什么是物联网(IoT)?

简介

物联网是指嵌入电子设备和软件的物理物体或“东西”之间的联系，它们之间可以相互通信。它是先进自动化和分析技术的智能融合，通过利用网络、传感、大数据和人工智能技术，提供优化的新时代解决方案。

随着无数电子和软件技术的出现，互联网已经从仅仅将人连接在一起的P2P阶段发展到将人与设备连接在一起的M2P阶段，并可能会发展到将设备连接在一起的M2M阶段。

简单地说，物联网定义了不同的智能设备，它们嵌入传感器和其他电子设备，通过互联网相互通信。

什么是物联网?

物联网是这样一个世界:我们周围的一切，如手机、电视、灯、冰箱、空调、汽车等，在有或没有人类控制的情况下，都在监测、感知和相互作用。许多人认为物联网或物联网是互联网的下一个技术革命。

物联网(IoT)是一个具有互联网连接的嵌入式系统(设备)网络，它允许它们大规模地与其他嵌入式设备、服务(机器或设备)和人连接并交互。

物联网(IoT)是通过有线或无线通信系统对各种事物或物体进行智能控制的最引人注目的趋势之一。

它使事物能够在任何时间、任何地点与任何人或任何事物使用任何路径、网络和任何服务进行连接或控制。物联网(IoT)的主要目的是让用户更容易控制和监控不同的任务。

在物联网(IoT)的帮助下，家庭或办公自动化系统、环境或生物监测、智能电网等可以互联，使它们之间共享影响彼此性能的信息。

物联网由具有唯一身份并通过通信网络连接到互联网的事物或设备组成。

它指的是嵌入电子器件、传感器、执行器、软件和通信连接的物理物体网络，整个布局使各种物体或事物的数据、遥感和控制得以交换。

这个概念可以被视为通过将任何设备的ON和OFF开关连接到互联网来连接任何设备。

通过物联网，日常生活中的所有物品，如洗衣机、灯具、咖啡机、空调等都配备了标识符和无线连接，以便在执行有意义的应用程序时，为共同的用户或机器目标提供远程控制和信息交换。

上图是一个简单的物联网方程，一个物理对象遵循物的功能，连接到互联网，可以通过互联网对其进行控制和监控。

物体内部或连接的传感器通过有线或无线互联网连接到互联网。这些传感器的各种本地连接包括ZigBee、蓝牙、RFID、Wi-Fi等。这些传感器还使用广域网，包括GSM, GPRS, 3G, 4G等。

物联网的主要特点

正如前面提到的，物联网是人工智能、电子、软件和网络的融合，它能够在系统内实现更多的自动化、分析和集成。使物联网正常运作的基本特征是积极参与、集成、传感和分析、连接和人工智能。

• 连接:物联网的一个基本特征是通过服务器或云，在两个设备之间建立适当的连接，进行适当的安全、可靠和双向通信。这并不一定需要一个主要的服务提供商，但也可以通过廉价和规模较小的服务提供商实现。
• 积极参与:物联网是网络最重要的变化，从产品和服务管理之间的被动参与转变为主动内容、服务或产品管理的新范式。
• 人工智能物联网最重要的特点，或者说它的一大成就是让我们周围的世界变得更加智能。它通过数据收集、算法和网络提高我们周围每一个设备的智能。人工智能使算法能够收集数据和连接设备之间的通信，以实现所需的结果。
• 传感和分析如果没有物联网的主要特征或组成部分-传感和分析，上述物联网的3个特征是不完整的。没有能够感知自然参数并向设备提供所需数据的设备，就不可能实现现实世界的集成。
• 小型设备当前位置随着集成技术的出现，如今的设备尺寸越来越小，效率和功率却越来越高。物联网利用这些廉价、高效和强大的小型设备，以确保更大的可扩展性、多功能性和精度。

物联网体系结构

与OSI模型类似，物联网架构也被划分为多个层，每层包含不同的协议。下图是基于各层功能的物联网架构:

