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物聯(lián)網(wǎng)概念最早于 1999 年由美國(guó) MIT 提出，2013 年前后物聯(lián)網(wǎng)在國(guó)內(nèi)萌芽并開(kāi)始迅猛發(fā)展，時(shí)至今日，大家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域概念性內(nèi)容有了一定認(rèn)知。

本次分享我們聚焦在物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)兩方面，過(guò)程中包涵了一些問(wèn)題與思考。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程大致分為兩個(gè)階段，消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，再進(jìn)化到物聯(lián)網(wǎng)。

共享單車、智能電表、智能家居等都是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的典型案例，車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、智能工業(yè)等諸多場(chǎng)景，蘊(yùn)含著巨大潛力。

那么物聯(lián)網(wǎng)是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？如下圖是典型架構(gòu)之一，四層架構(gòu)：

由感知、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)和應(yīng)用這四層組成的架構(gòu)是物聯(lián)網(wǎng)典型架構(gòu)之一，目前諸多物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景均按照這個(gè)架構(gòu)進(jìn)行布設(shè)，如智慧垃圾桶、智慧井蓋、智慧城市等。

感知層：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端，一般由單片機(jī)作為主控，用來(lái)承載企業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯，外接傳感器，作用是數(shù)據(jù)采集。

網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層用于接入和傳輸數(shù)據(jù)，通常分為兩大類，一類是蜂窩網(wǎng)絡(luò)，如 4G Cat1、NB-IoT；另一類是非蜂窩網(wǎng)絡(luò)，如 Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、LoRa。

兩者的區(qū)別是，蜂窩網(wǎng)絡(luò)直接通過(guò)核心網(wǎng)直接連入 Internet，非蜂窩網(wǎng)絡(luò)則需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)。

網(wǎng)關(guān)會(huì)有專門企業(yè)進(jìn)行研發(fā)，一端能夠通過(guò) 4G、5G 能上網(wǎng)，另一端能夠通過(guò) Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、LoRa 去連接很多設(shè)備。

平臺(tái)層：劃分為連接管理平臺(tái)和業(yè)務(wù)使能平臺(tái)，解決業(yè)務(wù)規(guī)劃、安全、維護(hù)，以及數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)、檢索、使用等內(nèi)容。

應(yīng)用層：用于應(yīng)用的部署，面向具體的業(yè)務(wù)，作用是數(shù)據(jù)呈現(xiàn)及客戶交互。

另一種是自組網(wǎng)式的局域網(wǎng)架構(gòu)，這種物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景不需要服務(wù)器，設(shè)備之間就可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

如下圖，這種架構(gòu)的典型案例：HarmonyOS 以手機(jī)為核心，構(gòu)建的 1+8+N 全場(chǎng)景應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我們選擇比較熱的智能家居與消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市與公共事業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市與數(shù)字孿生、車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車這四大方向來(lái)談?wù)勎锫?lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀。

①智能家居與消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)

消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最典型的場(chǎng)景就是智能家居，于國(guó)內(nèi)華為、小米在智能家居領(lǐng)域市場(chǎng)份額占比相對(duì)較多，華為的 Hilink、HarmonyOS，小米的米粉卡，頻繁出現(xiàn)在我們的工作和生活中。

②智慧城市與公共事業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

公共事業(yè)物聯(lián)網(wǎng)最典型的場(chǎng)景就是智慧城市，包涵智慧停車、智慧垃圾桶、城市噪音污染監(jiān)測(cè)、井蓋監(jiān)測(cè)等。

③智慧城市與數(shù)字孿生

智慧城市中有個(gè)概念叫做數(shù)字孿生，如下圖如，是兩者之間的關(guān)系：

什么是數(shù)字孿生呢？就是在整個(gè)城市實(shí)物的基礎(chǔ)之上，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的傳感器采集必要數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，之后把模型放到云端運(yùn)行，形成一個(gè)數(shù)字化的城市模型，于我們的城市一一對(duì)應(yīng)。

④車聯(lián)網(wǎng)與智能汽車

車聯(lián)網(wǎng)早期就是把車連接起來(lái)，通過(guò)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行通信，之后擴(kuò)展了廣告屏，也有安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控。

現(xiàn)在的車聯(lián)網(wǎng)大多是指自動(dòng)駕駛，自動(dòng)駕駛場(chǎng)景一般采用 V2X（自組網(wǎng)式的局域網(wǎng)）架構(gòu)，與路基設(shè)施，人，其他車輛通過(guò)特定協(xié)議進(jìn)行互動(dòng)。

車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域涉及的內(nèi)容很多，如 OTA、SOA、TBox 和智能座艙的預(yù)控制器等。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)核心技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)涉及的技術(shù)非常繁多，本次直播主要分享物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端的八大核心技術(shù)：

單片機(jī)軟硬件開(kāi)發(fā)

傳感器技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)通信編程

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

云平臺(tái)對(duì)接

低功耗技術(shù)

RTOS

網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

①單片機(jī)軟硬件開(kāi)發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)，核心技能是單片機(jī)的軟硬件開(kāi)發(fā)，大致包涵單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)、射頻及天線部分硬件設(shè)計(jì)、單片機(jī)軟件編程、I2C/SPI/UART 等通信總線編程、AD 轉(zhuǎn)換軟硬件生產(chǎn)部署與測(cè)試等核心開(kāi)發(fā)，以及結(jié)構(gòu)、散熱、光學(xué)、機(jī)加工等配套開(kāi)發(fā)。

②傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)，學(xué)習(xí)門檻相對(duì)較低，因?yàn)榇蠖嘁詳?shù)字傳感器為主，都有數(shù)字接口，如溫濕度傳感器、煙感探頭（煙霧傳感器）、9 軸傳感器（動(dòng)力加速度、陀螺儀、地磁）、GNSS（GPS/Beidou/Glonass）等。

也有一些傳感器是模擬的，需要用AD轉(zhuǎn)換才行，比如電壓檢測(cè)、壓力傳感器等。

③網(wǎng)絡(luò)通信編程

網(wǎng)絡(luò)通信編程和互聯(lián)網(wǎng)通信相關(guān)，首先要懂網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)基本原理有一定了解，這樣在學(xué)習(xí)新模塊時(shí)，才能比較快速的掌握到核心精髓。

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)模塊編程會(huì)采用 AT 指令，也會(huì)直接用 socket 編程接口。設(shè)備之間相互鏈接采用應(yīng)用層協(xié)議，如 HTTP、MQTT，也可以使用更底層的傳輸層協(xié)議 TCP、UDP。

④網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

CoAP 與 MQTT 是物聯(lián)網(wǎng)常用協(xié)議，COAP 可以理解為 HTTP 針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的移植版本，采用 UDP 而不是 TCP 是為了節(jié)約建立連接的開(kāi)銷，數(shù)據(jù)包頭采用的是二進(jìn)制而不是文本編碼，發(fā)送和接收可以異步進(jìn)行。

MQTT 采用發(fā)布/訂閱模式，進(jìn)行云端管理主題，負(fù)責(zé)消息的轉(zhuǎn)發(fā)，采用二進(jìn)制編碼方式，各終端通過(guò) TCP 連接到云端。

對(duì)于安全要求比較高的領(lǐng)域，如國(guó)防、民航、工業(yè)控制領(lǐng)域，采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信協(xié)議 DDS。

⑤云平臺(tái)對(duì)接

對(duì)于單片機(jī)開(kāi)發(fā)的老工程師來(lái)說(shuō)，是新知識(shí)點(diǎn)，一般成熟云平臺(tái)會(huì)提供接口，設(shè)備端按照指令流程進(jìn)行對(duì)接，于設(shè)備端上下行進(jìn)行數(shù)據(jù)編程，云平臺(tái)對(duì)接協(xié)議編程實(shí)現(xiàn)，在到云端進(jìn)行開(kāi)發(fā)（譬如華為 OC 平臺(tái)的 profile 和編解碼插件）。

⑥低功耗技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中移動(dòng)設(shè)備居多，供電方式為電池，所以低功耗是必須考慮的問(wèn)題。

那么要如何實(shí)現(xiàn)低功耗呢？對(duì)于 MCU 部分，盡量選擇低功耗、喚醒時(shí)間短的 MCU，適當(dāng)降低系統(tǒng)工作頻率，進(jìn)入睡眠前，關(guān)掉內(nèi)部所有外設(shè)。

如對(duì)晶振精度要求不高，盡量選用內(nèi)部晶振，同時(shí)降低工作電壓（不同的工作電壓功耗不同）和降低工作溫度。

對(duì)于外設(shè)部分，選擇合適的供電方式，采用 LDO 供電或 DCDC 供電要權(quán)衡，選擇低泄漏電流器件（MOS 管和電容等），選擇低功耗的開(kāi)關(guān)切換電路，切換外部模塊，以及降低系統(tǒng)工作電壓（根據(jù)伏安特性電壓越高漏流越大）。

⑦RTOS

RTOS 是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端技術(shù)精華，當(dāng)前很多單片機(jī)工程師都集中在學(xué)習(xí) RTOS，當(dāng)前也有很多熱門的 RTOS，如華為 LiteOS、阿里 AliOS、RT-Thread、freeRTOS、uCOS2/uCOS3 和 ARM mbed/RTX 等。

那么，這么多 RTOS 在做項(xiàng)目時(shí)要如何選擇呢？其實(shí)就考察其的配套組件和生態(tài)完善程度即可。

⑧網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，非常注重網(wǎng)絡(luò)安全，在這方面防護(hù)方式有很多，如身份驗(yàn)證授權(quán)、入侵檢測(cè)、冗余機(jī)制、異常行為檢測(cè)、白盒密碼（抵抗白盒攻擊環(huán)境下的攻擊）、FOTA 與區(qū)塊鏈等。

學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的建議

?物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)建議總結(jié)如下：

①物聯(lián)網(wǎng)并非單一技術(shù)，而是多項(xiàng)技術(shù)的組合：學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，首先要了解物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)，確定學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備開(kāi)發(fā)，還是云端開(kāi)發(fā)。

其次，選定一個(gè)行業(yè)深耕，畢竟車聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)差別很大，涉及的技術(shù)也大相徑庭。

②注重基礎(chǔ)知識(shí)和核心技能，不著急做項(xiàng)目：當(dāng)前，很多開(kāi)發(fā)者是這個(gè)狀態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)不是通過(guò)短暫學(xué)習(xí)，就能做出項(xiàng)目的。

成型的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目門檻較高，周期長(zhǎng)，也一定會(huì)用到細(xì)分行業(yè)里的基礎(chǔ)知識(shí)。所以，非常不推薦過(guò)早考慮做項(xiàng)目，先把基礎(chǔ)知識(shí)和核心技能掌握扎實(shí)為宜。

③注意更新知識(shí)體系，不要讀死書(shū)：這點(diǎn)對(duì)于老工程來(lái)說(shuō)，注意更新知識(shí)體系，尤為重要。因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)正處于持續(xù)不斷的發(fā)展當(dāng)中，每天都在發(fā)生變化，不斷融入更多領(lǐng)域的高新科技。