物联网知识概述.pptx

“引擎计划引擎计划”第二期培训第二期培训目录02 物联网云平台01 物联网架构和相关技术03 物联网设备端开发物联网架构主流物联网技术和其它热点关系123物联网架构物联网设备边缘计算网络云端应用就近计算数据清洗安全设备接入设备管理数据分析感知:信息采集通信:信息传输智慧城市智慧水电车联网.有线传输无线传输l在互联网中是核心，软件就是商业模式，核心竞争力，物联网中需要下层的承载l云厂家做的少，明确做物联网云：阿里 华为 云的集中性越高越好 对接客户需求l网络不跟需求挂钩 l设备端复杂多样，类型多,存在芯片硬件差异，质量参差不齐，筛选甄别难度大，标准无法制定，例如消防特殊行业有特殊标准，圈子小 特征体系化分层化合作化核心：云平台物联网技术-有线传输RS-485总线：在要求通信距离为几十米到上千米时或者有多设备联网需求时，RS232无法满足，因此诞生了RS-485 串行总线标准。USB：通用串行总线，是一个外部总线标准，支持设备的即插即用和热插拔功能，具有传输速度快、使用方便、连接灵活，独立供电等优点。M-Bus(Meter Bus)-户用仪表总线,它是一种专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线设计的。M-Bus在建筑物和工业能源消耗数据采集有多方面的应用。RS232串口：串行通信接口，全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”，是电脑与其它设备传送信息的一种标准接口。Modbus是一种串行通信协议，已经成为工业领域通信协议的业界标准。由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成。它可应用于各种数据采集和过程监控。物联网技术-有线传输物联网技术-有线对比优点缺点场景无线通讯方式短距离无线蓝牙速度1mbps，距离0.1-10m，增大功率可达100m速率快，低功耗，安全性高网络节点少，不适合多点布控鼠标，无线耳机，手机电脑等WIFI射频频段2.4G,5G，50-100m 覆盖广，速度快稳定性差，功耗略高，组网能力差智慧家庭zigbee低速（20-250kbps）短距离(10-100m)，短时延低功耗，高容量，高安全，易组网难兼容，维护难工业，智慧家庭，智慧楼宇zwave基于射频短距离通信,速率9.6kbps或40kbps，室内30m-室外100m低速，低成本，低功耗标准不开放，唯一来源sigma designs智能家居，监控和控制蜂窝网络2/3/4GNbiot速率100kbps，1-20km水表，停车，宠物跟踪，垃圾桶，烟感，零售LPWAlora长距离（1-20km），节点数万级，百万级，寿命3-10年，速率0.3-50kbps智慧农业，智能建筑，物流追踪sigfox100bps每天每设备140条消息，每条消息12字节，1-50km低功耗，高容量，可拓展免授权频段智慧家庭，智能电表，移动医疗，远程监控，零售物联网技术-无线传输NBiot特性省电模式NB LoRa对比lLoRa 需要专用网关才能工作，而 NB-IoT 不需要。NB-IoT 的基础设施是直接连接基站和传感器设立的，LoRa 架构需要通过网关来完成。l虽然目前可用的 LoRa 网关很强大，而且通常价格有竞争力，但仍有额外一些硬件需要管理，因此可能是一个潜在的麻烦。而 NB-IoT 根本不需要这些。lLoRa 的生态系统比 NB-IoT 或其他蜂窝物联网通信标准的生态系统要强。lLoRa 已经在许多地区被采纳为物联网网络标准，包括美国、澳大利亚、新西兰、中国台湾地区，荷兰和印度。lNB-IoT 相比之下较新，2017 年初才在西班牙进行商业首秀（爱尔兰也将使用 NB-IoT 网络）。但在未来几年内，NB-IoT 将有很多机会迎头赶上。lLoRa 物联网技术在非授权频谱上工作。由LoRaWAN 支持的应用程序成本低，而且电池性反而得到提升（以后会越来越多）。l与 LoRa 的异步协议不同，NB-IoT 服务是同步的并使用授权频段（LoRa 和 NB-IoT 都使用低于 1GHz 的频段）。频段授权的成本现在并不低每MHz的成本大于 500 美元。电信运营商可以选择在防护频段、4G LTE频谱、或者独立网络中部署NB-IoT。专用用网关网关生生态系系统所需所需频谱应用用匹配匹配例如，LoRaWAN 适合用于需要较低成本、较高电池寿命，不需要频繁通信的应用程序或设备（比如说一天几次）。