通信网络是如何组建的,具体的网络架构是怎样?(从大的宏观方面讲,谢谢)

通信网络是如何组建的,具体的网络架构是怎样?(从大的宏观方面讲,谢谢),第1张

网络从大到小:
物联网------英特网------广域网------城域网------局域网(电话网现在也已经融入到了物联网了,和英特网接轨了)
网络架构:(数据通信原理的角度)
现在基本都是基于AS的模式,即用户和服务器。即我们平时上网,我们的电脑就是客户机,比如你登陆到百度,那么百度那边就是服务器。网络通信是建立在分层的基础之上。
OSI开放系统互连模型有七层:
物理层---数据链路层---网络层---传输层---会话层---表示层---应用层
OSI模型只是一个标准,现在比较流行的事TCP/IP模型:
接口层---网际层-传输层---应用层。
上面两个模型都有它的局限性,现在的网络可以划分出这样一个理想的模型:
物理层---数据链路层---网络层---传输层---应用层
像集线器是工作在第一层,即物理层,网桥工作在第二层,交换机也是第二层,路由器是第三层,即网络层,而功能更强大的网关工作在这三层以上。
怎么说呢,网络是个很深的东西,不像单纯的硬件,或是软件,要想在网络通信方面有点建树,软件要会,硬件也要会,并且计算机网络也必须过关,这样才有可能学好网络。。。

智能家居自动化和物联网正在引起信息产业的广泛关注。随着越来越多的智能家居和网络化设备的出现,人们的日常生活变得更加简单、美好和舒适。智能家居改变了人们的生活方式。比如实际进屋前怎么开空调?在厨房准备晚餐的时候,打开Alexa播放人们喜欢的音乐,得到天气预报?智能家居自动化可以做得更多,它已经成为我们生活的未来。预计全球智能家居市场将达到400亿美元左右。现在,这些智能家居设备从智能水壶、冰箱和烘干机到空调和一系列安全和安保设备,如报警系统和电路安全摄像头。

易用性和便利性使智能家居系统极具吸引力,通过它们的互连,管理更多 *** 作变得更加容易。借助物联网智能家居设备,可以轻松降低能耗和成本,同时节省时间。人们在应用物联网智能家居时面临的主要问题之一是成本高。相对于未连接的设备来说,他们非常高,所以在选择支持物联网的设备时,他们总是犹豫不决。毫无疑问,虽然物联网设备一开始很贵,但未来会节约成本和能源。这是一个需要考虑的重要因素。为了方便,人们分享他们的数字足迹。在使用智能家居技术时,我们开始分享物理足迹。但是,如果设备损坏,后果将是致命的。获取他们的数字足迹甚至可能比泄露社会安全号码更糟糕。安全和隐私将在塑造这个行业中发挥关键作用。

集成将对智能家居技术产生积极或消极的影响。未来对人工智能驱动的设备不会有误解。智能家居应该能知道主人离开房间的时候什么时候关灯,通过面部识别开锁等等。在2019年及以后,将会有更多的集成来支持智能家居的所有者。安全摄像头的使用越来越多,人们正在使用它来监控自己的财产。通过人工智能的适当整合,可以自动获得威胁报警,如果出现问题,会主动提醒人们控制局面。这对远程视频监控影响很大。从业主的角度来看,他们会很乐意采用新的方法来监控家庭财产。如今,对房屋和财产的监控变得非常重要。 *** 作电气设备也是好事,因为现在越来越多的人用电气设备做大部分家务。

物联网智能家居解决方案将改变人们的生活方式。这种情况的一些重要方式是:节省时间:大多数智能家居产品都是为了让人们从琐事中解脱出来而设计的。通过摆脱单调的日常工作,人们将有更多的时间专注于其他重要的活动。省钱:使用物联网可以节省房屋运营成本。人们可以使用智能电网集成,以便监控功耗最大的设备,从而节省能源。你甚至可以控制照明和加热。提高生活质量:通过使用物联网支持的智能家居自动化解决方案,可以让家成为压力更小、成本更低的地方。结论并非每个家庭用户在采用物联网方面都取得了进步。很多人还是需要在最基础的层面上升级技术。不管这些新技术的发展如何,智能家居自动化不仅涉及娱乐,还涉及到与我们日常生活相关的其他重要方面。它有可能改变人们的生活。

