IOT物联 概述及应用层架构入门篇

IOT物联 概述及应用层架构入门篇

一、IOT是什么/h2>

IOT即物联 ,英文全称为Internet of Things。是指通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联 相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的 络。

该概念最早于1999年提出，曾被称为继计算机、互联 之后，世界信息产业发展的第三次浪潮，到现在已发展20余年。如今，在日常生活中，我们已经可以接触到非常多的物联 产品，如智能家电、智能门锁等，这些都是物联 技术比较成熟的应用。

二、IOT是如何实现的/h2>

举一个例子：我们从某宝买了一枚智能灯泡，到货后我们需要做如下操作步骤：

**第一步：【通电】**将灯泡拧到了灯口；
**第二步：【应用】**扫描说明书的二维码下载APP；
**第三步：【配 】**按照说明通过APP和灯进行交互使设备联 ；
**第四步：【鉴权】**设备连 后设备请求接入服务，应用层会根据鉴权规则确认设备是否可以接入，允许接入后设备即可成功使用服务。（如果成功，用户无法感知）
**第五步：【使用】**这时我们就可以在APP上控制灯的颜色、灯的亮度、灯的开关，充分享受物联 带来的便捷了。
*概念解释：

**配 ：**指的是将设备连接到互联 上，有的设备通过家用Wi-Fi入 ，比如家里的摄像头；有的通过蓝牙入 ，比如手环；有的通过zigbee 关入 ，比如智能路灯，具体的入 方式和设备所要处理的业务、位置有关，整体从耗电量、通信范围、数据上传下载量等多个维度平衡选择。
**鉴权：**指设备接入应用层的时候需要确认是不是拥有应用层发给你的标识，举个例子：你拿着身份证在国内可以畅行无阻；但在国外就是行不通的，因为国外不承认“身份证即为合法居民”这个规则，只有“护照”别人才会承认。
以上操作步骤的具体实现架构原理如下图：

物接入互联 方式明细表

2. 互联 传输部分

互联 传输目前有两种比较主流的通讯协议：MQTT和CoAP

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输）：是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议，可保持长连接，实现多对多异步通信；
CoAP（The Constrained Application Protocol，受限应用协议）：是一种客户端-服务器单对单的协议，具备轻量低功耗的特点。

3.3 应用层

应用层定义：应用层就像我们的大脑，我们会对接收到的信息进行归类、判断并作出相应的动作或决定。

应用层的实现方式：目前实现方式大致可以分为两种

烟囱式的实现，即一套软件解决一类设备，优点是成本低、工期短，缺点是可扩展性差；
搭建SaaS、PaaS、IaaS架构，优点是可扩展性好，工期长，适应性较高，缺点是成本高。
烟囱式的实现：只沉淀单一类型的设备数据，不能做大数据化，主要以行业应用、闭环应用为主，一定程度上属于内联 、专用 。这种模式物体/信息共享难、应用系统间互联互通难，既难以适应规模化、协同化的发展要求，也难以引导和催生物联 更大的、潜在的发展。

云计算架构：SaaS、PaaS、IaaS实现

SaaS、PaaS、IaaS是云计算提出的架构，而云计算是实现物联 的技术之一，再延伸的说：人工智能依赖于大数据，大数据依赖于人联 、物联 ，而这些都依赖于云计算。

所以从云计算的这个架构去看物联 是这样的：

SaaS（Software as a Service）强调应用即服务，我们用来控制灯、窗帘、音响的软件都属于SaaS层。即终端使用层。

PaaS(Platform as a Service)强调平台即服务，平台层不关心这个物是灯还是窗帘，只知道这类型的【物】有12个不同类型的属性，且这个类型的【物】连接了1324个具体的设备。哪个类型的【物】有XX个不同类型的属性，连接了XX个设备；物模型、物影子、规则引擎、物接入等这类抽象概念都在这一层实现。即平台方控制层。

IaaS（Infrastructure as a Service)强调基础设施即服务，灯的色温值是什么，电饭煲的煮饭方式是什么，窗帘是开是关，这些数据都是要存储在数据库中；PaaS层在几秒内要找到目标设备等这类动作是需要计算能力的；而承载这些数据库、计算能力的都是真实的硬件资源。IaaS层就是要调度、计算哪些工作需要多少资源，什么弹性伸缩、扩缩容都是这一层做的事情。即基础能量给予层。

物联 平台层整体产品架构参考

1. 产品管理

产品是设备的集合，通常是一组具有相同功能定义的设备集合。该模块以一种硬件产品为粒度，创建产品及配置产品相关信息。

产品信息管理：硬件产品的功能描述、性能参数、发布状态等信息管理；
组 拓扑管理：对于传感器、采集仪、 关，由于通讯方式不同，产品的组 拓扑便不同。此处描述各类产品入 的拓扑关系；
版本&固件管理：对产品的版本信息及固件进行管理；
物模型管理：物模型，即一类物理世界的实物（如传感器）在平台的数字化模型。物模型对该产品的上行数据、下行指令，上下行动作进行描述。简单来说，物模型就是该实体能对外提供什么信息以及能对它做什么，因此物模型是设备与平台之间的关键枢纽。

