物聯網（IoT）詳解
- 1. IoT定義簡介
- 2. IoT工作原理
- 3. IoT關鍵技術
- 4. 物聯網與互聯網區別
- 5. IoT使用場景
- 6. 開源物聯網平臺
- 7. 參考資料
1. IoT定義簡介
首先第一個問題，什么是物聯網（IoT）?
物聯網（英文：Internet of Things，縮寫：IoT） 起源于傳媒領域，是信息科技產業的第三次革命。 物聯網是指通過信息傳感設備，按約定的協議，將任何物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。
物聯網（Internet of Things，簡稱 IoT） 是指通過互聯網連接和通信的物理設備和對象的網絡。它是一個由傳感器、軟件和通信設備組成的系統，可以使各種設備和物品相互連接，并通過數據交換和分析來提供更智能、高效和自動化的功能。
物聯網的主要目標是將真實世界的物體與互聯網相連，使其具備感知、交互和通信的能力。通過物聯網，可以實現智能家居、智慧城市、工業自動化、農業監測、智能交通等應用。
上述給出兩種定義，其中第一個是百度百科定義，感覺太官方，如果不是專業相關很難理解，第二個解釋會更好些。
總結一句話，物聯網就是通過互聯網實現與現實世界物理設備連接的網絡。
概念清楚了，知道什么是物聯網了，那么第二個問題來了，為什么需要物聯網（IoT）？
物聯網的出現主要是為了解決日常生活和工作中的一些實際問題。例如，在智能家居中，可以通過物聯網連接家中的各種設備，如智能燈泡、智能插座、智能門鎖等，從而實現遠程控制、自動化調節和能源管理，提高家居的舒適度和能源利用效率。
此外，物聯網在工業領域也發揮著重要作用。傳統的工業生產過程通常需要大量的人力和物力投入，而物聯網可以通過連接和監控各種設備和環境參數，實現生產過程的自動化和優化，提高生產效率和產品質量。例如在石油行業，可以利用物聯網技術來監測閥門的狀態和運行情況。通過安裝傳感器和執行器在閥門上，可以實時監測閥門的開啟、關閉狀態、溫度、壓力等數據。這些數據可以通過物聯網平臺進行收集、分析和處理，從而實現遠程監控和智能化管理，提高閥門的運行效率，預測維護，減少故障發生，保證石油生產和輸送的安全可靠性。
總結一句話就是能給生活帶來便利，給工業帶來自動化。
第三個問題，物聯網有哪些優勢？
1.實時數據
通過物聯網，可以實時收集和分析各種傳感器和設備生成的數據。這些數據可以幫助用戶更好地了解設備和環境的狀況，及時發現問題并做出相應的調整和決策。
2.自動化和智能化
物聯網可以實現設備和系統的自動化控制和智能決策。通過對數據的分析和學習，物聯網可以根據設定的規則和算法自動執行操作，提高工作效率和生產力。
3.降低成本和能源消耗
物聯網可以幫助優化資源和能源的使用，減少浪費和成本。通過實時監測和控制，可以更好地管理能源消耗，減少資源浪費。
4.提供個性化的服務和體驗
物聯網可以通過收集和分析用戶的數據，為用戶提供個性化的服務和體驗。例如，在智能家居中，可以根據用戶的習慣和喜好，自動調節溫度、照明和音樂等設備，提供更舒適和便捷的居住環境。
2. IoT工作原理
簡要工作原理，設備到云服務（物聯網平臺IoT）到終端APP。如下圖所示（比較簡要，主要為了說明流程）。
看過簡要流程大概都能明白，不知道大家是否有一個疑問，為什么需要云服務器作為app與設備連接的中轉，不采用app直接連接設備的方式？比如直接通過app連接電燈來控制亮度或者開關？想了下總結內容如下：
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可靠性和穩定性
連接管理：云服務器可以管理大量的連接，即使設備頻繁上下線也能保證服務的連續性和穩定性。
負載均衡：云服務器可以部署多個實例，通過負載均衡技術分發請求，提高系統的響應速度和可用性。 -
數據管理和分析
數據持久化：云服務器可以存儲設備的狀態信息、歷史數據等，方便后續的數據分析和應用。
數據分析：云平臺通常提供強大的數據分析能力，幫助開發者更好地理解設備行為和用戶習慣，從而優化產品和服務。 -