随着信息社会的发展,网络和信息家电已越来越多地出现在人们的生活之中,而这一切发展的最终目标都是给人类提供一个舒适、便捷、高效、安全的生活环境。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。近年来,国际上许多大公司提出了相应的解决方案,但迄今为止,这一领域的国际标准尚未成熟,各国正努力研制适合于本国国情的智能家居系统。国防科大嵌入式Internet和智能家居系统研发小组通过对这一领域相关技术的研究和探索,提出了一种适合中国国情的智能家居及嵌入式Internet解决方案。智能家居系统的提出和实现不仅会带来普通居民用户家庭生活方式上的变革,而且将波及工业控制等许多与Internet相关的嵌入式应用领域。而以智能家居为最基本构成单元的一个有序化网络体系结构的诞生则会为Internet注入新的生机和活力。 智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、 智能家居-系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
智能家居物联网的定义及简介 智能家居物联网是一个居住环境,是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境,实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。
智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同,大多数智能家居系统都采用综合布线方式,但少数系统可能并不采用综合布线技术,如电力载波,不论哪一种情况,都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务,因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术,在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术,广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中,对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术,体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。
又称智能住宅。通俗地说,它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备,比如,通过家触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备,更可以执行场景 *** 作,使多个设备形成联动;另一方面,智能家居内的各种设备相互间可以通讯,不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行,从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。 智能家居系统包含的主要子系统有:家居布线系统、家庭网络系统、智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与
智能家居-单户系统图
多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。其中,智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统,家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。
在智能家居系统产品的认定上,厂商生产的智能家居(智能家居系统产品)必须是属于必备系统,能实现智能家居的主要功能,才可称为智能家居。因此,智能家居(中央)控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统都可直接称为智能家居(智能家居系统产品)。而可选系统都不能直接称为智能家居,只能用智能家居加上具体系统的组合表述方法,如背景音乐系统,称为智能家居背景音乐。将可选系统产品直接称作智能家居,是对用户的一种误导行为。
在智能家居环境的认定上,只有完整地安装了所有的必备系统,并且至少选装了一种及以上的可选系统的智能家居才能称为智能家居。
家居布线系统
对于一个智能住宅需要有一个能支持语音/数据、多媒体、家庭自动化、保安等多种应用的布线系统,这个系统也就是智能化住宅布线系统。
家庭安防系统
家庭安防系统包括如下几个方面的内容:
门磁开关、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外微波探测报警等。
智能家居物联网能实现的功能和提供的服务:
1、始终在线的网络服务,与互联网随时相连,为在家办公提供了方便条件。
2、安全防范:智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。一旦出现警情,系统会自动向中心发出报警信息,同时启动相关电器进入应急联动状态,从而实现主动防范。
3、家电的智能控制和远程控制,如对灯光照明进行场景设置和远程控制、电器的自动控制和远程控制等。
4、交互式智能控制:可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能;通过各种主动式传感器(如温度、声音、动作等)实现智能家居的主动性动作响应。
5、环境自动控制。如家庭中央空调系统。
6、提供全方位家庭娱乐。如家庭影院系统和家庭中央背景音乐系统。
7、现代化的厨卫环境。主要指整体厨房和整体卫浴。
8、家庭信息服务:管理家庭信息及与小区物业管理公司联系。