相比之下，NB-IoT 最适合需要较短的下行延迟并且更频繁通信的应用程序。两种物联网协议都有其独特的价值体现不能互相取代。lNB-IoT 在这方面更强大，其覆盖范围可延长至 18-21 公里，高于 LoRa 提供的 12-15 公里覆盖范围。l然而NB-IO T在城市运作良好，但在郊区或农村地区等没有强大 4G 覆盖的地方表现一般。由于 LoRaWAN 不依赖蜂窝数据或 WiFi，其覆盖范围在所有地区都保持相对稳定。l 由于 NB-IoT 在蜂窝授权频谱上工作，设备必须定时（相对频繁地）进行网络同步，这相应会消耗电量。l 基于 ALOHA 的 LoRa 架构中不需要这样的网络同步。在 LoRa 的异步频段中，终端应用程序精确决定设备的“休眠”时间，因此电池电量可以轻松保存。NB-IoT 的线性发射器需要的“峰值电流”比采用非线性调制的 LoRa 多几个数量级，对电池施加额外压力。l在这方面，NB-IoT 或多或少可以将 LoRa 甩出局。窄带设置中的平均数据速率为 200 Kbps，大约是 LoRa 工具运行的数据速率的 20 倍。lNB-IoT 的较高数据速率使其成为需要更快速数据吞吐量应用程序的理想选择。LoRa 技术做得虽然不错，但 NB-IoT 仍轻松成为“更快速”应用程序的更高效的物联网协议。LoRaWAN 技术市场刚刚成熟，在公共网络中得到广泛接受。LoRaWAN 已经在全球各地部署创建“智慧城市”。虽然 NB-IoT 也在公共领域很受欢迎，但不像 LoRa 一样能在私有企业的专有网络中使用。大型企业可以轻松使用 LoRa 创建混合型物联网模型，建设“智能设施”并同时使用公共网络处理设备外信息和活动。而 NB-IoT 只能用于公共网络模式。NB LoRa对比网网络覆盖覆盖电池池性能性能数据数据速率速率私有私有网网络NB相对优势运维成本：LORA需要自组网，自主维护，运营成本高，NB可以通过基站组网，无需自组网。灵活性：LORA需要专用网关，设备数量少时没有优势。网络覆盖和部署时间表：在中国，lora相应的商业化和产业链的建立还需要更长的时间和努力去探索。NB-IoT标准在中国有自主产权，目前已开始应用，在国内更易推广。安全问题：LoRa工作在1GHz以下的非授权频段，免费频段+公开标准=易受攻击。这虽然有利于LoRa网络的大规模推广，但是却为未来的网络安全埋下隐患。终端：LoRa终端无SIM卡，是弱终端，终端网络认证凭证，没有类似SIM卡的安全存储介质，安全需依赖终端的物理防护，这对于弱终端而言存在极大泄露风险。NB-IoT终端网络认证凭证采用SIM卡存储，提供安全可信存储。厂商：在当前政治环境下，LoRa由美国公司独家私有技术垄断，这无论从国家和IoT产业链，还是公司利益而言，都存在芯片被禁售、支付高昂专利费、数据被窃取、网络被控制等潜在巨大的技术和国家安全风险。NB-IoT属于3GPP开放标准体系，技术专利由多家公司提供，且芯片供应厂家众多（有14家），技术可天然演进到5G，因此技术和国家安全风险很低。边缘计算p接入：各种协议数据格式形成标准统一模型p计算：处理，计算，暂存 p清洗：原始数据加工，提炼有效信息上传在靠近终端的网络边缘节点上,提供连接、计算、存储、控制与应用功能,满足用户实时、智能、安全和数据聚合等需求。商业价值：借助成熟的通信技术,在位于网络边缘的节点上分布式部署计算、存储、安全等能力,把中心节点的计算、存储、通信压力分散到计算能力稍弱的边缘节点,同时实现了服务的低时延、高可靠、低成本,有效地保护了用户的边缘隐私,支持网络从成本中心向商业价值中心的转移。核心价值：支持实时性业务:可以做到ms级的数据实时分析、事件实时响应,支持动态调整路径。支持边缘智能分析处理:业务边缘部署灵活调整,网络自动运维。数据聚合:消除数据碎片化、屏蔽无效噪声、数据按需上传。私有的安全域:包括数据安全、节点安全、网络安全。价值方式边缘计算场景未来酒店未来酒店特点：u设备联动：入楼闸机、房间门、空调、照明、水电等智能联动。u边缘计算：人脸信息、房间号、保洁日历、时间段等全部由边缘网关计算处理。通过边缘网关快速集成本地设备后，边缘网关作为本地节点快速响应本地事件，实现本地M2M的智能联动，实现室内室外一体化的语音智能。边缘计算场景风力发电风力发电在风力发电机组本地网络中，部署边缘计算网关，实时采集机组数据。在本地处理采集的数据后，先将数据上传至阿里云MaxCompute，再使用大数据训练模型后，对发电参数，如风向灵敏度、启动延时参数等做优化。