物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例）

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)背后的概念既強(qiáng)大又復(fù)雜，為了使物聯(lián)網(wǎng)難題中的元素完美融合，它們都必須是經(jīng)過深思熟慮的結(jié)構(gòu)的一部分。這就是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)進(jìn)入階段的地方，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理方面。

　　從物聯(lián)網(wǎng)炒作到物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)實(shí)

　　在聽到“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)”這個(gè)標(biāo)語時(shí)首先想到的可能是一臺(tái)智能咖啡機(jī)，它甚至在他醒來并意識(shí)到之前就知道他早上需要什么樣的咖啡?；蛘撸玫氖?，一輛具有未來感的自動(dòng)駕駛汽車在沒有“司機(jī)”甚至觸摸一次方向盤的情況下在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)賦能的街道上疾馳而過。

　　雖然這些充滿希望但天真的愿景并不像聽起來那么遙遠(yuǎn)，但物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)不僅與家庭和城市自動(dòng)化有關(guān)。事實(shí)上，它不僅僅是一個(gè)流行詞，它代表了很多很多。事實(shí)上，正如物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)有能力改變和改善我們的日常生活以及我們作為一個(gè)社會(huì)的運(yùn)作方式一樣，它也可以改變商業(yè)運(yùn)作的方式，并最終改變我們對(duì)幾乎所有方面的看法我們的世界。

　　為什么需要強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)?

　　盡管如此，在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)時(shí)，人們還是非常關(guān)注它的潛力。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)能夠做什么以及它將如何賦予我們生活力量的新聞不斷涌現(xiàn)，但對(duì)于許多人來說，這些令人振奮的愿景似乎并沒有像我們希望的那樣迅速轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。然而，巨大的變化確實(shí)發(fā)生了，但它發(fā)生在點(diǎn)點(diǎn)滴滴中，而不是巨大的飛躍中。原因很簡(jiǎn)單，但它往往遠(yuǎn)離公眾視線：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)固有的多樣性扼殺了進(jìn)步，并經(jīng)常阻礙萬物互聯(lián)。

　　作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)面臨的兩個(gè)最大挑戰(zhàn)之一(另一個(gè)是安全性)，碎片化是物聯(lián)網(wǎng)的核心，因?yàn)樗荚谶B接的事物具有多樣性。要將任何物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)投入使用，都需要將所有資源、硬件、軟件和系統(tǒng)(無論它們有多么不同)整合到一個(gè)框架中，以形成一個(gè)集成、可靠且具有成本效益的解決方案。簡(jiǎn)單來說，每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)部署都需要一個(gè)堅(jiān)如磐石的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目的;該系統(tǒng)的最終效率和適用性在很大程度上取決于所開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施的質(zhì)量。

　　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)建塊

　　雖然每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都不同，但每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)的基礎(chǔ)及其一般數(shù)據(jù)處理流程大致相同。首先，它由事物組成，這些事物是連接到互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)象，它們通過嵌入式傳感器和執(zhí)行器能夠感知周圍的環(huán)境并收集信息，然后將信息傳遞到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。下一階段包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)，它們收集大量未處理的數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字流，對(duì)其進(jìn)行過濾和預(yù)處理，以便為分析做好準(zhǔn)備。第三層由負(fù)責(zé)進(jìn)一步處理和增強(qiáng)數(shù)據(jù)分析的邊緣設(shè)備代表。這一層也是可視化和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可能介入的地方。在那之后，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)娇梢曰谠苹虮镜匕惭b的數(shù)據(jù)中心。這是存儲(chǔ)、管理和深入分析數(shù)據(jù)以獲得可行見解的地方。

　　這些是詳細(xì)描述的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)的四層：

　　事物、傳感器和控制器

　　作為每物個(gè)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，連接的設(shè)備負(fù)責(zé)提供物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的本質(zhì)，即數(shù)據(jù)。為了獲取外界或物體本身的物理參數(shù)，他們需要傳感器。這些可以嵌入到設(shè)備本身中，也可以作為獨(dú)立對(duì)象實(shí)現(xiàn)以測(cè)量和收集遙測(cè)數(shù)據(jù)。例如，考慮農(nóng)業(yè)傳感器，其任務(wù)是測(cè)量空氣和土壤溫度和濕度、土壤 pH 值或作物暴露于陽光下的參數(shù)。

