物联网技术
概述
物联网的英语是Internet of Things，缩写为 IoT，这里的“物”指的是我们身边一切能与网络相连的物品，就像我们用互联网在彼此之间传递信息一样，物联网就是“物”之间通过连接互联网来共享信息并产生有用的信息，实现万物互联。
联网是一种趋势。回想10年前，好像没多少物品能实现联网的，比如手机，电脑，电视等。如今，手表，灯，空调，共享单车，汽车等都能够实现联网了。
物联网技术有各方各面的应用。常见的应用场景有智能家居，智能农业，智能交通，智慧医疗，智慧工厂等。
1）.智能家居。智能家居以住宅为平台，兼备建筑设备，网络通讯，信息家电和设备自动化，集服务、管理一体化的高效、舒适、智能的家居系统。提供全方位的信息交换，实现家电控制，照明控制，室内外遥控，窗帘自控，防盗报警，定时控制等功能。国内比较出名的有小米，小米的智能家居品类很齐全，智能手机，智能手环，智能空调，智能音响，智能电视等。
2）.智能农业。智慧农业是将互联网技术运用到传统农业中，用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业进行控制是传统农业更有智慧。智能农业常见系统有农业大棚智慧监控系统、智能农业灌溉系统、智能土壤测试仪。
3）.智慧医疗。病人挂号、看病、取药需要排很长的队，而看医生的时间只有几分钟。但是为医疗发展到足够普及的时候，一些普通的病直接在家就可以，不用跑到医院，在用的检测仪器和传感器收集到别人的数据，传送给医生医生诊断，给出相应的药物，看病完成。常见的智能医疗硬件有智能心率计，智能血压计，智能胎心仪。
物联网大体有3个构成要素，设备、网关、服务器，这三要素对应硬件技术、通讯技术、软件技术。物联网体系结构自下而上分为底层，负责信息采集的感知层（硬件技术），中间负责通讯网络层（通讯技术）、顶层应用层（软件技术）三个层次，这三个要素缺一不可。
一、设备和硬件技术
设备，需要联网的物体，物可以是本身具备联网功能的，若果不具备联网功能，可以改造成能联网的，比如你是生产传统设备的厂商，设备并不具备联网的功能，那么在上一个网关，设备就能联网，让设备变得更智能。如下图的设备。
1.2硬件技术应用于物联网的感知层。感知层就像物联网的皮肤和五官，用于识别物体和采集信息是物联网的核心是采集信息关键部分。常见的硬件技术有传感器技术，pcb制造技术。
1.2.1传感器技术
物联网系统中的海量数据信息来源于终端设备，而终端设备数据来源可归根于传感器，传感器赋予了万物“感官”功能，如人类依靠视觉、听觉、嗅觉、触觉感知周围环境，同样物体通过各种传感器也能感知周围环境。且比人类感知更准确、感知范围更广。例如人类无法通过触觉准确感知某物体具体温度值，也无法感知上千高温，也不能辨别细微的温度变化。
传感器定义为将物理、化学、生物等信息变化按照某些规律转换成电参量(电压、电流、频率、相位、电阻、电容、电感等)变化的一种器件或装置。
1.2.2pcb制造技术
PCB的制造工艺发展很快，不同类型和不同要求的PCB采取不同的工艺，但其基本工艺流程是一致的。一般都要经历胶片制版、图形转移、化学蚀刻、过孔和铜箔处理、助焊和阻焊处理等过程。
二、网关和通讯技术
早期，人们想收集数据怎么办？人工计量并记录。随着计算机与传感器技术的发展，能实现检测的数据在电脑上显示，再后来，以太网出现了，延伸了物理传输距离，伴随着2G/3G/4G 网络、Wi-Fi、蓝牙、zigbee、lora等无线网络传输技术的出现，这么多技术？怎么办，网关能解决，网关能够适配更多协议标准，网关是一个翻译器，对收到的信息要重新打包，实现数据的转换，让设备联网的工具，具体说，能连接多台设备，并具备直接连接到互联网的功能的机器和软件。如今，市面上有很多种网关。在多数情况下，网关是Linux 操作系统来，基本都会提供二次开发的接口。现在我们能看到公交车的实时位置，就是因为公交车上安装了网关，实现了公交车联网。网关主要有3 个功能，分别是连接设备功能、数据处理功能和向服务器发送数据的功能。
举个更简单比喻来说明网关，你想从一个房间走到另一个房间，必然要经过一扇门。同样，从一个网络向另一个网络发送信息，也必须经过一道“关口”，这道关口就是网关。而DTU、RTU、智能网关，就是这样的“关口”。DTU是串口数据与IP数据相互转化的装置，RTU是在DTU的基础上，具备控制功能，能够采集模拟量和开关量的输入与输出入的远程终端控制系统，物联网智能网关是在RTU基础上，支持多协议，实时和多任务，更安全的远传终端。
2.1.1 DTU
DTU是Data Transfer unit的缩写，中文名称是数据传输单元 ，用于在远端将PLC等下位机设备的数据透传到服务器上，专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过GPRS通信网络进行传送的无线终端设备。
2.1.2RTU（远程终端单元）
RTU，英文全称RemoteTerminalUnit，中文全称为远程终端控制系统，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。
RTU(RemoteTerminalUnit)是构成企业综合自动化系统的核心装置，通常由信号输入/出模块、微处理器、有线/无线通讯设备、电源及外壳等组成，由微处理器控制，并支持网络系统。它通过自身的软件(或智能软件)系统，可理想地实现企业中央监控与调度系统对生产现场一次仪表的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。
