物联网的主要技术有哪些?

物联网的主要技术有哪些?,第1张

传感器技术:价格低廉、性能良好的传感器是物联网应用的基石,物联网的发展要求更准确、更智能、更高效以及兼容性更强的传感器技术。智能数据采集技术是传感器技术发展的一个新方向。信息的泛在化对传感器和传感装置提出了更高的要求。具体如,微型化:元器件的微小型化,要求节约资源与能源;智能化:具备自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等人工智能技术;低功耗与能量获取技术:供电方式为电池、阳光、风、温度、振动等多种方式。\x0d\●设备兼容技术:大部分情况下,企业会基于现有的工业系统建造工业物联网,如何实现工业物联网中所用的传感器能够与原有设备已应用的传感器相兼容是工业物联网推广所面临的问题之一。传感器的兼容主要指数据格式的兼容与通信协议的兼容,兼容关键是标准的统一。目前,工业现场总线网络中普遍采用的如Profibus、Modus协议,已经较好地解决了兼容性问题,大多数工业设备生产厂商基于这些协议开发了各类传感器、控制器等。近年来,随着工业无线传感器网络应用日渐普遍,当前工业无线的WirelessHART、ISA100.11a以及wIA—PA3大标准均兼容了IEEE802.15.4无线网络协议,并提供了隧道传输机制兼容现有的通信协议,丰富了工业物联网系统的组成与功能。\x0d\●网络技术:网络是构成工业物联网的核心之一,数据在系统不同的层次之间通过网络进行传输。网络分为有线网络与无线网络,有线网络一般应用于数据处理中心的集群服务器、工厂内部的局域网以及部分现场总线控制网络中,能提供高速率高带宽的数据传输通道。工业无线传感器网络则是一种新兴的利用无线技术进行传感器组网以及数据传输的技术,无线网络技术的应用可以使得工业传感器的布线成本大大降低,有利于传感器功能的扩展,因此吸引了国内外众多企业和科研机构的关注。\x0d\传统的有线网络技术较为成熟,在众多场合已得到了应用验证。然而,当无线网络技术应用于工业环境时,会面临如下问题:工业现场强电磁干扰、开放的无线环境让工业机器更容易受到攻击威胁、部分控制数据需要实时传输。相对于有线网络,工业无线传感器网络技术则正处在发展阶段,它解决了传统的无线网络技术应用于工业现场环境时的不足,提供了高可靠性、高实时性以及高安全性,主要技术包括:自适应跳频、确实性通信资源调度、无线路由、低开销高精度时间同步、网络分层数据加密、网络异常监视与报警以及设备入网鉴权等。\x0d\●信息处理技术:工业信息出现爆炸式增长,工业生产过程中产生的大量数据对于工业物联网来说是一个挑战,如何有效处理、分析、记录这些数据,提炼出对工业生产有指导性建议的结果,是工业物联网的核心所在,也是难点所在。\x0d\当前业界大数据处理技术有很多,如SAP的BW系统在一定程度上解决了大数据给企业生产运营带来的问题。数据融合和数据挖掘技术的发展也使海量信息处理变得更为智能、高效。工业物联网泛在感知的特点使得人也成为了被感知的对象,通过对环境数据的分析以及用户行为的建模,可以实现生产设计、制造、管理过程中的人一人、人一机和机一机之间的行为、环境和状态感知,更加真实地反映出工业生产过程中的细节变化,以便得出更准确的分析结果。\x0d\●安全技术:工业物联网安全主要涉及数据采集安全、网络传输安全等过程,信息安全对于企业运营起到关键作用,例如在冶金、煤炭、石油等行业采集数据需要长时问的连续运行,如何保证在数据采集以及传输过程中信息的准确无误是工业物联网应用于实际生产的前提。

物联网中低功耗广域网最具有发展力的就是NB-IoT技术和LoRa技术了
第一,频段、服务质量和成本。LoRa工作在1Ghz以下的非授权频段,在应用时不需要额外付费,NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的频段是授权的,是需要收费的。
第二,电池寿命。关于电池寿命方面有两个重要的因素要考虑,节点的电流消耗以及协议内容。LoRa是一种异步的基于ALOHA的协议,也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠;而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网,这样就额外的消耗了电池的电量。
第三,网络覆盖和部署时间表。NB-IoT标准在2016年公布,除网络部署之外,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。LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了,产品也处于“蓄势待发”的状态,同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。
第四,设备成本。对终端节点来说,LoRa协议比NB-IoT更简单,更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了,并且升级版还会接踵而至。
可以去塔石了解一下,他们lora和nb-iot两种技术都有用到

