物联网的体系目前还未完全形成,需要一些应用形成示范,更多的传统行业的物联网应用后才能基本形成,但是,目前物联网的体系的雏形已经形成,物联网基本体系具有典型的层级特性,一个完整的物联网系统一般来说包含以下五个层面的功能:
1、信息感知层
该层的主要任务是将大范围内的现实世界的各种物理量通过各种手段,实时并自动化的转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。
物联网所采集的信息主要有如下种类:
● 传感信息:如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体征等;
● 物品属性信息:如物品名称、型号、特性、价格等;
● 工作状态信息:如仪器、设备的工作参数等;
● 地理位置信息:如物品所处的地理位置等;
信息采集层的主要任务是对各种信息进行标记,并通过传感等手段,将这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集,将其转化为可供处理的数字化信息。
信息采集层涉及的典型技术如:RFID(射频识别)、各种传感器等。
2、信息汇聚层
该层的主要任务是将信息采集层采集到的信息,通过各种网络技术进行汇总,将大范围内的信息整合到一起,以供处理。
信息汇总层涉及的典型技术如:Ad-hoc(多跳移动无线网络),传感器网络,Wi-Fi等。
3、信息处理层
该层的主要任务是将信息汇总层汇总而来的信息,进行分析和处理,从而对现实世界的实时情况形成数字化的认知。
信息处理层典型的技术如:GIS(地理信息系统)[k1] 、ERP(企业资源管理计划)
4、运营层
该层主要任务是开展物联网基础信息运营与管理,是网络基础设施与架构的主体。目前运营层主要由中国电信、中移动、广电网等基础运营商组成,从而形成中国物联网的主体架构
5、应用层
主要是物联网在各个行业的垂直应用层面,物流行业就是一个主要的应用行业。内核尺寸伸缩性强,能够适应不同配置的硬件平台。比如,一个极端的情况下,内核尺寸必须维持在10K以内,以支撑内存和CPU性能都很受限的传感器,这时候内核具备基本的任务调度和通信功能即可。在另外一个极端的情况下,内核必须具备完善的线程调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议、图形用户界面等功能,以满足高配置的智能物联网终端的要求。这时候的内核尺寸,不可避免的会大大增加,可以达到几百K,甚至M级。这种内核尺寸的伸缩性,可以通过两个层面的措施来实现:重新编译和二进制模块选择加载。重新编译措施很简单,只需要根据不同的应用目标,选择所需的功能模块,然后对内核进行重新编译即可。这个措施应用于内核定制非常深入的情况下,比如要求内核的尺寸达到10K以下的场合。而二进制模块选择加载,则用在对内核定制不是很深入的情况。这时候维持一个 *** 作系统配置文件,文件里列举了 *** 作系统需要加载的所有二进制模块。在内核初始化完成后,会根据配置文件,加载所需的二进制模块。这需要终端设备要有外部存储器(比如硬盘、Flash等),以存储要加载的二进制模块;
内核的实时性必须足够强,以满足关键应用的需要。大多数的物联网设备,要求 *** 作系统内核要具备实时性,因为很多的关键性动作,必须在有限的时间内完成,否则将失去意义。内核的实时性包涵很多层面的意思,首先是中断响应的实时性,一旦外部中断发生, *** 作系统必须在足够短的时间内响应中断并做出处理。其次是线程或任务调度的实时性,一旦任务或线程所需的资源或进一步运行的条件准备就绪,必须能够马上得到调度。显然,基于非抢占式调度方式的内核很难满足这些实时性要求;