安全性
身份驗證：云服務器可以集中管理用戶身份驗證和授權，確保只有合法用戶能夠控制設備。
數據加密：云平臺可以統一管理數據加密和解密，保護敏感信息不被未授權訪問。
設備認證：確保只有經過認證的設備才能接入網絡，防止非法設備接入。 -
可擴展性
設備管理：云服務器可以輕松地增加或減少設備數量，無需修改APP或設備端代碼。
服務擴展：云平臺支持水平擴展，可以根據用戶量的增長動態調整資源。 -
多平臺兼容
跨平臺支持：云服務器作為中間層，可以同時支持不同類型的設備和操作系統，比如Android、iOS、Windows等。 -
降低復雜性
簡化通信：APP與設備之間的通信可以通過簡單的API調用完成，降低了APP開發的復雜度。
錯誤處理：云服務器可以集中處理各種錯誤和異常情況，減輕APP和設備端的負擔。 -
網絡兼容性
穿透防火墻：直接連接可能會遇到防火墻、NAT穿越等問題，而通過云服務器可以更容易地解決這些問題。
全球訪問：云服務器通常在全球范圍內都有節點，可以提供更快的響應速度和更好的用戶體驗。 -
維護成本
更新維護：云服務器上的服務可以隨時更新，而不需要用戶更新他們的設備或APP。
故障恢復：云平臺通常具有高可用性架構，能夠快速從故障中恢復。 -
動態 IP 問題
動態 IP 地址：許多IoT設備連接的家庭或企業網絡中，其公網IP地址可能是由ISP動態分配的。這意味著設備的公網IP地址可能會不定期改變，導致直接連接變得不可行。
固定服務器地址：通過使用云服務器，設備只需要知道服務器的固定地址即可。即使設備的本地IP地址發生變化，也不影響與云服務器的通信。
云服務器的作用：云服務器充當了一個穩定的通信中心，無論設備的IP地址如何變化，設備都可以通過固定的云服務器地址進行通信。 -
軟件更新和配置管理
集中管理：通過云服務器，開發者可以集中管理所有設備的軟件版本和配置設置。
遠程更新：當有新的軟件版本發布時，可以通過云服務器將更新推送到所有連接的設備上，而不需要用戶手動操作。
安全補丁：同樣，當發現安全漏洞時，可以通過云服務器推送安全補丁，確保設備安全。 -
負載均衡
并發請求處理：當大量APP同時請求控制同一設備時，直接連接可能會使設備不堪重負，導致響應延遲或失敗。
云服務器的負載均衡：云服務器可以部署多個實例，并通過負載均衡技術將請求分散到不同的服務器上，確保每個請求都能得到及時響應。
資源優化：負載均衡還可以根據當前的請求負載動態調整資源分配，優化服務器性能。
綜上所述，通過這些特點可以看出，云服務器不僅解決了技術難題，還提升了用戶體驗和系統的整體穩定性。因此，在設計IoT系統時，使用云服務器作為APP與設備之間的中轉是非常重要的。雖然直接讓APP與設備建立連接在某些特定場景下也是可行的，但考慮到系統的復雜性、安全性、可靠性和可維護性等因素，使用云服務器作為中轉站通常是更好的選擇。云平臺不僅能夠提供強大的后臺支持，還能夠幫助企業快速開發和部署物聯網解決方案，提升用戶體驗。
看完簡要工作原理大致流程相信都能明白了，再看下相對詳細工作原理，如下圖所示。
使用物聯網平臺實現設備完整的通信鏈接，需要您自行完成設備端的設備開發、云端服務器的開發（云端SDK的配置）、數據庫的創建、手機App的開發。在設備和服務器開發中，您需完成設備消息的定義和處理邏輯。
設備通過物聯網平臺上下行通信說明如下。
物聯網的工作原理是通過連接物理設備和對象，使它們能夠感知環境、收集數據、通信和執行操作。數據通過通信技術傳輸到云端，經過處理和分析后，可以實現智能決策和自動化控制。物聯網的工作原理涉及傳感器、通信技術、云計算、邊緣計算、數據分析和應用交互等多個方面的技術和組件。
1.物聯網設備：物聯網的核心是物聯網設備，它們可以是傳感器、執行器、智能設備等。這些設備通過嵌入式計算和通信能力，能夠感知環境、收集數據、執行操作并與其他設備進行通信。
2.傳感器和數據收集：物聯網設備中通常包含各種傳感器，例如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等。這些傳感器可以感知和測量環境參數，并將收集到的數據轉化為數字信號。