另一家基于蓝牙技术推出的无源物联网方案的公司为Atmosic,是一家创新型无晶圆厂半导体公司,该公司宣称在超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集三大技术方面发力。 其中,超低功耗射频技术是在蓝牙5平台上实现了超低功耗射频功能;射频唤醒技术是为射频提供了轻度休眠模式和深度休眠模式两套感知系统;受控能量收集技术目的是保证功能稳定可用,同时最大限度减少设备和系统对电池电源的依赖。在三大技术支持下,Atmosic目前有两款蓝牙芯片产品,其中其M3系列产品综合应用这三大技术,支持无电池状态下的运行。目前,该公司产品已用于医疗、穿戴设备等领域。

基于WiFi和LoRa的无源物联网创新,笔者在《彻底抛弃电池,5G支持无源物联网,比NB-IoT影响更广泛的技术要来了?》一文中也进行了介绍,主要源于 美国华盛顿大学电子工程学院的研究人员提出了通过对射频信号的反射调制技术来实现无源设备供电和传输数据。 在这一技术指引下,该研究团队研发除了Passive WiFi的无源技术,并进一步将该技术用于LoRa中,实现数百米长距离无源节点传输。

上月, 华为常务董事、ICT产品与解决方案总裁汪涛在一次公开演讲中,提出了面向55G的无源物联网设想,希望5G网络能将无源物联网纳入其中,5G无源物联网的 探索 开始。

虽然无源物联网会带来海量的连接规模,但目前相关技术还并不成熟,接下来可能会经过百家争鸣阶段,随着商用落地,部分技术会形成事实标准,在此之后推动无源物联网规模快速扩展。从目前看,无源物联网发展还是非常分散,正如LPWAN发展历程一样,这一过程也需要很长时间,建立产业生态更为关键。

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我们身边的共享单车即应用了物联网技术,《物联网时代》将物联网定义为:“通过基于互联网协议的分布式云端,将所有的东西都互联起来。”其作者马切伊认为,物联网实际上并不是什么新的发明,它以不同的形式以及存在了10年以上的时间。

连接带来了时代的需求的变化,当世界上有十亿网民的时候,Facebook就自然的出现了。

如果你仔细地观察过去25年里的科技企业,你就会发现变化一直在发生。

每隔3-7年,企业就必须对它们进行重塑。那些错过了一次技术转型的公司如果能迎头赶上的话,那么还有可能重新恢复过来。而那些错过了两次技术转型的公司,则有可能已经消失了。如果你有兴趣的话,可以查看一下50年前标准普尔500强公司的名单,如果统计无误的话,截止到2017年,只有19%的企业现在依然存在。

当我们在网络上看着90后“佛系”“中年人”的话题捧腹大笑的时候,其实我们没有看到这背后透露着的真正原因是:90后们生活在“变的太快”的世界里,太多学习工作生活里的问题他的上一辈甚至前一代人都没有遇到过,他们的迷茫那么大,以至于有些人认为:至于以不变应万变才是“正解”。

而如果我们把这件事扩展的更大一些,无论我们的真实年龄如何,我们都注定属于将遭遇革命性变革的一代人。这也正是马切伊克兰兹(Maciej Kranz)将每一个商业领域正经历“革命性变革”的这一代人叫做“物联网一代”的原因。

什么是物联网?

