物联网学习(1)——物联网的基本概念

物联网的风潮已经有一段时间了,但是我一直没有真正的去了解它。但是作为IT从业人员,秉持"Stay hungry, stay foolish"的理念,从今天开始学习和了解物联网。

1. 物联网要解决什么问题?

一项新技术的出现,总是要解决一些已有的问题的,否则这项技术也无法发展。

上一项被称为”革命“的技术是互联网(包括移动互联网),这项技术解决的是计算机之间(或者说人和人之间)的信息互联。

物联网要解决的,则是人和物、物和物之间的信息互联。随着芯片技术、嵌入式技术、通信技术等相关技术的发展,终端的计算能力越来越强,物联网技术也走到了台前。

2. 物联网的复杂性

前面提到了,物联网涉及的知识很多,包括通信、嵌入式、互联网、大数据、人工智能等等,以及相关应用业务的领域知识。但是,如果我们跳出这些细节,从总体的层面来看,物联网可以分为3层。(分层,IT人士的法宝。还记得大明湖那句名言吗?没有什么问题是加一层中间层解决不了的。)

  1. 设备层,也就是各种硬件设备。这一层包括以下的组成部分

    • 传感器:用于采集数据。例如温度传感器等。

    • 执行器:用于执行具体的动作,例如继电器、电机等等。

    • 智能芯片:含有嵌入式系统的芯片,用于执行终端计算

    • 通信设备:例如Wifi,蓝牙,蜂窝网络等的通信设备

  2. 网络层,用于设备与物联网平台之间的通信。

    物联网的通信依然是基于互联网的,在设备层中的通信设备,都是为了接入互联网。因此物联网的底层还是TCP/IP协议,或者基于TCP/IP的更上层的协议(7层模型了解一下?),比如HTTP/HTTPS协议,MQTT或者AMQP协议等。

  3. 应用层,是实现具体的业务逻辑的地方。

通常来说,接入物联网平台的终端是很多的,采集的数据更是海量的。因此,对应物联网平台的后台相对于普通的服务后台,需要解决海量数据的存储、处理、分析等问题。

物联网的分层模型

3. 什么是物联网

或者,换一个问法:物联网是什么?

到现在为止,还没有一个被广泛接受的物联网的定义。作为一项新兴的的技术或者说行业,物联网还在不断的快速变化中,新的应用和新的理念还在不断出现。

我们暂时没有办法准确的定义物联网,但是我们可以从其他的方面来了解物联网,比如物联网都和哪些方面相关。

3.1 物联网和互联网的关系

物联网和互联网,尤其是移动互联网,又什么关系?

手机本质上还是一台电脑,是一个小型化的、高度集成的电脑。手机和电脑一样,是为了从人这里获取信息,以及向人输出信息来设计的,是围绕人的需求来设计的设备。人是信息的生产者和消费者。从这一个角度来说,互联网的作用是连接人与人,在人与人之间传递信息。


互联网中的信息流向

物联网和互联网的不同就在于物联网中设备(也就是物)成了重要的参与主体,也是信息的生产者和消费者。也就是说,在物联网中,信息的流向如下图所示:

物联网中的信息流向

因此,物联网是互联网的发展和延伸,是在互联网的基础上,基于新的技术、设备和理念发展出来的。由于接入设备本身,以及设备所处的物理环境、网络环境、功能、数量等差异,物联网和传统互联网有很多不一样的技术需求和特性。

3.2 物联网和传感器的关系

在物联网的发展初期,主要应用于传感器数据收集,因此最初很多人将传感器称为物联网的”感知层“。但是物联网发展到现在,其应用范围已经得到了很大的扩展。传感器数据收集仍然是物联网引用中的重要部分,但已经不是最主要的应用了。但是,基于传感器所处环境的特点(计算资源少、供电受限、网络环境差)发展而来的传感器网络技术,尤其是无线传感器网络(WSN Wireless Sensor Networking)技术,极大的推动了物联网的发展。

3.3 物联网和5G的关系

5G也是这几年很火的概念,尤其是在华为受到海外限制的这几年,几乎让所有关心时事的国民都知道了5G的概念(包括我70岁的老父亲)。

和WSN技术一样,5G的技术对物联网的发展具有非常重要的意义。甚至有人说”5G时代,物联网才会真正落地。“

很多非专业人士对5G的印象就是”速度快“。这个理解不能说错误,只是不专业。5G通信,为我们提供了很多的特性,其中有3个主要的应用场景:

  • eMBB,Enhanced Mobile Broadbang,增强移动带宽。也就是我们常说的”速度快“了,或者说速率快了。

  • URLLC, Ultra-reliable and Low Latency Communication, 超高可靠与低延时通信。5G能够保证极低的延迟,并且是稳定可靠的延迟,不会出现让我们头疼的网络抖动问题。

  • MMTC,Massive Machnice Type Communication,大规模机器通信,有人称之为”海量物联“。可以支持大规模设备的连接上网。

能够推动物联网落地的,其实是URLLC和MMTC这两个特性。但是在此之前,我们也可以使用NB-IoT、LTE-Cat1等通信技术。

3.4 物联网和云计算的关系

我们前面提到了,物联网平台的后台需要解决海量数据的存储、处理、分析的任务,这正是云计算的用武之地,因此各大云计算厂商都推出了各自的物联网平台。

这些物联网平台基于标准的网络接入协议(例如MQTT),利用云计算平台提供的大数据存储产品、高性能可伸缩的分布式系统,还有各种数据处理产品、人工智能算法平台等等,为物联网的数据处理提供基础能力和便利。

3.5 物联网和智能家居的关系

普通民众对物联网的最直观的感受就是智能家居。但是其实物联网还有很多其他的应用,与我们生活比较贴近的,比如共享单车、共享汽车。

在不直接与我们的生活发生联系工业领域有工业物联网,工业物联网的应用可以直接提高效率、降低人工成本(降本增效)。

在农业中,也有应用物联网技术,比如电子围栏、食品溯源追踪等等。

3.6 小结

从前面的介绍可以看出:

  1. 物联网是互联网的发展和延伸,信息生产和消费的主体不仅限于人,还扩展到了物。

  2. 物联网并不仅仅是通过传感器设备监测数据那么简单,而是已经发展到了基于信息实现设备联动控制的阶段。

  3. 5G 通信技术可以推动物联网在更多的场景落地,但对很多场景来说, 5G 不是必需的。

  4. 云计算平台提供的标准网络协议接口,还有海量数据存储、处理能力,这些都是物联网的重要基础设施。不过,物联网行业的发展一定是多方共同推进的。

  5. 物联网应用不止是智能家居,在工业、农业、交通、物流等各个领域同样可以大放异彩。

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