3.數據傳輸和通信：物聯網設備通過通信技術將收集到的數據傳輸到云端或其他設備。常用的通信技術包括無線傳感網（WSN）、藍牙、Wi-Fi、GSM、Zigbee等。這些通信技術可以實現設備之間的數據傳輸和通信。
4.云端平臺和邊緣計算：傳輸到云端的數據可以存儲在云端服務器中，并通過云計算平臺進行處理和分析。云計算提供了強大的計算和存儲能力，可以對大規模的物聯網數據進行處理和分析。此外，邊緣計算是一種將計算能力推送到設備附近的技術，可以實現更低延遲和更高可靠性的物聯網應用。
5.數據分析和決策：在云端進行數據分析和處理后，可以提取有用的信息和見解。通過機器學習和人工智能算法，可以對數據進行深入分析，并做出智能決策和預測。這些決策可以傳輸回物聯網設備，從而實現自動化操作和控制。
6.應用和交互：通過物聯網，可以實現各種應用和交互方式。例如，智能家居中的設備可以根據用戶的習慣自動調節溫度、照明和音樂等。智慧城市中，可以通過物聯網監測交通流量、垃圾桶狀態等，并提供智能化的城市服務。
3. IoT關鍵技術
1.射頻識別技術
談到物聯網，就不得不提到物聯網發展中備受關注的射頻識別技術（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）。RFID是一種簡單的無線系統，由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有擴展詞條唯一的電子編碼，附著在物體上標志目標對象，它通過天線將射頻信息傳遞給閱讀器，閱讀器就是讀取信息的設備。RFID技術讓物品能夠“開口說話”。這就賦予了物聯網一個特性即可跟蹤性。就是說人們可以隨時掌握物品的準確位置及其周邊環境。據Sanford C. Bernstein公司的零售業分析師估計，關于物聯網RFID帶來的這一特性，可使沃爾瑪每年節省83.5億美元，其中大部分是因為不需要人工查看進貨的條碼而節省的勞動力成本。RFID幫助零售業解決了商品斷貨和損耗（因盜竊和供應鏈被攪亂而損失的產品）兩大難題，僅盜竊一項，沃爾瑪一年的損失就達近20億美元。 [5]
2.傳感網
MEMS是微機電系統（ Micro - Electro - Mechanical Systems）的英文縮寫。它是由微傳感器、微執行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統。其目標是把信息的獲取、處理和執行集成在一起，組成具有多功能的微型系統，集成于大尺寸系統中，從而大幅度地提高系統的自動化、智能化和可靠性水平。它是比較通用的傳感器。因為MEMS，賦予了普通物體新的生命，它們有了屬于自己的數據傳輸通路、有了存儲功能、操作系統和專門的應用程序，從而形成一個龐大的傳感網。這讓物聯網能夠通過物品來實現對人的監控與保護。 遇到酒后駕車的情況，如果在汽車和汽車點火鑰匙上都植入微型感應器，那么當喝了酒的司機掏出汽車鑰匙時，鑰匙能透過氣味感應器察覺到一股酒氣，就通過無線信號立即通知汽車 “暫停發動”，汽車便會處于休息狀態。同時“命令”司機的手 機給他的親朋好友發短信，告知司機所在位置，提醒親友盡快來處理。不僅如此，未來衣服可以“告訴”洗衣機放多少水和洗衣粉最經濟；文件夾會“檢查”忘帶了什么重要文件；食品蔬菜的標簽會向顧客的手機介紹“自己”是否真正“綠色安全”。這就是物聯網世界中被“物”化的結果 [5]。
3.M2M系統框架
M2M是Machine-to-Machine/Man的簡稱，是一種以機器終端智能交互為核心的、網絡化的應用與服務。它將使對象實現智能化的控制。M2M技術涉及5個重要的技術部分：機器、M2M硬件、通信網絡、中間件、應用。基于云計算平臺和智能網絡，可以依據傳感器網絡獲取的數據進行決策，改變對象的行為進行控制和反饋。拿智能停車場來說，當該車輛駛入或離開天線通信區時，天線以微波通訊的方式與電子識別卡進行雙向數據交換，從電子車卡上讀取車輛的相關信息，在司機卡上讀取司機的相關信息，自動識別電子車卡和司機卡，并判斷車卡是否有效和司機卡的合法性，核對車道控制電腦顯示與該電子車卡和司機卡一一對應的車牌號碼及駕駛員等資料信息；車道控制電腦自動將通過時間、車輛和駕駛員的有關信息存入數據庫中，車道控制電腦根據讀到的數據判斷是正常卡、未授權卡、無卡還是非法卡，據此作出相應的回應和提示。另外，家中老人戴上嵌入智能傳感器的手表，在外地的子女可以隨時通過手機查詢父母的血壓、心跳是否穩定；智能化的住宅在主人上班時，傳感器自動關閉水電氣和門窗，定時向主人的手機發送消息，匯報安全情況。 [5]