一个相对繁琐的解释是:

物联网是互联网的一个延伸。互联网的终端是计算机(PC、服务器),我们运行的所有程序都是计算机和网络中的数据处理和数据传输,没有涉及任何其他的终端。而未来,所有物和物之间都可以实现互联。物联网能够让互联网连接对象使用嵌入式传感器进行数据收集和交换的网络,汽车,厨房电器,甚至心脏监视器都可以通过物联网连接。随着物联网在未来几年的发展,更多的电子设备将加入物联网的阵营。

而在《物联网时代》中,物联网有一个更为简单明了的定义,它是“通过基于互联网协议的分布式云端,将所有的东西都互联起来。”其作者马切伊·克兰兹是全球物联网专家,思科公司战略创新集团副总裁。在本书中,他基于思科的工作视野和在全球物联网行业一线的长期实践经验,从数十个他参与实施的物联网案例中,总结出4种已经获得验证的、可以快速回报的场景。顺带提一下,思科公司的主营业务就是物联网。

总的来看,物联网的本质还是互联网,只不过终端不再是计算机(PC、服务器),而是嵌入式计算机系统及其配套的传感器。在这个意义上说,物联网是一个很大的概念。如果单从学科上分解来看的话,它涉及到通信,信号处理,计算机视觉,自动化控制,电路系统,信息融合,无线自组织网络,MEMS传感器设计等等。

可以说,这是计算机科技发展的必然结果,为人类服务的计算机呈现出各种形态,如穿戴设备、环境监控设备、虚拟现实设备等等。只要有硬件或产品连上网,发生数据交互,就叫物联网。实际上,大数据概念最早的提出,也是因为物联网的兴起,传感器接入网络之后,大大增加了可以挖掘的数据量,网络上的数据不但包括社交网络这种来自用户的数据,还有了来自物理世界的数据。

物联网发展速度为什么这么慢?

正如马切伊在他的书中提到的那样,物联网实际上并不是什么新的发明,它以不同的形式以及存在了10年以上的时间。

它的本质便是上个世纪学术界开始兴起传感器网络、自组织及多跳网络(wireless sensor network, ad-hoc network, wireless multi-hop network)。RFID在智能物流上的应用只是最为基本的应用场景,当前的研究远比这个更为复杂。但是,受限于应用场景和技术实现的瓶颈,物联网的发展,其实无法像互联网那样爆发。

首先,现阶段的物联网应用基本都是“锦上添花”的东西,需求性并没有那么强,如可穿戴设备和智能家居,这也就是为什么很多智能硬件叫好不叫座的根本性原因;也正是因为这个原因,商业上也不会出现滴滴打车那样的持续性投入,这又反向钳制了这一技术的商业化发展。

其次,物联网技术上还有很多没有突破。最大的技术瓶颈可能在MEMS传感器的性能和无线传感网的设计实现上。

再有,就是目前在应用上还找不到突破。目前比较活的也就是智能硬件,无人机,工业物联网这块。但是离人类和互联网形成的应用需求还无法相比,目前还没出现。

最终,物联网应用的制约因素还是能源,物联网应用场景的扩展一直在等待电池技术的突破。所以,目前来说物联网首先会在那些对能量要求不是很高的方向首先取得突破,比如智能硬件和工业设备上。

总之,物联网的方向毋庸置疑有着广阔的发展前景,但是当前基础研究和相关技术还有待发展,因此看起来发展缓慢,甚至就是停滞,学术和商业界都在等待一个颠覆性应用可以让“物联网”来一次诈尸。

共享单车中的物联网技术

完全可以想象,物联网的技术前景是广阔的。

实际上,2016年底兴起的共享单车就是一个成功的物联网商业化作品。

看似简单的单车使用过程,包括了物联网技术,人联网技术(移动互联网),自动控制技术,GPS全球定位技术等多个技术领域。但是整体的技术实现并不复杂,并没有涉及到什么创新黑科技。

首先,一辆单车需要以下几样设备参与运作:

•单车上面的智能锁(这个是核心关键,包括了GPS定位模块,GPRS通讯模块,主控芯片,电控锁模块等)

•用户手中的手机和APP

•单车提供商的云服务器(平台)

关键的环节在于单车和云服务器之间的通讯,采用的是老旧的GPRS技术。为什么要用这种落后的2G技术呢? 不使用LTE呢?答案很简单: 省钱省电覆盖好。

共享单车是典型的物联网应用场景,也能很好的克服我们之前说的物联网现存的耗能的问题。它对网络的要求并不是大数据量(它只需要很少很小的几条消息),而且它不需要速度很快(几秒钟的时延,完全可以忍受),它需要很低的功耗和很长的待机时间。

早期阶段,共享单车甚至依靠短信和云服务器进行通信,所以等待解锁的时间比较久,大约需要6-10秒。

还有一个小细节,不知道有没有人遇到过。我曾经用过一次支付宝旗下集成的一款市面上不太流行的单车品牌,扫码之后,手机提示我:锁没电了。这是我第一次意识到,原来单车的锁需要电!?

