物联网架构

2021-10-16

物联网架构

物联网具有改变世界的巨大潜力，没错！我们都知道。但为什么我们这么说，你想到了一个问题，什么是物联网？你认为它是一个系统，它从某个系统中获取数据，将其存储到云中，并将其显示在我们的系统或网络上，这是我们的基本假设。虽然您认为它只是在云上发送数据并对其进行监控，但它不仅如此。

IoT 的基本定义是“物联网 (IoT)”，它是由数千、数百甚至数十亿个相互连接的设备、计算机对象、动物、人组成的系统，这些设备、计算机对象、动物、人具有唯一标识符并可以通过网络传输信息数据无需人与人或人与计算机的交互。

我们将首先了解什么是物联网；稍后，我们将深入了解它是如何工作的。要了解其工作流程，最好先学习架构。我们将把它的架构分解成四个简单的部分，并了解它们在实际应用中的意义。

互联设备

就像智能汽车、智慧城市、智慧医院一样，我们周围的一切都变成了与物联网相连的设备。

正如你之前看到的，我们将一一跳到这个话题上。我们将看到物联网的一些重要元素，例如：

物联网简介

物联网架构

物联网应用

物联网简介

人类通过互联网相互交流，这最终意味着我们是虚拟连接的。同样，如果事物可以通过互联网传输其信息，则该术语称为物联网。它分为多个层，但基本上分为四个基本部分，我们将在后面讨论。

物联网最显着的优势是您可以坐在世界的任何角落监控或控制任何设备。您不需要处于特定的通信范围内。

如果你想了解物联网系统是如何工作的，首先了解它的架构是非常重要的。在此之下，我们将学习架构的基本构建块。

物联网架构

物联网架构由第一层组成，即连接到互联网的传感器或设备。使用他们的嵌入式传感器和执行器可以感知他们的环境，然后数据被累积并发送到物联网网关。

下一阶段（第二阶段）由物联网网关组成，这些 网关 收集足够数量的未处理数据，将其转换为数字数据包，过滤然后对其进行处理，以便为边缘分析过程做好准备。

第三层由 边缘分析表示。它用于处理数据和增强信息分析。它是维护物联网数据的最重要因素。在这个领域，人工智能（AI）和机器学习（ML）技术被用来整理数据，并为系统/云提供合适的数据。

之后，信息被传输到 数据中心，这些数据中心 可能是基于云的，也可能是安装在本地的。这是使用边缘计算等多种技术存储、管理和分析信息的地方。

传感器、执行器和控制器：

术语传感器是一种可以感测数据并将其转换为与从感测元件获得的数据相关的电信号的设备。它只是像我们人类一样产生输出。当我们触摸热的东西时我们会尖叫，当我们感到冷时会颤抖。

物联网的第一层由连接到这样一个设备的传感器组成，该设备可以在云平台上传输传感器的数据。市场上有大量传感器可用于测量/感测某些物理或生物参数。

第一层的重要性： 要处理特定数据，我们应该知道我们要处理哪些数据以及我们希望在我们的 IoT 平台上看到哪些确切参数。传感器和传感器连接设备是从该区域获取信息的最重要的事情。这起着至关重要的作用，因为它为您提供了要进一步处理的数据。您可以无线控制这些设备，因为它们与 Internet 网关连接设备集成在一起。

示例： 气体传感器、湿度传感器、PIR 传感器是传感器的示例，水泵、电磁阀、电磁水泵是执行器设备的示例，而微控制器 wifi 集成板也进入这一层。

物联网网关

智能设备需要智能网关。物联网网关是云平台和传感器数据之间的入口和出口。

网关总是像网络翻译协议的翻译器。所有网络都有一个限制通信的边界。它是连接两种不同网络协议的节点。当一个网络想要与其他网络通信时。数据包被传递到网关，然后通过有效路径由网关设备路由。

它可以翻译智能设备使用的各种协议或语言，例如 wifi、蓝牙、以太网、MQTT 或串口。物联网网关是智能的。他们在将传感器数据发送到云端之前，在网络边缘收集传感器数据、转换协议和处理传感器数据。

网关层将其解释为一个单独的物联网架构层。这背后的原因，对于信息收集、过滤和传输到边缘分析和基于云的平台的过程至关重要。操作或发送数据 从一个智能家居收集数据并不是一项大任务，但共享智慧城市的数据却是一项出色的任务。因为在该智能区域中连接了数千个传感器，每个传感器每秒都在收集和生成数据。