内核架构可扩展性强。物联网 *** 作系统的内核,应该设计成一个框架,这个框架定义了一些接口和规范,只要遵循这些接口和规范,就可以很容易的在 *** 作系统内核上增加新的功能的新的硬件支持。因为物联网的应用环境具备广谱特性,要求 *** 作系统必须能够扩展以适应新的应用环境。内核应该有一个基于总线或树结构的设备管理机制,可以动态加载设备驱动程序或其它核心模块。同时内核应该具备外部二进制模块或应用程序的动态加载功能,这些应用程序存储在外部介质上,这样就无需修改内核,只需要开发新的应用程序,就可满足特定的行业需求;
内核应足够安全和可靠。可靠性就不用说了,物联网应用环境具备自动化程度高、人为干预少的特点,这要求内核必须足够可靠,以支撑长时间的独立运行。安全对物联网来说更加关键,甚至关系到国家命脉。比如一个不安全的内核被应用到国家电网控制当中,一旦被外部侵入,造成的影响将无法估量。为了加强安全性,内核应支持内存保护(VMM等机制)、异常管理等机制,以在必要时隔离错误的代码。另外一个安全策略,就是不开放源代码,或者不开放关键部分的内核源代码。不公开源代码只是一种安全策略,并不代表不能免费适用内核;
节能省电,以支持足够的电源续航能力。 *** 作系统内核应该在CPU空闲的时候,降低CPU运行频率,或干脆关闭CPU。对于周边设备,也应该实时判断其运行状态,一旦进入空闲状态,则切换到省电模式。同时, *** 作系统内核应最大程度的降低中断发生频率,比如在不影响实时性的情况下,把系统的时钟频率调到最低,以最大可能的节约电源。
物联网平台指AloT产业链中负责连接的网络,承担着将终端设备、边缘、云端连接起来的职责。随着AloT产业发展,物联网设备数量快速增加,设备种类、设备应用场景日益丰富,更灵活的无线网络连接能力将是市场的必然选择。
目前全球有超过 600 多家物联网平台,物联网平台参与主体数量有很多,主要可以区分为通信厂商、互联网厂商、IT 厂商、工业厂商、物联网厂商、新锐企业。每种类型平台功能特点略有不同。
通信厂商主要包括运营商和通信设备供应商。如ctwing物联网市场,联通物联,中移物联,主要特点是汇聚电信能力和互联能力,向合作伙伴提供统一规范的服务。以ctwing为例,将物联网与5G、AI 、边缘计算、区块链、大数据等新技术深度融合,并基于中国电信CTWing50打造的物联网一站式购物平台,成为中国电信物联网产业生态的汇集地,提供丰富的5G、芯片模组、应急消防、安防监控、追踪定位、智慧能源、智慧农业、智慧养老等细分行业的产品服务,为合作伙伴提供产品快速上架通达省市的渠道。
互联网厂商主要包括阿里巴巴、腾讯、百度、京东等企业,这类企业在生态构筑和 AI 技术上有优势。如阿里云提供云管边端等基础产品接入及技术赋能、行业解决方案合作与实施、软硬件销售、营销推广、需求对接等快速商业变现通道。
IT 厂商主要包括浪潮、IBM、中国通服等企业,这类企业在 IT 方面有深刻理解。如用友利用物联网、AI、数字孪生等技术搭建的平台,拥有精智物联平台、精智云盒、精智时序数据库YonTimesDB+流式计算引擎、精智数据魔方、精智工业大脑等产品。
工业厂商则包括富士康、三一集团、施耐德电气、西门子、徐工集团等工业企业为主,平台以工业垂直能力为主。如通用电气是连接机器、数据、人员以及其他资产,使用分布式计算、大数据分析、资产数据管理和 M2M 通信的领先技术,提供广泛的工业微服务,使企业能够提供生产力。
物联网厂商平台主要根植于物联网时代,为物联网而生的平台企业,主要包括创通联达、联想懂的通信、涂鸦智能、小匠物联、萤石云等。如联想采用互联网云平台架构设计,依托物联网、机器视觉识别等技术,接入感知设备采集用户侧数据,建立统一的数据中心和设备管理中心,形成统一的应用服务中台,提升了设备状态感知。
新锐企业大多由 IT、OT、CT 领域经验丰富的专家建立,往往专注在某个领域。如瀚云工业物联网平台面向制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,支撑制造资源泛在连接、d性供给、高效配置。
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