物联网就是通过信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
通俗地讲,物联网就是“物物相连的互联网”,它包含两层含义:
第一,物联网是互联网的延伸和扩展,其核心和基础仍然是互联网;
第二,物联网的用户端不仅包括人,还包括物品,物联网实现了人与物品及物品之间信息的交换和通信。
物联网作为新一代信息技术的高度集成和综合运用,具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点,是继计算机、互联网、移动通信网之后信息产业发展的又一推动者。
物联网的特征不包含局部互联。
一般认为,物联网具有以下的三大特征:
1、全面感知:利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息。
2、可靠传递:通过无线网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地传递给用户。
3、智能处理:利用云计算、数据挖掘以及模糊识别等人工智能技术,对海量的数据和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。
物联网的应用范围
1、智能交通
物联网技术在道路交通方面的应用比较成熟。交通拥堵甚至瘫痪已成为城市的一大问题。对道路交通状况实时监控并将信息及时传递给驾驶人,让驾驶人及时作出出行调整,有效缓解了交通压力;高速路口设置道路自动收费系统(ETC),免去进出口取卡还卡的时间,提升车辆的通行效率;公交车上安装定位系统,能及时了解公交车行驶路线及到站时间。
2、智能家居
智能家居就是物联网在家庭中的基础应用,随着宽带业务的普及,智能家居产品涉及到方方面面。家中无人,可利用手机等产品客户端远程操作智能空调,调节室温,甚者还可以学习用户的使用习惯,从而实现全自动的温控操作,使用户在炎炎夏季回家就能享受到冰爽带来的惬意;通过客户端实现智能灯泡的开关、调控灯泡的亮度和颜色等等。
3、公共安全
近年来全球气候异常情况频发,灾害的突发性和危害性进一步加大,网可以实时监测环境的不安全性,情况提前预防、实时预警、及时采取应对措施,降低灾害对人类生命财产的威胁。利用物联网技术可以智能感知大气、土壤、森林、水资源等方面各指标数据,善人类生活环境发挥巨大作用。
内核的特点
内核尺寸伸缩性强,能够适应不同配置的硬件平台。比如,一个极端的情况下,内核尺寸必须维持在10K以内,以支撑内存和CPU性能都很受限的传感器,这时候内核具备基本的任务调度和通信功能即可。在另外一个极端的情况下,内核必须具备完善的线程调度、内存管理、本地存储、复杂的网络协议、图形用户界面等功能,以满足高配置的智能物联网终端的要求。这时候的内核尺寸,不可避免的会大大增加,可以达到几百K,甚至M级。这种内核尺寸的伸缩性,可以通过两个层面的措施来实现:重新编译和二进制模块选择加载。重新编译措施很简单,只需要根据不同的应用目标,选择所需的功能模块,然后对内核进行重新编译即可。这个措施应用于内核定制非常深入的情况下,比如要求内核的尺寸达到10K以下的场合。而二进制模块选择加载,则用在对内核定制不是很深入的情况。这时候维持一个操作系统配置文件,文件里列举了操作系统需要加载的所有二进制模块。在内核初始化完成后,会根据配置文件,加载所需的二进制模块。这需要终端设备要有外部存储器(比如硬盘、Flash等),以存储要加载的二进制模块;
内核的实时性必须足够强,以满足关键应用的需要。大多数的物联网设备,要求操作系统内核要具备实时性,因为很多的关键性动作,必须在有限的时间内完成,否则将失去意义。内核的实时性包涵很多层面的意思,首先是中断响应的实时性,一旦外部中断发生,操作系统必须在足够短的时间内响应中断并做出处理。其次是线程或任务调度的实时性,一旦任务或线程所需的资源或进一步运行的条件准备就绪,必须能够马上得到调度。显然,基于非抢占式调度方式的内核很难满足这些实时性要求;
