物联网设备和局域网

2020-06-12 17:57:41 嵌入式开发中心 119

很多人都在试图定义物联网,其中一个共识就是构建互连的产品。物联网系统大致包含四个主要组成部分:事物本身(即设备)本地网络(可以包括网关,该网关将专有的通信协议转换为Internet协议)互联网后端服务(企业数据系统或PC和移动设备)

从嵌入式系统的角度看物联网

物联网系统并不复杂,但是设计和构建它们可能是一项复杂的任务。即使正在为物联网系统开发新的硬件和软件,我们也已经拥有了当今使物联网成为现实所需的所有工具。

我们可以将物联网分为两大类:

工业物联网,其中本地网络基于许多不同技术中的任何一种。物联网设备通常将通过全球互联网传输数据。

商业物联网,本地通信通常是蓝牙或以太网(有线或无线)。物联网设备通常仅与本地设备通信。

因此,为了更好地了解如何构建物联网设备,您首先需要弄清楚它们将如何与世界其他地区进行通信。

物联网网关

您选择的通信技术将直接影响设备的硬件要求和成本。物联网设备以多种不同的方式部署-在服装,房屋,建筑物,校园,工厂,甚至在您的身体中-都没有一种网络技术能够满足所有需求。

让我们以工厂作为物联网系统的典型案例。工厂将需要大量连接的传感器和执行器,这些传感器和执行器散布在广阔的区域,而无线技术将是最合适的选择。

物联网设备软件架构.jpg

 

安装在工厂中的无线传感器网络,通过网关连接到Internet

甲无线传感器网络(WSN)是监测物理或环境条件,如温度,声音,压力和分布式传感器的集合。来自每个传感器的数据通过网络节点到节点传递。

WSN节点

WSN节点是低成本的设备,因此可以大量部署。它们还以低功率运行,因此可以依靠电池运行,甚至使用能量收集。WSN节点是一个嵌入式系统,通常执行一项功能(例如,测量温度或压力,或者打开电灯或电动机)。

能量收集是一种从外部资源(例如太阳能,热能,风能,电磁辐射,动能等)中获取能量的新技术。能量被捕获并存储以供小型,低功耗无线自主设备使用,例如WSN上的节点。

WSN边缘节点

WSN边缘节点是包括Internet协议连接性的WSN节点。它充当WSNIP网络之间的网关。它还可以执行本地处理,提供本地存储并具有用户界面。

WSN技术

首选网络协议的斗争还没有结束。有多个候选人。

无线上网

物联网设备的第一个显而易见的网络技术候选者是Wi-Fi,因为它无处不在。当然,对于许多应用程序来说,Wi-Fi可能是一个很好的解决方案。几乎每个具有Internet连接的房屋都具有Wi-Fi路由器。

但是,Wi-Fi需要相当多的电源。有无数种设备无法承受这样的功率:例如,电池供电的设备或传感器放置在难以从电网供电的位置。

低功耗解决方案

最新的网络技术可提供低成本,低功耗的解决方案。这些技术支持创建非常小的智能设备的非常大的网络。

当前,主要的研发工作包括:

低功率和高效的无线电,可延长电池寿命

能量收集作为物联网设备的电源

网状网络,无人值守的长期运行,无需人工干预(例如,M2M网络)

支持自主操作的新应用协议和数据格式

IEEE 802.15.4

物联网的主要推动力之一是2003年发布的IEEE 802.15.4无线电标准。满足该标准的商业无线电为低功耗系统提供了基础。该IEEE标准在2006年和2011年对15.4e15.4g修订版进行了扩展和改进。与几年前相比,现在商用射频设备的功耗已降低了一半,我们预计下一代设备将再降低50%。

6低通

利用能量收集的设备必须在尽可能短的时间内执行任务,这意味着它们传输的消息必须尽可能小。此要求对协议设计有影响。这也是ARMSensinode)和CiscoArchRock)采用6LoWPAN(低功耗无线个人局域网中IPv6的缩写)的原因之一。6LoWPAN提供了封装和报头压缩机制,可缩短传输时间。

无线广播技术.png

 






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