4.云計算
云計算旨在通過網絡把多個成本相對較低的計算實體整合成一個具有強大計算能力的完美系統，并借助先進的商業 模式讓終端用戶可以得到這些強大計算能力的服務。如果將 計算能力比作發電能力，那么從古老的單機發電模式轉向現代電廠集中供電的模式，就好比大家習慣的單機計算模式轉向云計算模式，而“云”就好比發電廠，具有單機所不 能比擬的強大計算能力。這意味著計算能力也可以作為一種商品進行流通，就像煤氣、水、電一樣，取用方便、費用低廉，以至于用戶無需自己配備。與電力是通過電網傳輸不同，計算能力是通過各種有線、無線網絡傳輸的。因此，云計算的一個核心理念就是通過不斷提高“云”的處理能力，不斷減少用戶終端的處理負擔，最終使其簡化成一個單純的輸入輸出設備，并能按需享受“云”強大的計算處理能力。物聯網感知層獲取大量數據信息，在經過網絡層傳輸以后，放到一個標準平臺上，再利用高性能的云計算對其進行處理，賦予這些數據智能，才能最終轉換成對終端用戶有用的信息。
4. 物聯網與互聯網區別
物聯網和互聯網是兩個不同概念的技術領域，它們的主要區別表現在范圍、對象、數據類型和應用場景等方面。
5. IoT使用場景
物聯網的應用場景非常廣泛，以下是其中一些主要的應用領域：
1.智能家居
通過物聯網連接家庭設備和家庭網絡，實現智能化和自動化控制，提高家居的舒適性、安全性和能源效率。
2.智慧城市
通過物聯網連接城市中的各種設施和基礎設施，實現城市的智能化管理和優化，提供更高效、環保和便捷的城市服務。
3.工業自動化
通過物聯網連接和監控工業設備，實現生產過程的自動化和優化，提高生產效率和產品質量。
4.農業監測
通過物聯網連接農田中的傳感器和設備，實時監測土壤濕度、氣溫、光照等參數，提供精準的農業管理和決策支持。
5.智能交通
通過物聯網連接交通設施和車輛，實現智能交通管理和優化，提高交通流暢性和安全性。
6. 開源物聯網平臺
Kaa IoT Platform
https://www.kaaproject.org/
它是功能豐富的開放和高效的物聯網云平臺。 任何物聯網公司，物聯網系統集成商或個人都可以免費實現其智能產品概念。 通過提供服務器和端點SDK組件，Kaa可以為連接的對象和后端基礎架構提供數據管理。
SiteWhere: Open Platform for the Internet of Things
http://www.sitewhere.org/
Sitewhere的工作架構和整合的東西，它是提供設備數據的攝取，存儲，處理和集成的另一個開源IoT平臺。 SiteWhere運行在Apache Tomcat提供的核心服務器上。 它提供高度調整的MongoDB和HBase實現。 它可以輕松與黑客板集成。
ThingSpeak: An open IoT platform with MATLAB analytics
https://thingspeak.com/
ThingSpeak是物聯網（IoT）平臺，可讓您在不從Mathworks購買許可證的情況下分析和可視化MATLAB中的數據。 IT允許您收集和存儲傳感器數據并開發物聯網應用程序。 它適用于Arduino，Particle Photon和Electron，ESP8266 Wifi模塊，BeagleBone Black，Raspberry Pi，移動和網絡應用，Twitter，Twilio和MATLAB，以將傳感器數據傳到ThingSpeak。 ThingSpeak主要關注傳感器記錄，位置跟蹤，觸發和警報以及分析
