物联网的一点点认知总结

目录

一、物联网架构

二、物联网协议

1.接入协议

2.通讯协议

三、物联网组网方式

1.有线组网

(1)以太网

(2)RS485

(3)RS232

(4)USB

2.无线组网

(1)WIFI

(2)蓝牙

(3)LPWAN

(4)ZigBee

3.设备直连

四、 总结


正好接触一个智慧园区的项目,一点点在了解物联网相关的内容,看了一段时间,简单总结下,好分析下自己哪些内容还没有理解清楚。

一、物联网架构

物联网的架构一般分为感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成,主要是硬件采集信息;网络层由各种私有网络、互联网、有线或无线通信网络等组成,主要是利用网络技术来传递和处理感知层获取的信息;应用层是业务数据的来源,物联网都是建立在该层上,我们终端采集的数据对接到物联网,然后进行进行数据过滤,数据分析等,实现数据收集和传输功能,提供业务数据。

二、物联网协议

物联网协议通常有两种类型的协议:一种是接入协议,一种是通讯协议。

1.接入协议

接入协议一般用于设备子网之间的通信,主要是感知层协议,不属于TCP/IP协议栈。该协议主要是规范硬件采集信息的数据格式,能够通过软件来访问硬件。该协议是不能直接对接到物联网,需要通过物联网网关进行协议转换,转换成通讯协议之后才能接入到物联网。

接入协议又分为近距离通信协议、远距离蜂窝通信协议、远距离非蜂窝通信协议、有线通信协议。具体常见的协议分类见下图:

 

 

2.通讯协议

通讯协议主要是用来互联网中进行传输数据,为连接远程设备提供实时可靠消息服务,是网络层和应用层协议,属于TCP/IP协议栈。常见的通讯协议有HTTP、CoAP、MQTT、AMGQP、JMS等。

如果终端设备支持这些通讯协议,则可以直接对接到物联网。所以这些通讯协议不仅可以用于设备与服务器之间通讯,也可以用于设备与设备之间通讯。

对比接入协议和通讯协议,我们可以看到如果设备支持接入协议,还需要增加物联网网关的方式才可以对接到物联网,而支持通讯协议的终端设备可以直接对接到物联网,那么为什么还必须有接入协议的设备存在呢?因为在有些终端设备是没有外接电源的,通常靠纽扣电池来供电一年左右,所以要求功耗尽可能低,而HTTP等这些通讯协议所要求的硬件环境是很难做到的。

三、物联网组网方式

通常工业级的物联网设备都会通过有线组网或者无线组网的方式组成子系统,系统对外提供第二部分物联网协议提到的协议等方式来对接到物联网。如果提供的协议不是TCP/IP协议栈,则需要通过物联网网关进行协议转换,将数据转发到物联网。

1.有线组网

(1)以太网

终端设备利用双绞线或者光纤连接到交换机、路由器,最后连接到互联网。是最常见的一种组网方式。如图所示:

(2)RS485

有两种组网方式:

1)设备直接通过RS485总线连接到主机,如图所示:

2)设备通过RS485集线器连接到主机

应用场景:门禁对讲、楼宇报警

(3)RS232

1)有RS232串口设备直接通过RS232串口连接到主机,如图所示的串口扫描仪

2)通过RS232-RS485转换器将RS485网络直接连接到上位机,如图所示:

应用场景:打印机、电气设备等

(4)USB

1)USB接口直接连接到主机;

2)RS232/RS485网络转换成USB,连接到主机

对于上面的这种有线组网方式,除去第一种可以连接到互联网,但是其他的这些组网方式,都是通过总线在设备与设备之间传输数据,无法传输网络数据,所以不能对接到物联网,所以需要添加物联网网关才能传输网络数据,将数据转发到物联网。那么有线组网的核心组成就是终端设备、物联网网关、物联网。物联网网关具体后面具体介绍。

2.无线组网

(1)WIFI

1)范围小:一个无线路由器连接所有设备

2)范围大:AC(AC控制器)+APs(无线接入点)组建局域网,设备连接到AP,AP连接到AC或者设备直接连接到交换机,AC直接连接到路由器。

(2)蓝牙

1)设备通过智能手机或者平板电脑实现联网,最多同时可以连7个,如图所示:

2)设备通过蓝牙路由器连接到互联网,如图所示:

3)蓝牙Mesh以太网结构形成一个自组织网络,如图所示;

应用场景:智能手表、无线耳机、各种穿戴设备等;室内照明节点构建的蓝牙Mesh结构

(3)LPWAN

1)NB-IoT

利用移动基站进行通信、基站连接到服务网关。特点:授权频段、直接部署现有移动网络、低功耗、广范围、传输数据量小,更新频率不高。

应用场景:路灯、共享单车、空气检测仪等

2)LoRa

通过LoRa网络与局域网或者互联网连接。特点:非授权频段、广域的私有网络,可达2~10公里以上。

应用场景:智能水表、智能门锁、停车道闸

(4)ZigBee

短距离、低功耗、低速率、低成本的无线自组网通信技术。网络组成包括三部分的内容:

ZigBee协调器(ZigBee Coordinate ZC):在ZigBee网络中,有且只有一个协调器。作用就是网络搭建和网络维护;是整个网络中心枢纽,是等级最高的父节点;

ZIgBee路由器(ZigBee Router ZR):作用是信息转发和辅助协调维护网络。既可以做父节点,又可以做子节点;

ZigBee终端(ZigBee End-Device ZED):只能加入网络,为最末端的子节点设备。并且只能与父节点通信,如果两个终端之间需要通信,必须经过父节点进行多跳或者单调通信。是数量最多的节点,也是唯一允许低功耗的设备。

有三种网络拓扑结构:星状网络、树状网络、网状网络。

星状网络:最简单的一种,有一个协调器作为中心节点,若干路由器、终端组成;终端节点只能与中心节点通信,如果两个终端节点通信,必须经过中心节点转发

树状网络:可以看成有多个星状网络组成,每一个带节点路由器可以看成组成星状网络的中心节点。协调器将整个网络搭建起来,路由器作为承接点,将网络以树状向外扩散。节点与节点之间通过中间的路由器形成多跳通信。

网状网络:除了满足树状结构,其中相邻路由器之间也存在通信关系。

通常一般ZigBee协调器和ZigBee路由器充当物联网网关的角色,将数据转发到物联网,而ZigBee终端模块也通常放置到终端设备中,例如电灯、开关、路灯等,如图所示:

 

(5)DAIL

DAIL(Digital Addressable Lighting Interface)主要用于智能照明领域的一种开放标准,主要定义了设备之间的通信方式:如开、关、调节灯光等。

网络组成主要包括DAIL总线、DAIL控制器。照明设备或者开关连接到DAIL总线,然后连接到DAIL控制器作为网关,通过RS232/RS485/以太网/WIFI/移动通信组成局域网。

DALI总线可以连接64个照明或者开关设备,长度可达500米,常见的组网方式如图所示:

3.设备直连

当然除去1和2 提到的两种组网方式,如果设备支持TCP/IP协议栈的通讯协议,如HTTP、CoAP、MQTT、XMPP、AMQP、JMS等,这些设备是可以支持对接到物联网,但是这些设备通常会外接电源,非低功耗设备。常见的设备如路灯、桌面式共享充电宝等。

四、 总结

根据自己对有些网络资源的了解,简单的总结了一些关于物联网的认知,后面会在整理一些物联网网关、物联网协议的一些内容,我觉得也是一些有意思的东西。

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