9、家庭理财服务。通过网络完成理财和消费服务。
10、自动维护功能:智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服务网站上自动下载、更新驱动程序和诊断程序,实现智能化的故障自诊断、新功能自动扩展。
中国智能家居物联网与智能小区的关系
智能家居可以成为智能小区的一部分,也可以独立安装。
中国人口众多,城市住宅也多选择密集型的住宅小区方式,因此很多房地产商会站在整个小区智能化的角度来看待家居的智能化,也就出现了一统天下、无所不包的智能小区。欧美由于独体别墅的居住模式流行,因此住宅多散布城镇周边,没有一个很集中的规模,当然也就没有类似国内的小区这一级,住宅多与市镇相关系统直接相连。这一点也可解释为什么美国仍盛行ADSL、Cable Modem等宽带接入方式,而国内光纤以太网发展如此迅猛。因此欧美的智能家居多独立安装,自成体系。而国内习惯上已将它当作智能小区的一个子系统考虑,这种做法在前一阶段应该是可行的,而且是实用的,因为以前设计选用的智能家居功能系统多是小区配套的系统。但智能家居最终会独立出来成为一个自成体系和系统,作为住宅的主人完全可以自由选择智能家居系统,即使是小区配套来统一安装,也应该可以根据需要自由选择相应产品和功能、可以要求升级、甚至你对整个设计不感兴趣,完全可以独立安装一套。我们的观点是,智能家居实施其实是一种“智能化装修”,智能小区只不过搭建了大环境、完成了粗装修,接下来的智能化“精装修”要靠自己来实施。
主流的智能家居
主要品牌
易居智能家居Easyhouse
北京易至居
安明斯
KOTI智能家居
韩国现代
AVTRONSYS艾维创
美国Honeywell
意大利Dada Home
美国快思聪
法国VITY
长城智能家居
海尔U-home
上海索博
霍尼韦尔普力特
深圳波创
安居宝
瑞讯
厦门振威
尼科
奉化向往
重庆思想家智能家居
济南睿正家电子产品
实现智能家居智能化的系统的组成
所谓的家庭智能化就是通过家居智能管理系统的设施来实现家庭安全、舒适、信息交互与通信的能力。家居智能化系统由如下三个方面组成:
(1)家庭安全防范(HS);
(2)家庭设备自动化(HA);
(3)家庭通讯(HC)。
在建设家居智能化系统时,依据我国有关标准,具体提出了如下的基本要求:
(1)应在卧室、客厅等房间设置有线电视插座;
(2)应在卧室、书房、客厅等房间设置信息插座;
(3)应设置访客对讲和大楼出入口门锁控制装置;
(4)应在厨房内设置燃气报警装置;
(5)宜设置紧急呼叫求救按钮;
(6)宜设置水表、电表、燃气表、暖气(有采暖地区)的自动计量远传装置。
智能家居控制功能及方式
遥控功能
不论在家里的哪个房间,用一个遥控器便可控制家中所有的照明、窗帘、空调、音响等电器。例如,看电视时,不用因开关灯和拉窗帘而错过关键的剧情;卫生间的换气扇没关,按一下遥控器就可以了。遥控灯光时可以调亮度,遥控音响时可以调音量,遥控拉帘或卷帘时,可以调行程,遥控百页帘时可以调角度。
集中控制功能
使用集中控制器,不必专门布线,只要将插头插在220V电源插座上,就可控制家里所有的灯光和电器,一般放在床头和客厅。可以在家里不同的房间有多个集中控制器。躺在床上,就可控制卧室的窗帘、灯光、音响及全家的电器。控制灯光时可以调亮度,控制音响时可以调音量,控制拉帘或卷帘时,可以调行程,控制百页帘时可以调角度。 这种集中控制器,其控制指令的数据传输是利用电力线载波,也就是利用给电器供电的交流110V或220V 电力线进行数据传输。这种利用电力线载波控制,相对于红外线遥控,或无线载波遥控来说更具有优势。红外线遥控不能穿越墙壁等非透明物体,控制距离短;无线载波遥控虽然能够穿越墙壁,但由于受各国政府对业余无线频段使用控制,功率很小,传输距离很近,对于居住面积较大的家庭,尤其是复式楼层、Townhouse或别墅住宅,无线遥控就显得无能为力。虽然有些家居系统采用家庭无线中继放大系统进行传输,但会加大硬件成本,而电力线载波传输就可以弥补红外线遥控和无线射频遥控的不足,同时也无需布线,只要在每个控制器和接受器加上电力线载波调制解调器就能进行双向数据传输。
感应开关
在卫生间、壁橱装感应开关、有人灯开、无人灯灭。
网络开关的网络功能
一个开关可以控制整个网络,整个网络也可以控制任意一个(组)灯或电器。其控制对象可以任意设置和改变,轻松实现全开全关,场景设置,多控开关等复杂的网络 *** 作功能。门厅的T型网络开关可设成全开全关键、及门厅灯的开关;出门时不必每个房间检查一遍,只要按一个键就可以将所有的灯和电器关闭,需要时也可按一个键打开所有的灯。客厅的T型网络开关可设成场景设置键,按一个键开一组灯,不必逐一打开。也可配合全宅音响、空调、窗帘等进行复杂的场景设置。T型网络开关也是可变开关,它的控制对象可以随意设置,今天是窗帘的开关,明天可以将它设为音响的开关。同时T型网络开关还是多控开关,传统开关最多只能在两处实现对同一对象的控制(双控开关),使用T型网络开关,可以在任意多处对同一对象进行控制。控制灯光时可以调亮度,控制音响时可以调音量,控制拉帘或卷帘时,可以调行程,控制百页帘时可以调角度。
网络开关的本地控制功能
所有的灯和电器都可使用墙上的网络开关进行本地开关控制;既实现了智能化,又考虑到多数人在墙上找开关的习惯。开灯时,灯光由暗渐渐变亮,关灯时,灯光由亮渐渐变暗,避免亮度的突然变化刺激眼睛,给眼睛一个缓冲,保护人眼;避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击,保护灯泡,延长使用寿命;无论通过遥控还是本地开关均可调光, 网络开关能够记忆设定好亮度,下次开灯时自动恢复。
电话远程控制功能
电话应答机将家里和外界连成了网络,在任何地方,都可以使用电话远程控制家中的电器产品,例如,开启空调、关闭热水器,甚至在度假时,将家中的灯或窗帘打开和关闭,让外人觉得家中有人。电话应答机本身也是一个八位的集中控制器,放在床头柜上,只要将插头插在220V电源插座上,就可已在床上控制家里所有的灯光、电器和窗帘等等,也有调光功能。
