物联网（IOT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

物联网基础知识

作用：1、将设备的数据采集，并分析；2、控制设备。

网关：将不能直接连接互联网的设备通过网关连接。手机、电脑可直接连接。

网关：1、设备接口：1）有线：USB和串行通信；2）无线：蓝牙和WiFi；2、网络接口：1）以太网：不适合移动场景；2）3G/LTE：信号容易不稳定；3）WiFi。

服务器的作用：前端部分、处理部分、数据库部分。

采集数据：网关。1、连接设备；2、生成要发送的数据；3、向服务器传输数据。

接收数据：1、HTTP：web的标准接收方式；2、WebSocket：一旦建立一次连接，即便断开，连上之后也能传输；3、MQTT：MQTelemetryTransport消息队列遥测传输，能一对多。

处理数据：1、批处理，将数据先保存在数据库中再批量处理；2、流处理，不保存数据，如用伞开合状态/雨刮器状态来检测是否下雨，则不需要保存数据，只需结果。

相关技术

全球网络相连接：1、有线连接，以太网、串行通信、USB；2、无线连接，WiFi、蓝牙、3G/LTE、ZigBee、易能森（德国）。

1、GNSS：GlobalNavigationSatelliteSystem全球导航卫星定位系统是统称，包括GPS等在内。

2、准天顶卫星：日本的。

3、IMES：室内定位系统。

4、Wi-Fi。

5、Beacon：利用与其距离远近于接收信号的强度成正向关系的原理，省电，用于登山员携带以便搜救、给商品安装Beacon发射器，用支持BLE（BluetoothLowEnergy）的手机打开专门的APP，就能看到专门的商品信息了。

传感器一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：

光敏传感器——视觉

声敏传感器——听觉

气敏传感器——嗅觉

化学传感器——味觉

压敏、温敏、流体传感器——触觉

敏感元件的分类：

物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。

化学类，基于化学反应的原理。

生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。

无线射频识别即射频识别技术（RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。

RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入阅读器后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

一套完整的RFID系统，是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部分所组成，其工作原理是阅读器（Reader）发射一特定频率的无线电波能量，用以驱动电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。

以RFID卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应耦合及后向散射耦合两种。一般低频的RFID大都采用第一种方式，而较高频大多采用第二种方式。

阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和标签之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源标签提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。

红外线传感器是一种能够感应目标辐射的红外线，利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。按探测机理可分成为光子探测器和热探测器。红外传感技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。

激光扫描器是一种光学距离传感器，用于危险区域的灵活防护，通过出入控制，实现访问保护等。它扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描三种方式。

当用户触动电源开关或相应的设备使扫描器通电后，VLD发出红光激光束、穿过扩束透镜被扩束，射到可摆动的反射镜表面反射到条码上形成一个激光点。当反射镜摆动时，根据光学反射原理条码上的激光点位置发生变化、反射镜连续摆动，那么会在条码上看到一条红色的激光线，这是视觉暂留现象所致。

条码的表面较粗糙，照在条码上的激光点发生反射，条和空的反射强度是不同的，漫反射的光射到反射镜上，再由反射镜反射向集光器，由集光器集光，由滤光镜滤掉杂散自然光射入光敏二极管，产生光电感应信号，再经放大，整形译码，变成有用信息，传输到主机中。