将模型转化为算法或者规则导入本地边缘节点，自动调整风电机组参数，提高机组发电性能。特点：u数据实时采集：多机组多数据点同时采集。u大数据处理：数据上传至阿里云后，使用大数据训练模型。u即时反馈：算法或规则导入本地边缘节点后，实时自动调整机组参数，实现最优化生产。物联网与其他热点技术的关系嵌入式物联网物联网设备端开发属于典型嵌入式开发物联网得益于嵌入式技术的大发展物联网是目前及未来嵌入式开发的主战场物联网将为大数据系统提供数据来源，设备终端将成为大数据的主要反馈应用节点物联网将成为大数据的主要应用场景大数据的数据挖掘会拓展物联网的商业价值大数据技术会成为物联网云端和应用端的一部分物联网云平台开发属于典型云计算开发范畴物联网将是云计算技术的主要应用领域物联网将驱动云计算技术的进步和更快发展云计算大数据人工 智能人工智能让物联网实现AIOT,从感知到认知物联网帮助人工智能收集大量学习样本物联网将成为人工智能技术的主要应用场景，案例：人脸识别过站闸机、无人售货等感知层平台层应用层目录02 物联网云平台物联网云平台01 物联网架构和相关技术物联网架构和相关技术03 物联网设备端开发物联网设备端开发1协议23华为oc平台阿里物联网平台MQTT协议lMessage Queuing Telemetry Transport Protocol,消息队列遥测传输协议l一种基于轻量级代理的发布/订阅模式的消息传输协议,能够提供有序、可靠的双向网络连接l以极少的代码和有限的带宽,为远程设备提供实时可靠的消息服务l作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议,在物联网中应用广泛订阅者:某些设备对特定的信息感兴趣,并希望订阅它,这些设备就叫订阅者发布者:负责为其他设备生成数据的就叫发布者代理:负责将来自发布者的消息进行存储处理,并将这些消息发送到正确的订阅者中去发布者订阅者发布消息推送消息订阅消息代理CoAP协议华为云架构华为云业务使能华为云业务使能华为云业务使能设备连接演示华为云华为云LiteOsHuawei LiteoS是华为面向loT领域,构建的轻量级物联网操作系统,遵循BSD-3开源许可协议,大幅降低设备布置及维护成本,有效降低开发门槛、缩短开发周期。LiteoS开源项目目前支持ARM Cortex-Mo,Cortex-M3,Cortex-M4,Cortex-M7等芯片架构。应用场景：智能家居个人穿戴车联网城市公共服务制造业等领域华为云LiteOs阿里云阿里云架构阿里云规则引擎阿里云接入设备接入方式介绍使用阿里云官方提供的设备端SDK运行AliOS-Things物联网操作系统使用阿里云认证的通信模组使用开源MQTT,CoAP和HTTP协议自行开发vscode安装 在扩展中搜索alios-studio 安装 C C+插件python2.7.14 安装完成后可以cmd查询 python-V pip-V 版本 pip install-user setuptools 下载安装工具 pip install-user wheel wheel是编译后的文件 可以直接安装 相对于source pip install-user aos-cube 安装alios 包含gnu 虚拟接入vscode:查看 控制台 终端建立进入文件夹 npm install-save aliyun-iot-device-sdkAlios Things传统硬件/设备开发商l实现企业自用物联网硬件产品的开发。如物联网水质监控设备,物联网农业灌溉设备。l实现可二次开发的智能硬件的开发或定制。互联网IOT应用开发者l向传统厂商定制智能硬件,并通过ALIOS提供的标准接口进行二次开发,形成支撑物联网应用的硬件产品。AliOS Things是运行于智能硬件设备内的一种平台型软件软件。针对所适配的不同硬件资源和功能需求,Alios Things分为RTOS版本和Linux版本两个不同的分支,用于服务不同的应用场景。