网络型空调及红外线控制
网络型空调控制器将空调的控制连到整个网络中来,可以使
下雨自动关窗
用电话来远程控制空调,也可以使用无线遥控器在楼下将楼上的空调启动和关闭,集中控制器、定时控制器、网络开关、无线感应开关等等也都可以控制空调了。
网络型窗帘控制器
网络型窗帘控制器将窗帘的控制连到整个网络中来,控制拉帘或卷帘时,可以调行程,控制百页帘时可以调角度。不仅可以使用本地开关来控制窗帘,还可以使用电话来远程控制窗帘,也可以使用无线遥控器在楼下将楼上的窗帘打开和关闭,集中控制器、定时控制器、网络开关、无线感应开关等等也都可以控制窗帘了。
可编程定时控制
定时控制器可以对家中的固定事件进行编程,例如,定时开关窗帘,定时开关热水器等等,电视、音响、照明、喂宠物等均可设定时控制。定时控制器本身也是一个八位的集中控制器,放在床头柜上,只要将插头插在220V电源插座上,就可已在床上控制家里所有的灯光、电器和窗帘等等,也有调光功能。同时它还有时间显示和闹表的功能。
多功能遥控器
六和一多功能遥控器集六种遥控功能于一身,首先它是无线遥控器,可以控制家中的照明,窗帘,空调等系统。同时它也是红外遥控器,内置了许多品牌的电视,音响,VCD等红外控制指令集。还可以学习两种红外线遥控器的控制功能。放在客厅的茶几上, 看电视或听音响时, 一个遥控器就可以非常方便地遥控所有的设备。
无线感应探头
可随意摆放,能控制任意的电器,例如大门口外,当有人来时,它可以触发自动门铃,也可以将灯开启,甚至可以开音响、热水器等。放在阳台上,可以知道是否有人从阳台非法闯入。
全宅音响系统
全宅音响系统可将传统的音响延伸到家中的每个房间及每一个角落。在阳台浇花时可以欣赏悠扬的音乐,清早盥洗时可以听到电台的新闻, 甚至在厨房也可以听到现场转播。 系统可接驳家中现有的电视,广播,VCD, DVD及音响系统提供的声源;每个房间的音箱可以单独开关和调音量,无需考虑功率匹配;系统支持高保真立体声技术, 对音质不作任何处理。利用现有的网络化智能家居控制手段, 如:遥控器、 集中控制器、网络开关等方式对音箱进行开、关、调音量、全开全关、部分开关, 也可配合照明系统、空调系统、窗帘等进行复杂的场景设置。
扩展和升级
为扩展和升级提供了良好的基础。可扩展和升级语音控制子系统,计算机控制子系统,智能安防子系统,智能门禁子系统,智能电器控制子系统。
第一个成熟应用的智能家居产品
智能家居的起源?
20 世纪 80 年代初,随着大量采用电子技术的家用电器面市,住宅电子化(HE,Home Electronics)出现。80年代中期,将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为 一体后,形成了住宅自动化概念(HA,Home Automation )。80 年代末,由于通信与信息技术的发展,出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统,这在美国称为 Smart Home,也就是现在
智能家居的原型。
智能家居概念的起源甚早,但一直未有具体的建筑案例出现,直到1984年美国联合科技公司(United Techno1ogies Building System)将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州(Conneticut)哈特佛市(Hartford)的CityPlaceBuilding时,才出现了首栋的[智能型建筑],从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
第一个智能家居相关标准?
1979年,美国的斯坦福研究所提出了将家电及电气设备的控制线集成在一起的家庭总线(HOMEBUS),
并成立了相应的研究会进行研究,1983年美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准,并
于 1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准,即:《家庭自动化系统与通讯标准》,也有称之
为家庭总线系统标准(HBS,Home Bus System)。在其制定的设计规范与标准中,智能住宅的电气设计要求
必须满足以下三个条件,即:
1、 具有家庭总线系统;
2、通过家庭总线系统提供各种服务功能;
3、 能和住宅以外的外部世界相连接。
第一个成熟应用的智能家居产品?
X-10
X-10是全球第一个利用电线来控制灯饰及电子电器产品(我们现在通称为电子载波产品),并将其作
为智能家居主流产品走向了商业化。Pico Electronics Ltd成功的发展出该项技术,并将该技术售予当时
著名的 BSR音响公司。X-10是以60赫兹(或50赫兹)为载波,再以 120千赫兹的脉冲为调变波(Modulating Wave),发展出数位控制的技术,并制订出一套控制规格。X-10模组于1978年由Sears引进美国,Radio Shack则于1979年开始贩卖该模组系列产品;BSR音响公司在 1990年结束营业,X-10 模组的先前研发人员将该项技术买下来,并在美国成立新公司,公司名称及其产品系列均以 X-10命名。今日,X-10 在美国不仅是一家公司,亦是家庭自动化控制规格的一种名称。美国许多大公司如Radio Shack、Stanley、Leviton、Honeywell均销售 X-10公司的产品,X-10公司制造了一系列的家庭自动化产品,如照明开关、遥控器、保全系统、电视机控制介面、电脑控制介面、电话反应器(Telephone Responder)等。许多美国的家庭自动化产品制造商,亦采用X-10控制规格来生产其产品,X-10控制规格遂成为当今美国家庭自动化控制规格的主要领导者。

