物聯網架構 - 適合初學者的物聯網架構
Klacci 凱樂奇交通運輸業解決方案
了解 IoT 技術和 IoT 技術堆棧的第一層：端點和設備（包括感測器和執行器）、IoT 閘道器（和設備管理）和 IoT 平台。
物聯網(IoT) 由多個技術層組成，它們都在從簡單地連接「事物」和設備，到建構服務於明確目標的應用程序的過程中發揮作用，無論是用於消費者應用程序 ( CIoT )、企業物聯網還是連接智慧城市等社區、垂直行業的特定應用案例，或我們從工業 4.0 中了解的工業物聯網項目，僅舉一些例子。
物聯網技術應該真的是物聯網技術，因為當然有幾種，重要的是取決於目標。然而，它們適合這個物聯網技術堆棧，它有不同的層次，從物聯網設備開始，每層有無數的技術。此外，物聯網解決方案通常利用其他技術，如雲運算、邊緣運算、人工智慧 ( AI ) 等。
在本報導中，我們將首先瞭解物聯網技術堆棧，尤其是物聯網技術堆棧的前三層。
- 首先是物聯網設備層面；一般來說，如果沒有準確的感測器、執行器和物聯網設備，就沒有準確的數據，沒有準確的數據就沒有物聯網，更不用說物聯網項目或產品/服務了。
- 第二個是物聯網閘道器，我們對它進行了更深入的介紹，但值得一提的是它作為一個層，當然在物聯網設備層的概述中，它與之緊密相連，並且是下一步可操作的必要等級數據和業務應用程序，或消費者應用程序和服務。
- 第三是物聯網平台層，我們與業務和消費者應用程序和服務連接，以及這些服務的開發，以及與前兩層的管理和互連。
物聯網彌合了物理世界和數位世界之間的鴻溝，這始於事物。
從廣義上講，有幾種物聯網設備。有些位於網絡的邊緣，發生真正的事物連接。
其他包括物聯網閘道器，它能夠對來自「支持物聯網」的事物或連接對象的所有數據進行實際操作。但是，我們不會像某些人那樣，將物聯網閘道器視為物聯網設備。它是一個不同的物聯網技術層，甚至不一定是我們將看到的硬體。
什麼是物聯網技術？物聯網技術棧
物聯網技術堆棧不過是一系列技術、標準和工具，從簡單的對象連接到使用這些連接事物的應用程序、它們收集和通信的數據，以及為它們提供動力所需的不同步驟。
如果沒有那個物聯網技術堆棧，就不可能用物聯網設備做某事，也沒有理由將事物連接到網路。因此，簡單地說，物聯網技術堆棧，包含從物聯網設備和數據，轉移到實際目的和目標，或所謂的物聯網應用案例所需的所有技術。
然而，儘管看起來很簡單，但不同的層包含物聯網項目的多種技術和選項。
此外，這不僅僅是在物聯網技術堆棧中結合正確的技術，還需要以準確、安全和經濟高效率的方式進行整合。
在實踐中，在互操作性和所有這些技術元素，能夠相互交談的水平上仍然存在相當大的挑戰，因為存在不同的標準。此外，當我們引入在樓宇管理或製造技術等領域，已經存在多年的現有連接設備時，後一個挑戰變得更大。
讓我們看看物聯網技術堆棧的第一層：物聯網設備或物聯網端點。請注意，已經有各種嘗試來描述和建構物聯網技術堆棧（以及在每一層中的各種協議、供應商/參與者和子層）。當思科還在談論萬物聯網 (IoE) 時，它也有一個 IoE 技術堆棧，該堆棧更多地基於 IoE 願景建構（你可以在這篇關於零售業物聯網的報導中看到一個示範案例）。
透過與許多現有的網路模型（如 OSI 和 TCP/IP）進行比較，其他人將重點放在物聯網技術堆棧上。那是一篇單獨的報導。
物聯網設備和連接的實體事物
因此，事物、設備、感測器等是第一個物聯網技術堆棧層。物聯網設備可以採用多種形式和形狀。
物聯網設備包括感測器和執行器等感測器和無數對象，這些對象通常被稱為「智慧」、「智能」或普通的「連接」 （智慧燈泡、連接的閥門和泵、智慧電表、連接的汽車、智能或智慧建築組件、智慧家居設備等）。
當人們談論物聯網設備時，他們不會想到感測器、執行器，或所有其他涉及的東西，例如電路板、處理器/晶片、收發器、微機電系統或類似的東西。
他們確實會考慮智慧設備，例如提到的或可穿戴設備、智慧路燈、活動追蹤器、智慧房間控制、智慧恆溫器、灌溉控制器，或者可能會考慮協作機器人、智慧製造資產、健康監測設備（包括體內）、帶有位置檢測技術的寵物或私人資產，是的，還有老式的聯網冰箱。一旦你開始添加農業和農業、「重」工業、零售、「智慧」數位看板等，列表將無窮無盡。
一個連接的對象可以有幾個或幾千個感測器和執行器。用於汽車保險的遠端 資訊處理箱，通常有幾個感測器，一個石油鑽井平台可能有數萬個。讓我們更深入地瞭解感測器、執行器和物聯網連接的「事物」。
請注意，考慮到物聯網設備我們本質上，是在談論捕獲和通信數據，還有一個通信組件：設備連接性，實體事物和控制器，透過通信和處理單元連接起來。
有些人將其作為單獨的層添加到物聯網技術堆棧中，但它確實與物聯網閘道器層和物聯網連接層，以及物聯網通信網路層重疊，我們將其作為單獨的物聯網層處理（雖然不在本報導中） .