2.1.3物联网智能网关
物联网智能网关是一种物联网数据远传终端，通过串口或者以太网连接现场设备PLC、OPC、变频器、仪表等，将数据通过以太网、GPRS、3G、4G、WIFI、ZigBee等方式，走MQTT、HTTP等协议传输到远端的服务器中，完成数据监控、本地逻辑控制、远程升级、故障报警等功能。 已广泛用在智慧城市、电力、光伏、智能制造、智慧农业等各种智慧建设中。 智能物联网关是物联网系统核心入口， 选择功能强大、稳定可靠、易于扩展的物联网关是物联网项目实施的关键环节之一。
2.1.4DTU、RTU、智能网关的对比和区别
都是传输数据的。都配备PC端的配置软件，以供客户初始化。
区别
2.2.2 通讯技术
常见的通讯技术有zigbee、wifi、蓝牙、NB-IOT、Lora（Long Range）。zigbee、wifi、蓝牙多用在智能家居领域，这也是我们生活比较用的比较多的技术。
NB-IOT、Lora用于远距离，低流量的场合。比如NB-IOT就被应用在共享单车的智能锁上。
2.2.1zigbee
1）Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
无线传感网络的无线通信技术可以采用ZigBee技术、蓝牙、 Wi-Fi和红外等技术。 ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的组网、安全和应用软件方面的通信技术。
ZigBee组网分为星型、网型、树簇型，根据智能家居控 制系统的特点 ，本设计采用树簇型结构组网，树簇型网络 节点分为三类 ：协调器、路由器、智能终端。一般家庭网络 都很小 ，可以不用路 由器。
2）Zigbee技术的特点，也正是我们迫切需要的，非常适用于当前物联时代的出世。
1.功耗低，Zigbee网络节点设备工作周期较短，收发信息功率低，并且采用休眠模式，所以Zigbee技术特别省电，避免了频繁的更换电池或充电，从而减轻了网络维护的负担。
2.成本低，Zigbee协议栈设计简单，因此它的研发和生产成本相对较低，普通网络节点硬件上只需8位微处理器以及少量的软件即可实现，无须主机平台。
3.延时短,通信延时和从休眠状态激活的延时都非常短，设备搜索延时为30ms，休眠激活延时为15ms，活动设备信道接入延时为15ms。
4.传输范围小，在不使用功率放大器的前提下，Zigbee节点的有效传输范围一般在10m-75m,基本上能够覆盖普通的家庭和办公场所，具体情况则依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式来设定。
5.工作频段灵活，数据传输速率低。
6.数据传输的可靠性高。
7.网络容量大，1个Zigbee网络最多可支持255个设备，也就是说，1个主设备可以与另外254个从设备相连接，1个区域内最多可以同时存在1000个Zigbee网络。
3）Zigbee技术的主要应用
zigbee技术特别适合于数据吞叶量小，网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合，预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用。
消费类电子设备和家庭智能化将是Zigbee技术最有潜力的市场，家庭可以连网的设备也包括电视、录像机、PC外设、儿童玩具、游戏机、门禁系统、窗户和窗帘、照明设备、空调系统和其他家用电器等。家用设备引入Zigbee技术后，将极大改善人们居住的环境和舒适度。
2.2.2wifi
1）Wi-Fi联盟成立于1999年，当时的名称叫做Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA)。在2002年10月，正式改名为Wi-Fi Alliance。 通俗说法： WIFI就是一种无线联网的技术，以前通过网线连接电脑，而现在则是通过无线电波来连网；常见的就是一个无线路由器，那么在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用WIFI连接方式进行联网，如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为“热点”。 无线以太网技术是一种基于无线传输的局域网技术，与有线网络技术相比，具有灵活、建网迅速、个人化等特点。将这一技术应用于电信网的接入网领域，能够方便、灵活地为用户提供网络接入，适合于用户流动性较大、有数据业务需求的公共场所、高端的企业及家庭用户、需要临时建网的场合以及难以采用有线接入方式的环境等。
2）应用-智能家居室内WIFI报警系统
使用多普勒和红外运动传感器检测室内是否有人，有可燃气体传感器检测是否有燃气泄漏，通过wifi发送到远程服务器，用户的计算机客户端连接到服务器可以看到室内情况。可以随时看到室内是否有人，可燃气体状况，在客户端上开启防盗在室内有人情况下用户计算机会发出报警音，如果燃气泄漏还会自动开窗通风。实际中开窗通风要使用特殊的防爆电机。客户端也可以控制通风电机，在家中无人时也可以开窗通风。通讯都是基于互联网的，在全世界只要有网络的地方就可以使用。可以实现真正的远程监控。
2.2.3蓝牙
蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。