当然,正因为共享单车智能锁有这么多模块,所以它当然要耗电的。

为什么早期的单车骑起来特别累?除了一些材料和工学设计的原因,也是因为:你在充当人肉发电机。后来,为了改善用户体验,开始流行太阳能充电了。所以,越来越多的单车装上了太阳能发电板(如下图)。

经过过去一年半的迭代和升级,现在市面上所有的单车使用体验相比最早的那一批已经有了质的飞跃。

同时,近些年上市的一些空气净化器,穿戴设备以及家庭环境监控设备也已经完成了一代代的自我迭代和进化,在目前的消费场景下,服务着千家万户,这正是物联网技术未来商业化发展的一个缩影。

如何顺势借力风口,成为一名成功的物联网创业者或者职场精英?

BI Intelligence 预计:到 2020 年,地球上将有超过 240 亿的物联网设备,约为人均 4 台,当我们接近这个阶段时,60 亿美元将流入物联网解决方案,包括应用程序开发,设备硬件,系统集成,数据存储等。然而这些投资在 2025 年将产生 13 万亿美元的效益。

然而正如前面所说的,基于一些目前无法攻关的技术难题,它的商业前景也是复杂的,特别是对于创业者而言,这不是一个好消息。创业者大部分都是小公司,无论多么先进的技术,一旦市场成熟,目前的互联网大鳄公司都可以迅速投入数倍于你的资金,在非常短的时间内模仿你,超过你,压垮你。

而且,目前全世界范围内,也已经有多家物联网平台已经初具规模,比如Amazon Web 服务、Microsoft Azure、ThingWorx 物联网平台、IBM 的沃森、思科物联网云连接、Salesforce IoT 云、Oracle 集成云以及 GE Predix。

因此,物联网行业的创业者应该处理好两个问题。

首先,科技行业想突破垄断,对于微软和IBM这样的大企业而言,是技术积累。对于我们这样的个人或小团队而言,最好的方法是缩小目标客户群体,专注于某一个具体的领域或者攻关一项技术去解决某一个具体的问题。主动缩小目标客群的好处就是大企业不容易来抢市场,而你我们相对容易找到目标客户,最终说服他们买你的产品。

其次,以热门概念 *** 作以达到融资目的,而从不关心成本和收入是最错误的做法。

总结来看,就是组建一个相对小型的团队来维护一款小产品或者一个项目,这样可能反而容易成功,比如团队或项目被大公司收购。

如果你只是想成为一个工作体面收入又高的技术工作者和相关从业者,有一条相对明确的职业发展方向可以借鉴:学Java,去一家当地比较有名的计算机类企业应聘;取得一定成绩后,跳槽至国内一线物联网公司;3-5年后,有机会跳槽去国际一线企业在华公司应聘,如前面所说的这几个大型的物联网平台。如果在继续在里面服务几年,等到物联网技术真正实现商业化爆炸的那一天,你绝对已经可以斩钉截铁向别人介绍说:你好,我是物联网行业的资深行业顾问!就像我们前文提到的《物联网时代》作者马切伊先生一样。

就算不完全复制这条路,普通人想要搭上物联网这班车也不是没有可能的。毕竟,物联网的范围其实极其广泛。无论是大数据分析师、GPS定位还是井下探测,都可以算是物联网的一部分。只不过,程序猿是物联网现阶段发展时期,需求最大平均工资最高的工种而已。

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物联网的关键技术有低功耗广域网(LPWAN)、蜂窝移动(3G/4G/5G)、Zigbee和其他网状协议等。

一、低功耗广域网(LPWAN)

低功耗广域网是物联网中的新现象。该系列技术通过使用小型的、廉价的电池提供长达数年的远程通信服务,旨在支持遍布工业、商业和校园的大规模物联网应用。

低功耗广域网几乎可以连接所有类型的物联网传感器,促进了从远程监控、智能计量和工人安全到建筑物控制和设施管理的众多应用。尽管如此,低功耗广域网只能以低速率发送小块数据,因此更适合于不需要高带宽且不具有时间敏感性的用例。

