从嵌入式系统的角度看物联网,了解如何构建物联网设备

很多人都在试图定义物联网，其中一个共识就是构建互连的产品。物联网系统大致包含四个主要组成部分：事物本身（即设备），本地网络（可以包括网关，该网关将专有的通信协议转换为Internet协议），互联网，后端服务（企业数据系统或PC和移动设备）。

从嵌入式系统的角度看物联网

物联网系统并不复杂，但是设计和构建它们可能是一项复杂的任务。即使正在为物联网系统开发新的硬件和软件，我们也已经拥有了当今使物联网成为现实所需的所有工具。

我们可以将物联网分为两大类：

工业物联网，其中本地网络基于许多不同技术中的任何一种。物联网设备通常将通过全球互联网传输数据。

商业物联网，本地通信通常是蓝牙或以太网（有线或无线）。物联网设备通常仅与本地设备通信。

因此，为了更好地了解如何构建物联网设备，您首先需要弄清楚它们将如何与世界其他地区进行通信。

物联网网关

您选择的通信技术将直接影响设备的硬件要求和成本。物联网设备以多种不同的方式部署-在服装，房屋，建筑物，校园，工厂，甚至在您的身体中-都没有一种网络技术能够满足所有需求。

让我们以工厂作为物联网系统的典型案例。工厂将需要大量连接的传感器和执行器，这些传感器和执行器散布在广阔的区域，而无线技术将是最合适的选择。

安装在工厂中的无线传感器网络，通过网关连接到Internet

甲无线传感器网络（WSN）是监测物理或环境条件，如温度，声音，压力和分布式传感器的集合。来自每个传感器的数据通过网络节点到节点传递。

1、WSN节点

WSN节点是低成本的设备，因此可以大量部署。它们还以低功率运行，因此可以依靠电池运行，甚至使用能量收集。WSN节点是一个嵌入式系统，通常执行一项功能（例如，测量温度或压力，或者打开电灯或电动机）。

能量收集是一种从外部资源（例如太阳能，热能，风能，电磁辐射，动能等）中获取能量的新技术。能量被捕获并存储以供小型，低功耗无线自主设备使用，例如WSN上的节点。

2、WSN边缘节点

WSN边缘节点是包括Internet协议连接性的WSN节点。它充当WSN和IP网络之间的网关。它还可以执行本地处理，提供本地存储并具有用户界面。

3、WSN技术

首选网络协议的斗争还没有结束。有多个候选人。

4、无线上网

物联网设备的第一个显而易见的网络技术候选者是Wi-Fi，因为它无处不在。当然，对于许多应用程序来说，Wi-Fi可能是一个很好的解决方案。几乎每个具有Internet连接的房屋都具有Wi-Fi路由器。

但是，Wi-Fi需要相当多的电源。有无数种设备无法承受这样的功率：例如，电池供电的设备或传感器放置在难以从电网供电的位置。

低功耗解决方案

最新的网络技术可提供低成本，低功耗的解决方案。这些技术支持创建非常小的智能设备的非常大的网络。

当前，主要的研发工作包括：

低功率和高效的无线电，可延长电池寿命

能量收集作为物联网设备的电源

网状网络，无人值守的长期运行，无需人工干预（例如，M2M网络）

支持自主操作的新应用协议和数据格式

5、IEEE 802．15．4

物联网的主要推动力之一是2003年发布的IEEE 802．15．4无线电标准。满足该标准的商业无线电为低功耗系统提供了基础。该IEEE标准在2006年和2011年对15．4e和15．4g修订版进行了扩展和改进。与几年前相比，现在商用射频设备的功耗已降低了一半，我们预计下一代设备将再降低50%。

6、低通

利用能量收集的设备必须在尽可能短的时间内执行任务，这意味着它们传输的消息必须尽可能小。此要求对协议设计有影响。这也是ARM（Sensinode）和Cisco（ArchRock）采用6LoWPAN（低功耗无线个人局域网中IPv6的缩写）的原因之一。6LoWPAN提供了封装和报头压缩机制，可缩短传输时间。

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