蓝牙作为一种小范围无线连接技术，能在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信，因此它是目前实现无线个域网通信的主流技术之一。与其他网络相连接可以带来更广泛的应用。是一种尖端的开放式无线通信，能够让各种数码设备无线沟通，是无线网络传输技术的一种，原本用来取代红外。
蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的无线电空中接口（Radio Air Interface），将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种3C设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。简单的说，蓝牙技术是一种利用低功率无线电在各种3C设备间彼此传输数据的技术。蓝牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段，使用IEEE802.11协议。作为一种新兴的短距离无线通信技术，正有力地推动着低速率无线个人区域网络的发展。
2.2.3NB-IOT
1）. NB-IOT的概念
窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IOT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IOT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，即2/3/4G的网络上实现现有网络的复用，以降低部署成本、实现平滑升级。
NB-IOT是物联网的一个新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网（LPWAN）。NB-IOT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。
2）. NB-IOT的优点
相对于传统的蓝牙、Wi-Fi等技术，NB-IOT技术具有覆盖广、大（海量）连接、功耗更小、成本更低等优势，被认为应用空间巨大。
以共享单车NB-IOT智能锁为例，解决了ofo小黄车信号覆盖性能极低，掉线情况时常发生，共享单车智能锁电池续航时间短的缺陷，也让小黄车能够遍布城市的各个角落，真正实现了“随时随地有车骑”。
<1>功耗优势
NB-IOT由于其终端以及各种设备待机时间较长，待机时间可以高达10年，超长的待机与良好的功耗控制。并且低速率窄宽物联网通信技术的功耗优势，使得其模块成本控制难度较低，保证了通信运营企业的足量的盈利空间，同时也在很大程度上降低了NB-IOT设备更新换代的难度，保证了物联网通信技术体系的无缝调整，减少了不必要的资源浪费与人员费用支出。
<2>数据连接优势
因为蜂窝结构的特殊性，使得NB-IOT与传统的通信技术相比有着良好的连接能力，满足海量用户信息获取需求，例如：NB-IOT一个扇区最多可以支持同时10万用户端的在线连接，并且即便是在满负荷的情况下，NB-IOT通信技术保持一个较低的延时率，提升了用户的满意度。
3)应用场景
随着适合于城市物联网应用的低功耗广域网技术(LPWAN)的推出，其具有低功耗、广覆盖、低成本、易铺设等优势，随着电信运营商拥护NB-IOT，政府的扶持，其最大的优势是基础设施已经部署完成，大部分的LTE基站可以支持升级，以下来看看NB-IOT在智慧城市中的应用。
NB-IOT具有高速率实时性、功耗低、成本低和接入量大的优势，将NB-IOT应用于井盖检测最合适不过。将NB-IOT作为标签用于井盖检测，当有井盖损坏或者移动，标签将获取到的传感器异常信息发送至云平台，由相关管理部门来进行及时的处理，从而保障行人安全。智能表应用，包括生活离不开的水、电、气表，未来的智能表监测不仅仅只是传输表数参数这样简单，运营公司更希望将表的所有信息进行上传，比如当前上传数据的时间、当前表运行状态和气压、水压、电压等等有无异常。NB-IOT的应用可以解决网络通道小，实时数据长传、大数据传输等等难题，在智慧城市中的应用还有很多，包括：智能停车管理、智能垃圾桶、智能园林绿化、智能路灯等等。
三、服务器和软件技术
服务器，也称伺服器，是提供计算服务的设备。由于服务器需要响应服务请求，并进行处理，因此一般来说服务器应具备承担服务并且保障服务的能力。服务器分前端部分、处理部分，以及数据库部分，分别实现数据的接收与发送，数据处理，以及数据保存的功能。
我们可以把服务器看做一个特殊的、功能强大、没有外接设备(屏幕、键盘、鼠标)的电脑。所以，同电脑一样，一个服务器一个IP，一些大公司，拥有成千上万个服务器。这时候，我们访问，众所周知，是通过主机域名来访问资源，服务器随机分配。
开发服务器的语言：开发服务器的语言很多：Java、PHP、.net、node.js、python、go、ruby、erlang等等，不同语言开发的服务器，对应的配置电脑为服务器的软件也不一样(这里说的都是Windows系统的)。
软件技术有云计算、APP技术。云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按需的网络访问， 进入可配置的计算资源共享池。
云计算可以把它当作是一个运算能力强大的计算机，是一个庞大的资源池，可以按需来购买，人就像自来水，电，煤气那样子计费。
