物聯網架構終極指南

2021-06-24

物聯網架構終極指南

物聯網 (IoT) 架構，并展示了物聯網如何將全球轉變為智能世界。基于本文介紹的物聯網架構，智能汽車、智能家居和智能城市，您周圍的任何事物都可能成為智能設備。

物聯網 (IoT) 集成了全球從傳感器到數字云的所有產品。它將整個城市的計算機、網絡和個人連接起來，形成一個動態的分配系統。在這方面，物聯網包括智能電網、智能家居、智能城市和互聯網。由于其廣泛的應用和多樣化的技術，物聯網近年來提供了許多可能性。圖 1 顯示了與各種設備相關的物聯網 (IoT) 通用架構。

圖1 ：物聯網 (IoT) 網絡架構 

物聯網架構 

物聯網架構是一個強大而深刻的概念，它基于允許所有部分完美協同工作的架構。 

四階段物聯網架構 

四階段物聯網架構可以總結如下： 

傳感器和執行器

互聯網度假和數據采集系統

邊緣 IT

數據中心和云 

下圖更全面地展示了這些步驟。

圖2 ：物聯網架構的四個階段 

傳感器和執行器 

第一層是傳感器的物理層，能夠感知和收集環境數據。連接的設備提供了物聯網的本質，它是作為每個物聯網系統基礎的數據。他們需要傳感器來收集環境或物品本身內部和外部的物理特征。它們可以集成到設備本身中，也可以作為獨立項目用于遙測數據的測量和收集。例如，看看農場傳感器，其職責是檢測氣溫、土壤濕度、土壤 pH 值或作物陽光照射等因素。 

該層的另一個重要特征是執行器。通過與傳感器的密切協作，您可以將來自智能設備的數據轉化為實際行動。使用帶有所有傳感器的智能澆水系統。系統使用傳感器數據實時評估情況，并告訴執行器，如果地面水分低于設定值，則打開選定的水閥。閥門保持打開狀態，直到默認傳感器返回。當然，這一切都是在沒有一個人干預的情況下發生的。

對于連接的對象，不僅需要能夠與相關網關或數據收集系統進行雙向交互，而且還需要能夠相互識別、一起聊天、共享信息和及時合作以從完整操作中受益. 特別是對于資源和電池供電的小工具來說，這不是一件容易的事，因為這種通信需要大量的計算能力并使用大量的能量和帶寬。因此，只有應用了正確、安全和輕量級的通信協議，才能使用強大的架構。 

因此，穩健的架構只有在使用適當、安全和輕量級的通信協議時才能實現有效的設備管理，包括用于管理許多物聯網應用中常見的輕量級低功耗設備的領先標準協議，即輕量級 M2M。

圖3 ：物聯網架構中的傳感器和執行器 

網關和數據采集 

該層與某些設備上的傳感器和執行器密切配合；盡管如此，它仍被定義為物聯網架構的一個不同階段，對于數據收集、過濾和傳輸到基于云的基礎設施和平臺的邊緣至關重要。百萬設備系統的海量輸入和輸出應突出數據聚合、選擇和傳輸能力。其他層的連接點是網關和數據收集系統，作為鏈接元素與云和分析之間的中介。 

位于 OT 和 IT 世界邊緣的網關通過將傳感器數據轉換為可由整個系統中的其他系統組件輕松傳輸和使用的形式，在傳感器與系統其余部分之間提供通信。此外，它們能夠控制、過濾和選擇數據，以減少向云端傳輸的數據，從而對網絡的傳輸成本和反應時間產生有益的影響。因此，網關為本地傳感器數據準備和后續處理為可用包提供了一個位置。

