检查和扩展物联网系统设计

2022年12月13日

关键的外卖

从物理上描述物联网网络，并超越三层结构。
通过附加流程和新结构充实物联网系统设计。
物联网在设备和硬件层面是如何受到影响的。

物联网系统设计涉及到支持网络的设备及其之间的连接。

在许多方面，物联网是一个成熟的领域，但随着材料和技术的飞跃，仍有令人兴奋的发展渗透到设计师身上。随着整体设备连接性的不断发展，新的和改进的设计系统的空间也随之出现。物联网系统设计将推动更高的性能、更快的速度、更低的成本/功耗以及提高洞察力，提高效率几乎所有你能想到的行业。

物联网网络的大小和形状

物联网系统跨多层运行，在使用各种标准和协议构建对象之间的通信网络方面具有高度的灵活性。鉴于物联网系统可用的配置数量众多，首先分析哪些变量会影响架构是很有价值的。设计受两个独立因素的影响:

规模网络的大小表示其通信区域的大小。存在于网络体系结构外围的本地设备可以被认为是小规模的，因为它与附近的其他节点几乎没有连接。同时，智能建筑可以被认为是大规模的(取决于范围)，因为它的领域包括许多物联网设备和它们之间的通信。
物联网设备在一个区域内分布的紧密程度或松散程度表明密度。密度也强烈地反映了网络上的带宽限制和延迟。

物联网是一个广泛的术语，定义网络的参数有助于塑造设计的基础设施。从表面上看，物联网可以跨三个层定义，即传感器/执行器、网络层和应用层;这三个层捕获了核心功能，分别是感知、通信和交互性。为了进一步最大化这一架构，物联网系统需要包含一些扩展到基础层之外的附加标准:

软件接口-在高层次上，语言需要通用性来促进易用性，并避免翻译冲突。此外，语言之间的标准化推动了更大的可访问性，为系统设计打开了额外的配置。
位置- - - - - -绝对位置和近端位置的概念在任何网络中都很重要，但由于近年来支持网络的便携式电子产品的增加，物联网赋予了它新的含义。传感器探测它们的本地环境，并与其他设备相结合，形成与网络目的相关的特定特征的动态映射。这些传感器的位置也可能是动态的，也可能不是，设计人员可以通过考虑这些设备的未来定位来更好地表示所考虑的参数。
数据-数据流从传感器传输到接口时要经过多个设计阶段。为了在不同格式之间架起桥梁，数据需要标准化。网络框架还需要包含数据的收集/传输，无论是连续的、离散的还是事件驱动的。

扩展边缘物联网系统设计

有时，物联网架构的三层模型缺乏对系统内发生的实际过程的描述。为此，一些设计师专注于将模糊的“网络”层分解为更合适的传输和处理层:

的传输层是介于感官数据采集和处理之间的中间步骤。使用无数不同的协议，数据从设备级发送到中央集线器。根据系统的需要，例如，范围、功耗、延迟等，某些网络协议可能会被青睐、不被青睐，或者完全不适合获得足够的性能。
的处理层代表了大数据系统与物联网的融合。强大的计算能力可以在服务器端使用，并通过连接的网络传递回设备。还可以存储数据以研究历史趋势并帮助预测未来的网络行为。

然而，长期存储也存在挑战。数据，即使是总体数据，也需要谨慎处理以保护用户身份，或者清除任何个人信息。有了这种需求，一些体系结构还将系统的整体安全性作为自己的层来考虑，该层为有价值的专有数据和潜在敏感数据提供有价值的加密和解密。

边缘计算

最近，一种新的范式正在形成物联网系统设计．这种解决方案被称为边缘计算(更一般地说，它被称为雾计算，即分散的云)，旨在将更多的处理能力推到设备上。这种方法有一些优点，主要是通过网络发送的信息可以更小，从而在协议部署方面具有更大的灵活性。此外，边缘计算可以以混合的方式实现数据，更快速地处理与传感器和执行器相关的预处理数据，同时继续将信息传递到云端进行更全面的分析。缺点是，边缘计算本身在存储和处理能力方面受到极大限制，而且极低功耗网络可能会发现，相对于速度或响应能力的任何提高，预处理的能源成本是有害的。