物联网技术全解析：从基础到挑战

# 物联网技术全解析：从基础到挑战 ## 1. 物联网相关网络协议 ### 1.1 LoRaWAN LoRaWAN 是一种低功耗广域网络协议，专为低功耗设计，能支持数百万设备组成的大型网络。它旨在为低功耗广域网提供必要特性，以支持物联网、机器对机器通信、智慧城市和工业应用等广域场景下的低成本、移动性和安全双向通信。 ### 1.2 Sigfox Sigfox 为低功耗机器对机器应用提供了一种高效的网络方法，适用于对数据传输速率要求较低的场景，因为 Wi-Fi 覆盖范围有限，而蜂窝网络成本高且功耗大。Sigfox 使用 UNB 平台，可适应每秒 10 到 1000 比特的低数据传输速度，能耗比无线连接系统低达 100 倍，对于 2.5Ah 电池组可提供标准 20 年的待机周期。它能支持数千个电池供电设备在数平方公里土地上的可靠连接，适用于智能路灯、智能电表、患者警报、安全设备和环境传感器等众多机器对机器应用，目前也被越来越多地应用于物联网技术解决方案中。 ## 2. 物联网使能技术 物联网的使能技术可分为以下三类： 1. **数据收集技术**：使“物”能够收集相关且合适的数据。 2. **信息处理技术**：使“物”能够处理上下文信息。 3. **隐私安全技术**：增强隐私和安全性。 前两类技术可看作是将“智能”融入“物”的概念构建块，这也是物联网与普通互联网的区别所在。而隐私安全技术虽与功能无关，但却是物联网普及的必要前提。 ## 3. 物联网特性 物联网具有以下基本特征： | 特性 | 描述 | | --- | --- | | 互连性 | 任何能够与全球通信网络集成的设备都可用于实现物联网。 | | 物相关服务 | 物联网能够提供与物体/设备相关的服务，需考虑事物的约束，如物质事物及其抽象对应物的保密性和功能连续性。 | | 异构性 | 不同网络和平台的融合导致物联网系统具有异构性，这些系统可能在多个网络中与其他设备或应用平台进行交互。 | | 动态变化 | 系统状态不断变化，如开机和关机、连接或断开连接，以及系统的位置和速度等维度也会变化，设备数量也可能剧烈改变。 | | 大规模 | 需要监控和相互通信的设备数量将超过当前互联网连接的设备数量，对产生的数据进行控制和分析以实现应用目的更为重要，包括数据语义和安全的数据处理。 | | 安全性 | 物联网带来便利的同时，安全问题不容忽视，开发者和用户都需进行保护规划，包括保护个人数据和人身安全，需要开发可扩展的安全模型。 | | 连接性 | 连接性确保网络的兼容性和可访问性，兼容性提供生成和消费信息的能力，可访问性则是访问网络的能力。 | ## 4. 物联网架构 ### 4.1 三层架构 早期的物联网架构为三层架构，包括应用层、网络层和感知层： - **感知层**：包含传感器，用于感知和收集环境数据，检测世界中的某些物理参数或识别某些智能对象。 - **网络层**：负责与其他服务器、网络设备和智能事物进行连接，其特性还用于传输和处理传感器数据。 - **应用层**：为用户提供特定的应用服务，描述了物联网中可实现的各种应用，如智能家居、智慧城市等。 ### 4.2 五层架构 后来出