物聯網技術堆疊層、裝置、感測器、閘道器和平台，用於建構成功的物聯網專案。
如今，技術提供了將幾乎任何東西連線到網際網路的能力。從感測器、家用電器等的集合中，你可以組裝一個複雜的系統來執行控制裝置的命令，如電腦、平板電腦或智慧手機。所有這些都是物聯網（loT） —— 一個由電腦、感測器和執行器組成的全球網路，使用無線網路和網際網路協議相互通訊。
連線到物聯網的裝置用於各個領域：從著名的智慧家庭，即時監控資料以最佳化一間公寓內的結果，到使整個企業流程自動化的工業物聯網。
想跟上潮流，為你的企業開發先進的物聯網解決方案嗎？在本報導中，我們討論了用於建立基於物聯網的專案的整體技術，並解釋如何選擇正確的物聯網技術堆疊。
什麼是物聯網技術堆疊？
物聯網技術堆疊是一系列技術、標準和應用程式，目的在將裝置連線到網際網路，以從中收集資料用於不同目的。
物聯網技術堆疊包括硬體/軟體裝置，及其互動的各種協議。物件可以透過Wi-Fi、藍牙、LPWAN、BLE、乙太網、RFID、ZigBee 和其他型別的無線通訊進行通訊。物聯網裝置處理透過連線到物聯網閘道器，或其他邊緣裝置獲得的資料。資料要嘛傳送到雲端進行分析，要嘛在本地分析。
這些裝置與類似的裝置互動，並根據它們從彼此那裡收到的資訊採取行動。 儘管人類可以控制、配置、寫程式或確定資料訪問許可權，但裝置在沒有人工干預的情況下完成大部分工作。這些 Web 裝置使用的網路連線和通訊協議，高度依賴於部署的特定物聯網服務，這些服務為所有東西提供唯一辨識符號。但漸漸地，它變成了建立感測器和智慧執行裝置網路的概念。
物聯網技術堆疊層
物聯網技術堆疊，由實體物件的電腦網路、傳統的 IP 網際網路網路，以及連線這些網路的各種裝置（閘道器、邊境路由器等）組成。實體事物的計算網路由「智慧」感測器和執行器組成，它們統一在電腦網路（個人、本地和全球）中，通常由中央控制器（閘道器、物聯網集線器或物聯網平台）控制。
物聯網堆疊由以下層組成：包括硬體、硬體軟體、感測器和執行器、閘道器和通訊技術的裝置、包括雲平台和應用程式軟體的物聯網平台。
物聯網技術堆疊的 5 層
物聯網裝置
裝置又名硬體收集資料。 例如，根據你收集的資料量，裝置可以配備簡單的智慧感測器或具有多個感測器的工業電腦。 裝置軟體將裝置硬體轉換為「智慧裝置」。它允許特定的硬體裝置為各種應用程式提供服務，這些應用程式取決於其執行所安裝的軟體系統。執行器和感測器在物聯網堆疊的執行中發揮著重要作用。感測器檢測到他們監控環境中的任何變化，並將其轉換為必須解碼才能獲得有意義的資料的訊號。執行器解釋從控制系統接收的電訊號並改變其環境。
物聯網技術堆疊的基礎是物聯網技術，這些技術從實體物件收集資料，並將其傳送到網際網路進行儲存、處理和分析。這裡的關鍵點是裝置使用無線介面進行連線並與遠端伺服器通訊的能力。連線到網路的手段通常是 Wi-Fi 和 GPRS，因為最發達和最廣泛的技術是網路堆疊的基礎。
SoC（晶片系統）系統的出現，該系統在一個晶片上整合了各種功能塊，形成用於電子裝置的成品。SoC 由於其塊結構而具有豐富的功能。它們甚至可以包括低功耗的射頻系統，用於解決物理物體控制問題。
電子裝置製造商正在生產大量物聯網技術堆疊解決方案。 幾乎每週都會出現新的平臺，試圖在物聯網應用程式中佔有一席之地。明確的主管者包括英特爾愛迪生、MediaTek Linklt、樹莓派、Arduino MKR1000 平台。
感測器和執行器
