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物联网IoT指的是物理设备如电器和车辆之间的互联互通。这些设备嵌入了软件、传感器和连接功能使其能够相互连接并交换数据。这项技术实现了从庞大的设备网络中收集和共享数据为打造更高效、自动化的系统创造了机会。
物联网是物理对象的网络这些对象在其架构中嵌入了电子元件以便相互之间或与外部环境进行通信和感知交互。在未来几年基于物联网的技术将提供更高级别的服务并切实改变人们的日常生活方式。医学、能源、基因疗法、农业、智慧城市和智能家居等领域的进步只是物联网广泛应用的几个典型例子。
物联网是一个由相互关联的事物、计算设备、机械和数字机器、物体、动物或人组成的系统这些元素都被赋予了唯一标识符并具备在无需人与人或人与计算机交互的情况下通过网络传输数据的能力。
物联网的历史
在这里你将了解物联网是如何发展的通过对每个阶段的解释你会明白物联网在这些创新中所扮演的角色
1982 年 —— 自动售货机物联网首次崭露头角卡内基梅隆大学的一台自动售货机连接到互联网用于报告其库存和状态为远程监控开辟了道路。 1990 年 —— 烤面包机早期的物联网创新一台烤面包机连接到互联网用户可以远程控制它预示着智能家居设备的便利性。 1999 年 —— 物联网概念提出凯文・阿什顿创造了 “物联网” 这个术语用于描述设备相互通信和共享数据的互联网络为一个新的连接时代奠定了基础。 2000 年 ——LG 智能冰箱LG 智能冰箱取得了突破用户可以远程查看和管理冰箱内的物品展示了物联网在日常生活中的潜力。 2004 年 —— 智能手表智能手表的出现将物联网引入可穿戴技术领域提供健身追踪和即时通知功能。 2007 年 —— 智能 iPhone苹果的 iPhone 成为了变革性产品通过应用程序整合了物联网功能将用户与众多服务和设备连接起来把智能手机变成了枢纽。 2009 年 —— 汽车测试物联网进入汽车行业通过传感器为车辆提供实时诊断、性能监测和远程测试功能。 2011 年 —— 智能电视智能电视的推出将物联网带入客厅实现互联网连接用于流媒体播放、应用程序使用和互动内容。 2013 年 —— 谷歌镜头谷歌镜头展示了物联网在图像识别方面的潜力让智能手机能够提供有关现实世界物体的信息。 2014 年 ——Echo亚马逊的 Echo 配备了虚拟助手 Alexa展示了语音激活物联网的强大功能使智能家居更加直观和响应迅速。 2015 年 —— 特斯拉自动驾驶特斯拉的自动驾驶系统是物联网在汽车领域的典范通过互联的传感器和软件引入了半自动驾驶功能。
物联网的四个关键组件1设备或传感器2连接性3数据处理4接口
物联网是嵌入日常物品中的互联计算设备网络使它们能够发送和接收数据。
截至目前超过 90 亿个 “物”物理对象已连接到互联网。在不久的将来这个数字预计将飙升至 200 亿。
物联网中使用的主要组件
低功耗嵌入式系统在电子系统设计中低功耗和高性能是重要的因素。 传感器传感器是任何物联网应用的重要组成部分。它是一种物理设备能够测量和检测特定的物理量并将其转换为信号可作为输入提供给处理或控制单元进行分析。 不同类型的传感器温度传感器、图像传感器、陀螺仪传感器、障碍物传感器、射频传感器、红外传感器、MQ - 02/05 气体传感器、光敏电阻传感器、超声波距离传感器。 控制单元它是单个集成电路上的小型计算机单元包含微处理器或处理核心、内存以及可编程输入 / 输出设备 / 外设。它负责物联网设备的主要处理工作并在此执行所有逻辑操作。 云计算通过物联网设备收集的数据量巨大这些数据必须存储在可靠的存储服务器上。这就是云计算发挥作用的地方。数据经过处理和分析为我们发现系统中的电气故障等问题提供了更多可能。 大数据的可用性我们知道物联网严重依赖传感器尤其是实时传感器。随着这些电子设备在各个领域的普及它们的使用将引发大量大数据的流动。 网络连接为了实现通信互联网连接必不可少每个物理对象都由一个 IP 地址表示。然而根据 IP 命名规则可用的地址数量有限。由于设备数量不断增加这种命名系统将不再可行。因此研究人员正在寻找另一种替代命名系统来表示每个物理对象。
构建物联网的方式
构建物联网有两种方式1形成一个仅包含物理对象的独立网络。2使互联网的覆盖范围更加广泛但这需要诸如严格的云计算和快速大数据存储等核心技术成本高昂。