安全性是網關的另一個特征。網關雙向調節信息流，通過使用適當的加密和安全技術來防止物聯網云數據侵權，以減少對物聯網設備的嚴厲外部攻擊的威脅。

圖 4：物聯網架構中的網關和數據采集階段 

邊緣分析 

邊緣設備可能會帶來顯著的好處，尤其是在大型物聯網項目中，但并非每個物聯網架構都需要它們。鑒于物聯網云平臺和受限的可訪問性，邊緣系統可以在物聯網數據處理和分析方面提供額外的靈活性。鑒于眾多工業互聯網應用程序中數據處理的關鍵速度，邊緣計算最近在工業互聯網生態系統中的受歡迎程度顯著上升。

由于可以將邊緣基礎設施的物理位置更靠近數據源，因此一開始使用物聯網材料會更容易。在這種情況下，只會傳輸更大的數據位，并且實際上必須處理云。通過最大限度地減少網絡暴露，可以大大增強安全性，同時減少帶寬和電源利用率可以提高企業資源的效率。 

數據中心/云平臺 

當傳感器變成神經元，網關變成背景時，云就是物聯網的大腦。與尖端解決方案相反，數據中心或基于云的系統旨在存儲、處理和分析大量數據，以獲得更深入的洞察力，這是高級數據分析引擎和機器學習流程永遠不可能實現的。 

在過去幾年中，云計算已被廣泛接受（尤其是在物聯網設計中）可以提高生產率、減少意外停機時間、降低能源消耗和許多其他經濟效益。

云提供企業智能和顯示替代方案，允許員工連接到系統、運行和監控系統，并在配備適當的使用解決方案時，根據實時查看的報告、儀表板和數據做出智能決策。

物聯網架構：醫療保健領域的一個例子 

醫療保健是物聯網技術中領先和最重要的行業之一。這是因為物聯網解決方案讓患者受益于高質量的護理，并將其與長期但可觀的節省相結合。 

醫療保健中的核心物聯網應用包括但不限于通過使用智能智能健康和應急物聯網設備來提高患者安全和員工安全、減少不必要的醫療保健費用以及及時提供足夠的幫助。 

鑒于人口面臨的巨大問題，老年護理和糖尿病和心臟病等疾病的監測是公共衛生的主要問題之一。因此，預防在改善老年人健康方面發揮著重要作用。因此，物聯網處于優先地位并非令人難以置信，尤其是在需要可靠性、安全性和準確管理的健康監測中。 

例如，自動化老年患者監測系統需要數據收集和實時分析、基礎設施訪問服務的網絡連接以及用戶界面和支持應用程序以供演示。因此，必須集成身體傳感器的架構，以收集患者數據、過濾和重定向數據、分析數據并將其無線網絡連接到云端，并作為將數據傳輸到遠程位置（例如緊急情況和醫療保健提供者）的工具用于監視和監視目的。

圖 5：物聯網架構：以醫療保健為例

提供的醫療保健監控系統必須使不同的用戶可以訪問。例如，醫療保健從業者、患者和任何家庭成員或看護人。有鑒于此，數據安全和隱私是在健康監測中采用物聯網的問題之一。在傳輸數據時，可以通過加密獲得安全性。例如，微處理器通過套接字的安全層 (SSL) 確保加密的安全通信機制。 

結論

物聯網架構因解決方案而異；然而，它的關鍵組成部分是四個構建塊，它們對于交付使物聯網氣候可行的基本功能至關重要。重要的是，您不要被物聯網架構的感知復雜性所淹沒，也不要忽視有吸引力且面向未來的物聯網項目。

應該說，對強大的物聯網架構開發的日益關注導致從其數據中提取更大的商業價值，為他們提供競爭優勢并幫助他們超越競爭對手。

雖然還需要做更多的工作來解決物聯網的技術碎片化問題，但很明顯，已經付出了大量努力來包括最廣泛的物聯網技術和標準（例如：LwM2M 和 oneM2M）。

然而，在這成為現實之前，物聯網的承諾不一定通過開發單一的物聯網技術來實現，而是通過構建一個強大的、面向未來的、可擴展的和安全的物聯網架構，以便有效地捕獲和管理、分析并在數據的收集、管理和使用中使用所有技術。