了解物联网

2022年10月27日

关键的外卖

描述物联网及其核心组件。
更详细地了解连接协议。
看看在物联网中发挥作用的一些协议——包括HTTP。

未来几年，行业对物联网的采用将会增加

在计算机革命之后，对提高自动化程度的兴趣一直是商业的一股重要暗流。尽管计算在提高单调或高技术性任务的速度和准确性方面令人印象深刻，但系统设计的趋势是更倾向于预测而不是真正的反应。如果没有持续的系统更新和通信，计算机网络就不太可能准确地评估不断变化的条件以使性能最大化。

物联网(IoT)正在颠覆这一模式，未来几年它在工业和消费者使用中的作用只会越来越大。物联网将涉及设计和制造的所有领域，但考虑到开发和运行物联网系统所涉及的大量协议，讨论网络的总体目标非常重要。

定义物联网

在任何行业，自动化都有望实现以前无法达到的效率水平。在方法论方面，物联网希望利用潜在的数据流并改善通信线路，特别是机器之间的通信线路。机器-机器通信本身并不是一项突破性的发展，但物联网试图使这些通信更加主动。

将基于物联网的网络解决方案与标准的计算层次结构区分开来，乍一看可能很难。虽然物联网旨在利用新技术发展和对现有实践的改进，但该系统是对传统数据流架构的颠覆。物联网之前的数据流使用计算机同时充当数据中心和决策者;物联网旨在通过去中心化摆脱这种形式。随着组件尺寸和能量消耗的缩小，将传感器轮询与本地嵌入式处理器联系起来比以往任何时候都更有可能。通过在更细粒度的级别上响应或至少分析更改，系统可以更好地响应和预测性能需求。

虽然物联网的定义有些宽泛，但花点时间来考虑它的一些定义特征:

传感器-这是没有办法的:无论是内部还是外部的传感，都形成了物联网系统评估和可操作性的核心方法。跟踪系统参数为运行效率提供了基线，并可针对波动进行参考，以形成快速平衡反应。从长远来看，这些测量也可以作为诊断工具，准确预测磨损和维护需求。
传染性,物联网的另一个核心原则是进一步提供系统内部和系统间的讨论——这允许在集成系统一端的更改被考虑和实施，而不需要停机或操作人员调整。重要的是，它还为无线通信协议提供了基础设施更大的自动化和远程访问点．
标识符,网络中每一个要访问或寻址的项目都需要一个唯一的代码来区别于其他项目。这包括“被动”设备(这些不是经典电路意义上的被动，而是与内存存储、通信格式等有关)，可以读取并将其数据内容同步到网络以进行传播和操作。

沟通的两部分过程

可以肯定的是，物联网将需要现有和新的通信协议的混合。通信通常分为两种相辅相成的类型:遥测和远程通信。

遥测将数据记录的基本元素(传感器和发射机)与显示和控制元素结合在一起，形成收集的骨干。

遥控与此同时，该系统是基于遥测中收集的传感器数据而建立的。虽然这两个分支必须成功地交互，才能从物联网系统中产生有意义的性能，但要成功地利用数据，它们有非常不同的要求。

遥测技术需要适合快速传输速率和低发送和接收开销的网络设计数据量大这需要传递。由于短信在物联网出现之前就被大规模采用，因此在基础设施方面具有必要的特征和优势。值得注意的是，智能手机代表了用户对物联网系统施加控制的重要接口方法，SMS代表了一种通用的访问协议。SMS还扩展了Hayes等传统协议，用于简单的拨号命令，并且本身由GRPS扩展以增加消息量，考虑到物联网在瞬间产生的惊人数据量，这是一个必要的功能。

然而，短信有一些明显的缺点，主要是其消息传递的准确性。SMS被表示为一种尽力而为的协议，这意味着网络不提供发送的消息将被接收者接收的认证。这种失败率发生在1~5%的时间之间;尽管在更非正式的应用中，一些数据丢失可能是可以接受的，但这个速率加上物联网固有的大量数据远非理想。还有一些额外的安全问题，这个问题已经对物联网的长期发展非常敏感。

由于发送的数据包减少，远程通信对通信双方的要求一般较低，但准确性和速度仍然是驱动因素。劳动分工可以进一步描述为上行链接和下行链接。上联，远程控制部分，数据处理传播从系统的遥测部分发送的信息。相反的操作，下行链接，发生在数据收集过程中，收集各种数据点并将它们多路复用到传输帧中。

电信是物联网模式成功的关键

物联网是HTTP的同义词吗?