当前,物联网(IoT)技术领域充释着各种标准,像NB-IoT、LoRa、SigFox等,他们正通过各自擅长的技术和应用抢夺IoT风口,以争取在这片广阔的市场上取得优势。
这里写描述
NB-IoT是由电信标准延伸而出的,主要是由电信运营商支持,而LoRa则是一个商业运用平台,两者主要区别在于商业运营的模式:NB-IoT基本是由电信运营商来把控运营,所以使用者必须使用它的网关及服务,而LoRa就量对开放一些,有各种不同的组合方式,商业的模式是完全不同的。
技术层面上来看,NB-IoT和LoRa的差异其实并不是很大,属于各有优劣。而相对于某些领域,国内有一些用户在并行使用这两种技术和网络。NB-IoT相对而言是受限于基站的,而LoRa则要加入一个网关相对简单容易,并且总的来说价格要比NB-IOT低廉。用户可以根据需求,增加不同的网关覆盖。所以从覆盖程度上来说LoRa的覆盖程度可能比NB-IoT更广一点。
LPWAN又称LPN,全称为LowPower Wide Area Network或者LowPower Network,指的是一种无线网络。这种无线网络的优势在于低功耗与远距离,通常用于电池供电的传感器节点组网。因为低功耗与低速率的特点,这种网络和其他用于商业,个人数据共享的无线网络(如WiFi,蓝牙等)有着明显的区别。
在广泛应用中,LPWAN可使用集中器组建为私有网络,也可利用网关连到公有网络上去。
LPWAN因为跟LoRaWAN名字类似,再加上最近的LoRaWAN在IoT领域引起的热潮,使得不少人对这两个概念有所混淆。事实上LoRaWAN仅仅是LPWAN的一种,还有几种类似的技术在与LoRaWAN进行竞争。
概括来讲,LPWAN具有如下特点:
• 双向通信,有应答
• 星形拓扑(一般情况下不使用中继器,也不使用Mesh组网,以求简洁)
• 低数据速率
• 低成本
• 非常长的电池使用时间
• 通信距离较远
LPWAN适合的应用:
• IoT,M2M
• 工业自动化
• 低功耗应用
• 电池供电的传感器
• 智慧城市,智慧农业,抄表,街灯控制等等
LoraWAN和Lora之间关系
虽然一样是因为名字类似,很多人会将LoRaWAN与LoRa两个概念混淆。事实上LoRaWAN指的是MAC层的组网协议。而LoRa只是一个物理层的协议。虽然现有的LoRaWAN组网基本上都使用LoRa作为物理层,但是LoRaWAN的协议也列出了在某些频段也可以使用GFSK作为物理层。从网络分层的角度来讲,LoRaWAN可以使用任何物理层的协议,LoRa也可以作为其他组网技术的物理层。事实上有几种与LoRaWAN竞争的技术在物理层也采用了LoRa。
LoraWAN的主要竞争技术
这里写描述
如今市场上存在多个同样使用LoRa作为物理层的LPWAN技术,例如深圳艾森智能(AISenz Inc)的aiCast。aiCast支持单播、多播和组播,比LoRaWAN更加复杂完备。许多LoRaWAN下不可能的应用因此可以实现。
Sigfox使用慢速率的BPSK(300bps),也有一些较有前景的应用案例。
NB-IoT(Narrow Band-IoT)是电信业基于现有移动通信技术的IoT网络。其特点是使用现有的蜂窝通信硬件与频段。不管是电信商还是硬件商,对这项技术热情不减。
关键技术Lora简介
LoRaWAN的核心技术是LoRa。而LoRa是一种Semtech的私有调制技术(2012收购CycleoSAS公司得来)。所以为了便于不熟悉数字通信技术的人们理解,先介绍两个常见的调制技术FSK与OOK。选用这两个调制方式是因为:
1这两个是最简单、最基础、最常见的数字通信调制方式
2在Semtech的SX127x芯片上与LoRa同时被支持,尤其是FSK经常被用来与LoRa比较性能。
OOK
OOK全称为On-Off Keying。核心思想是用有载波表示一个二进制值(一般是1,也可能反向表示0),无载波表示另外一个二进制值(正向是0,反向是1)。
在0与1切换时也会插入一个比较短的空的无载波间隔,可以为多径延迟增加一点冗余以便接收端解调。OOK对于低功耗的无线应用很有优势,因为只用传输大约一半的载波,其余时间可以关掉载波以省功耗。缺点是抗噪音性能较差。
这里写描述
FSK
FSK全称为Frequency Shift Keying。LoRaWAN协议也在某些频段写明除LoRa之外也支持(G)FSK。FSK的核心思想是用两种频率的载波分别表示1与0。只要两种频率相差足够大,接收端用简单的滤波器即可完成解调。
对于发送端,简单的做法就是做两个频率发生器,一个频率在Fmark,另一个频率在Fspace。用基带信号的1与0控制输出即可完成FSK调制。但这样的实现中,两个频率源的相位通常不同步,而导致0与1切换时产生不连续,最终对接收器来讲会产生额外的干扰。实际的FSK系统通常只使用一个频率源,在0与1切换时控制频率源发生偏移。
这里写描述
GFSK是基带信号进入调制前加一个高斯(Gaussian)窗口,使得频率的偏移更加平滑。目的是减少边带(Sideband)频率的功率,以降低对相邻频段的干扰。代价是增加了码间干扰。
对于这一方面的研究实验发现:学习Lora调制技术的一些准备及发现
然而,对于“悠久历史积累”和高安全、易部署等综合优势的LoRa阵营来说,最近几年里,在技术和落地方面虽取得了长足的进步,但离真正的规模、解决行业客户的切实问题是有着不小的差距。那么,究竟是技术壁垒突破较难?产业链生态不健全?亦或者是商业模式限制了从业者对市场规模的想象?对于LoRa产业链的广大从业者而言,找到制约LoRa技术大规模发展的瓶颈,并联手产业合力突围对推动产业良性发展至关重要。

