物联网是什么意思?其主要取决于您在供应链中所处的位置。许多人都尝试对物联网进行定义,且不同的行业需求与安排都会丰富其定义。若您是软件或硬件工程师,您可能了解其本质特征:建立互连的产品。嵌入式系统在物联网的发展过程中发挥了重要的作用。本文中我们会介绍现有网络与支持物联网发展的新协议。介绍新协议之前,我们先进行定义。因为终端设备任务会执行协议使用的大部分要求。
工业对比消费者物联网
工业与消费者物联网设备对软件的要求有很大的不同。虽然两者可能共享同一个核心与低端服务器,但是设备要求的中间件是完全不同的。 |
工业物联网,如WSN网络节点表示一个工业物联网设备的软件栈,例如无线传感器(WSN)。这是一种低功耗低成本的设备,可完全采用电池供电。这种设备一般使用32b 处理器。也可使用8b或16b处理器,但是通信栈必须运行于扩展模块。其将使用高效的网络协议,如6LoWPAN,降低传输时间、节省电力。也能使用蓝牙进行短程无线通信。作为一种边缘节点,我们需要将数据从无线网络中传输到IP网络(局域网或公共网络),其需要使用低功耗WiFi或以太网。
设备软件要求很高。可能需要Java VM。也可能需要使用纵向市场协议。但是从纵向市场协议(应用协议)角度看,消费者物联网是非常分散的。许多公司提出了所有人方案。例如家用消费市场:
还有一些与电力线通信类似的其它实例:HomePlug 与 HomeGrid
这些协议不是由Micrium提供。设备制造商要求其产品与消费者物联网协议相兼容,需向这些机构登记,然后再将这些协议集成到产品应用上。
在工业物联网领域,自发性的市场较少。有一个主要的协会叫作IIC, AT&T、Cisco、GE、 Intel 与IBM 都是其创建成员。除了IIC,物联网 设备与系统发展几乎是专有的。这就是为什么嵌入式系统工程师必须学习网络与网络协议知识。
网络协议(IP)
IP技术是物联网应用基础。IP 具有系统互操作性能。今天看来这些并不是重要特征,但是在物联网发展过程中,系统互操作性发挥着很重要的作用。以太网/Wi-Fi 与6LoWPAN 都必须使用 IPv4 与 IPv6。
物联网使用的IP协议
使用现有的网络技术可以建立物联网系统,但是效率比新协议低。HTTP(S) 与 Websockets 是通用标准, 以及XML 或JSON。使用标准网络浏览器(HTTP客户)时,JSON为网页工程师提供了一个抽象层,创建一个网络应用,保持HTTP连接打开使双工连接至网络服务器(HTTP服务器)。
HTTP
HTTP是网络应用的客户服务器模型基础。将HTTP植入物联网设备最安全的方式是使用终端,而不是服务器。换言之,物联网设备可以发起与网络服务器的连接,但是不能接受连接请求,这种方式是比较安全的。毕竟我们不想让外部设备访问物联网设备的局域网络。
WebSocket
WebSocket是一种协议,提供单个TCP连接的全双工通信,这样信息可以在终端与服务器之间传输。其为HTML 5规范的一部分。WebSocket 标准极大地简化了双向网络连接与连接管理的复杂度。若是物联网设备可以承受HTTP载荷,则联合使用Websockets与HTTP是一个很好的方法。
XMPP
XMPP (可扩展通信和表示协议) 是将现有网络技术新应用于物联网领域的成功案例。
XMPP 起源于即时通讯与状态资讯,现在已扩展到音频与视频通话、协作、轻量型中间件、内容整合与XML资料通用路由。这对洗衣机、烘干机与冰箱等家用电器的大型管理系统是一个冲击。
XMPP 优点是定址法、安全性与可扩展性。 这是一个完美的消费者导向性物联网设备
HTTP、Websocket与 XMPP 都是一些应用于物联网的技术实例。也有一些人员正在积极研究我们面临的物联网新挑战。
IoT 专用协议
许多物联网专家认为IoT设备是约束系统,因为其认为物联网设备成本较低、使用最小的MCU,仍能运行通信栈。
当前很多全球标准化组织都将调整网络适应物联网作为优先选择。 若是你的系统不需要TCP特征,而使用UDP特征运行,则除去整个TCP模块可以有效地减少产品内码内存大小。这就是6LoWPAN(用于WSN)与CoAP(轻量级互联网协议)使得物联网可以普遍使用的原因。 CoAP 虽然物联网设备可以使用现有的网络基础设施,但是对于大部分物联网应用来讲,设施太重。2013年7月IETF发布了约束应用协议(CoAP),用于低功耗与有损耗(约束)节点与网络(LLNs)。与HTTP一样,CoAP是一种 RESTful 协议。 CoAP 与HTTP是相匹配的,甚至还能与HTTP一对一映射。使用少量闪存与RAM的小型微控制器约束网络设备,对局域网络的限制,如6LoWPAN,是通过高的误包率与低的吞吐量实现(每秒几千比特)。CoAP 协议非常适合电池供电或电力采集设备。 CoAP特征: CoAP 使用 UDP 因为 CoAP 使用 UDP, 所以一些 TCP功能可以直接复制到CoAP。例如, CoAP 可以识别确定性资料与非确定性信息。
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