内核架构可扩展性强。物联网操作系统的内核,应该设计成一个框架,这个框架定义了一些接口和规范,只要遵循这些接口和规范,就可以很容易的在操作系统内核上增加新的功能的新的硬件支持。因为物联网的应用环境具备广谱特性,要求操作系统必须能够扩展以适应新的应用环境。内核应该有一个基于总线或树结构的设备管理机制,可以动态加载设备驱动程序或其它核心模块。同时内核应该具备外部二进制模块或应用程序的动态加载功能,这些应用程序存储在外部介质上,这样就无需修改内核,只需要开发新的应用程序,就可满足特定的行业需求;
内核应足够安全和可靠。可靠性就不用说了,物联网应用环境具备自动化程度高、人为干预少的特点,这要求内核必须足够可靠,以支撑长时间的独立运行。安全对物联网来说更加关键,甚至关系到国家命脉。比如一个不安全的内核被应用到国家电网控制当中,一旦被外部侵入,造成的影响将无法估量。为了加强安全性,内核应支持内存保护(VMM等机制)、异常管理等机制,以在必要时隔离错误的代码。另外一个安全策略,就是不开放源代码,或者不开放关键部分的内核源代码。不公开源代码只是一种安全策略,并不代表不能免费适用内核;
节能省电,以支持足够的电源续航能力。操作系统内核应该在CPU空闲的时候,降低CPU运行频率,或干脆关闭CPU。对于周边设备,也应该实时判断其运行状态,一旦进入空闲状态,则切换到省电模式。同时,操作系统内核应最大程度的降低中断发生频率,比如在不影响实时性的情况下,把系统的时钟频率调到最低,以最大可能的节约电源。
外围模块的特点
外围模块指为了适应物联网的应用特点,操作系统应该具备的一些功能特征,比如远程维护和升级等。同时也指为了扩展物联网操作系统内核的功能范围,而开发的一些功能模块,比如文件系统、网络协议栈等。物联网操作系统的外围模块(或外围功能)应该至少具备下列这些:
支持操作系统核心、设备驱动程序或应用程序等的远程升级。远程升级是物联网操作系统的最基本特征,这个特性可大大降低维护成本。远程升级完成后,原有的设备配置和数据能够得以继续使用。即使在升级失败的情况下,操作系统也应该能够恢复原有的运行状态。远程升级和维护是支持物联网操作系统大规模部署的主要措施之一;
支持常用的文件系统和外部存储,比如支持FAT32/NTFS/DCFS等文件系统,支持硬盘、USB stick、Flash、ROM等常用存储设备。在网络连接中断的情况下,外部存储功能会发挥重要作用。比如可以临时存储采集到的数据,再网络恢复后再上传到数据中心。但文件系统和存储驱动的代码,要与操作系统核心代码有效分离,能够做到非常容易的裁剪;
支持远程配置、远程诊断、远程管理等维护功能。这里不仅仅包涵常见的远程操作特性,比如远程修改设备参数、远程查看运行信息等。还应该包涵更深层面的远程操作,比如可以远程查看操作系统内核的状态,远程调试线程或任务,异常时的远程dump内核状态等功能。这些功能不仅仅需要外围应用的支持,更需要内核的天然支持;
支持完善的网络功能。物联网操作系统必须支持完善的TCP/IP协议栈,包括对IPv4和IPv6的同时支持。这个协议栈要具备灵活的伸缩性,以适应裁剪需要。比如可以通过裁剪,使得协议栈只支持IP/UDP等协议功能,以降低代码尺寸。同时也支持丰富的IP协议族,比如Telnet/FTP/IPSec/SCTP等协议,以适用智能终端和高安全可靠的应用场合;
对物联网常用的无线通信功能要内置支持。比如支持GPRS/3G/HSPA/4G等公共网络的无线通信功能,同时要支持Zigbee/NFC/RFID等近场通信功能,支持WLAN/Ethernet等桌面网络接口功能。这些不同的协议之间,要能够相互转换,能够把从一种协议获取到的数据报文,转换成为另外一种协议的报文发送出去。除此之外,还应支持短信息的接收和发送、语音通信、视频通信等功能;