说起物联网(Internet of Things, IoT),估计很多人都耳熟能详,因为我们早就在各种各样的媒体中看到过好多次这个名词了。

按照中国传统观点,万物实际上是有着天然的联系的,那么人类为何又要画蛇添足般地再把他们连接起来呢?原因很简单, 万物的天然联系是依靠的自然规律,而人类并不能控制他们,而物联网让万物以人类的意愿进行连接,从而让人类可以控制他们 。物联网,无非是又一个人类征服和控制自然的尝试而已。只要万物能够互联并且通过有效的手段在需要的时候知道他们的状态,从而采用有效的手段进行干预,那么人类就有了对万物的相当程度的控制权。

这给了人们很大的想象空间,因此,也吸引了大量的淘金者,试图分享这样一块看起来巨大无比的蛋糕。 但这么多年来,现实并不乐观。

根据我的了解——可能并不准确——我感觉物联网现在处于一个比较尴尬的阶段。 一方面,物联网的呼声很大,人们寄予很大的期望;但另一方面,市场的反响并不热烈,本来应该跟人们的生活息息相关的物联网,似乎在现实中并没有被人们所感知。我观察到的现实就不很乐观。 算得上物联网的智能家居曲高和寡,国内力推的NB-IoT雷声大雨点小,LoRa使用的主流频段在国内被事实上禁用, Zigbee等覆盖范围过小……

在这里,我想梳理一下物联网在国内发展的现状,以便于更好地定位和找出问题所在。

物联网可以看做是互联网的升级版本,传统的互联网连接的是人;物联网不光连接人,还要连接物,除了人类的互动外,还需要让人能够更好地把控物。 人是自带智能的,所以传统的互联网的重点在于连接,只要有连接,人们就会互动,产生内容等,对网络的智能要求就不高;但物联网连接的是物,物本身不具备智能, 需要通过人来控制或者智能系统来自动控制。

物联网也是近十年来出现频率很高的智慧某某(例如智慧城市,智慧楼宇,智慧园区,智慧安防等)的基础设施。 什么是智慧?我认为就是能够根据某个特定的需求和目标,自主动态调节现有状态的能力 。这需要至少有两个部分构成,一是要有数据分析和处理的“大脑”部分,二是要有数据收集和指令执行的“躯体”部分。 我们往往把狭义的躯体部分作为狭义的物联网, 也可以称为物联网10, 实现了物体的初步连接和数据收集和反馈能力,但这套系统要想实用,实际上离不开人,因为数据的分析和控制指令的下达还是需要人来做;而大脑+躯体才是真正智慧的物联网,在我看来这才是能够给人类带来很大便利的物联网,才具备大范围应用的技术基础, 可以把这称为物联网20。

现阶段的物联网还是停留在由人控制的阶段,也就是10时代,这个阶段对数据的处理存在瓶颈,因此,并不适合复杂的应用,也不适合大范围使用。因此我们可以看到,应用比较广泛的应用也就是那少数的简单应用,如抄表、环境监测、家电控制等。云计算、大数据、机器学习、人工智能等技术是近几年的IT领域的热点,进展也非常迅速,他们的发展为物联网向20阶段进化提供了坚实的基础。

