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支持物联网的技术

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发表于 2023-12-29 09:37:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
近场通信 (NFC)、RFID、虚拟现实和增强现实 (AR) 等不同技术允许对物理对象进行交互识别并通过互联网进行引用,使用户能够将物理对象带入网络世界。下面讨论各种支持物联网的技术。

射频识别
射频识别使用无线电波无线传输识别人或物体的序列号。标签、天线、阅读器、软件、访问控制器和服务器是主要的 RFID 组件。物联网严重依赖 RFID 技术来实际且经济地解决物体识别问题。

近场通信(NFC)
NFC 是一组短距离无线技术,由电子设备(通常是智能手机)的通信协议组成。连接通常在 4 厘米或更短的距离内建立,从而可以通过简单的点击即用方法连接两个不同的物联网设备,并同时防止黑客未经授权的访问。

互联网协议
互联网协议是控制人们如何在线通信和交换数据的指南的集合。21 世纪的互联网协议 IPv6 提供了高效的多播通信功能,消除了常规广播消息传递的需要。通过减少处理的数据包数量,这一改进有助于物联网设备保持电池寿命。

蓝牙
蓝牙短距离无线电技术的有效范围为 10-100 米,无需在笔记本电脑、打印机和相机等设备之间使用专用电缆。因此,蓝牙驱动的物联网可以为试图减少人力并提高生产力的企业带来重大影响。
此外,通过将物联网设备保持在睡眠模式直到连接,低功耗蓝牙(专为低功耗设备创建的蓝牙版本)可以帮助物联网设备节省能源。

无线保真度 (WiFi)
WiFi 是一种网络技术,可实现计算机和其他设备之间的无线通信,从而最大限度地发挥物联网应用和设备的潜力。

无线传感器网络 (WSN)
无线传感器为物联网 (IoT) 的诞生奠定了基础。无线传感器网络由跟踪物理和环境因素(包括声音、运动等)的分布式传感器组成。例如,附着在患者身体上的传感器可以监测他们对药物的反应,以便医疗专业人员可以评估其效果。

人工智能(AI)
物联网系统产生大量数据;因此,人工智能和机器学习技术被应用于数据分析,以提取可行的见解。例如,人工智能可以评估制造设备的数据并预测是否需要维护,从而降低运营成本和停机时间。

云和量子计算
具有可访问计算资源的位于中心的服务器称为云。借助云计算,物联网的巨大数据包可以在互联网上移动。此外,云计算用于以一种既经济又便于实时控制和数据监控的方式存储物联网数据。
由于物联网设备产生的数据量巨大,需要大量的计算和其他复杂的优化,量子计算提供了异常高的速度。
它利用量子加密技术来防止恶意软件和数据泄露等攻击,从而保护物联网设备。为了防止黑客访问数据,量子密码学利用量子力学概念进行数据加密和传输。

区块链
目前还没有方法可以验证物联网数据在出售或共享之前没有被更改。在物联网中使用区块链有助于消除数据孤岛并促进信任,因为任何人都可以验证区块链浏览器上数据的真实性。此外,它还可以跟踪传感器收集的数据,并防止欺诈者将其与其他有害数据类型复制。

虚拟和增强现实
虚拟现实 (VR) 通过模拟环境为物联网消费者提供卓越的沉浸式体验,用户可以在方便时调整视角。
同样,物联网是将物理事物连接到云的网络集合,而增强现实更多的是一种交互技术。他们共同建立了一个收集数据进行分析并采取必要行动的框架。例如,订单拣货员可以使用 AR 眼镜快速访问他们需要运送的物品的条形码。

数字孪生
数字孪生是现实世界系统、资产或环境的交互式虚拟表示,与其物理对应物相似且功能完全相同。在数字孪生的帮助下,通过将各种物联网设备的数据与其他来源的数据相结合,人们可以可视化系统如何与物体、人和环境交互。它还有助于在使用前测试系统,从而显着降低成本并节省时间。

物联网通信模型
在互联网架构委员会发布的物联网网络指南中,设备到设备、设备到云、设备到网关和后端数据共享被列为物联网设备使用的四种最流行的通信模型( IAB),2015 年 3 月。IAB 负责监督互联网的技术发展。

设备到设备模型
与使用中间应用服务器相反,设备到设备通信范例描述了两个或更多设备直接相互连接和通信。这些设备使用许多网络(包括 IP 网络和互联网)进行通信;然而,这些小工具经常通过蓝牙等协议建立直接的设备到设备连接。

设备到云模型
设备到云通信模型将互联网云服务(例如应用程序服务提供商)直接连接到物联网设备以交换数据并管理消息流。此方法通常使用已在使用的通信通道(例如 WiFi 连接)将设备连接到 IP 网络,进而连接到云服务。

设备到网关模型
在设备到网关模型中,应用程序软件在本地网关设备(例如智能手机)上运行,该设备充当设备和云服务之间的中间设备,并提供安全性和数据转换等其他功能。
健身追踪器等消费电子产品使用这种模型,该模型通常依赖智能手机应用程序作为将健身设备连接到云的中介网关,因为它们缺乏直接连接到云服务的固有功能。

