物联网架构终极指南

2021-06-24

物联网架构终极指南

物联网 (IoT) 架构，并展示了物联网如何将全球转变为智能世界。基于本文介绍的物联网架构，智能汽车、智能家居和智能城市，您周围的任何事物都可能成为智能设备。

物联网 (IoT) 集成了全球从传感器到数字云的所有产品。它将整个城市的计算机、网络和个人连接起来，形成一个动态的分配系统。在这方面，物联网包括智能电网、智能家居、智能城市和互联网。由于其广泛的应用和多样化的技术，物联网近年来提供了许多可能性。图 1 显示了与各种设备相关的物联网 (IoT) 通用架构。

图1 ：物联网 (IoT) 网络架构 

物联网架构 

物联网架构是一个强大而深刻的概念，它基于允许所有部分完美协同工作的架构。 

四阶段物联网架构 

四阶段物联网架构可以总结如下： 

传感器和执行器

互联网度假和数据采集系统

边缘 IT

数据中心和云 

下图更全面地展示了这些步骤。

图2 ：物联网架构的四个阶段 

传感器和执行器 

第一层是传感器的物理层，能够感知和收集环境数据。连接的设备提供了物联网的本质，它是作为每个物联网系统基础的数据。他们需要传感器来收集环境或物品本身内部和外部的物理特征。它们可以集成到设备本身中，也可以作为独立项目用于遥测数据的测量和收集。例如，看看农场传感器，其职责是检测气温、土壤湿度、土壤 pH 值或作物阳光照射等因素。 

该层的另一个重要特征是执行器。通过与传感器的密切协作，您可以将来自智能设备的数据转化为实际行动。使用带有所有传感器的智能浇水系统。系统使用传感器数据实时评估情况，并告诉执行器，如果地面水分低于设定值，则打开选定的水阀。阀门保持打开状态，直到默认传感器返回。当然，这一切都是在没有一个人干预的情况下发生的。

对于连接的对象，不仅需要能够与相关网关或数据收集系统进行双向交互，而且还需要能够相互识别、一起聊天、共享信息和及时合作以从完整操作中受益. 特别是对于资源和电池供电的小工具来说，这不是一件容易的事，因为这种通信需要大量的计算能力并使用大量的能量和带宽。因此，只有应用了正确、安全和轻量级的通信协议，才能使用强大的架构。 

因此，稳健的架构只有在使用适当、安全和轻量级的通信协议时才能实现有效的设备管理，包括用于管理许多物联网应用中常见的轻量级低功耗设备的领先标准协议，即轻量级 M2M。

图3 ：物联网架构中的传感器和执行器 

网关和数据采集 

该层与某些设备上的传感器和执行器密切配合；尽管如此，它仍被定义为物联网架构的一个不同阶段，对于数据收集、过滤和传输到基于云的基础设施和平台的边缘至关重要。百万设备系统的海量输入和输出应突出数据聚合、选择和传输能力。其他层的连接点是网关和数据收集系统，作为链接元素与云和分析之间的中介。 

位于 OT 和 IT 世界边缘的网关通过将传感器数据转换为可由整个系统中的其他系统组件轻松传输和使用的形式，在传感器与系统其余部分之间提供通信。此外，它们能够控制、过滤和选择数据，以减少向云端传输的数据，从而对网络的传输成本和反应时间产生有益的影响。因此，网关为本地传感器数据准备和后续处理为可用包提供了一个位置。

安全性是网关的另一个特征。网关双向调节信息流，通过使用适当的加密和安全技术来防止物联网云数据侵权，以减少对物联网设备的严厉外部攻击的威胁。

图 4：物联网架构中的网关和数据采集阶段 

边缘分析 

边缘设备可能会带来显着的好处，尤其是在大型物联网项目中，但并非每个物联网架构都需要它们。鉴于物联网云平台和受限的可访问性，边缘系统可以在物联网数据处理和分析方面提供额外的灵活性。鉴于众多工业互联网应用程序中数据处理的关键速度，边缘计算最近在工业互联网生态系统中的受欢迎程度显着上升。

由于可以将边缘基础设施的物理位置更靠近数据源，因此一开始使用物联网材料会更容易。在这种情况下，只会传输更大的数据位，并且实际上必须处理云。通过最大限度地减少网络暴露，可以大大增强安全性，同时减少带宽和电源利用率可以提高企业资源的效率。 

数据中心/云平台 

当传感器变成神经元，网关变成背景时，云就是物联网的大脑。与尖端解决方案相反，数据中心或基于云的系统旨在存储、处理和分析大量数据，以获得更深入的洞察力，这是高级数据分析引擎和机器学习流程永远不可能实现的。 

在过去几年中，云计算已被广泛接受（尤其是在物联网设计中）可以提高生产率、减少意外停机时间、降低能源消耗和许多其他经济效益。

云提供企业智能和显示替代方案，允许员工连接到系统、运行和监控系统，并在配备适当的使用解决方案时，根据实时查看的报告、仪表板和数据做出智能决策。

物联网架构：医疗保健领域的一个例子 

医疗保健是物联网技术中领先和最重要的行业之一。这是因为物联网解决方案让患者受益于高质量的护理，并将其与长期但可观的节省相结合。 

医疗保健中的核心物联网应用包括但不限于通过使用智能智能健康和应急物联网设备来提高患者安全和员工安全、减少不必要的医疗保健费用以及及时提供足够的帮助。 

鉴于人口面临的巨大问题，老年护理和糖尿病和心脏病等疾病的监测是公共卫生的主要问题之一。因此，预防在改善老年人健康方面发挥着重要作用。因此，物联网处于优先地位并非令人难以置信，尤其是在需要可靠性、安全性和准确管理的健康监测中。 

例如，自动化老年患者监测系统需要数据收集和实时分析、基础设施访问服务的网络连接以及用户界面和支持应用程序以供演示。因此，必须集成身体传感器的架构，以收集患者数据、过滤和重定向数据、分析数据并将其无线网络连接到云端，并作为将数据传输到远程位置（例如紧急情况和医疗保健提供者）的工具用于监视和监视目的。

图 5：物联网架构：以医疗保健为例

提供的医疗保健监控系统必须使不同的用户可以访问。例如，医疗保健从业者、患者和任何家庭成员或看护人。有鉴于此，数据安全和隐私是在健康监测中采用物联网的问题之一。在传输数据时，可以通过加密获得安全性。例如，微处理器通过套接字的安全层 (SSL) 确保加密的安全通信机制。 

结论

物联网架构因解决方案而异；然而，它的关键组成部分是四个构建块，它们对于交付使物联网气候可行的基本功能至关重要。重要的是，您不要被物联网架构的感知复杂性所淹没，也不要忽视有吸引力且面向未来的物联网项目。

应该说，对强大的物联网架构开发的日益关注导致从其数据中提取更大的商业价值，为他们提供竞争优势并帮助他们超越竞争对手。

虽然还需要做更多的工作来解决物联网的技术碎片化问题，但很明显，已经付出了大量努力来包括最广泛的物联网技术和标准（例如：LwM2M 和 oneM2M）。

然而，在这成为现实之前，物联网的承诺不一定通过开发单一的物联网技术来实现，而是通过构建一个强大的、面向未来的、可扩展的和安全的物联网架构，以便有效地捕获和管理、分析并在数据的收集、管理和使用中使用所有技术。