• 传感器连接和网络层:由负责从环境中收集数据的传感器/读取器、收集和传输传感器/读取器数据的网络以及根据传感器数据实现目标的执行器组成。传感器网络可以是Wi-Fi、以太网、XBee、蓝牙或有线网络。
• 网关和网络层:该层存储来自传感器、阅读器、标签等的大量数据，并将这些数据传输到管理服务层，这是它的下一层。它还负责不同物联网设备的各种网络协议。网关可以是微控制器、嵌入式操作系统、无线电通信模块或信号处理器和模块。网络包括Wi-Fi、Ethernet、LAN和WAN。
• 管理服务层:为物联网设备分析、信息分析和设备管理提供安全保障。包括对物联网设备进行建模、配置和管理的运营支撑服务、支持计费和报告的计费支持系统、数据控制和加密、业务规则和流程管理的物联网/M2M应用服务等。简单地说，这一层能够从收集到的传感器数据中提取必要的信息。
• 应用程序层:这一层将收集到的数据用于所需的目的。它包括家庭自动化、医疗保健、监视、零售、跟踪和工业自动化。

物联网(IoT)的概念并不是全新的，因为电信、工业控制和过程控制领域已经在使用它。但为了将物联网的概念贯彻到最新的发展趋势中，围绕物联网的可行性和适用性开发了大量的技术架构。

提出了一种参考体系结构，重点是根据物联网模型提供一个完整的解决方案，以促进智能环境的设计、开发和准备。下图是物联网(IoT)领域的简化架构。

如图所示，物联网模型的架构可以进一步细分为三个主要层。最底层由硬件社区组成，它又被分为两组设备。

第一组设备是受限设备，它们拥有有限的资源和特性，因此需要依赖其他设备来执行某些进程。外部设备是智能网关，有可能将功能暴露给客户端。

第二组设备是不受约束的设备，它们具有运行进程所需的足够特性和资源。

即使不受约束的设备缺乏执行特定流程所需的特性，它们也有中间件组件，可以通过平台或第三方云服务直接向客户端提供功能。

物联网架构的下一层或中间层是软件层，它支持开源平台。

这一层的任务是提供一种机制来定义和设置硬件的功能，如传感器、执行器、流程处理等，并组织它们来构建服务(简单或复杂)。

软件层还负责实现必要的协议、连接驱动程序和通信标准。

物联网架构的最后一层是用户层。这一层由使用软件层提供的服务的客户端组成。客户端可以是智能手机、电视、笔记本电脑、智能机器、家用电器等。

物联网通信模型

以下是物联网中使用的不同类型的通信模型。

• 发布订阅通信模型这种模式包括出版商、经纪人或顾问和消费者。发布者是数据的来源，它将数据发送到由代理管理的主题。消费者从顾问处订阅主题，并且与发布者没有直接关系。
• 请求响应模型:客户端和服务器之间的双向通信。客户端向服务器发送请求，服务器处理请求，从资源中获取数据，准备并向客户端发送响应。
• 推拉模型:它涉及到发布者和消费者之间的直接通信，数据由发布者推送到队列中，数据由消费者从队列中拉取。队列充当缓冲区，使制造商和消费者之间能够进行通信。
• 独家对模型:它是一种客户端和服务器之间的全状态、双向、双工通信，其中客户端和服务器之间的连接建立保持不变，直到客户端发送一个请求来关闭连接。

那么，根据上面的解释，让我们对物联网系统的实际工作方式有一个简单的了解。

• 传感器/设备从环境中收集数据。在这里，传感器可以是独立的传感器，也可以是嵌入传感器的设备，比如我们的智能手机。这些数据可以是简单的数据，如温度或远程读取或复杂的数据，如视频馈送。
• 然后，根据特定的物联网应用，通过Wi-Fi、卫星、蓝牙、LAN等连接通道将收集的数据发送到云(互联网存储)，并根据功耗、范围和带宽等各种参数进行权衡。
• 数据一旦被云接收，就会被软件程序处理。这涉及到从接收到的数据中提取所需的信息。它可以像确定温度或距离读数是否在可接受的范围内一样简单，也可以像使用接收到的视频信息识别物体一样复杂。
• 一旦数据被软件处理，最终结果会通过电子邮件、文本或通知的方式传达给用户。有时，根据结果，用户可能会更改所需的参数，从而影响系统。例如，如果房子的温度读数太低，用户可以远程提高加热器的温度来增加热度。此外，有时可能会自动调整给定的参数以获得所需的结果，而不是任何人工干预。