2. 设备管理

设备是硬件产品的最小单位，每个设备都对应一个唯一编码，从设备入库开始便记录相关信息，并且可以对设备进行资产分配、安全认证、配置操作等行为，最后对设备从入库到 废的全生命周期管理。

设备全生命周期管理：对设备的物理状态、健康状态、资产归属、调试日志进行记录，记录设备从入库到 废的全生命周期，便于问题追溯分析。
设备资产管理：对设备资产进行划分，便于控制用户设备权限。
虚拟设备：根据物模型构建虚拟设备，用于用户体验、真实设备受限时的模拟调试验证、批量压测验证平台性能等场景。
设备影子：每个设备有且只有一个设备影子，设备可以通过MQTT获取和设置设备影子来同步状态，用于存储设备上 状态、应用程序期望下发的配置，解耦应用于终端设备。一般用于 络不稳定、设备无法实时通信、一个设备在同一时间被反复请求等场景。

3. IoT设备接入

物联 平台支持海量多元异构数据的设备接入，通过简易的配置，便可建立设备与云平台之间的联系，实现稳定可靠的双向通信。

协议接入：使用MQTT协议接入数据，并根据场景定义不同topic进行消息发布订阅。
设备鉴权认证：以 关为单位，对接入数据topic做发布订阅鉴权认证，实现topic级别的权限隔离，提高接入安全性。
数据转换解析：对接入的异构数据进行格式统一，根据物模型对接入数据进行解析。
设备接入配置：此处的目的是把接入到平台的数据与具体的实体对象进行握手，以便于在应用中能够区分不同实体对象的数据。此处依赖于产品物模型与产品组 拓扑。需要注意的是，在应用层中，根据不同业务属性，可能会把实体对象做某些关系映射。
消息通信：当完成设备接入配置后，用户便能实现对设备的交互，包括数据上 、命令下发等。

4. 数据展示

该模块对物联 收集的数据，运用相应的可视化图表进行展示，以便于物联 监测数据能直观展示。此处功能与企业业务方向会紧密相关。

基础监测数据：对结构化数据进行基础图形表格数据展示。
系统集成数据：对视频监控、车流量等系统集成类进行数据展示。
数据可视化：安全监测领域主流的可视化系统，如BIM、GIS、视频融合、人员定位、可视化大屏等。
数据管理：对原始数据的数据维护、数据下载、文档管理等服务。

5. 数据分析

该模块对展示的数据加以分析，把物联 海量数据变成有价值的数据。此处功能与企业业务方向会紧密相关。

基础数据分析：包括同步分析、关联分析、同步分析、频谱分析、风玫瑰图分析；
高级数据分析：针对特定传感器的高级算法分析，包括索力算法分析、动态称重分析、深度测斜分析、柱体分析、索承结构分析；
告 表分析：专业结构人员使用的分析工具，制作专业分析 告。

6. 规则引擎

规则引擎是指用户可以在物联 平台上可以配置某些规则，在判断条件满足规则后，平台会执行相应的动作来满足用户需求，灵活构建场景联动、 警等定制化业务场景。规则引擎所需要的元素如下：

1）触发条件

触发对象：可以是某个设备，某个测点，也可以是某个时刻，或某个事件；
触发条件：可以是简单的上下限判断，也可以是一个复杂的函数/算法判断；
触发时间：即时效性，可以是一直有效，或者规定时间内有效；
沉淀机制：避免设备上传相同数据导致重复触发规则。
2）执行动作

指令下发：即对制定设备发送指令；
发送通知：如短信、邮件、小程序、APP推送等；
产生 警：在运维 警监控界面产生一条 警记录；
执行时间：立即、或延时；
执行规则：执行某条规则；
规则状态开关：开启或关闭某条规则。
3）日志

每条状态为开启的规则，每次执行都要留有日志，存储触发时间、判断依据、执行动作记录等。

7. 运维服务

此模块为专业运维团队提供运维服务，是业务正常运作的关键。

运维监控：对项目运维情况进行监控，包括设备拓扑 络、运维 警监控、无效数据、设备 表分析；
设备调试：对设备进行远程在线调试；
OTA升级：上传新的升级包，并将OTA升级消息推送给设备，设备即可在线升级；
日志服务：包括设备全生命周期日志、用户操作日志等；
业务工单：支持业务运作的跨部门协作工单，此工单内容根据企业业务不同会有较大差异，此处不做具体展开说明。