【云駐共創】淺談物聯網初識入門

一、IoT 的概念、發展趨勢與挑戰

概念

物聯網（Internet of Things），簡稱 IoT，是新一代信息技術的重要組成部分，也是信息化時代的重要發展階段。

智能時代，物聯網是萬物互聯的基礎鏈接平臺。萬物互聯是智能化的基礎，從PC時代到移動互聯時代，再到智能時代是歷史的發展趨勢。

感知物理世界，讓物變成數字信號，需要解決數字化感知、聯接和商業價值閉環的問題。通過調研顯示各行業物聯接趨勢，發現來自17個國家、11個垂直行業，總計1096家公司的調研數據顯示2020年到2025年的IoT連接數將呈指數增長。

智能時代的“物連接”紅利，也帶來巨大挑戰

1. 讓“物”說話

現在，這方面的內容充滿了挑戰，大量現存設備未被數字化，多樣化的設備、各種行業協議、各種通信網絡，它們普遍要求低功耗、低成本，另外，設備安全問題突出。

2. 讓“物”說一種話

統一所有“物”的語言，這方面也充滿挑戰，百萬種數據元素，缺乏標準和規范，多樣化數據格式，各廠商煙囪式發展，數據孤島林立，數據互通困難。

3. 讓“物”說有價值的話

讓“物”說的話變得有價值，也充滿了挑戰，海量數據帶來算力、存儲問題，實時流、時許、離線、多維分析復制，行業應用場景的復雜性，存在商業閉環、價值變現和分配問題。

物聯網正在滲透與改變著我們的生活，比如共享單車、車聯網、智慧家居等。目前，共享單車在停車時進行了“電子圍欄”的限制；車聯網可以提前預判很多危險，有效的保護司機的人身安全。

IoT與AI融合，它不是簡單的AI+IoT疊加，而是應用人工智能、物聯網等技術，以大數據、云計算為基礎支撐，以半導體為算法載體，以網絡安全技術作為實施保障，以5G為催化劑，對數據、知識和智能進行集成。

AIoT 更廣泛的應用場景有哪些呢？涉及到無人駕駛、智能機器人、全屋智能、智慧工廠等場景。

二、IoT 關鍵技術、平臺能力

物聯網架構，一般劃分為五層架構，包括端、邊、管、云、行業應用。其中，端的作用用來收集信息和信號處理，包括汽車、手表、傳感器等硬件設備；邊的作用是本地數據自治、低時延，比如邊緣網關、邊緣盒子；管的作用是接入和傳輸網絡，比如2G、3G、4G、eLTE等基站；云的作用是多協議多網絡設備連接數據分析和處理，比如設備接入、SIM卡管理、大數據分析、AI分析等；行業應用主要是數據呈現及客戶交互，比如智慧園區、車聯網等。

端側硬件設備

端側硬件設備是感知周邊世界的傳感器。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能夠將感受到的信息，按照一定規律轉換成電信號或者其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、顯示、記錄和控制等要求。

傳感器的功能和人類的5大感覺器官非常相似，比如光學傳感器，好比是人類的視覺；聲敏傳感器，好比人類的聽覺；氣敏傳感器，好比人類的嗅覺；化學傳感器，好比人類的味覺；壓敏、溫敏、流體傳感器，好比人類的觸覺。

端側硬件是終端業務處理大腦MCU/MPU，現代可編程設備可以被分為兩個類別，微處理器（MPU）和微控制器（MCU）。其中，MPU 通常被放到電腦、服務器或者游戲設備等當中，用來處理高功耗、高復雜度的任務。其特點在于微處理器只能用來處理數據，所有必要的存儲器和外設都分別外接。MCU 包含 CPU，存儲器和一系列輸入輸出設備。通常被設計為MP3播放器、照相機、遠程控制設備等低功耗嵌入式應用。另外，端側硬件也是互聯中樞家庭網關。

端側硬件也是統一接入，融合匯聚的工業網關。工業物聯網關是專為工業領域物聯網應用設計，集成路由、交換、無線和安全于一體的融合網關。

端側硬件也是實現設備聯網的通信模組，通過網絡狀態劃分業務類型，60%是窄帶業務，30%是中低速業務，10%是高速業務。

端側軟件

端側軟件讓終端更智能的物聯網操作系統，啞終端信息通過華為物聯網操作系統就會轉換成智能終端。物聯網操作系統具備輕量級、聯接智能、組網智能、管理職能等特性。

端側軟件的物聯網通信協議一般有CoAP和MQTT兩種。其中，CoAP是受限制的應用協議的代名詞，它運行于UDP協議之上而不是像HTTP那樣運行于TCP之上。CoAP協議非常小巧，最小的數據包僅為4字節。MQTT協議構建于TCP/IP協議之上，是為硬件性能低下的遠程設備以及網絡狀況糟糕的情況下而設計的發布/訂閱型“輕量級”通訊協議，使用發布/訂閱消息模式，提供了一對多的消息分發和應用之間的解耦。