物联网网关仅将关键数据传递到其他网络，并维护设备连接、安全更新和管理等参数。智能物联网网关，旨在通过加密保持安全性和复杂性，使数据不会丢失。

较新的网关也可作为代码平台运行。假设它会关闭 AC（空调），如果代码是在冰冻温度下关闭 AC。

第二层的重要性：第二层可以过滤掉重要的数据，这样可以最大限度地减少数据量，只有特定部分（最重要的处理）数据才能准确读数转发。最终它在云/存储中心节省了大量空间。它还节省了设备、传感器和控制器的能源。

网关的另一个最重要的方面是安全性，智能物联网网关在传输和维护来自双方的数据流时提供高安全性。

物联网网关示例：  Wifi 集成控制器、蓝牙设备、LORA、以太网设备、Zigbee、LTE 设备、光纤设备是物联网网关的最佳示例。

边缘分析和边缘计算

边缘分析是在将传感器置于云端之前对其进行操作或获取关键信息的过程。让我们通过一个例子来理解这个概念。假设，在公司的特定传感器累积区域，相机捕捉公司日常活动的数据。它不断记录每一秒的数据。想象一下它一天注册了多少信息并将其发送到云端。取而代之的是，如果我们将运动传感器与相机连接起来，那么该相机只会在检测到运动的瞬间记录剪辑。在该系统中，运动传感器将充当边缘设备。

我们可以减少到达集中式云存储库的直接连接，防止它变得超重。边缘分析用于减少响应时间并加快数据处理。

同样，边缘计算是一种开放的 IT 基础设施，它在将数据/命令发送到网关或系统中的类似层之前对其进行分析。

这一层的重要性：边缘技术支持数据流加速，包括无延迟的实时数据处理。如今，物联网设备正在行业中滚雪球。据统计，到 2025 年，物联网设备的数量将增加数十亿。为了处理如此海量的数据，边缘系统对于在云上发送重要和关键的数据至关重要。最终，它将有效地减少数据的带宽。  

这一层的优缺点

在谈论这个系统的好处时，它的好处多于缺点。服务是它减少了云资源的使用。它提供了更快和实时的响应，并且不会在两个网络之间造成任何通信间隙。边缘设备就像物联网传感器和设备的防火墙，也有助于网络资源。

边缘技术将通过转向现代、智能的边缘计算架构来开启新的机遇。

数据存储中心/云平台

假设您正在运行一个基于 IoT 的系统，您可以在其中使用一些 IoT 应用程序控制家用电器。在这种情况下，云是用于存储系统实时数据的最关键因素，我们每秒都会通过它获得系统更新。

数据中心是一个由联网计算机和存储组成的系统，用于组织、处理和广播大量数据。同样，云是支持物联网设备和应用程序的庞大网络。物联网云还包括用于连接、管理和保护网络和物联网设备的设施和标准。这种结构/系统严重依赖于数据中心内包含的应用程序、服务和数据，使其成为日常运营的中心点和关键资产。

如果说data-Sensors/云平台扮演着骨干的角色，那么云就是IoT（物联网）中的大脑。

正如统计数据所说，到 2025 年底，物联网设备将达到数十亿。它将转换为将这些数据存储到云/数据中心的巨大需求。当您必须一起操作/监控数十万甚至数百万台设备时，云还提供了高可扩展性。将来自每个传感器的大量数据放入非常密集。在云的帮助下，这些数据可以有效地存储并与边缘计算聚合。由于这些参数，它被认为是物联网系统中的重要层。

物联网应用

该系统的物联网架构包括三个阶段：物理、通信和应用。物理层由多传感器网络组成，用于监控患者的重要信息数据，如营养、医疗摄入和身体活动。物理层中还包括另一个监控网络，由内部传感器和执行器组成，用于管理空气质量、温度、研究并确定人员的任何危险状况。

第二层包括 OT  （操作技术） 设备，这些设备收集传感器收集的知识，将其转换为有意义的数据包并将其传输到后端目的地。第三层是使用基于云的数据分析引擎和机器学习机制接收、存储和处理数据的地方。

所呈现的医疗保健监控系统必须为不同的用户提供访问权限——例如，医疗保健提供者、患者本身以及任何家庭成员或看护人。这样做时，所有数据都以某种加密格式保持安全，以便只能由特定设备访问。

除此之外，很少有现实世界的物联网应用程序：

智能穿戴设备

智能汽车

智能起搏器

废物管理

智能家居应用

追踪工业问题

供应链

农业和病虫害防治

最后的话

从上面我们了解到，物联网架构分为四个关键层。这些层根据系统进行细分。物联网架构有利于可扩展性、监控数据、实时结果和实时操作。

越来越多的物联网设备是为消费者使用而创建的，包括联网汽车、家庭自动化、可穿戴技术、相关健康以及具有远程监控功能的设备。我们需要了解系统的基本块和架构才能实现如此巨大的大规模增长，因此我们通过阅读本文了解架构的基本内容。