什么是物联网?

物联网(Internet of Things,简称IOT)是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

简单的说,物联网就是把传统事物连接到互联网来,通过智能化手段来构建数字世界,解决各行各业的问题需求。全球50亿个物品通过互联网和移动互联网联接起来。但是全球仍有超过99%的物品还没有与互联网联接。

物联网连接技术

要把事物连接到互联网中,需要通过不同的物联网接入技术来实现,下图展示了全球物联网连接比重圈,各类物联网的终端设备连入到互联网所用的技术区分和占比。

从图中,我们可以看出,大约有10%左右的设备是通过类似于4G/5G/WiFi等高速率的连接方式连接,比较常见的终端如我们的智能手机、电视等,这类终端的连接速率需求较大,实时性也要求较高;30%的终端连接是中等速率的,采用的是2G等连接技术,如广告牌等;而绝大多数的设备终端,业务场景特点是以文本为主、流量功耗极低、传输速率需求很小,这类设备占所有设备的60%,其物联网接入技术主要是NB-IOT、LoRa等LPWAN技术。

什么是LPWAN

LPWAN(Low-Power Wide-Area Network,低功率广域网络)也称为LPWA (Low-Power Wide-Area) 或 LPN(Low-Power Network,低功率网络),是一种用在物联网(例如以电池为电源的感测器),可以用低比特率进行长距离通讯的无线网络。低电量需求、低比特率与使用时机可以用来区分LPWAN与无线广域网络,无线广域网络被设计来连接企业或用户,可以传输更多资料但也更耗能。LPWAN每个频道的传输速率介于0.3 kbit/s 到 50 kbit/s之间。

LPWAN技术是近年来国际上一项物联网接入的革命性技术。远距离、低功耗、低运维是LPWAN技术最大的特点。与现有的WiFi、蓝牙、ZigBee等技术相比,LPWAN真正实现了广阔的发展,并且能够实现物联网的低成本完全覆盖。LPWAN技术特点有如下3个:

  • 广域覆盖

LPWAN技术使物联网设备之间的通信距离达到3-20公里。低功耗LPWAN技术的运用,让数据可以在智能城市中进行长距离传输。

  • 低功耗

使用LPWAN的主要优势之一是低功耗。有了LPWAN,当不使用物联网设备时,设备会自动进入休眠模式。并且物联网设备处于休眠模式时耗电非常少,所以这一优势有助于节省电力。低功耗和低使用率又引起连锁反应,使用LPWAN的这些物联网设备的电池寿命预计为5到10年。

  • 降低成本

LPWAN技术的运用大大降低了物联网设备的相关成本。低功耗的特点让物联网设备可以使用电池成本降低,物联网设备的成本也相应减少。除此之外,设备的维护成本也得到的了大幅降低。此外,通过LPWAN传输数据的网关数量将相应减少,从而进一步降低基础设施成本。

物联网平台

物联网解决方案一般可以分为四个层级: 终端层,或叫感知层,主要是各类传感器终端,用于采集物理世界的各种信息,并转换为数字信息,传感器是这一层的核心技术; 传输层,或叫管道层,主要是指物联网的各类连接技术,如NB-IOT,LoRa,WIFI等,一般可以按照带宽分为宽带传输和窄带传输,也可以按照传输距离分为远距离和近距离; 平台层,即物联网平台,向下提供安全可靠的设备接入能力,支持海量设备上云,下上提供云端API,建立设备数据与应用的快速对接通道。应用和设备之间通过物联网平台实现双向通信和下行控制。 应用层,基于物联网平台而建立的业务系统,如能源管理,消防监控,智慧园区等,是物联网真正为用户产生价值,解决用户核心需求的环节。

物联网平台设计的目的就是为物联网设备提供安全可靠的连接通信能力。物联网平台应支持海量设备连接,采集设备数据到云端;向上提供云端API,各类服务端应用可以通过云端API将指令下发给设备,实现远程遥控。 当然,物联网平台也需要一些其他的附加功能以保持业务的完整性,比如设备管理,规则引擎等,方便行业开发者使用物联网平台赋能各种行业物联网场景。 基于端到端的物联网数据链路,通常物联网平台包含以下几个主要功能:

这里我们重点讲讲物联网平台的核心能力:

设备接入能力

  • 物联网平台应该支持海量设备接入,保证设备端和云端可以稳定的进行双向通信。
  • 物联网平台服务商通常会提供设备SDK或者驱动,方便物联网终端厂商进行硬件design in,保证物联网终端可以快速上云。
  • 根据应用场景物联网终端设备会选用不同的网络通讯方式。物联网平台应支持蜂窝网络、LoRaWAN、NB-IOT、WiFi、BLE等多种接入方式,方便行业客户进行多模组网。
  • 提供MQTT、HTTP/S等多种协议,为赋能厂商提供云云对接、设备直连等多种接入方式。

设备管理能力

  • 物联网平台应提供硬件设备全生命周期的管理。包括设备注册、功能定义、数据解析、在线调试、远程配置、OTA升级、远程维护、实时监控、分组管理、设备删除等功能。
  • 对接入设备提供物模型抽象,简化设备通信协议兼容开发复杂度,降低上层应用开发难度。
  • 提供设备在线状态的实时监控,及时了解设备上下线状态变更。
  • 提供数据存储能力,满足用户海量设备数据的存储和访问调用的需求。
  • 支持设备端远程固件升级,降低设备大规模部署后的维护难度。
  • 支持虚拟设备能力,在特定情况下实现设备与应用解耦合,解决不稳定无线网络下的通信不可靠痛点。

平台安全能力

  • 身份认证:提供芯片级安全存储方案和设备密钥安全管理机制,防止设备密钥被破解。物联网平台应支持完善的设备认证机制,降低设备被攻破的安全风险。将设备证书信息录入到每个设备的芯片中。
  • 通信安全:支持TLS(MQTT\HTTP)数据传输通道,保证数据的机密性和完整性。支持设备自定义权限管理机制,保障设备与云端安全通信。支持设备级别的通信资源隔离,防止设备越权等问题。

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