我们日常生活,现有的已经足够很好地满足人们的需求了;物联网,只是人们对更高生活水平的追求的产物,并且不是必需的;对于非必需品来说,要想普及需要足够的性价比或者就索性走高端路线。但从目前的物联网市场看,由于缺少比较成熟的家用物联网方案,因此并不能大规模使用,这导致物联网应用起来成本比较高,在家居中只有高端住宅才可能会使用,占比很少,家居物联网在这种初级阶段必须得要走高端路线,当然这也符合很多新事物的初始状况特征。

物联网在工商业中也有一些应用,例如RFID领域,我们已经可以在一些商店中看到。其他还有很多物联网项目,多数隐藏在智慧某某的名头之下,现阶段,只要是冠以智慧的项目,其造价一般会令人咂舌。 因此,在性价比不高的情况下,人们使用他的积极性自然不高了。

中国运营商去年决定要大力推广NB-IoT,他们试图提升性价比,因此希望设备和解决方案提供商们能够以较低的价格提供相关产品,由于其体量,确实有部分供应商愿意以接近成本价的价格向其提供产品;但即使是这样,愿意使用的用户也不多,这让供应商的积极性大大降低,因为根本就无利可图。也因为此,NB-IoT的这一波推广活动实际上到目前看来是比较失败的。

从连接介质来看,物联网分为有线和无线两种,考虑到实际部署的难度,无线方式显然更有机会会成为主流的连接方式。

从终端和因特网连接关系来看,物联网也可以划分为两种方式:一种是直接和因特网连接,例如NB-IoT、2/3/4G蜂窝网络、eMTC等; 另一种是通过网关间接和因特网连接,例如LoRa、SigFox、ZigBee、BLE、WiFi等。不同的协议都是针对不同的应用场景设计的,因此在实际使用中都有其优缺点。例如我们常用的WiFi,要保证速率和可靠性,因此覆盖距离不够长,连接不可靠; NB-IoT主要用于低速率物联网应用,能够直接联网,但速率低, 用户连接数少; LoRa的覆盖比较广,但速率低,用户连接数也有限制……

因此,实际部署时需要根据不同的应用场景选择不同的技术、标准以及相应的设备,而在现场实施的时候又会有很多意想不到的困难。无线部署也需要做网优等工作,对实施人员的要求比较高。 这些都增大了物联网的部署难度。

由于物联网一般使用无线技术,那么频谱资源就是物联网的一个非常核心的资源。频谱资源时稀缺的,因为有太多的地方需要这类资源。例如我们的移动电话、微波通信、卫星通信、应急通信、无线WiFi等等。这些资源由于其稀缺性,需要统一的规划。而这在不同的国家也面临着不同的状况。

例如现在比较火热的LoRa,阿里巴巴、腾讯等互联网企业刚刚加入该标准联盟,结果国家的新的频谱规划就给予他们致命一击,LoRa所使用的sub-1G的频谱资源实际上是不开放的。

目前在全球,唯一明确的民用频段就是24GHz,也就是WiFi、蓝牙等使用的频段。但这个频段的问题是与低频段的无线电波相比,越障能力比较差,因此覆盖能力不强。而又由于太多的民用无线设备都是用这个频段,导致这个频段的信号比较“脏”,收到的干扰比较大。 现有的使用这个频段的蓝牙、WiFi协议本身也是为了IP宽带连接而设计的,专注于速率,所以也导致覆盖范围一般不超过100米,并且连接数量有着很大的限制。 因此,要想避免频谱资源的政策风险,就只能使用24GHz这个频段 ,那么如何在这样的情况下增加无线覆盖的范围,提升覆盖距离,就是物联网公司需要解决的一个大问题。

比较有实际应用意义的物联网的规模需要达到一定的程度,也就是终端要足够多,很多地方并不具备电源接入的条件,那么就需要终端的功耗要足够低或者索性无源。

无源当然是最佳的方式,目前的解决方案是要加储能电路,但这种电量非常微小,在现有的技术条件下,覆盖范围和传输能力都受到严重的制约,只能适应很少的一部分场景。因此,大多数情况还是需要有源的终端,这就需要功耗尽可能地低了。 功耗问题可能是目前物联网面临的主要问题之一。

例如在智慧停车之类的项目中,有部分方案是用NB-IoT实现的。这个标准由于使用了蜂窝技术,只有运营商具备掌控的能力,所以电信运营商和设备商都非常有热情去推广,也号称一块电池可以用十年,看起来功耗似乎很低,但那是有前提条件的,就是它平时处于睡眠状态,每天主动醒来一次上传一次数据,在这样的情况下才可能坚持十年。 但用于停车就得频频被唤醒,因此在这个场景中使用就非常耗电。根据实际使用的经验,差不多5个月左右就得去更换电池了。这带来极大的维护工作量,而且电池的成本本身也非常高。因此,至少在停车这种方案中,NB-IoT并不是一个好的选择。如果用LoRa呢?在停车中也有应用,表现好一点,能够达到一年多的使用时间而不用换电池。而一般里面模块和芯片的寿命在5年以上,也就是说,在终端设备的生命周期里,需要更换多次电池,每一次更换电池实际上跟新开工一个项目工作量差不多多少。因此,我们不能说这种状况是令人满意的。