邊緣側

邊緣側滿足泛接入、低時延的本地化業務自治訴求，涉及超低時延、泛化接入、邊緣智能、邊云協同。

通信管道

通信管道是低功耗廣域網，常用的有NB-IoT和LoRa兩種。NB-IoT 窄帶物聯網，適合對網絡速率要求不高的場景，但對覆蓋范圍、功耗以及成本都有較高要求的物聯網設備。LoRa 可以實現遠距離，大容量系統，進而擴展傳感網絡。適合對網絡速率的要求不高，但是對覆蓋、功耗以及成本都有較高要求的物聯網設備。

云平臺

云平臺實現海量設備統一接入的物聯網平臺，是華為云的核心領域。云平臺具備哪些關鍵能力：

1. 快速介入。支持多網絡、多協議、多連接方式接入，終端 SDK 預集成，簡化設備接入難度。

2. 簡單易用。提供友好的GUI入口，應用模擬器、設備模擬器等工具，一站式集成對接開發體驗。

3. 性能穩定。資源實現容器化彈性擴展，提供億級設備接入、百萬級并發能力，服務可用性99.9%。

4. 安全可靠。豐富的設備認證和權限管理實現設備接入、訪問合法性，TLS/DTLS/DTLS+傳輸加密協議保障通道安全，數據隱私保護滿足歐盟GDPR標準。

產品模型

1. 定義產品

方式1. 設備廠商通過管理控制臺在線編輯Profile。

方式2. 設備廠商獲取平臺提供的樣例Profile，根據自身業務進行修改，生成自己業務需要的Profile。

2. 快速生成插件

1）插件生成，平臺提供編解碼插件在線編輯開發入口，開發者基于自己定義的Profile，快速生成插件。

2）插件部署，對于完成的插件支持一鍵式快速部署。

3. 價值

1）對上層應用價值，降低生層應用對設備管理復雜度，通過在平臺規整不同廠家的數據，形成統一的Profile，上層應用無須感知不同設備的差異。

2）對設備廠商價值，無須修改設備代碼通過插件適配不同企業的訴求，降低設備廠商的維護復雜度。

規則引擎

規則引擎完成數據流轉和設備聯動，基于規則引擎可進行數據轉發其他公有云服務，和引發多設備協同（提醒、告警通知、狀態報告等）。其中，數據轉發，無縫與公有云其他服務對接，實現設備數據按照需要流轉和處理。

多設備協同，有條件觸發，基于預設規則，引發多設備協同反應，比如提醒、告警等。

全球SIM聯接，讓企業設備聯接更簡單。包括SIM卡管理、設備發放、設備接入、網絡增強四部分。

圍繞端、管、云構筑領先的IoT安全防護，IoT安全TOP3挑戰，涉及設備安全接入、數據安全隱私、安全端邊云協同。

三、設備側開發介紹

開發板套件案例集，比如自動售貨機、智慧路燈、智慧農業、智慧物流、智慧煙感、紅外感應、智慧井蓋。以智慧路燈舉例，路燈的擴展板中包含光感傳感器和LED燈，當檢測的外界光照低于預設的閾值時，會自動啟動LED燈實現照明功能，從而減少了人力投入。

開發工具

如下圖所示，第一個是官方推薦的標準開發工具，第二個是VSCode結合IoT插件的形式。

四、應用側開發介紹

應用案例

不同設備傳感器收集到信息后，通過邊緣網關上傳到物聯網平臺，最后結合應用服務器完成特定的功能。整個模塊關系如下圖所示：

物聯網Web應用典型框架，用戶在瀏覽器端，通過應用的用戶圖形界面進行操作，完成業務邏輯內容，同時，與物聯網平臺進行通訊，最后訪問應用數據庫或者文件系統完成數據和文件的增刪改查。

開發調試的四種方法，第一種是命令行形式，使用工具 curl。第二種是使用華為云提供的在線API完成開發調試。第三種是使用PostMan測試工具，一般用戶采用這種方式的比較多。第四種就是通過編寫自定義代碼完成開發調試，一般開發人員或者白盒測試人員會采取這種方式。

結尾

物聯網云平臺是物聯網和云計算技術堆棧融合在一起的平臺，可為消費者和商業應用帶來增值服務。IoT 會在當下和未來一段時間內長期影響我們人類社會和科技發展的進程，相關領域和行業也將充滿機遇和挑戰。

本文整理自華為云社區內容共創活動：任務5淺談物聯網初識入門

查看活動詳情：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/308924

AI IoT

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