本章將介紹用于支持物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 應用的技術架構，并詳細討論一些關鍵物聯(lián)網(wǎng)技術和無線協(xié)議。深入了解物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。從更高層次來看，物聯(lián)網(wǎng)是一個異構網(wǎng)絡，由云計算層負責檢索和處理從其他層獲取的信息。
物聯(lián)網(wǎng)相關數(shù)據(jù)可以存儲在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡中的多個位置。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡和基于云的系統(tǒng)中的傳感器、網(wǎng)關和本地設備可以存儲不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。
物聯(lián)網(wǎng)智能家居智能照明高度依賴云的計算能力。智能家居有一個傳感器和家庭連接層，可以從不同的節(jié)點收集數(shù)據(jù)，然后將這些信息提供給云服務器，以便做出決策。
云計算層在生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，可以存儲大量信息，并基于這些數(shù)據(jù)做出決策；它可以有效集成來自解決方案各組件的數(shù)據(jù)。將云添加到物聯(lián)網(wǎng)還可以提高安全性、可用性、可擴展性和性能，因為云存儲/數(shù)據(jù)庫提供商愿意采用這些功能，以幫助他們在相關行業(yè)領域取得成功。
審視物聯(lián)網(wǎng)架構
一些物聯(lián)網(wǎng)應用已經(jīng)成熟，隨著十四五和節(jié)能減排智能城市化建設的發(fā)展促進。但未來，物聯(lián)網(wǎng)的潛在應用將更加廣泛，規(guī)模也更大。試想一下，除了智慧橋梁燈光自動控制系統(tǒng)和其他基礎設施中的傳感器會在需要維修或維護時自動通知工程師；當您非常接近高度傳染性疾病患者或者有害物質(zhì)或環(huán)境時，定位技術會通知您，這會是怎樣一種體驗。這些未來應用將需要能夠在后臺進行大量數(shù)據(jù)傳輸和處理的物聯(lián)網(wǎng)架構平臺。
物聯(lián)網(wǎng)平臺智能照明連接層中的各個組件：
- 傳感器和執(zhí)行器：物聯(lián)網(wǎng)傳感器和執(zhí)行器用于建筑測量溫度、聲音、濕度和振動等。在典型的物聯(lián)網(wǎng)智能家居中，恒溫器等智能設備都具有嵌入式通信單元，可連接至樓宇或家庭網(wǎng)絡。恒溫器中的傳感器和執(zhí)行器可將這些物理測量值轉(zhuǎn)換為驅(qū)動系統(tǒng)的電氣值。
- 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關：網(wǎng)關在本地網(wǎng)絡和英特網(wǎng)之間傳送數(shù)據(jù)。首先，接收傳感器和執(zhí)行器的電子值，然后使用網(wǎng)絡協(xié)議將其上傳至本地網(wǎng)絡，如藍牙、藍牙低功耗 (BLE)、蜂窩、LoRaWAN、Thread、Wi-Fi 或 ZigBee。網(wǎng)關會創(chuàng)建一個網(wǎng)狀骨干網(wǎng)來分發(fā)收集到的數(shù)據(jù)，并向設備發(fā)送響應。
- 云基物聯(lián)網(wǎng)平臺：通過網(wǎng)關傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存儲在云基物聯(lián)網(wǎng)平臺或公司的數(shù)據(jù)中心，并在那里進行處理。然后，可利用這些數(shù)據(jù)執(zhí)行智能操作和制定決策。
- 應用：最后，物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)據(jù)可用于各種應用，以幫助人們或組織做出更明智的決定或采取具體措施。這些應用可將云端信息推送至智能手機、平板電腦或計算機上的應用。應用層對用戶來說最重要，因為它是用戶與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的接口，允許用戶控制和監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的許多要素，有時還可以實現(xiàn)實時控制和監(jiān)控。
網(wǎng)絡協(xié)議的簡要概述：
- LoRa是一種由 LoRa 聯(lián)盟開發(fā)的低功耗廣域網(wǎng) (LPWAN) 協(xié)議，適用于遠程通信。該技術目前大量應用在智能路燈通信（單燈控制）和大規(guī)模農(nóng)業(yè)應用傳感器的最佳之選。
- IEEE 802.15.4標準是低速率無線個人局域網(wǎng) (LR-WPAN) 標準的集合。這些標準可為功率受限設備提供低成本、低速通信。它們構成了高級通信協(xié)議（如 ZigBee）規(guī)范的基礎。ZigBee 是一種專為低功耗運行而設計的網(wǎng)狀網(wǎng)絡，可用于智能家居和公用設施的智能能源應用。ZigBee 基于 IEEE 802.15.4 物理層 (PHY) 和介質(zhì)訪問控制 (MAC) 標準。
- Wi-Fi是 IEEE 802.11 無線局域網(wǎng) (WLAN) 通信標準的集合。它可為室內(nèi)和室外場所提供較高的傳輸速率，且應用非常廣泛。
- 藍牙是由 Bluetooth Special Interest Group (SIG) 維護的開放標準。它是一種低成本的無線通信技術，適用于移動設備之間的短距離（如 8-10米）數(shù)據(jù)傳輸。它可用于音頻流媒體、汽車、揚聲器和耳機等應用。
- 藍牙低功耗(BLE)是藍牙標準的組成部分， 專為低功耗運行而設計。BLE 設備通常使用紐扣電池工作，可用于物聯(lián)網(wǎng)設備，如燈泡和照明開關。
- Thread是一種低功耗、基于互聯(lián)網(wǎng)的安全網(wǎng)狀網(wǎng)絡技術，適用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。2014 年成立了 Thread Group 工作小組，旨在推動 Thread 的普及。Thread 可實現(xiàn)安全的低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡，支持現(xiàn)有的基于 IPv6 的連接標準。
- 蜂窩標準（如 5G）可為物聯(lián)網(wǎng)服務提供網(wǎng)絡主干，同時支持高數(shù)據(jù)速率和遠程通信。NB-IoT 是一種常用的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)標準，可用于智能停車、公用設施管理和制造自動化。
這些消息傳遞協(xié)議用于設備之間以及與云端之間的數(shù)據(jù)共享。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議是物聯(lián)網(wǎng)技術堆棧的關鍵組成部分，如果沒有它們，硬件根本無法工作。利用物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，物聯(lián)網(wǎng)設備能夠以一種受控和有意義的方式交換數(shù)據(jù)。
例如，物聯(lián)網(wǎng)智能設備之所以稱為“智能”，不僅因為它們能夠相互通信，還因為它們在遇到問題時能夠自動緩解問題或通過網(wǎng)絡尋求幫助。這種交互只能通過協(xié)議通信或物聯(lián)網(wǎng)設備所采用的通用語言實現(xiàn)。
文章來源：Qorvo半導體
