当前位置:首页 > 天道酬勤 > 正文内容

物联网nb iot协议(lot物联网)

张世龙2021年12月21日 02:40天道酬勤1100

付强

01什么是物联网?

读者应该不知道物联网(Internet of Things )这个概念。 物联网的概念最早于1999年提出,曾被誉为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三浪潮,至今已发展了20多年。

现在,在日常生活中,我们可以接触到非常多的东西互联网产品,如各种智能家电、智能门锁等。 这些都是物联网技术比较成熟的应用。

物联网最早的定义是,将所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接,实现智能化识别与管理。 当然,物联网发展到今天,其定义和范围已经有了扩展和变化,以下是现代物联网所具有的特点。

1 .物联网也是互联网

物联网,也就是物联网,是互联网的一部分。 物联网以互联网基础设施为信息传播载体,现代物联网产品必定是“物”以某种方式接入互联网,“物”通过互联网上传/下载数据

举个用手机APP远程启动车的例子,用户用APP完成启动操作后,连接互联网的手机向云平台发送指令,云平台找到连接互联网的车端电脑发出指令,车端电脑另外,用户这次的操作被记录在云端,用户可以随时从APP查询远程解锁记录。

这是典型的互联网场景,它是网络APP的一种。 “物”接入互联网,数据和信息通过互联网交流,同时数据和其他网络APP一样被收集到云端。

2 .物联网的主体是“物”

前面说过,现代物联网APP是一种网络APP,但物联网APP和传统网络APP还有一个很大的区别。 也就是说,传统互联网生产和消费数据的主体是人,现代物联网生产和消费数据的主体是物。

在现代物联网的应用场景中,数据的生产端往往是“物”,比如智能设备和传感器,数据的消费者也往往是“物”。

在智慧农业的应用中,孵化室的温度传感器将孵化室的温度周期性地上传到控制中心。 温度低于一定阈值时,中心根据预设规则远程开启加温设备。 在这一场景中,数据的生产者是温度传感器,数据的消费者是加温设备,两者都是“物”,没有人直接参与。

物联网与传统互联网最大的区别:数据的生产者和消费者主要是物,数据的内容也与“物”密切相关。

3 .物联网与人工智能

人工智能可以说是近年来IT领域最热门的语言之一。 纵观人工智能的发展路线,可以发现人工智能发展突飞猛进,主要有以下两个原因。

硬件的发展,快速缩短了深度学习神经网络的学习时间。 在大数据的时代,获取大量数据的成本很低。 实际上,第二个原因特别重要,神经网络由于其特性,需要学习大量的数据,可以学习的有效数据量最终决定了训练后的神经网络的效果,甚至算法的重要性往往排在数据量之后。

智能家电、可穿戴设备等物品的互联网设备,每天都会生成庞大的数据,这些数据经过处理和清洗,可以作为良好的训练数据将神经网络颠倒过来。 同时,训练有素的神经网络可以再次应用于物联网设备,形成良性循环。

图1-1表示的是物联网使用人工智能方法进行数据收集-迭代的循环。 通过物联网设备收集和训练数据,在数据中心完成训练后,将模型应用于物联网设备,评价效果并进行下一次迭代。

物联网是人工智能落地的非常好的应用场景。 随着人工智能的迅速发展,物联网这一同样是多年前提出的理论和技术,也将迎来新的春天。

目前,互联网数据门户逐渐聚集到一些大公司,如阿里、腾讯,规模较小的公司获取数据的成本越来越高,将尚未完全开发的数据领域进行物联网显得尤为重要。

前端设备最终会变得一样,发生同质化竞争。 如何收集和使用设备产生的大量数据是是否具有竞争优势的决定性因素。

4 .物联网的现状和未来

随着5G时代的到来,物联网的发展将非常迅速。 同时,物联网方向的新融资也呈上升趋势。 接下来,我们从应用场景的角度来谈谈物联网行业的发展前景。

物联网的应用场景非常广泛,包括以下几个方面。

城市智能建筑远程信息技术智能社区智能家居医疗工业物联网在不同的场景下,物联网应用差异非常大,终端和网络结构异性较强。 这意味着物联网行业存在足够的细分市场,在难以出现市场份额具有支配力的公司的同时,由于市场足够大,将有足够多的公司