此外,同样,并非所有低功耗广域网都是一样的。如今,存在许可低功耗广域网技术(NB-IoT、LTE-M)和未经许可低功耗广域网技术(例如MIOTY、LoRa、Sigfox等)。这些技术在关键网络因素中的表现程度各不相同。

二、蜂窝移动(3G/4G/5G)

蜂窝移动网络在消费者市场中根深蒂固,提供了可靠的宽带通信,并支持各种语音呼叫和流视频应用。不利的一面是,它们会带来非常高的运营成本和电力需求。

虽然蜂窝移动网络不适用于大多数由电池供电的传感器物联网应用,但它们却非常适合特定的使用情形,例如交通和物流中的联网汽车或车队管理。此外,像车载信息娱乐系统、交通路线、高级驾驶辅助系统(ADAS)以及车队远程信息处理和跟踪服务都可以依靠无处不在的高带宽蜂窝移动网络。

具有高速和超低延迟的下一代移动网络5G将成为自动驾驶汽车和增强现实(VR)的未来。预计5G还将实现用于公共安全的实时视频监控、用于互联健康的医疗数据集的实时移动传输,以及一些对时间敏感的工业自动化应用。

三、Zigbee和其他网状协议

Zigbee是一种短距离、低功耗无线技术(IEEE 802154),通常部署在网状拓扑中,以通过在多个传感器节点上中继传感器数据来扩展覆盖范围。与低功耗广域网相比,zigbee提供了更高的数据速率,但同时由于网格配置而降低了能耗效率。

由于它们的物理距离短(《100m),Zigbee和类似的网状协议(例如Z-Wave、Thread等)最适合节点分布均匀且非常接近的中程物联网应用。通常,Zigbee是WI-FI的完美补充,适用于智能照明、暖通空调控制、安全和能源管理等各种家庭自动化应用。

物联网的三项关键技术与领域包括,关键技术:传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术。领域:公共事务管理(节能环保、交通管理等)、公众社会服务(医疗健康、家居建筑、金融保险等)、经济发展建设(能源电力、物流零售等)。

“物联网”的概念是在 1999 年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。也就是说,物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。

2005 年国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005物联网》, 报告指出, 无所不在的“物联网”通信时代即将来临, 世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

2008年3月在苏黎世举行了全球首个国际物联网会议“物联网 2008”, 探讨了“物联网”的新理念和新技术与如何将“物联网”推进发展的下个阶段 。

第一,频段。LoRa工作在1GHz以下的非授权频段,在应用时不需要额外付费,NB-IoT和蜂窝通信使用1GHz以下的频段是授权的,是需要收费的。
第二,电池供电寿命。LoRa模块在处理干扰、网络重迭、可伸缩性等方面具有独特的特性,但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量。NB-IoT出于对服务质量的考虑,不能提供类似LoRa一样的电池寿命。
第三,设备成本。对终端节点来说,LoRa协议比NB-IoT更简单,更容易开发并且对于微处理器的适用和兼容性更好。同时低成本、技术相对成熟的LoRa模块已经可以在市场上找到了,并且还会有升级版本陆续出来。
第四,网络覆盖和部署时间表。NB-IoT标准在2016年公布,除网络部署之外,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。LoRa的整个产业链相对已经较为成熟了,产品也处于“蓄势待发”的状态,同时全球很多国家正在进行或者已经完成了全国性的网络部署。

核心技术大概包括:
1) 感知:传感器技术(精度、功耗等);
2) 传输:无线传输技术(低功耗、自适应、时延、广域、接入量等);
3) 应用:数据处理(云计算、数据挖掘、多标准接口等)、信息安全
难题主要是:
1) 技术成熟度不够,例如电池、RFID、通讯等,虽然发展比较快,但仍然有或多或少的缺陷;
2) 缺乏统一规范,大家都在做,但是没有统一规范导致互相很难兼容,所以难以大规模铺开;
3) 相关产品还不够多,现在虽然概念比较火,不过具体到产品上仍然缺乏能够普遍使用的。


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