安裝在一個物聯網解決方案中的感測器和執行器起著重要作用。它們塑造了物聯網基礎設施的骨幹，將真實和數字世界聚集在一起。早在物聯網之前，行業就一直在使用感測器。成為物聯網不可避免的一部分的最廣泛使用的感測器是那些測量溫度、壓力、溼度、接近度、光線等的感測器。執行器是將電訊號轉換為動作的轉換器。執行器接受脈衝，並在其工作環境中啟動某些裝置或操作。它們的作用與感測器一樣重要，基本上，在物聯網系統中開啟/關閉東西。
樹莓派
2012 年樹莓派平台的出現，為嵌入式裝置設定了標準之一。樹莓派是許多嵌入式和物聯網應用開發人員的必經，因為它強大的社群支援在此過程中可能出現的任何問題。大多數競爭對手無法提供這種服務。
阿爾杜伊諾
在使用者段中建立自動化專案的最常見工具是 Arduino 平台。第一批平台型號具有簡單的內建 8 位微控制器，具有 AVR 核心。 基於帶有 ARM 核心的 32 位晶片的更高效裝置開始出現。今天，Arduino 系列包含物聯網的獨特解決方案（Arduino YUN、Arduino TIEN、Arduino MKRIO00）。由於 Atheros 製造的內建晶片，該技術提供 Wi-Fi 支援。
Arduino 背後的最初想法是支援各種外掛，這些外掛引發了「Arduino相容性」的浪潮：許多製造商生產的感測器或執行器是專門為與 Arduino 介面而設計的。這允許使用者以最低的成本原型化自動化系統。
物聯網閘道器
物聯網閘道器是感測器和執行器組裝的聚集點，以調節它們與外部網路/系統的相互連線。 例如，工業機器可以作為物聯網閘道器，就像您家中的任何連線裝置一樣。 一個普通的物聯網專案通常包含許多支援多個裝置的物聯網閘道器。
端節點上的物聯網裝置位於雲端或伺服器上，以便在物聯網技術堆疊中進行智慧處理和後續分析。一些解決方案直接連線，另一些則透過閘道器連線。
該閘道器為本地和廣域網適應了必要的技術。這些技術可以包括組織領土上的乙太網和 Wi-Fi 以及風格連線、乙太網、xDSL 以及對網際網路和全球企業網路的電纜訪問。如果您感興趣，我們在另一篇博文中涵蓋了所有主要型別的物聯網網路。
物聯網網路和協議
LoRaWAN 閘道器
LoRaWAN 閘道器提供基於異構 LoRa/LoRaWAN 技術和 Wi-Fi、乙太網或 3G 的網路之間的互操作。從葉子節點接收的資料儲存、顯示和處理在應用程式伺服器上（在獨立網站或雲端）。大數據方法非常適合分析物聯網資料。 因此，使用安裝在智慧手機或 PC 上的客戶端應用程式的使用者可以訪問應用程式伺服器上的資訊。
ZigBee
ZigBee 是構建無線物聯網網路最受歡迎的物聯網技術堆疊標準之一。具有網格拓撲的 ZigBee 網路有不支援網際網路協議 IP 的通訊協議堆疊。基於 ZigBee 堆疊的物件計算網路，用於與位於 IP 網路中的外部裝置進行互動，透過專門的 IP 閘道器 ZigBee 閘道器連線到網際網路。
基於新的 Zigbee IPv6 標準的網路，透過路由器而不是本地閘道器連線到 IP 網路。 Gateway ZigBee 將資料從一種格式重新打包到另一種格式，並基於異構 MQTT/ZigBee 技術提供網路之間的互操作：HTTP/TCP/IP。ZigBee 技術被用作自動收集使用者電錶讀數並將其傳輸到電信商的伺服器（自治站點）或雲 hab 的標準。
Wi-Fi
Wi-Fi 是一套無線通訊標準，它形成了基於 TCP/IP 堆疊的無線區域網專案網路。協議堆疊包括一個 PHY，以及一個帶有 MAC 媒體訪問控制子層和 LLC 邏輯資料傳輸的資料鏈路層。
Wi-Fi 專案的無線區域網使用路由器連線到網際網路。最近，市場上出現了一項新的規範，該規範為構建網狀網路提供了技術，並允許建立本地無線計算機主體網路。低功耗的新 Halalow Wi-Fi 標準非常適合物聯網（IoT）。