存活。这种情况在互联网行业是不常见的,互联网行业的头部效应非常明显,市场绝大部分份额往往被头部的两三家公司占据。

物联网模式相对于互联网模式来说更“重”一些。物联网的应用总是伴随着前端设备,这也就意味着用户的切换成本相对较高,毕竟拆除设备、重新安装设备比动动手指重新下载一个应用要复杂不少。

这也就意味着,资本的推动力在物联网行业中相对更弱。如果你取得了先发优势,那么后来者想光靠资本的力量赶上或者将你挤出市场,那他付出的代价要比在互联网行业中大得多。

所以说,物联网行业目前仍然是一片蓝海,小规模公司在这个行业中也完全有能力和大规模公司同台竞争。在AI和区块链的热度冷却后,物联网很有可能会成为下一个风口。作为程序员,在风口来临之前,提前进行一些知识储备是非常有必要的。

02 常见的物联网协议

1. MQTT协议

MQTT协议(Message Queue Telemetry Transport,消息队列遥测传输协议)是IBM的Andy Stanford-Clark和Arcom的Arlen Nipper于1999年为了一个通过卫星网络连接输油管道的项目开发的。为了满足低电量消耗和低网络带宽的需求,MQTT协议在设计之初就包含了以下几个特点:

实现简单提供数据传输的QoS轻量、占用带宽低可传输任意类型的数据可保持的会话(Session)

随着多年的发展,MQTT协议的重点不再只是嵌入式系统,而是更广泛的物联网世界。

简单来说,MQTT协议有以下特性:

基于TCP协议的应用层协议采用C/S架构使用订阅/发布模式,将消息的发送方和接受方解耦提供3种消息的QoS(Quality of Service):至多一次、最少一次、只有一次收发消息都是异步的,发送方不需要等待接收方应答

MQTT协议的架构由Broker和连接到Broker的多个Client组成,如图2-1所示。

MQTT协议可以为大量的低功率、工作网络环境不可靠的物联网设备提供通信保障。而它在移动互联网领域也大有作为,很多Android App的推送功能都是基于MQTT协议实现的,一些IM的实现也是基于MQTT协议的。

2. MQTT-SN协议

MQTT-SN(MQTT for Sensor Network)协议是MQTT协议的传感器版本。MQTT协议虽然是轻量的应用层协议,但是MQTT协议是运行于TCP协议栈之上的,TCP协议对于某些计算能力和电量非常有限的设备来说,比如传感器,就不太适用了。

MQTT-SN运行在UDP协议上,同时保留了MQTT协议的大部分信令和特性,如订阅和发布等。MQTT-SN协议引入了MQTT-SN网关这一角色,网关负责把MQTT-SN协议转换为MQTT协议,并和远端的MQTT Broker进行通信。MQTT-SN协议支持网关的自动发现。MQTT-SN协议的通信模型如图2-2所示。

3. CoAP协议

CoAP(Constrained Application Protocol)协议是一种运行在资源比较紧张的设备上的协议。CoAP协议通常也是运行在UDP协议上的。

CoAP协议设计得非常小巧,最小的数据包只有4个字节。CoAP协议采用C/S架构,使用类似于HTTP协议的请求-响应的交互模式。设备可以通过类似于coap://192.168.1.150:5683/2ndfloor/temperature的URL来标识一个实体,并使用类似于HTTP的PUT、GET、POST、DELET请求指令来获取或者修改这个实体的状态。