系统建设

服务器端运行的应用程序

硬件

嵌入式软件

连接设备与传感器的网关

无线通信技术

网络

易于增加所管理设备的数量和设置地点的数量：物联网服务由传感器终端等多台设备及集合这些设备的网关终端构成。这些设备的种类或终端的数量往往会不断增加。

设置在人们平时无法触及的地方，例如：屋顶或者墙壁

存在无线通信部分：传感器终端和网关之间通信使用的传感器网络主要是无线通信。此外，连接网关和运营商网络时使用的接入线路也利用了3G/LTE等无线通信技术。

效果验证通过构建小规模的原型和导入服务来验证

技术验证的目的则是实现物联网服务

实施要点

1.选定设备

整理设备需求

调查、调配、试作设备，验证设备的运行情况

设计设备的设置

设计设备的维修与使用

2.服务的原型开发与使用

选定运营商网络

开发网关和服务器端系统的原型

从设备和系统的测试运行中提炼问题

3.验证导入效果

验证传感器和驱动的导入效果

监测设备的状态、变更设置、修理或更换设备

追加新设备

监测系统状态

运用积累的数据

采集和应用数据

因为导入物联网服务的效果不明显，为了降低物联网服务的门槛，前面我们讲了一种方法，即从小处着手，从事前验证逐步开始着手的方法。其实还有另外一种方法，就是以收益共享的形式来签订合同。

以节能系统为例：

导入节能系统可以把架构系统的费用控制在非常低的价位，而节省下来的一部分电费和水费就能支付给开发者。

设备的选择

传感器的特征：检测特性、环境特性、成本特性

测量误差

法律制约

设备的设置

设计配置：通过改变设备和网关终端的配置设计，可以节省导入费用和应用成本

设置场所：如果放在人能轻易接触到的地方就有可能被偷走

设置环境：确认所使用的传感器终端，检查该终端的应用环境和测量范围。

参数设置

感测间隔：传感器终端的数据获取间隔越短，能够采集到的数据也就越多。但是感测间隔和数据的发送频率还会影响维修的频率。

传感器网络的设置：在网关终端内读取传感器ID，只接收那些在允许接收名单里的传感器数据。

如何连接多种多样的设备：在移交主处理时指定格式，并在上一轮处理中把接收

到的数据转换成规定的数据格式。这样一来追加设备种类时就能不牵扯到共同处理的部分，只单独扩展和开发与设备相关的部分即可。

如何处理负载，应对容量增加

a.讨论接收和处理数据的方式

有一个方法能应付接收数据量的增多，就是把接收数据放入队列里。

优点：可以缩短网关端的等待时间，增多能够处理的接收数据量

缺点：确认处理成功与否时需要再次进行访问

b.数据库的选择

提升数据库积累处理大量数据的性能，确保用于积累数据的数据库容量。

利用RDB来处理管理类的信息，利用分布式KVS来作为专门积累采集到的数据的数据库。

c.数据库应用：一旦接收到的数据量增多，负责积累数据的存储空间容量也就需要

相应增大

分散功能

大规模的物联网系统，连接的终端数量可至上万，在服务器进行接收处理可能会来不及。解决这个问题，除了接收处理上下些工夫，还有就是把功能分散给设备及网关。

下述情况下，建议大家考虑分散功能。这样一来不仅能减轻服务器端的负荷，还能提升采集数据的效率。

1.每台设备要感测的数据量较多

2.需要实时响应

提高系统结构的牢固性

应该避免以下这样的设计：等收到传感器数据后再运行，或是测量的传感器数据重复时就不运行等。

远程控制，发出动作指令的一方基本没法知晓这个动作是否真的被执行了，所以设计时要考虑到如何向指令方传达动作执行结束的信息，或是如何用其他传感器来获取动作执行完毕的信息等。

提升通信效率

设置地点（网关的数量）越多，通信成本也就越大。因此就需要研究在从网关向服务器发送数据时，如何控制每个设置地点的通信量。

压缩数据：从网关终端发送到中心服务器的那些传感器数据暂时积累在网关终端上，再把这些数据一并压缩，从而削减通信量。通过延长上传传感器数据的时间间隔，可以增加每个压缩数据中包含的传感器数据的数量