BLE
BLE 是藍牙低功耗標準的新版本，目的在建構智慧家居等無線網路。
BLE 4.2 版本提供最小的裝置功耗和 IP 網路輸出。基於 BLE 的標籤可以透過每秒傳輸一次資料包來發出訊號。它只需要很少的能量：該標籤可以在容量為 240 毫安時的鋰電池上工作長達一年，大小為 25 美分硬幣。
大多數智慧手機中廉價的標籤電子產品的可用性和讀者的可用性已成為 BLE 利用的強大催化劑。許多知名的 IT 公司和大量新創企業正在嘗試使用此類標籤的商業模式。與其他標記技術一樣，BLE 可以幫助推進你的物聯網技術堆疊，因為它適合無處不在的使用，提供更高的讀出準確性，並在不破壞其外觀的情況下整合到產品中。
物聯網（IoT）對物理物件使用低功耗無線計算技術，包括短程、中型和遠端網路（WPAN、WLAN、LPWAN）。
M2M 通訊和物理網路
網頁非常適合人機通訊，但在許多情況下，物聯網對機器對機器（M2M）通訊很有用。 由Schema.org等舉措監管的資料格式允許瀏覽器和雲服務根據其收到的資訊檢索有關事件、組織、人員、地點、產品等的資訊。 使用結構化資料也有助於不同裝置上使用者介面的一致性。 例如，使用者不必弄清楚如何每次都在以下家用電器上設定時間。 開放網路技術，包括 HTML、Ajax、HTTPS 和 OpenID，與結構化資料一樣，是物聯網技術堆疊的重要組成部分。
應用程式層協議
開發人員使用應用程式級協議在物聯網系統內傳輸資料。 最廣泛使用的協議是DDS、MQTT、XMPP、AMQP、JMS、CoAP、REST/HTTP。
- MQTT、XMPP、AMQP、JMS是基於釋出/訂閱模式（經紀人）的訊息傳遞協議。 開發人員可以在雲平臺上部署經紀人，也可以在本地伺服器上安裝智慧裝置應用程式上的客戶端程式。 看看 MQTT 協議後續的釋出/訂閱模式：
- 約束應用程式協議（CoAP）是一種類似於 HTTP 的有限物聯網資料傳輸協議，但適用於低效能智慧裝置。 CoAP 融合了 REST 的建築風格。 伺服器由智慧裝置應用程式的URL訪問。 客戶端程式使用 GET、PUT、POST 和 DELETE 等方法來訪問資源。
- REST/HTTP是分散式系統的軟體架構模型。 REST 描述了智慧裝置應用程式如何與REST API（Web服務）互動。 透過 REST API，應用程式使用四種 HTTP 方法進行通訊：GET、POST、PUT、DELETE。
注意：在直接通訊中，智慧手機可以輪詢附近裝置的狀態，並在藍芽或Wi-Fi等低階點對點協議與 HTTP 和 TCP 等網際網路協議之間充當橋樑。 一個例子是Fitbit健身跟蹤器，它透過4G網路將使用者的智慧手機採取的步驟數量上傳到他們的雲帳戶。 透過智慧手機上的網路服務，物聯網設施附近的移動使用者可以搜尋相關方釋出的相關資訊，例如電影海報，允許路過的人訪問網頁並自動購買電子門票。
物聯網平臺
物聯網平臺提供了一個基礎設施，物聯網解決方案將在此基礎上執行。 物聯網平臺通常在基於雲的基礎設施或內部公司的資料中心上執行。 此類平臺應可擴充套件，以支援許多裝置的連線，並應使資料交換/使用更容易。
物聯網平臺是現成的工作環境，您可以根據需要進行修改和補充。 如果您正在為您的專案尋找最好的物聯網雲平台，我們在部落格上對其進行了分析。
物聯網集線器、閘道器和物聯網平台，在物聯網技術堆疊中發揮著重要作用。集線器、閘道器或物聯網平台，用於從不支援 IP 協議的實體物件網路訪問 IP 網路，反之亦然，確保在通訊協議堆疊的不同級別的協議協商。 為了從實體物件網路訪問 IP 網路到 IP 網路，反之亦然，代理用於協商應用程式層協議（例如，協商 CoAP 和 HTTP）。
