯著上升。
由于可以將邊緣基礎(chǔ)設(shè)施的物理位置更靠近數(shù)據(jù)源，因此一開(kāi)始使用物聯(lián)網(wǎng)材料會(huì)更容易。在這種情況下，只會(huì)傳輸更大的數(shù)據(jù)位，并且實(shí)際上必須處理云。通過(guò)最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)暴露，可以大大增強(qiáng)安全性，同時(shí)減少帶寬和電源利用率可以提高企業(yè)資源的效率。
數(shù)據(jù)中心/云平臺(tái)
當(dāng)傳感器變成神經(jīng)元，網(wǎng)關(guān)變成背景時(shí)，云就是物聯(lián)網(wǎng)的大腦。與尖端解決方案相反，數(shù)據(jù)中心或基于云的系統(tǒng)旨在存儲(chǔ)、處理和分析大量數(shù)據(jù)，以獲得更深入的洞察力，這是高級(jí)數(shù)據(jù)分析引擎和機(jī)器學(xué)習(xí)流程永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)的。
在過(guò)去幾年中，云計(jì)算已被廣泛接受（尤其是在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中）可以提高生產(chǎn)率、減少意外停機(jī)時(shí)間、降低能源消耗和許多其他經(jīng)濟(jì)效益。
云提供企業(yè)智能和顯示替代方案，允許員工連接到系統(tǒng)、運(yùn)行和監(jiān)控系統(tǒng)，并在配備適當(dāng)?shù)氖褂媒鉀Q方案時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)查看的報(bào)告、儀表板和數(shù)據(jù)做出智能決策。
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)：醫(yī)療保健領(lǐng)域的一個(gè)例子
醫(yī)療保健是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中領(lǐng)先和最重要的行業(yè)之一。這是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)解決方案讓患者受益于高質(zhì)量的護(hù)理，并將其與長(zhǎng)期但可觀的節(jié)省相結(jié)合。
醫(yī)療保健中的核心物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包括但不限于通過(guò)使用智能智能健康和應(yīng)急物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)提高患者安全和員工安全、減少不必要的醫(yī)療保健費(fèi)用以及及時(shí)提供足夠的幫助。
鑒于人口面臨的巨大問(wèn)題，老年護(hù)理和糖尿病和心臟病等疾病的監(jiān)測(cè)是公共衛(wèi)生的主要問(wèn)題之一。因此，預(yù)防在改善老年人健康方面發(fā)揮著重要作用。因此，物聯(lián)網(wǎng)處于優(yōu)先地位并非令人難以置信，尤其是在需要可靠性、安全性和準(zhǔn)確管理的健康監(jiān)測(cè)中。
例如，自動(dòng)化老年患者監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)收集和實(shí)時(shí)分析、基礎(chǔ)設(shè)施訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)連接以及用戶(hù)界面和支持應(yīng)用程序以供演示。因此，必須集成身體傳感器的架構(gòu)，以收集患者數(shù)據(jù)、過(guò)濾和重定向數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并將其無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接到云端，并作為將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程位置（例如緊急情況和醫(yī)療保健提供者）的工具用于監(jiān)視和監(jiān)視目的。
圖 5：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)：以醫(yī)療保健為例
提供的醫(yī)療保健監(jiān)控系統(tǒng)必須使不同的用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)。例如，醫(yī)療保健從業(yè)者、患者和任何家庭成員或看護(hù)人。有鑒于此，數(shù)據(jù)安全和隱私是在健康監(jiān)測(cè)中采用物聯(lián)網(wǎng)的問(wèn)題之一。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過(guò)加密獲得安全性。例如，微處理器通過(guò)套接字的安全層 (SSL) 確保加密的安全通信機(jī)制。
結(jié)論
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)因解決方案而異；然而，它的關(guān)鍵組成部分是四個(gè)構(gòu)建塊，它們對(duì)于交付使物聯(lián)網(wǎng)氣候可行的基本功能至關(guān)重要。重要的是，您不要被物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的感知復(fù)雜性所淹沒(méi)，也不要忽視有吸引力且面向未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。
應(yīng)該說(shuō)，對(duì)強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)開(kāi)發(fā)的日益關(guān)注導(dǎo)致從其數(shù)據(jù)中提取更大的商業(yè)價(jià)值，為他們提供競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并幫助他們超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
雖然還需要做更多的工作來(lái)解決物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)碎片化問(wèn)題，但很明顯，已經(jīng)付出了大量努力來(lái)包括最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)（例如：LwM2M 和 oneM2M）。
然而，在這成為現(xiàn)實(shí)之前，物聯(lián)網(wǎng)的承諾不一定通過(guò)開(kāi)發(fā)單一的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的、面向未來(lái)的、可擴(kuò)展的和安全的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，以便有效地捕獲和管理、分析并在數(shù)據(jù)的收集、管理和使用中使用所有技術(shù)。