　　該層的另一個(gè)不可或缺的元素是執(zhí)行器。通過與傳感器密切合作，它們可以將智能對(duì)象生成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為物理動(dòng)作。讓我們想象一個(gè)配備了所有必要傳感器的智能澆水系統(tǒng)。根據(jù)傳感器提供的輸入，系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析情況并命令執(zhí)行器打開位于土壤濕度低于設(shè)定值的地方的選定水閥。閥門保持打開狀態(tài)，直到傳感器報(bào)告值恢復(fù)為默認(rèn)值。顯然，所有這一切都是在沒有任何人為干預(yù)的情況下發(fā)生的。

　　同樣重要的是，連接的對(duì)象不僅應(yīng)該能夠與其相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信，而且還應(yīng)該能夠相互識(shí)別和交談以收集和共享信息并實(shí)時(shí)協(xié)作以利用整個(gè)部署的價(jià)值。特別是在資源受限和電池供電的設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)并非易事，因?yàn)檫@種通信需要大量的計(jì)算能力并消耗寶貴的能量和帶寬。因此，一個(gè)健壯的架構(gòu)只有在使用適合用途、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，例如輕量級(jí) M2M它已成為管理低功耗輕量級(jí)設(shè)備的領(lǐng)先標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這些設(shè)備在許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)用例中都很典型

　　網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集

　　盡管該層仍然與給定設(shè)備上的傳感器和執(zhí)行器緊密相連，但必須將其描述為一個(gè)單獨(dú)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)階段，因?yàn)樗鼘?duì)于數(shù)據(jù)收集、過濾和傳輸?shù)竭吘壔A(chǔ)設(shè)施和基于云的平臺(tái)的過程至關(guān)重要. 考慮到百萬設(shè)備部署可能產(chǎn)生的大量輸入和輸出，數(shù)據(jù)的聚合、選擇和傳輸能力應(yīng)該成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。作為連接的事物與云和分析之間的中介，網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了必要的連接點(diǎn)，將其余層連接在一起。

　　網(wǎng)關(guān)位于 OT 和 IT 世界的邊緣，通過將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易于傳輸和可用于其他系統(tǒng)組件的格式，促進(jìn)傳感器與系統(tǒng)其余部分之間的通信。更重要的是，他們能夠控制、過濾和選擇數(shù)據(jù)，以最大限度地減少需要轉(zhuǎn)發(fā)到云端的信息量，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸成本和響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生積極影響。因此，網(wǎng)關(guān)為傳感器數(shù)據(jù)的本地預(yù)處理提供了場(chǎng)所，這些數(shù)據(jù)被壓縮成有用的捆綁包，以供進(jìn)一步處理。

　　網(wǎng)關(guān)支持的另一個(gè)方面是安全性。由于網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)管理雙向信息流，借助適當(dāng)?shù)募用芎桶踩ぞ?，它們可以防止物?lián)網(wǎng)云數(shù)據(jù)泄露，并降低對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行惡意外部攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

　　邊緣分析

　　雖然不是每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的必然組成部分，但邊緣設(shè)備可以帶來顯著的好處，尤其是對(duì)大型物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)有限的可訪問性和數(shù)據(jù)傳輸速度，邊緣系統(tǒng)可以在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理和分析中提供更快的響應(yīng)時(shí)間和更大的靈活性。由于數(shù)據(jù)分析的速度是某些工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵，邊緣計(jì)算最近在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)中的普及率急劇上升。

　　由于邊緣基礎(chǔ)設(shè)施在物理上可以更靠近數(shù)據(jù)源，因此它可以更輕松、更快速地實(shí)時(shí)處理物聯(lián)網(wǎng)材料并以即時(shí)可操作情報(bào)的形式提供輸出。在這種情況下，只有真正需要云能力才能處理的較大數(shù)據(jù)塊才會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到那里。通過最大限度地減少網(wǎng)絡(luò)暴露，可以顯著增強(qiáng)安全性，同時(shí)降低功耗和帶寬消耗有助于更有效地利用業(yè)務(wù)資源。

　　如果說傳感器是神經(jīng)元，網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的骨干，那么云就是物聯(lián)網(wǎng)體內(nèi)的大腦。與邊緣解決方案相反，數(shù)據(jù)中心或基于云的系統(tǒng)旨在使用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析引擎和機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)制來存儲(chǔ)、處理和分析海量數(shù)據(jù)以獲得更深入的洞察力，而邊緣系統(tǒng)永遠(yuǎn)無法支持。

　　在過去幾年中，云計(jì)算的采用率越來越高(尤其是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)中)，它有助于提高生產(chǎn)率、減少計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間和能源消耗以及許多其他商業(yè)利益。

