物(wù)联网架构终极指南

2021-06-24

物(wù)联网架构终极指南

物(wù)联网 (IoT) 架构，并展示了物(wù)联网如何将全球转变為(wèi)智能(néng)世界。基于本文(wén)介绍的物(wù)联网架构，智能(néng)汽車(chē)、智能(néng)家居和智能(néng)城市，您周围的任何事物(wù)都可(kě)能(néng)成為(wèi)智能(néng)设备。

物(wù)联网 (IoT) 集成了全球从传感器到数字云的所有(yǒu)产品。它将整个城市的计算机、网络和个人连接起来，形成一个动态的分(fēn)配系统。在这方面，物(wù)联网包括智能(néng)電(diàn)网、智能(néng)家居、智能(néng)城市和互联网。由于其广泛的应用(yòng)和多(duō)样化的技术，物(wù)联网近年来提供了许多(duō)可(kě)能(néng)性。图 1 显示了与各种设备相关的物(wù)联网 (IoT) 通用(yòng)架构。

图1 ：物(wù)联网 (IoT) 网络架构 

物(wù)联网架构 

物(wù)联网架构是一个强大而深刻的概念，它基于允许所有(yǒu)部分(fēn)完美协同工作的架构。 

四阶段物(wù)联网架构 

四阶段物(wù)联网架构可(kě)以总结如下： 

传感器和执行器

互联网度假和数据采集系统

边缘 IT

数据中心和云 

下图更全面地展示了这些步骤。

图2 ：物(wù)联网架构的四个阶段 

传感器和执行器 

第一层是传感器的物(wù)理(lǐ)层，能(néng)够感知和收集环境数据。连接的设备提供了物(wù)联网的本质，它是作為(wèi)每个物(wù)联网系统基础的数据。他(tā)们需要传感器来收集环境或物(wù)品本身内部和外部的物(wù)理(lǐ)特征。它们可(kě)以集成到设备本身中，也可(kě)以作為(wèi)独立项目用(yòng)于遥测数据的测量和收集。例如，看看农场传感器，其职责是检测气温、土壤湿度、土壤 pH 值或作物(wù)阳光照射等因素。 

该层的另一个重要特征是执行器。通过与传感器的密切协作，您可(kě)以将来自智能(néng)设备的数据转化為(wèi)实际行动。使用(yòng)带有(yǒu)所有(yǒu)传感器的智能(néng)浇水系统。系统使用(yòng)传感器数据实时评估情况，并告诉执行器，如果地面水分(fēn)低于设定值，则打开选定的水阀。阀门保持打开状态，直到默认传感器返回。当然，这一切都是在没有(yǒu)一个人干预的情况下发生的。

对于连接的对象，不仅需要能(néng)够与相关网关或数据收集系统进行双向交互，而且还需要能(néng)够相互识别、一起聊天、共享信息和及时合作以从完整操作中受益. 特别是对于资源和電(diàn)池供電(diàn)的小(xiǎo)工具来说，这不是一件容易的事，因為(wèi)这种通信需要大量的计算能(néng)力并使用(yòng)大量的能(néng)量和带宽。因此，只有(yǒu)应用(yòng)了正确、安全和轻量级的通信协议，才能(néng)使用(yòng)强大的架构。 

因此，稳健的架构只有(yǒu)在使用(yòng)适当、安全和轻量级的通信协议时才能(néng)实现有(yǒu)效的设备管理(lǐ)，包括用(yòng)于管理(lǐ)许多(duō)物(wù)联网应用(yòng)中常见的轻量级低功耗设备的领先标准协议，即轻量级 M2M。

图3 ：物(wù)联网架构中的传感器和执行器 

网关和数据采集 

该层与某些设备上的传感器和执行器密切配合；尽管如此，它仍被定义為(wèi)物(wù)联网架构的一个不同阶段，对于数据收集、过滤和传输到基于云的基础设施和平台的边缘至关重要。百万设备系统的海量输入和输出应突出数据聚合、选择和传输能(néng)力。其他(tā)层的连接点是网关和数据收集系统，作為(wèi)链接元素与云和分(fēn)析之间的中介。 

位于 OT 和 IT 世界边缘的网关通过将传感器数据转换為(wèi)可(kě)由整个系统中的其他(tā)系统组件轻松传输和使用(yòng)的形式，在传感器与系统其余部分(fēn)之间提供通信。此外，它们能(néng)够控制、过滤和选择数据，以减少向云端传输的数据，从而对网络的传输成本和反应时间产生有(yǒu)益的影响。因此，网关為(wèi)本地传感器数据准备和后续处理(lǐ)為(wèi)可(kě)用(yòng)包提供了一个位置。

安全性是网关的另一个特征。网关双向调节信息流，通过使用(yòng)适当的加密和安全技术来防止物(wù)联网云数据侵权，以减少对物(wù)联网设备的严厉外部攻击的威胁。