為物聯網專案選擇技術堆疊時要考慮什麼？
從頭開始建立物聯網專案是一項艱鉅的任務。在大多數情況下，此類專案包括各種感測器、網路和通訊協議。對於我們最近的一位客戶，我們改進了現有的物聯網智慧城市照明解決方案，用於安裝在幾個城市的燈具控制單元。 對於物聯網技術堆疊，我們結合了 2 種類型的網路（Zigbee 和 2G），並使用了最適合的物聯網平台（Azure）。 因此，我們提供了一個軟體解決方案，可以處理大城市的 200 萬台連線裝置，並將維護成本降低高達 75%。
有時很難預測物聯網的全部物聯網技術堆疊應用程式。資訊收集、上下關聯辨識和管理工具將是主要工具，主要挑戰將與隱私和安全有關。
假設你決定建立一個簡單的物聯網專案。 在這種情況下，你需要一個方案來辨識測量的物理量（例如溫度和溼度）的讀數，其簡單處理，並將其傳送給客戶。 以最簡潔的形式，你需要執行以下操作：
- 首先，你需要選擇感測器或一組感測器，你將從中接收測量的資料和處理接收資料的方法。
- 接下來，決定如何與感測器通訊，確定資料量，並決定如何建立通訊。
- 最後，你需要為你的網路找到合適的客戶端，並描述如何使用它。
例如，要建立物聯網的實體網路，你需要確保任何擁有任何智慧手機或平板電腦的使用者，都可以訪問任何裝置並開始與之互動，而無需特殊應用程式。這將需要一個 WWW 擴充套件，允許任何智慧裝置廣播 URL。這種傳輸必須在短距離內進行，以便任何智慧裝置都能收到鄰居列表並與他們互動。 適當的發現機制應與原生和 Web 應用程式最佳配合，允許任何型別的裝置向其他裝置提供資料並與之互動。
上下文關聯辨識
使你的物聯網技術堆疊更高效的一種方法，是實現上下關聯辨識。對裝置環境及其使用者的瞭解，以及應用程式上下關聯，有助於應用程式過濾資料，並調整其簡報。例如，你可以生成自動顯示使用者當前位置的區域地圖。裝置的上下關聯資訊越多，它就越有機會自動向用戶提供他們所需的資訊。隨著時間的推移，物聯網將允許從網路服務和附近的實體感測器接收更多資料，並與其他裝置共享。 因此，準確性水準將提高，未來的裝置將變得更加“更智慧”。
動作和控制
除了上下文識別外，物聯網還可以透過顯示器、執行器和 RFD 感測器追蹤實體世界中的物件。許多現代系統都內建了遙控設施。 在實體 Web 上，任何物件都可以從瀏覽器或透過 Web 服務進行控制，從而更容易根據關聯資料管理物件。例如，連線到 WWW 的灌溉系統可以提供一個介面，用於輸入花園中的植物列表，並透過網路服務接收護理建議。
隱私和安全
要避免形成物聯網技術堆疊的互聯裝置的負面後果並不容易。如果你不採取預防措施，攻擊者將透過實體網路控制其他人的裝置。主流 WWW 已經具有安全功能，使實體網路更安全，但目前還不清楚它們是否適用於所有物聯網應用程式。不可預見的資訊洩露可能會造成威脅。 例如，竊賊在得知房子處於節能模式後，可以確定房間裡沒有人。
要點
事實證明，網際網路對幾乎所有活動都有價值，使世界各地的人們能夠與資訊和服務互動。物聯網被認為是網際網路的下一個演變，承諾為工業、智慧電網、安全、醫療保健、設計、教育和消費電子產品提供一系列服務。其中許多行業已經從物聯網解決方案中受益。
為了保持行業的前沿，你需要確保你的物聯網解決方案，是使用尖端工具構建的。 Euristiq 可以在一個月內實施任何規模和複雜性的物聯網專案。
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