到目前为止，还没有关于互联网协议的应用(IP)到物联网，人们可能会认为这就像手和手套一样适合。互联网连接丰富，TCP/IP在部署上具有极大的灵活性。网络设备不仅可以通过internet连接在网络内和网络外通信，而且还可以在主机级或进程级指定数据交换。TCP/IP从最大到最小的封装流程如下:

应用层负责同步主机进程与网络中其他主机进程之间的通信。
传输层提供多种功能，充当恒定流通信，而不是发送/接收请求，检查接收确认，并控制数据传输速率以避免节点过多。
互联网层使用IP地址向网络外主机发送和接收数据包，这些数据包被传输到传输层或链路层，具体取决于源。
链路层仅为主机所连接的网络部分定义协议。

TCP/IP为物联网通信提供了框架，但有各种各样的标准代表当前和未来的使用。协议使用反映了特定系统属性的混合:

HTTP -物联网的典型代表，因为它是以计算机为中心的互联网的主导协议。它在发布大数据包时表现良好，就像大多数用户在其更广为人知的实现中所熟悉的那样。然而，HTTP在功耗和数据开销方面都非常低效，这损害了它在每条消息基础上的物联网可行性。其他针对HTTP的攻击包括:
- 〇请求-响应模式阻碍了数据的传输能力，不适合物联网。这也会导致性能较差，因为遥测和远程通信方面一次只能执行一个，阻碍了系统对不断变化的数据集的反应速度的鲁棒性。
- HTTP是一对一的连接;当传感器推送数据时，可能需要同时传播多个数据流。这不能通过HTTP实现。
- 〇服务器和客户端之间的同步请求在数据成功传输之前需要额外的握手，这进一步降低了传输速度，因为连接的两端都需要经过必要的CPU周期。
- HTTP建立在TCP周期之上，这意味着与更精简的协议相比，每个连接都需要额外的资源。
- 〇物联网作为事件驱动系统的功能最好——当数据值达到、超过或低于某个阈值时，执行某个操作——但HTTP的本机请求-响应机制无法以相同的速度运行。虽然HTTP可以用作事件驱动模型，但它的性能比专门围绕这种通信模式设计的网络协议差得多。
蓝牙,蓝牙是低能耗、低成本的，并且在很短的物理距离内进行无线连接。虽然最后一点可能听起来有害，但这增强了系统的安全性。蓝牙是一个极好的低开销数据传输解决方案与物联网相关。
近场通讯-与蓝牙(Bluetooth)一样，NFC也有距离限制，虽然整体数据传输速度较慢，但效率很高。这使得该技术非常适合于验证器等短距离通信。
射频识别,RFID是物联网识别部分的关键元素。该系统分为三个方面:作为唯一标识符和数据存储的标签，驱动和访问数据的读取器，以及作为标签和读取器之间的中间人的软件。标签可以有各种各样的用途，从只读到完全读/写，而且该技术的使用跨越了广泛的行业。
远程广域网(LoRaWAN) -该协议几乎专门用于拥有大量设备的网络上的低功耗功能，它与网络连接，根据环境设置调整功耗。
其他- - - - - -常见的网络协议，如Wi-Fi可以使用新拓扑中的节点进行模拟，以更好地构造数据层次结构。这包括一个网状网络，它将路由器的连接性分布到网络中的多个接入点。这通过在连接丢失的情况下提供从点到点的多种路由排列来提高网络可靠性。对于距离路由器点较近的网络节点，总体性能也有所提高。网状网络已经在工业和家庭环境中得到了部署，Zigbee是短距离通信的一个特别受欢迎的选择。