同时,CoAP提供一种观察模式,观察者可以通过OBSERVE指令向CoAP服务器指明观察的实体对象。当实体对象的状态发生变化时,观察者就可以收到实体对象的最新状态,类似于MQTT协议中的订阅功能。CoAP协议的通信模型如图2-3所示。

4. LwM2M协议

LwM2M( Lightweight Machine-To-Machine )协议是由Open Mobile Alliance(OMA)定义的一套适用于物联网的轻量级协议。它使用RESTful接口,提供设备的接入、管理和通信功能,也适用于资源比较紧张的设备。LwM2M协议的架构如图2-4所示。

LwM2M协议底层使用CoAP协议传输数据和信令。而在LwM2M协议的架构中,CoAP协议可以运行在UDP或者SMS(短信)之上,通过DTLS(数据报传输层安全)来实现数据的安全传输。

LwM2M协议架构主要包含3种实体——LwM2M Bootstrap Server、LwM2M Server和LwM2M Client。

LwM2M Bootstrap Server负责引导LwM2M Client注册并接入LwM2M Server,之后LwM2M Server和LwM2M Client就可以通过协议指定的接口进行交互了。

5. HTTP协议

正如我们之前所讲,物联网也是互联网,HTTP这个在互联网中广泛应用的协议,在合适的环境下也可以应用到物联网中。

在一些计算和硬件资源比较充沛的设备上,比如运行安卓操作系统的设备,完全可以使用HTTP协议上传和下载数据,就好像在开发移动应用一样。设备也可以使用运行在HTTP协议上的WebSocket主动接收来自服务器的数据。

6. LoRaWAN协议

LoRaWAN协议是由LoRa联盟提出并推动的一种低功率广域网协议,它和我们之前介绍的几种协议有所不同。MQTT协议、CoAP协议都是运行在应用层,底层使用TCP协议或者UDP协议进行数据传输,整个协议栈运行在IP网络上。而LoRaWAN协议则是物理层/数据链路层协议,它解决的是设备如何接入互联网的问题,并不运行在IP网络上。

LoRa(Long Range)是一种无线通信技术,它具有使用距离远、功耗低的特点。在上面的场景下,用户就可以使用LoRaWAN技术进行组网,在工程设备上安装支持LoRa的模块。

通过LoRa的中继设备将数据发往位于隧道外部的、有互联网接入的LoRa网关,LoRa网关再将数据封装成可以在IP网络中通过TCP协议或者UDP协议传输的数据协议包(比如MQTT协议),然后发往云端的数据中心。

7. NB-IoT协议

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)协议和LoRaWAN协议一样,是将设备接入互联网的物理层/数据链路层的协议。

与LoRA不同的是,NB-IoT协议构建和运行在蜂窝网络上,消耗的带宽较低,可以直接部署到现有的GSM网络或者LTE网络。设备安装支持NB-IoT的芯片和相应的物联网卡,然后连接到NB-IoT基站就可以接入互联网。而且NB-IoT协议不像LoRaWAN协议那样需要网关进行协议转换,接入的设备可以直接使用IP网络进行数据传输。

NB-IoT协议相比传统的基站,增益提高了约20dB,可以覆盖到地下车库、管道、地下室等之前信号难以覆盖的地方。

更多关于从0到1搭建物联网平台的方法,推荐阅读《物联网系统开发:从0到1构建物联网IoT平台》。

来源:IoT物联网技术

- END -

【免责声明】工业互联网时代所载文章为本头条号原创或根据网络搜索编辑整理,文章版权均归原作者所有。因转载众多,无法找到真正来源,如标错来源,或对于文中所使用的图片,资料,下载链接中所包含的软件,资料等,如有侵权,请跟我们联系协商或删除,我们尊重所有原创作者,谢谢!

扫描二维码推送至手机访问。

版权声明:本文由花开半夏のブログ发布,如需转载请注明出处。

本文链接:https://www.zhangshilong.cn/work/26033.html

分享给朋友:

发表评论

访客

看不清,换一张

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法和观点。