内置支持XML文件解析功能。物联网时代,不同行业之间,甚至相同行业的不同领域之间,会存在严重的信息共享壁垒。而XML格式的数据共享可以打破这个壁垒,因此XML标准在物联网领域会得到更广泛的应用。物联网操作系统要内置对XML解析的支持,所有操作系统的配置数据,统一用XML格式进行存储。同时也可对行业自行定义的XML格式进行解析,以完成行业转换功能;
支持完善的GUI功能。图形用户界面一般应用于物联网的智能终端中,完成用户和设备的交互。GUI应该定义一个完整的框架,以方便图形功能的扩展。同时应该实现常用的用户界面元素,比如文本框、按钮、列表等。另外,GUI模块应该与操作系统核心分离,最好支持二进制的动态加载功能,即操作系统核心根据应用程序需要,动态加载或卸载GUI模块。GUI模块的效率要足够高,从用户输入确认,到具体的动作开始执行之间的时间(可以叫做click-launch时间)要足够短,不能出现用户点击了确定、但任务的执行却等待很长时间的情况;
支持从外部存储介质中动态加载应用程序。物联网操作系统应提供一组API,供不同应用程序调用,而且这一组API应该根据操作系统所加载的外围模块实时变化。比如在加载了GUI模块的情况下,需要提供GUI操作的系统调用,但是在没有GUI模块的情况下,就不应该提供GUI功能调用。同时操作系统、GUI等外围模块、应用程序模块应该二进制分离,操作系统能够动态的从外部存储介质上按需加载应用程序。这样的一种结构,就使得整个操作系统具备强大的扩展能力。操作系统内核和外围模块(GUI、网络等)提供基础支持,而各种各样的行业应用,通过应用程序来实现。最后在软件发布的时候,只发布操作系统内核、所需的外围模块、应用程序模块即可。
集成开发环境的特点
集成开发环境是构筑行业应用的关键工具,物联网操作系统必须提供方便灵活的开发工具,以开发出适合行业应用的应用程序。开发环境必须足够成熟并得到广泛适用,以降低应用程序的上市时间(GTMT)。集成开发环境必须具备如下特点:物联网操作系统要提供丰富灵活的API,供程序员调用,这组API应该能够支持多种语言,比如既支持C/C++,也支持Java、Basic等程序设计语言;最好充分利用已有的集成开发环境。比如可以利用Eclipse、Visual Studio等集成开发环境,这些集成开发工具具备广泛的应用基础,可以在Internet上直接获得良好的技术支持;除配套的集成开发环境外,还应定义和实现一种紧凑的应用程序格式(类似Windows的PE格式),以适用物联网的特殊需要。通过对集成开发环境进行定制,使得集成开发环境生成的代码,可以遵循这种格式;要提供一组工具,方便应用程序的开发和调试。比如提供应用程序下载工具、远程调试工具等,支撑整个开发过程。
可以看出,上述物联网操作系统内核、外围模块、应用开发环境等,都是支撑平台,支撑更上一层的行业应用。行业应用才是最终产生生产力的软件,但是物联网操作系统是行业应用得以茁壮生长和长期有效生存的基础,只有具备了强大灵活的物联网操作系统,物联网这棵大树才能结出丰硕的果实。
专业回答由德诺迈斯智能家居为您提供
物联网相对于已有的各种通信和服务网络在技术和应用层面具有以下特点:
感知识别普适化
无所不在的感知和识别将传统上分离的物理世界和信息世界高度融合。
异构设备互联化
各种异构设备利用无线通信模块和协议自组成网,异构网络通过“网关”互通互联。
联网终端规模化
物联网时代每一件物品均具通信功能成为网络终端,5-10年内联网终端规模有望突破百亿。
管理调控智能化
物联网高效可靠组织大规模数据,与此同时,运筹学,机器学习,数据挖掘,专家系统等决策手段将广泛应用于各行各业。
应用服务链条化
以工业生产为例,物联网技术覆盖从原材料引进,生产调度,节能减排,仓储物流到产品销售,售后服务等各个环节。
经济发展跨越化
物联网技术有望成为从劳动密集型向知识密集型,从资源浪费型向环境友好型国民经济发展过程中的重要动力。
层级特性