图 4：物(wù)联网架构中的网关和数据采集阶段 

边缘分(fēn)析 

边缘设备可(kě)能(néng)会带来显着的好处，尤其是在大型物(wù)联网项目中，但并非每个物(wù)联网架构都需要它们。鉴于物(wù)联网云平台和受限的可(kě)访问性，边缘系统可(kě)以在物(wù)联网数据处理(lǐ)和分(fēn)析方面提供额外的灵活性。鉴于众多(duō)工业互联网应用(yòng)程序中数据处理(lǐ)的关键速度，边缘计算最近在工业互联网生态系统中的受欢迎程度显着上升。

由于可(kě)以将边缘基础设施的物(wù)理(lǐ)位置更靠近数据源，因此一开始使用(yòng)物(wù)联网材料会更容易。在这种情况下，只会传输更大的数据位，并且实际上必须处理(lǐ)云。通过最大限度地减少网络暴露，可(kě)以大大增强安全性，同时减少带宽和電(diàn)源利用(yòng)率可(kě)以提高企业资源的效率。 

数据中心/云平台 

当传感器变成神经元，网关变成背景时，云就是物(wù)联网的大脑。与尖端解决方案相反，数据中心或基于云的系统旨在存储、处理(lǐ)和分(fēn)析大量数据，以获得更深入的洞察力，这是高级数据分(fēn)析引擎和机器學(xué)习流程永遠(yuǎn)不可(kě)能(néng)实现的。 

在过去几年中，云计算已被广泛接受（尤其是在物(wù)联网设计中）可(kě)以提高生产率、减少意外停机时间、降低能(néng)源消耗和许多(duō)其他(tā)经济效益。

云提供企业智能(néng)和显示替代方案，允许员工连接到系统、运行和监控系统，并在配备适当的使用(yòng)解决方案时，根据实时查看的报告、仪表板和数据做出智能(néng)决策。

物(wù)联网架构：医疗保健领域的一个例子 

医疗保健是物(wù)联网技术中领先和最重要的行业之一。这是因為(wèi)物(wù)联网解决方案让患者受益于高质量的护理(lǐ)，并将其与長(cháng)期但可(kě)观的节省相结合。 

医疗保健中的核心物(wù)联网应用(yòng)包括但不限于通过使用(yòng)智能(néng)智能(néng)健康和应急物(wù)联网设备来提高患者安全和员工安全、减少不必要的医疗保健费用(yòng)以及及时提供足够的帮助。 

鉴于人口面临的巨大问题，老年护理(lǐ)和糖尿病和心脏病等疾病的监测是公共卫生的主要问题之一。因此，预防在改善老年人健康方面发挥着重要作用(yòng)。因此，物(wù)联网处于优先地位并非令人难以置信，尤其是在需要可(kě)靠性、安全性和准确管理(lǐ)的健康监测中。 

例如，自动化老年患者监测系统需要数据收集和实时分(fēn)析、基础设施访问服務(wù)的网络连接以及用(yòng)户界面和支持应用(yòng)程序以供演示。因此，必须集成身體(tǐ)传感器的架构，以收集患者数据、过滤和重定向数据、分(fēn)析数据并将其无線(xiàn)网络连接到云端，并作為(wèi)将数据传输到遠(yuǎn)程位置（例如紧急情况和医疗保健提供者）的工具用(yòng)于监视和监视目的。

图 5：物(wù)联网架构：以医疗保健為(wèi)例

提供的医疗保健监控系统必须使不同的用(yòng)户可(kě)以访问。例如，医疗保健从业者、患者和任何家庭成员或看护人。有(yǒu)鉴于此，数据安全和隐私是在健康监测中采用(yòng)物(wù)联网的问题之一。在传输数据时，可(kě)以通过加密获得安全性。例如，微处理(lǐ)器通过套接字的安全层 (SSL) 确保加密的安全通信机制。 

结论

物(wù)联网架构因解决方案而异；然而，它的关键组成部分(fēn)是四个构建块，它们对于交付使物(wù)联网气候可(kě)行的基本功能(néng)至关重要。重要的是，您不要被物(wù)联网架构的感知复杂性所淹没，也不要忽视有(yǒu)吸引力且面向未来的物(wù)联网项目。

应该说，对强大的物(wù)联网架构开发的日益关注导致从其数据中提取更大的商(shāng)业价值，為(wèi)他(tā)们提供竞争优势并帮助他(tā)们超越竞争对手。

虽然还需要做更多(duō)的工作来解决物(wù)联网的技术碎片化问题，但很(hěn)明显，已经付出了大量努力来包括最广泛的物(wù)联网技术和标准（例如：LwM2M 和 oneM2M）。

然而，在这成為(wèi)现实之前，物(wù)联网的承诺不一定通过开发单一的物(wù)联网技术来实现，而是通过构建一个强大的、面向未来的、可(kě)扩展的和安全的物(wù)联网架构，以便有(yǒu)效地捕获和管理(lǐ)、分(fēn)析并在数据的收集、管理(lǐ)和使用(yòng)中使用(yòng)所有(yǒu)技术。