　　如果配備適當(dāng)?shù)挠脩魬?yīng)用程序解決方案，云可以提供商業(yè)智能和演示選項(xiàng)，幫助人類與系統(tǒng)交互、控制和監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)實(shí)時(shí)查看的報(bào)告、儀表板和數(shù)據(jù)做出明智的決策。

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)示例

　　醫(yī)療保健是采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要行業(yè)之一。原因是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)有助于為患者提供高質(zhì)量的護(hù)理，并將其與長期但大量的節(jié)省相結(jié)合。

　　在醫(yī)療保健領(lǐng)域，關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包括但不限于增強(qiáng)患者和人員的安全和保障，減少不必要的醫(yī)療保健成本，以及通過采用物聯(lián)網(wǎng)賦能的智能醫(yī)療和應(yīng)急系統(tǒng)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提供適當(dāng)?shù)闹С?

　　鑒于未來面臨的巨大人口挑戰(zhàn)，醫(yī)療保健領(lǐng)域最關(guān)注的問題之一是老年人護(hù)理以及對(duì)糖尿病和心臟相關(guān)疾病等疾病的監(jiān)測(cè)。因此，預(yù)防在為老年患者提供更好的健康方面起著關(guān)鍵作用。因此，難怪物聯(lián)網(wǎng)在健康監(jiān)測(cè)方面越來越受歡迎，其中可靠性、安全性和實(shí)時(shí)精確控制是必須的。

　　老年患者自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示例需要數(shù)據(jù)收集和實(shí)時(shí)分析、用于訪問基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)連接以及支持用戶界面和顯示的應(yīng)用程序。因此，其架構(gòu)必須包括用于收集患者數(shù)據(jù)的身體傳感器、用于過濾和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)、用于分析數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)無線發(fā)送到云端的微控制器或微處理器，以及用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程位置(如緊急情況)的通信工具用于監(jiān)控和跟蹤目的的服務(wù)或醫(yī)療保健提供者。

　　系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)包括三個(gè)階段：物理、通信和應(yīng)用。第一層具有多傳感器網(wǎng)絡(luò)，可評(píng)估患者的重要讀數(shù)，例如營養(yǎng)、醫(yī)療攝入量和身體活動(dòng)。物理層還包括另一個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，由內(nèi)部傳感器和執(zhí)行器組成，以維持空氣質(zhì)量、溫度，并分析和確定患者的任何危險(xiǎn)狀況。第二層包括 OT 設(shè)備，這些設(shè)備收集傳感器收集的信息，將其轉(zhuǎn)換為有意義的數(shù)據(jù)流并將其傳輸?shù)胶蠖四康牡亍５谌龑邮鞘褂没谠频臄?shù)據(jù)分析引擎和機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)制接收、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的地方。

　　提出的醫(yī)療保健監(jiān)控系統(tǒng)必須為不同的用戶提供可訪問性。例如，醫(yī)療保健提供者、患者本人以及任何家庭成員或護(hù)理人員。鑒于此，在醫(yī)療保健監(jiān)控中使用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的挑戰(zhàn)之一是提供數(shù)據(jù)安全和隱私。安全性可以通過在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行加密來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)例子是使用微處理器，它通過安全套接字層 (SSL) 確保并提供安全的加密通信方法。

　　結(jié)論

　　如前所述，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)可能因解決方案而異，但其核心由四個(gè)構(gòu)建塊組成，這些構(gòu)建塊對(duì)于提供構(gòu)成可持續(xù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)的基本特性至關(guān)重要：功能性、可擴(kuò)展性、可用性、可維護(hù)性和成本效益。這里重要的是不要讓自己被物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的復(fù)雜性所淹沒，不要忽視實(shí)施有吸引力和面向未來的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的可能性。值得注意的是，來自各個(gè)行業(yè)的許多主要業(yè)務(wù)參與者越來越關(guān)注開發(fā)強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，這使他們成功地從數(shù)據(jù)中榨取更多業(yè)務(wù)價(jià)值，以賦予他們競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)并幫助超越他們競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　雖然在克服物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)技術(shù)碎片化方面確實(shí)還有大量工作要做，但回顧過去，很明顯，迄今為止已經(jīng)做了很多努力來整合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)所采用的各種技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)(例如：LwM2M , oneM2M)，并且有希望有一個(gè)更加統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化的未來。然而，在這成為現(xiàn)實(shí)之前，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)承諾的關(guān)鍵并不一定在于獲得單一的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，而是將所有技術(shù)放在一起，以便它們?cè)谑占杏行?，通過構(gòu)建強(qiáng)大、面向未來、可擴(kuò)展且安全的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)架構(gòu)來管理、分析和利用數(shù)據(jù)。