物聯網設備：感測器
感測器早在物聯網之前就已經存在，並且在智慧建築、工廠、能源等領域無處不在。
在所有這些情況下，感測器都是互聯和智慧解決方案的數位數據主幹的一部分。任何「智慧」和物聯網相關的東西，都是建立在感測器和其他類型的感測器之上的，我們接下來會看到。
換能器將一種能量形式的信號轉換成另一種形式的信號。在物聯網環境中，這意味著「感測器是一種設備，可以檢測、測量或指示任何特定的實體量，例如光、熱、運動、水分、壓力或類似實體，透過將它們轉換成任何其他形式，主要是，電脈衝。」
有超過 100 種不同類型的感測器。它們可以單獨購買，也可以在所謂的感測器板上購買，這些感測器板目的在收集物聯網應用案例，或專案內所需的多個感測器。有用於智慧城市空氣品質監測和智慧交通應用等應用的感測器板。還有一些感測器板，你可以使用它們來客製化，以嘗試 IoT 應用程序，或建構任何給定應用程序所需的精確板，添加你想要的感測器。
物聯網設備：執行器
就像感測器一樣，執行器也是感測器。就像感測器一樣，它們現在已經使用了很長一段時間，而且肯定是在物聯網這個術語被創造出來之前。
從某種意義上說，執行器的作用與感測器相反，它至少同樣重要，即使今天大多數公司所做的，是獲取和分析數據，更不用說使用數據作為觸發器，來使「某事」在實體上，發生這個世界有相當多的價值，不僅在自動化範圍內，而且在消費者物聯網應用程序中。
讓我們從物聯網的角度更具體地使用執行器：
Martin Feder 就物聯網時代的樓宇管理演變和 BMS 系統的採訪中提到了一個例子，簡單地說，就是這樣：執行器安裝在散熱器上，或者控制智慧家居或智慧建築中智慧房間的氣流; 感測器檢測到房間裡沒有人；執行器被觸發以降低溫度（或停止 HVAC 或其他）；控制系統將決策報告給管理系統（結果是節能），每個人都很高興。
在這個意義上，你可以想像許多其他場景。會議室燈、空調和暖氣均已關閉；工人接近「智慧辦公室」，在他的應用程序上，尋找可用的會議室並預訂會議室；執行器接收信號以確保，會議室滿足人們對健康舒適的會議室的期望。
好的，我們讓它聽起來比實際容易一些。正如有許多類型的感測器一樣，有許多類型的執行器和它們的使用方式。
電動執行器可以將其能量轉化為機械扭矩，其他執行器可以控制閥門（考慮與感測器組合，例如漏水）等等。
在物聯網的範圍內，執行器在大多數情況下，都是透過施加一些力來打開或關閉某物。然而，在工業應用或機器人技術中也有很多應用，例如將執行器用於夾持器。
物聯網網關：設備/數據和物聯網平台交匯處的設備
在不止一種意義上，物聯網網關也可以歸入物聯網設備之下。物聯網閘道器可以是硬體，但也可以是軟體，並且通常是兩者的組合，並且鑑於物聯網閘道器的功能不斷增加，最好將它們視為一個單獨的層，至少是因為這些功能和技術方面。
物聯網網關有多種形式和形狀，正是因為它們（可以）完成（越來越多的）多項任務。換句話說：與早期的物聯網相比，物聯網閘道器的使用正在發生變化。這與物聯網閘道器的原始範圍，以及物聯網的演變如何導致閘道器中的更多功能捆綁有關，鑑於其作為橋樑的基本功能，閘道器是執行這些功能的理想選擇。
從本質上講，物聯網閘道器在嚴格意義上的物聯網設備（以及來自物聯網設備的數據）和網路、雲端或數據中心的交叉點上，起著非常重要的作用，正如我們關於物聯網閘道器的深入報導中，所解釋的那樣，你還可以看到有用於工業物聯網的閘道器，用於邊緣運算的閘道器，用於家庭自動化的閘道器，它們在其中聚合和協調家庭感測器，和雲端服務之間的通信等等。