针对对象极简开发基于Linux之上的轻量虚拟化环境，开发者直接在 Linux 平台上开发硬件无关的 IoT 应用和软件库，使用GDB/Valgrind/SystemTap 等 PC 平台工具诊断开发问题提供 IDE，支持系统/内核行为 Trace,Mesh 组网图形化显示通过 Alink 与阿里云计算 IoT 服务无缝连接彻底全面的安全保护提供系统和芯片级别安全保护支持可信运行环境(支持 ARMV8-M Trust Zone)支持预置 ID2 根身份证和非对称密钥以及基于 ID2 的可信连接和服务目录02 物联网云平台物联网云平台01 物联网架构和相关技术物联网架构和相关技术03 物联网设备端开发物联网设备端开发1ARM架构2Linux 系统介绍3开发流程操作系统 ARM即英国ARM（Advanced RISC Machines），ARM公司只对外提供ARM内核，各大厂商（Atmel、TI、飞思卡尔、NXP、ST、和三星等）在授权付费使用ARM内核的基础上研发生产各自的芯片，促进了嵌入式和移动端ARM，CPU的发展。ARM架构对比介绍：对比介绍：ARM 微处理器目前包括下面几个系列，除了具有ARM 体系结构的共同特点以外，每一个系列的 ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。其目前有Classic系列、Cortex-M系列、Cortex-R系列、Cortex-A系列和Cortex-A50系列5个大类。Classic系列：该系列处理器由三个子系列组成：ARM7系列：基于ARMv3或ARMv4架构。ARM9系列：基于ARMv5架构。ARM11系列：基于ARMv6架构Cortex-M系列：该系列处理器包括Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4共5个子系列。该系列主要针对成本和功耗敏感的应用，如智能测量、人机接口设备、汽车和工业控制系统、家用电器、消费性产品和医疗器械等。Cortex-R系列：该系列处理器包括Cortex-R4、Cortex-R5、Cortex-R7共3个子系列。面向如汽车制动系统、动力传动解决方案、大容量存储控制器等深层嵌入式实时应用。Cortex-A系列：该系列处理器包括Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A12和Cortex-A15共6个子系列，用于具有高计算要求、运行丰富操作系统及提供交互媒体和图形体验的应用领域，如智能手机、平板电脑、汽车娱乐系统、数字电视等。Cortex-A50系列：基于ARMv8架构，允许在32位和64位之间进行完全的交互操作。ARM架构ARM处理器最主要的特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。具体来说包括以下几个方面：l体积小、低功耗、低成本、高性能;l支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件;l大量使用寄存器，并且大多数数据操作都在寄存器中完成，指令执行速度更快;l寻址方式灵活简单，执行效率高;l指令长度固定，可以通过多流水线方式提高处理效率缺点：ARM要在性能上接近X86，频率就要比X86处理器高，这就会造成高能耗。优点：物联网最大价值之一就是通过大量的传感器收集所需数据，通过对这些数据进行计算后再提取有价值的数据，因此物联网的首要前提就是广泛的智能终端设备与传感器的连接。芯片是实现物物相连的关键，物联网的芯片偏重于解决低功耗、高整合度，低功耗连接使开发人员能够为功耗受限的设备添加更多功能，同时保持尺寸小巧，从而扩大了其应用可能性。添加集成度越来越高的元件，通过即插即用方案简化新应用的开发，快速将新设备推向市场。而这些恰恰正是ARM的优势。物联网操作系统出于成本或者定制化的需求，开发者往往更青睐开源的物联网操作系统。开源系统可以大致分为两大类：一类是基于Linux系统改造的物联网OS，如uCLinux、谷歌的Brillo、华为的Lite OS等；一类是非Linux类物联网OS，由开源社区或商业公司按照某种开源许可独立设计实现，如uCOS、FreeRTOS、mbed等。从技术层面看，物联网操作系统仍处在研发阶段，至今尚无一个比较完善的可商业应用的物联网标准操作系统，物联网时代最大的问题之一就在于沟通，不同设备之间不同标准的沟通、软件与硬件的沟通。物联网操作系统ARMmbed 操作系统是一种专为物联网(IoT)中的“物体”设计的开源嵌入式操作系统。该操作系统包含基于ARM Cortex-M 微控制器开发连接产品所必需的全部功能，非常适合涉及智能城市、智能家庭和穿戴式设备等领域的应用程序。简单来说，Mbed 是一个开发平台，一个基于ARM cortex M 系列的单片机开发平台。主要特点：开发速度快，功能强大，安全性高，为了量产化而设计，可离线开发，也可以在网页上编辑。