DeviceHive: IoT Made Easy
https://www.devicehive.com/
DeviceHive是另一種功能豐富的開源IoT平臺，它在Apache 2.0許可下分發。 DeviceHive可以自由使用和更改。它提供了Docker和Kubernetes部署選項。您可以下載并使用公共云和私有云，也可以將單個虛擬機擴展到企業級群集。它可以通過REST API，WebSockets或MQTT連接到任何設備或黑客板。你甚至可以連接ESP8266這樣的低端Wi-Fi設備。
Zetta: API-First Internet of Things Platform
http://www.zettajs.org/
Zetta是一個基于Node.js構建的面向服務器的開源IoT平臺。 Zetta結合了REST API，WebSockets和反應式編程。 它可以在單板計算機，個人電腦或云上運行，并且能夠將諸如Linux，BeagleBones，Raspberry Pis，Arduino開發板和PC等不同平臺與Heroku等云平臺連接在一起，以創建地理分布式網絡。 您還可以將數據傳輸到Splunk等機器分析平臺。
DSA: Open Source Platform & “Toolkit” for Internet Of Things Devices
http://www.iot-dsa.org/
分布式服務體系結構（DSA）是一個開源的物聯網平臺，它將結構化和實時數據模型中的各個設備，服務和應用程序統一起來。
Thingsboard.io Open-source IoT Platform
https://thingsboard.io/
Thingsboard是100％開源的IoT平臺，可以作為SaaS或PaaS解決方案托管它。 IT為您的物聯網項目提供設備管理，數據收集，處理和可視化。 它支持提供設備連接的標準協議是MQTT，CoAP和HTTP，并支持云和本地部署。 它提供了30多個可自定義的小部件，允許您為大多數物聯網用例構建最終用戶自定義儀表板。
Thinger.io: The Opensource Platform for Internet of things
https://thinger.io/
Thinger.io是IoT的開源平臺，可為連接設備或物品提供可擴展的云基礎架構。 您可以使用管理控制臺輕松控制它們，或使用其REST API將它們集成到項目邏輯中。 IT支持所有類型的黑客板，如Arduino，ESP8266，Raspberry Pi，Intel Edison。
WSo2- Open source platform for Internet of Things and mobile projects
https://wso2.com/iot
WSo2 Build允許公開API來為移動應用提供支持，允許用戶監控和控制他們的設備。 您可以將其與現有的身份系統集成，或使用他們的身份系統。 該物聯網平臺還支持幾乎所有已知的開發板設備，如Raspberry Pi，Arduino Uno等。邊緣計算由WSO2 Siddhi提供支持。
7. 參考資料
https://www.aliyun.com/getting-started/what-is/what-is-iot
https://cloud.tencent.com/developer/techpedia/1586
https://cloud.tencent.com/product/iot-class
https://iot.mi.com/v2/new/doc/home
https://support.huaweicloud.com/iot/index.html
https://baike.baidu.com/item/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/7306589
https://blog.csdn.net/shnbiot/article/details/80432017