物联网的体系目前还未完全形成,需要一些应用形成示范,更多的传统行业的物联网应用后才能基本形成,但是,目前物联网的体系的雏形已经形成,物联网基本体系具有典型的层级特性,一个完整的物联网系统一般来说包含以下五个层面的功能:
1、信息感知层
该层的主要任务是将大范围内的现实世界的各种物理量通过各种手段,实时并自动化的转化为虚拟世界可处理的数字化信息或者数据。
物联网所采集的信息主要有如下种类:
● 传感信息:如温度、湿度、压力、气体浓度、生命体征等;
● 物品属性信息:如物品名称、型号、特性、价格等;
● 工作状态信息:如仪器、设备的工作参数等;
● 地理位置信息:如物品所处的地理位置等;
信息采集层的主要任务是对各种信息进行标记,并通过传感等手段,将这些标记的信息和现实世界的物理信息进行采集,将其转化为可供处理的数字化信息。
信息采集层涉及的典型技术如:RFID(射频识别)、各种传感器等。
2、信息汇聚层
该层的主要任务是将信息采集层采集到的信息,通过各种网络技术进行汇总,将大范围内的信息整合到一起,以供处理。
信息汇总层涉及的典型技术如:Ad-hoc(多跳移动无线网络),传感器网络,Wi-Fi等。
3、信息处理层
该层的主要任务是将信息汇总层汇总而来的信息,进行分析和处理,从而对现实世界的实时情况形成数字化的认知。
信息处理层典型的技术如:GIS(地理信息系统)[k1] 、ERP(企业资源管理计划)
4、运营层
该层主要任务是开展物联网基础信息运营与管理,是网络基础设施与架构的主体。目前运营层主要由中国电信、中移动、广电网等基础运营商组成,从而形成中国物联网的主体架构
5、应用层
主要是物联网在各个行业的垂直应用层面,物流行业就是一个主要的应用行业。
物联网的技术特征有全感知、可靠传输、智能处理。
通过对物联网定义和架构的分析,得出物联网的核心功能是信息(数据)的传递与处理。所以,要确保高效运作,物联网必须具有三个特点:全感知、可靠传输、智能处理。
1、整体感觉。
知觉是物联网的核心。IoT是由物品和人组成,具有很强的感知能力。为让物品有知觉,需要在物品上安装不同种类的识别装置,如电子标签、条码、二维码等,同时可通过温湿度传感器。
红外线传感器、照相机等识别设备感知它的物理属性和个性化特征。通过这类设备,可以随时随地获得物品信息,实现全方位感知。
2、可靠传输。
数据传输的稳定可靠,是保证物物相联的关键。因为物联网是一种异构网络,不同实体之间的协议格式可能会有差异,所以需要通过相应的软硬件来实现协议格式转换,以确保项目间信息的实时、准确地传输。
为实现不同传感器数据的统一处理,实现了物物间的信息交互,必须开发支持多种协议格式转换的通信网关。利用通信网关,将不同传感器的通信协议转化为事先约定的、统一的通信协议。
3、智能加工。
其目标是实现对各种物品、人员的智能识别、定位、追踪、监测、管理等功能。因此,必须以智能信息处理平台为支撑,通过云计算、人工智能等智能计算技术来存储、分析、处理海量数据,并根据不同的应用需求,对物品和人员进行智能控制。
由此可以看出,物联网融合了各种信息技术,突破了因特网的限制,将对象连接到信息网络中,实现了“物物互联”。物联网支持信息网络向全面感知和智能应用两个方向扩展、延伸和突破,从而影响到国民经济和社会生活的各个方面。
物联网的概念是在1999年提出的。物联网就是“物物相连的互联网”其英文名Internet of Things。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。因此,物联网的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮,它是互联网的应用拓展,与其说物联网是网络,不如说物联网是互联网基础上的业务和应用。
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