物联网的可能应用

不同的技术专家、书籍和研究报告对物联网(IoT)的可能应用有不同的看法。一些研究将物联网的应用划分为三个领域。他们是

• 个人-智能生活
• 工业-高效的商业运作
• 基础设施——智慧城市

下面将列出物联网在每个领域的许多可能应用。

物联网应用

对于实现智能生活的个体应用，物联网的一组应用可以进一步分为三类。他们是

首页

• 安全系统、监控系统、报警系统(烟雾、运动、气体等)
• 能源监控系统，如照明，恒温器，家用电器，电能表
• 水管理系统如电机控制、液位控制、喷淋系统等。
• 家庭娱乐系统，如音频、视频、投影仪等。
• 个人健康监测系统，如血压、糖尿病、心电图等。

消费电子产品

• 可穿戴设备，如手表的品质生活
• 智能生活的健康监测与追踪
• 监控孩子，老人和宠物的安全生活
• 休闲娱乐，追求优质生活

智能汽车或交通系统

• 无人驾驶或自动驾驶
• 交通信息
• 车辆诊断，如发动机，机油，刹车等。
• 基于位置的服务，比如GPS

对于企业来说，要想高效地经营，一个智能的系统来控制和组织整个过程。下面提到一些与工业相关的可能市场。

• 农业包括灌溉、生产、养牛、畜牧等。
• 在工厂，自动化的概念，机器人，机器和过程控制等。
• 建筑和土木工程包括智能建筑和办公室、采暖、空调、通风、暖通、照明、能源监测等。
• 沟通
• 制造业
• 在卫生部门，健康监测、临床和研究实验室、诊断、治疗和保险。
• 智能商店包括自动售货机、自动柜员机、电子销售点、智能零售单位、酒店等。
• 智能环境包括对空气和水的污染进行监测和监测。
• 智能电网如水网、能源网、油气管道等。

要建设和发展智慧城市和智慧社区，最主要的要素就是智慧基础设施。在智慧城市基础设施方面可能的应用如下:

• 智能教育
• 安全、防御和灾害管理
• 公共安全包括救护车、警察、消防和监视。
• 公共交通包括火车、公共汽车、飞机、货物、智能车辆等。
• 高速公路包括照明、停车、收费、计价器等。

物联网应用

物联网(IoT)可用于广泛的应用，包括家庭、能源系统、农业、卫生、工业、物流和环境。

下面将讨论一些最突出的物联网应用领域。根据具体的应用领域，物联网产品主要分为智能可穿戴、智能城市、智能家居、智能环境和智能企业。

房屋和家庭自动化

• 智能照明通过调整照明以适应环境条件，并在需要时调暗或开关灯来节省能源。这种智能照明是通过使用固态灯(如LED灯)和启用ip的灯实现的。
• 通过检测环境的变化和人类的运动，这些灯可以通过智能设备进行控制。物联网应用程序，如移动应用程序和web应用程序，使这些无线和互联网连接的灯的远程控制。
• 家庭智能家电的管理和控制比拥有自己的控制器或遥控器的家电要容易得多。物联网可以让用户获得状态信息，还可以远程控制。
• 一些基于物联网的家电包括智能冰箱(使用RFID标签记录存储的各种物品)、控制温度的智能恒温器、智能洗衣机/烘干机、智能电视等。
• 入侵检测系统利用各种传感器(如PIR和门传感器)和安全摄像头来检测入侵并报警。家庭中的物联网设备以短信或电子邮件的形式向用户和附近的警察提供入侵警报。
• 该系统基于通用即插即用技术，利用图像处理技术识别和提取入侵主体，生成入侵信息。
• 住宅和建筑物中的烟雾和气体探测器探测到烟雾(这是火灾的早期迹象)和有害气体(如一氧化碳、液化石油气等)。这些智能传感器可以发出警报，并向用户或当地安全部门发送电子邮件或短信。

城市

• 智能交通和停车系统使用基于物联网的传感器和电路在互联网上传输数据。传感器检测到空车位的数量，并相应将信息通过互联网发送到主数据库。
• 然后智能手机、平板电脑和车载导航系统中的智能停车应用不断向驾驶员显示停车信息。
• 同样，采用分布式传感器网络系统可以减少道路上的交通堵塞，它能够感知道路上的信息，并通过互联网将信息传递给主服务器。
• 智能照明通过控制道路、公园、建筑物等的灯来节省能源。这些智能灯与互联网连接，实现远程控制，照明时间表和照明强度控制。
• 与灯相连的传感器能够根据周围环境条件控制照明，并与其他灯(电路)交流信息。
• 智能监控系统通过对基础设施、公共交通和赛事的监控，确保安全与保障。该系统由大量互联网连接的分布式视频监控摄像头组成，将信息发送到基于云的中央存储系统。