后端数据共享模型
后端数据共享模型使用户能够导出外部来源的数据并将其与云服务中的智能对象数据结合起来进行分析。借助后端共享架构,可以聚合和分析从单个物联网设备数据流收集的数据。

物联网的层次
IoT 架构可以是三层、五层或面向服务的架构,如下文所述。

三层架构
三层架构由感知层、网络层和应用层组成。感知层包括摄像头、传感器和 RFID 标签,用于识别物联网系统中的每个对象,通过编译每个对象的数据来实现这一点。
网络层传输感知层收集到的数据。除了管理和信息中心外,它还包括软件和硬件互联网网络仪表。应用层的目标是将工业物联网技术与社会需求相结合。

五层架构
物联网的五层架构由业务层、应用层、处理层、传输层和感知层组成。业务层的目标是管理物联网应用程序。它还负责用户隐私和任何物联网应用相关的研究。物联网中使用的应用程序类型由应用程序层决定。此外,它还提高了物联网应用的真实性、智能性和安全性。
处理层处理感知层获取的信息。处理过程的两个关键阶段是存储和分析。该层采用多种方法处理和存储信息,包括云计算、数据库软件、普适计算和智能处理。
传输层使用 WiFi、红外线和蓝牙等技术,将信息从感知层传输到处理层,反之亦然。感知层收集系统中每个对象的数据,确定物联网系统中每个对象的物理意义,例如位置和温度,并将这些数据转换为信号。

面向服务的架构
面向服务的架构由传感层、网络层、服务层和接口层组成。为了感知事物的状态,感知层与硬件集成。支持有线或无线通信的基础设施由网络层提供。服务层的目的是开发和管理用户或应用程序需要的服务,用户或应用程序的交互方法包含在接口层中。

物联网的好处
物联网具有许多优势,例如促进设备连接,使物理设备保持连接,从而降低效率并提高质量透明度。此外,由于物理物品通过无线基础设施进行集中和数字连接,因此操作中存在显着的自动化和控制。无需人类参与,机器就可以相互通信,从而更快、更按时地产生输出。
由于机器对机器的通信更加高效,因此可以快速获得准确的结果,从而使人们能够执行其他创意项目,而不是重复相同的日常任务。然而,物联网网络提高的生活质量使每个人受益,而不仅仅是人类。例如,连接互联网的交通传感器和灯光可以通过减少人口稠密地区的拥堵来帮助整个社区。
通过物联网工程,设备之间的交互性产生了巨大的好处。如果心脏病患者的心率监测器(通过智能手表)连接到他们的手机,以便他们的医疗保健医生可以接收此信息,想象一下他们的整体健康状况会得到怎样的改善。
大多数物理事物在获得后都会变质,而物联网产品甚至可能会随着时间的推移而变得更好。例如,物联网设备制造商可以像 PC 企业更新操作系统一样更新软件,因为这些设备连接到互联网。
公共政策有助于公民安全,而物联网将使其能够更快、更准确地部署。例如,事实证明,需要烟雾探测器可以减少火灾造成的死亡人数。此外,物联网有望为环境保护做出贡献;例如,支持物联网的公共能源系统 SmartGrid 可帮助测量、监控和控制能源使用。

物联网的挑战
安全和隐私是物联网设备的两个显着缺点。例如,由于物联网设备创建的数据量巨大,数据管理、保存和监督面临挑战。向网络和系统添加如此多的新中心为黑客提供了进入网络的入口点,从而导致数据泄露和网络钓鱼攻击
与物联网安全问题类似,由于许多物联网设备的被动性质,人们可能会发现很难得知自己的个人信息正在被收集。此外,物联网设备通常缺乏屏幕或其他接口,因此很难提供有关隐私政策的信息。
此外,组织可能无法完全控制物联网设备。例如,由于第三方电信提供商通常提供 5G 通信技术,因此公司通常几乎无法控制安全和隐私威胁。
当消费者或组织的数据存储在彼此不兼容的供应商孤岛中时,不一致的数据格式可能会阻碍数据的可移植性,从而在维护现有数据的同时更换供应商变得具有挑战性。
许多物联网设备无法互操作或缺乏集中管理,没有特定的物联网标准,这给组织带来了挑战。这意味着类似的设备可能需要单独管理,并且管理来自不同制造商的设备经常需要使用多个接口,这可能会导致隐私和安全困难。

物联网的未来
尽管物联网的未来充满希望,人们的期望也越来越高,但从商业和技术的角度来看,仍然存在巨大的障碍需要克服。例如,当敏捷软件文化与严格的硬件发生冲突时,不仅在公司内部,甚至在产品创建的早期阶段,都可能出现根本性的管理问题。这意味着组织可能需要调整或重新定义现有的业务模式。
从技术角度来看,物联网安全和隐私仍然是需要解决的关键挑战。未来的研究将受到这些问题的启发,其他问题是基于物联网的创新对企业 IT 基础设施和战略的影响。


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