因此，這是一個具有多種設備、技術、解決方案（軟體和硬體）和功能的廣泛層。物聯網網關事實上用於連接聚合、物聯網數據的加密和解密（安全）、解釋存在於整個物聯網技術領域的各種協議的翻譯、物聯網設備的管理和入職、提到的物聯網邊緣運算、遠端控制和管理、數據的預處理和聚合等。
簡單地說：它們在多個層面上發揮著關鍵作用，但顧名思義，物聯網閘道器本質上就是這樣：它們是物聯網設備等級與物聯網設備數據，真正得到利用的技術和環境之間的閘道器。
隨著物聯網設備越來越多，物聯網數據也越來越多，很容易理解為什麼物聯網閘道器中，包含更多功能和目標。許多感測器通常具有非常多的數據點，這意味著可以在閘道器中進行預處理，並且閘道器和整體數據分析，越來越多地轉移到邊緣和邊緣閘道器。
但是，正如你在我們關於物聯網數據對 IT 基礎設施的影響的報導中，所讀到的那樣，大多數物聯網數據分析仍然發生在數據中心。因此，各種各樣的物聯網閘道器，從邊緣到網路或雲端，無論人們想要什麼。在這一層的背景下，我們還必須強調物聯網設備管理 ，這是物聯網平台在 M2M 功能等級上的關鍵。
閘道器之外的物聯網技術：物聯網平台
物聯網技術棧的第三層由物聯網平台組成。它又是一個具有多種潛在功能的廣泛應用類別。
對於物聯網平台，我們在軟體的中間件，另一方面是業務和應用層之間的中間件。然而，它不是那麼簡單（不再）。
物聯網平台這個詞被廣泛使用，但並不是每個人在談論它時，都意味著同樣的事情。更糟糕的是，有幾種類型的物聯網平台，當然，鑑於我們談到的關於物聯網閘道器的演變，你猜對了，這裡還添加了額外的功能。此外，在當前的物聯網平台大戰中，周圍有 400 多個不同的物聯網平台，正在朝著專業化和差異化方向發展。而且，事實上，沒有任何物聯網平台是相同的。
正如我們在物聯網平台市場的報導中提到的，嚴格來說，物聯網平台是物聯網應用支持平台。這個名字幾乎涵蓋了它的作用。除此之外，還有物聯網設備管理平台 (DMP)，物聯網設備管理幾乎總是存在於整個物聯網平台、分析平台和物聯網編排平台中，僅舉幾例，你可以在這篇關於物聯網平台測試的文章中閱讀。
正如物聯網書籍 Digitize or Die 的作者 Nicolas Windpassinger 所說，他也在他的書中提到「不同類型的物聯網平台，已成為必不可少的推動者，一種收集和理解數據，並交付在正確的時間提供正確的服務」。
確切地說：它與業務成果和服務有關。正如 Nicolas 將物聯網平台視為提供連接支持、服務支持、設備管理應用程序支持，和解決方案提供商等服務，他在接受 relayr 首席執行官 Josef Brunner 的採訪時引用，「最大的挑戰是物聯網平台是不是關於技術，而是關於用例和用戶利益。」
這似乎是結束第一篇關於物聯網技術堆棧的報導的好方法，然後再繼續討論更多物聯網技術層的第二篇報導。 下面是物聯網堆棧的更多技術視圖（使用 TCP/IP）。
上圖：Shutterstock -版權所有： Mikko Lemola - 自動機器人化學生產線圖片：Shutterstock - 版權所有： FUN FUN PHOTO - 所有其他圖像均為其各自提及的所有者的財產。
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