环境

• 基于物联网的天气监测系统收集各种传感器数据(温度、压力、湿度等)，并发送给基于云的应用程序。
• 云收集的数据在基于物联网的天气监测应用上进一步分析和可视化，应用于手机、电脑和其他显示设备。它还通过基于云的应用程序向订阅用户发送天气警报。
• 基于物联网的空气和噪声污染监测系统可以通过使用各种传感器监测由汽车和工厂造成的空气中的有害气体，以及给定环境中的噪声水平。
• 气体传感器和计量传感器用于监测空气污染，部署在多个分布式监测站。所有这些工作站通过机器之间的通信相互连接。
• 同样，在噪声监测系统中，在不同的地方部署了不同的分布式噪声监测站，噪声数据从这些监测站聚集到服务器或云端。
• 基于物联网的森林火灾探测系统使用了部署在森林不同位置的多个感知或监测节点。该系统通过检测节点上的各种传感器数据(温度、光照水平、湿度等)，实现火灾的早期探测。

能源

• 智能电网收集和分析从各种电网收集的数据，并相应向公用事业公司提供预测信息和建议。通过使用基于物联网的传感和测量技术，可以对设备的健康监测和网格的完整性进行评估。
• 智能电表可以实时捕捉不同客户的能源消耗，并能将数据远程传输到主服务器，在需要时远程开关电源，防止电力盗窃。
• 基于物联网的系统，在各种可再生能源与电网互连的点上安装变压器，有助于确定各种电气变量，从而避免了电网的稳定性和可靠性问题。

农业

• 智能灌溉系统节省了水和电力，同时提高了作物产量。土壤湿度传感器和物联网设备确定土壤湿度的数量，并相应地转动灌溉泵。
• 此外，该智能灌溉系统还在服务器上连续采集土壤水分数据，用于规划灌溉计划。

行业

• 物联网在工业应用中发挥着重要作用，可以监测机器的运行状态，在故障时预测和诊断机器，并在需要时对机器进行远程控制。
• 带有传感器和执行器的物联网设备为制造供应链网络及其生产提供实时优化。

医疗卫生系统

• 可穿戴物联网设备可连续监测各种生理参数，提供紧急健康通知系统和远程健康监测系统。
• 这些可穿戴设备带有体温、脉搏、心率、血压等传感器，收集健康参数数据，判断异常情况，并相应向用户或医生发出报警或通知。

物流

• 通过实现车辆与司机或用户之间的互联，物联网设备可以有效地驱动各种交通系统。
• 基于车辆可用性，结合路线模式和运输调度，提供先进的路线引导、车辆路径和调度。智能交通系统包括车辆跟踪、自动收费、安全和道路辅助系统。

物联网的优势

• 它鼓励设备通信，从而以更低的效率和更高的质量提供所需的最终结果。
• 由于设备直接通信，不需要人工干预，自动化已经成为现实，这反过来又带来了快速和及时的输出。
• 物联网为广泛的信息打开了大门，特别是来自真实世界场景的信息，使快速决策成为可能。
• 有了物联网，现在可以通过有效的监测跟踪更准确和精确的数据，从而能够根据监测的参数快速响应。
• 物联网提供了更多真实世界的信息，可以导致有效的资源管理。

物联网的缺点

• 兼容性:目前，物联网设备之间缺乏统一的兼容性标准，无法使用统一的标准。
• 安全:在一个由频繁连接的设备通过网络进行通信的生态系统中，数据更容易受到入侵者或黑客的攻击。
• 复杂性:物联网的设计、部署和维护非常复杂，使用多种技术和多样性非常复杂。
• 失业:随着自动化程度的提高，许多熟练工人失业的风险很高，从而导致失业问题。

结论

简而言之，物联网如果得到有效利用，可以最大限度地利用所获得的信息，改善我们的生活方式，增强我们的知识，是一个福音。然而，如果使用不当，它也可能成为祸害。

上述文章只是一个关于物联网的广泛领域的例子，它具有非常需要的精确信息。更多的信息将超出本文的范围，因此请读者在下面的评论部分添加他们的信息。

图贡献者:

1. 物联网:fiware.org
2. PC和设备连接到互联网:safaribooksonline.com
3. 物联网应用程序:bensontao.files.wordpress.com