所以,如果能够解决有源终端的功耗难题,不光可以大大减轻日后的维护工作量,还可以大大降低终端的成本,这是因为在实际应用中,电池是物联网终端的主要成本之一。

技术本身是没有国界的,但遗憾的是我们并不生存在一个理想的世界里,我们的现实世界依然存在着各种各样的利益群体,有的时候出于自身利益的考虑,作为体现现代竞争力的物联网技术就要受到一些因素的制约。国家就是一个典型的利益群体,而国家安全往往是这个群体的最高利益之一。信息安全是国家安全的一个重要方面,物联网搜集各种各样的信息,这些信息有的时候就是非常机密的情报,不方便被其他利益团体所获知,因此,在物联网标准方面,在一开始就要注意这个方面。

LoRa是美国公司Semtech所提出的一个物联网标准,也是目前比较主流的标准。这个标准对标的是SigFox——一个欧洲的私人公司封闭的物联网标准,但SigFox用自己的标准建了一个覆盖很广的网络,对外运营物联网业务,可以叫做物联网供应商;而LoRa是半开放的标准,允许用户使用这种技术进行模块和终端产品的开发,并用这些产品组建自己的LoRa物联网,虽然相比于市场上主流的其他方案,看起来价格并不贵,但标准、芯片等核心部分过分集中于美国的供应商Semtech上,在特定的时候这就是一个很大的风险。

因此,无论是物联网方案提供商、物联网产品开发商,还是用户,在选择物联网标准的时候要考虑到这个问题。当然,对于小规模的民用应用,采用什么标准问题不大,但对于军用、大规模应用来说,不考虑这个因素将可能让投资全部打水漂。 最近的无线电频谱的一个征求意见的文件就让某国外标准被判了死刑,即使我们最大的两个互联网公司刚刚加入了这个阵营也是无可奈何。

NB-IoT是中国特别是运营商和设备提供商力推的标准,但它的问题在于功耗较高、用户容量有限,所以,在很多场景里并不适合。因此,中国还需要更多的物联网标准,来补充NB-IoT的不足。


物联网相对于不同行业有不同的特点,智能物流、如智能交通、智能家居、智能医疗、智能城市综合治理等;这里简单介绍几种物联网行业应用,用以说明不同物联网应用行业之间的区别。




智能家居:智能家居就是对家居和室内环境进行远程监管。智能家居系统主要使用传感器和监控视频系统,这些终端信息将汇聚到家庭综合网关,然后通过移动网络(3G或LTE)或互联网传到数据处理中心,或直接传到用户的移动终端。注意智能家居系统不仅仅服务于居民家庭内部,更多地可能服务于商场超市等综合建筑,结合家庭基站设备,更具有应用前景。
智能家居系统无论用于商业建筑还是用于居民家庭,对信息安全的需求都不可或缺。对居民家庭来说,更注重隐私性的保护,因此家庭内部的监控视频需要可靠的保护,决不能被非法用户获取。对商业建筑内的监控系统,对控制信息的保护非常重要。如果控制信息被非法假冒,造成后果可能是非常严重的。

智能医疗:智能医疗就是通过现代电子技术手段使一些特殊情况的医疗服务从医院重负荷中解脱出来,包括智能家庭护理和监管系统,远程医疗系统的。智能家庭护理和监管系统需要医疗用传感器采集病人健康状况的一些参数(如血压、血糖、心率等),需要振动传感器采集病人可能摔倒或受撞击情况,通过预置的视频监控,将这些信息及时传到护理中心,使需要的病人得到救助;远程医疗系统则是将医疗设备采集的数据(如心电图、CD扫描图、验血报告)远程传输给有经验的医生(或专家组),远程医生根据数据对病情进行初步诊断后,由当地医生给予治疗措施。因此只能理疗系统除需要医疗所需器械或设备外,还需要医疗专用传感器。数据传输过程和数据库管理也是智能医疗系统中的关键。
智能医疗系统对信息安全的需求非常大。首先传感器采集的数据需要可靠的传输,不仅仅需要网络部分具有高可靠性,更不允许任何可能的伪造和非法篡改。另外,智能理疗系统通常与电子病历管理系统相连,而电子病历作为病人的隐私信息需要严格保护,因此信息安全是影响到智能医疗系统快速发展和应用的瓶颈。

一般家用网络,网关是路由器的IP。接线方式:电话线接猫,猫上的网口接路由器的WAN,电脑的网卡接路由器上的LAN口上,将网络营运商提供的账号和密码通过路由器的设置向导填入就能够上网了。


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