Android Things 是谷歌为Google Brillo 更改名称后的新版系统，后者是谷歌在2015年宣布的一款物联网操作系统。尽管Brillo 的核心是Android 系统，但是它的开发和部署明显不同于常规Android 开发。Brillo 把C+作为主要开发环境，而Android Things 则面向所有Java开发者，不管开发者有没有移动开发经验。从硬件资源的角度来看，Android Things 属于土豪级的系统，动辄上百MB 的内存显然不适合单片机，这也正常，因为它的主要竞争对手其实是Windows 10 IoT。Windows 10 IoT 是面向各种智能设备的Windows 10 版本系列，涵盖了从小的行业网关到大的更复杂的设备（如销售点终端和ATM），种类繁多。结合最新的Microsoft 开发工具和Azure IoT 服务，合作伙伴可以收集、存储和处理数据，从而打造可行的商业智能和有效的业务结果。在构建基于Windows 10 IoT 的解决方案后，合作伙伴将在利用一系列Microsoft技术提供端到端的解决方案时发现更多机会。Linux软件安装虚拟机 vmwareLinux环境：Ubuntu（又称乌班图）是一个以桌面应用为主的开源GNU/Linux操作系统，Ubuntu 是基于Debian GNU/Linux，支持x86、amd64（即x64）、ARM和ppc架构。常用命令ls list 列出当前目录下文件 ls-a /ls l（详细信息）cd 打开文件夹 cd.回到上一层目录touch 创建文件 .隐藏文件 加.可以隐藏该文件pwd 显示工作目录的绝对路径mkdir 创建目录mv 移动文件 文件重命名cp 复制文件 cp r 复制目录rm 删除文件 rmdir 删除目录cat 打印传感器物联网系统中的海量数据信息来源于终端设备，而终端设备数据来源可归根于传感器，传感器赋予了万物“感官”功能，如人类依靠视觉、听觉、嗅觉、触觉感知周围环境，同样物体通过各种传感器也能感知周围环境。且比人类感知更准确、感知范围更广。例如人类无法通过触觉准确感知某物体具体温度值，也无法感知上千高温，也不能辨别细微的温度变化。传感器定义为将物理、化学、生物等信息变化按照某些规律转换成电参量(电压、电流、频率、相位、电阻、电容、电感等)变化的一种器件或装置。u传感器一般由敏感元件敏感元件、转换元件转换元件和基本电路组成。敏感元件是直接感知被测量的元件，将被测量变化转换成该敏感材料特性参数的变化。某些敏感元件为无源器件，无法直接输出电压或电流，所以需要通过转换元件特性参数的变化转换成电压或电流。基本电路将转换元件输出的信号进行放大、整形及编码输出。u传感器种类繁多，按照被测量类型可分为温度传感器、湿度传感器、位移传感器、加速度传感器、压力传感器、流量传感器等。按照传感器工作原理可分为物理性传感器(基于力、热、声、光、电、磁等效应)、化学性传感器（基于化学反应原理）和生物性传感器（基于霉、抗体、激素等分子识别）。以下将简述基于物理性的常见传感器工作原理。开发准备stm32cubemx硬件板子STM32CubeMX是ST意法半导体的主动原创工具。STM32CubeMX集成了一个全面的软件平台，支持STM32每一个系列的MCU开发。这个平台包括 STM32Cube HAL（一个 STM32 的抽象层集成软件，确保STM32 系列最大的移植性），加上兼容的一套中间件（RTOS、USB、TCP/IP 和图形），所有内嵌软件组件附带了全套例程。利用可视化界面来进行STM32p配置，所以时钟、滴答定时器、DMA、串口、GPIO等就不用根据数据手册去操作标准库甚至是寄存器了。STM32CubeMX的特性如下：l1.直观的选择 STM32 微控制器。l2.微控制器图形化配置：l自动处理引脚冲突l动态设置确定的时钟树l可以动态确定参数设置的外围和中间件模式和初始化l功耗预测l3.C代码工程生成器覆盖了STM32 微控制器初始化编译软件，如IAR、KEIL、GCC。l4.可独立使用或作为 Eclipse 插件使用。Keil uVersion 5.0（后文简称为Keil 4.0）是单片机程序开发的集成开发环境（IDE），集成了C编译器、宏汇、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器。Keil uVersion 5.0stm32l476开发流程认证相关谢谢观看