选择协议：一边维持MQTT的TCP连接，一边进行数据的发送和接收。

安全性设计

为了提高物联网服务的安全品质，大家需要从设计阶段就着手推进安全性设计

风险分析：明确要守护的资产和会存在的威胁

多层防御

a.保护设备

网关终端可能会存有传感器的认证信息或应用程序的信息，尤其需要注意。

a.1预防

需要尽量把设备设置在只有管理者才能接触到的地方

设备内部停止不需要的服务，执行防火墙设置，用白名单的形式只允许那些我们所需的通信。

不能让人简简单单就能登录上终端，最好通过ID或密码等方式进行登录认证。

a.2检测

利用信任传递（transitivetrust）避免数据篡改。从最值得信赖的起点开始，按照“BIOS→引导加载程序→操作系统→应用程序”的传递顺序来测量组件，进行有效性认证。

a.3应用

定期修复漏洞来维持安全性品质至关重要

万一不小心泄露了登录用的ID或密码，应该赶紧着手更改，为此需要事先确定更改ID和密码的顺序

b.保护服务器端系统

除了对一般的业务和信息系统实施安全性对策以外，还需要针对因连接设备而引发的安全风险来制定对策。

b.1网关设备的认证

只允许在中心获得了认证的网关终端给中心发送数据

使用中心端事先给出的ID、密码及客户端证书认证

利用动态方法，即由服务器端的管理者确认从网关发来的连接要求，在管理者已经确认连接要求的基础上再批准连接

b.2数据流量的监测和制约

对接收的数据进行流量监测，如果出现流量异常的情况，就不继续接收数据

c.保护所采集数据的隐私

c.1在信道上进行数据隐藏

为了防止数据从通信路径泄露，需要采用像SSLA和IPsecB这些对信道加密的技术，对应用程序间的数据通信加密，对信道本身加密

c.2保护所感测数据的隐私

传感器数据的泄露可能会造成隐私上的风险，因此在处理传感器数据时需要多加注意。

日志设计

需要注意日志的输出容量。在设计日志时，建议大家先考虑好物联网系统特有的日志容量和存储时间等因素。

设备及网关的远程应用

在实际运用时就需要通过网络来实现对设备的远程管理功能。远程管理中包含远程设置参数、远程获取日志、远程上传应用及固件等功能。

远程管理的标准协议包括TR-和OMALightweightM2M（LWM2M）等协议

数据采集

预处理：采集到的数据中没用的多余数据剪切掉。对数据实施一些处理，将其加工成有意义的数据。

采集：以数值数据为基础，计算如总数、平均值、方差、分位点（包含中位数）等统计数值。

如果想大规模地实现高级的分析时，就需要用于与分布式处理基础架构联动地执行机器学习的Mahout，或是Jubatus这样的框架。

机器学习：基于过去的倾向来对新的数据进行推测和判断

数据挖掘：由人类发现和获取新的认识

采集：采集对象的性质决定了需要哪种基础架构。SQL、ApacheFlume和Fluentd

积累：出于保存大型数据和图像、语音等非结构化数据的目的，可以使用Hadoop的HDFS

加工：利用MapReduce可以通过应用并分散机器资源来处理数据

分析：ApacheSpark通过应用内存中缓存下来的内容来实现反复处理的高速化

CEP是ComplexEventProcessing（复合事件处理）的简称，这门技术用于实时地处理事件中产生的数据。

CEP是一种流数据处理基础架构，作为一种将改变上述四道工序的创新思路，它采用“不积累数据而是对其进行实时处理”的方法来进行事件处理

CEP是通过在内存上进行处理来实现实时处理的，所以不擅长像机器学习那样的大规模复杂运算。

CEP不堆积数据，而是立即处理，所以不需要给高速数据准备用于积累的大规模基础架构，这也是CEP的一个独有优势。

使用实例：金融领域中的算法交易–股票交易。

Jubatus是一个用于实现发现和预测等高级分析的框架

Jubatus采取了“在线学习”这种增量式学习方式，即使不将数据一并输入，也能够在接收到每个数据时进行学习

Jubatus能够通过分布式处理来实现“向外扩展式”的资源扩展

column分析的难度……

分析的难点在于有些地方无法仅凭算法和工具解释，而是需要一些无形的诀窍和技巧。

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行业现状