在不久的将来物联网在范围上将变得更广泛、更复杂。它将在 “随时随地连接任何事物” 方面改变世界。
物联网促成因素
射频识别RFID利用无线电波以电子方式追踪附着在每个物理对象上的标签。 传感器能够检测环境变化的设备例如运动探测器。 纳米技术顾名思义这些是尺寸通常小于一百纳米的微小设备。 智能网络例如网状拓扑结构。
物联网设备的工作原理
收集和传输数据为此传感器被广泛应用根据不同应用领域的需求进行使用。 基于传感器或处理设备产生的触发来驱动设备如果满足某些条件或者根据用户需求激活了某些触发执行器设备将显示要执行的操作。 接收信息用户或设备可以从网络设备获取某些信息用于分析和处理目的。 通信协助通信协助是指两个网络之间或同一或不同网络的两个或多个物联网设备之间的通信现象。 这可以通过不同的通信协议实现如 MQTT、受限应用协议、ZigBee、FTP、HTTP 等。
物联网的特点1大规模可扩展且高效2基于 IP 的寻址在未来将不再适用3大量不使用 IP 的物理对象的存在使物联网成为可能4设备通常功耗较低。不使用时应自动设置为休眠状态。5此刻连接到另一设备的设备在下一时刻可能不再连接。6间歇性连接—— 物联网设备并不总是保持连接。为了节省带宽和电池电量设备在不使用时会定期断电。否则连接可能变得不可靠从而导致效率低下。
任何物联网应用所需的品质
互联互通性这是任何物联网基础设施的基本首要要求。必须保证任何网络上的任何设备都能连接这样网络中的设备才能相互通信。异构性物联网设备可能存在多样性如不同的硬件和软件配置、不同的网络拓扑或连接方式但尽管存在这些差异它们仍应能够相互连接和交互。动态性物联网设备应能动态适应不断变化的环境如不同的情况和场景。自适应性和自配置技术例如监控摄像头它应能灵活适应不同的天气条件和光照情况早上、下午或晚上。智能性在物联网中仅收集数据是不够的从生成的数据中提取知识非常重要。例如传感器生成数据但只有正确解读这些数据才有用。因此智能性是物联网的关键特征之一。因为数据解读是任何物联网应用的主要部分没有数据处理我们就无法从数据中获得任何见解。因此大数据也是物联网领域最关键的使能技术之一。可扩展性连接到物联网区域的元素设备数量日益增加。因此物联网设置应能够处理这种扩展。它可以通过提升处理能力、存储等方面的能力进行垂直扩展或者通过简单克隆进行水平扩展。身份标识每个物联网设备都有一个唯一的身份标识例如 IP 地址。这个标识有助于通信、追踪以及了解设备状态。如果没有标识将直接影响任何系统的安全性因为没有区分我们就无法确定一个网络与谁连接或与谁进行通信。因此物联网网络和设备之间应该有清晰、合适的区分技术。安全性当设备连接到互联网时用户的敏感个人信息可能会受到威胁。因此数据安全是一个重大挑战这可能给用户带来损失。庞大的物联网网络中的设备也可能面临风险。因此设备安全也至关重要。架构应该是混合架构支持不同制造商的产品在物联网网络中运行。
需要注意的是物联网包含数万亿个传感器、数十亿个智能系统和数百万个应用程序。
应用领域
物联网目前主要应用于以下四个热门领域1制造业 / 工业业务 - 40.2%2医疗保健 - 30.3%3安全 - 7.7%4零售 - 8.3%
现代应用1智能电网与节能2智慧城市3智能家居 / 家庭自动化4医疗保健5地震检测6辐射检测 / 有害气体检测7智能手机检测8水流监测9交通监控10可穿戴设备11智能门锁保护系统12机器人与无人机13医疗保健与医院、远程医疗应用14安全15生物芯片转发器用于农场动物16心脏监测植入物例如起搏器、心电图实时追踪17农业18工业
物联网的优势1提高任务的效率和自动化程度。2增加信息的便利性和可获取性。3更好地监控和控制设备与系统。4增强收集和分析数据的能力。5改进决策制定。6节省成本。
物联网的劣势1安全担忧以及遭受黑客攻击或数据泄露的潜在风险。2与个人数据收集和使用相关的隐私问题。3对技术的依赖以及系统故障的潜在风险。4设备之间标准化和互操作性有限。5复杂性和维护要求增加。6初始投资成本高。7部分设备电池续航有限。8对自动化导致工作岗位流失的担忧。9物联网的监管和法律框架有限可能导致混乱和不确定性。
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