科普文章—物联网工作原理

前言：物联网是互联网发展的下一个阶段。起初，我们只把电脑和智能手机连接到互联网上。现在，我们将一系列的设备和事物连接到互联网上，以便我们可以与他们进行广泛的互动，同时从中收集有用的数据。物联网使人们腾出更多精力来从事更高层次，更重要的任务。

物联网（或“ IoT”）是什么？它是如何工作的？它为什么如此重要？ 让我们深入探讨一个易于理解的定义，它不一定能回答您所有的问题，但至少会为您提供一个提出正确问题的方向！

要了解物联网的特殊之处以及与常规的旧互联网有何不同，我们需要了解物联网在电信和现代技术历史中的地位。

物联网从何而来？

在20世纪，电信技术使我们能够通过电话与彼此进行远距离的对话。

在1980年代，我们开始将个人计算机（PC）连接到互联网，以真正快速地共享和访问远距离简单语音数据以外的资源和信息。

从21世纪初期开始，苹果公司通过iPhone改变了世界。它使我们可以随时随地掌控互联网的力量，真正的移动时代开始了。

从智能手机时代开始不久，我们就开始看到从一系列小型移动设备接入互联网的价值。不仅可以“读取”来自世界事物的数据，还可以“写入”数据，例如给它们的指令。

最后，这里就是物联网（或“ IoT”）融入故事的地方！

物联网指的是将物体、设备和空间连接到互联网上的做法，而此前这些东西不在互联网的范围内。正如我们所看到的，直到几年前，互联网基本上还局限于两个方面：电脑和手机。现在，我们在网上带来了很多东西：汽车、音响（如Alexa）、冰箱和洗衣机等家用电器、城市市政基础设施、农业设备等等。

物联网使公民、企业和政府能够远程、大规模地与许多曾经断开连接的对象进行交互。它使我们能够从这些设备中收集数据，从这些数据中产生洞察力，然后将指令发送回那些帮助这些设备更好地执行任务的设备。

物联网使人类能够将周围的物理世界连接到互联网，并通过数字表示与之互动。

物联网系统的核心组件

硬件

物联网的核心是数十亿个互连设备，通常是传感器和执行器，使您能够感知或控制周围的物理世界。除了需要网络连接来传输它们收集的数据外，这些设备还需要一些基本的处理和存储功能，这些能力通常由微控制器、系统芯片（SoC）或现场可编程门阵列（FPGA）提供。

嵌入式编程

物联网设备是嵌入式设备。它们可以使用商品化的微控制器平台（例如Arduino）进行原型制作，并在以后阶段开发定制的印刷电路板（PCB）。使用这些平台进行原型制作需要电路设计技能，微控制器编程，以及对硬件通信协议（例如用于在微控制器与连接的传感器和执行器之间建立通信的串行，I2C或SPI）的深刻理解。嵌入式程序通常是使用C ++或C开发的。但是，Python和JavaScript（用于UI和平台）在原型设计和扩展IoT系统方面变得越来越流行。

安全性

安全性是物联网中最关键的问题之一，与数据伦理、隐私和责任密切相关。它必须内置在系统设计的每个步骤中。每天有成千上万的新设备连接，潜在（或真实）攻击媒介的数量每天都在增长。安全工程技能，包括威胁评估、道德黑客攻击、加密、保护网络架构和应用程序、事件监视、活动日志记录和威胁情报，在如此大的风险下，变得至关重要。

网络和云集成

网络设计和管理在物联网中至关重要，这是因为所连接的设备数量巨大，并且网络设计决策可能会对大规模部署的物联网系统产生影响。

连接性使设备可以与其他设备以及云中运行的应用程序和服务进行通信。尽管云计算和物联网是两种截然不同的技术，但实时数据流和云集成对于物联网的正常运行至关重要。云基础设施用于数据存储、处理和分析，以及在物联网应用程序中实现业务逻辑。

数据分析与预测

传输数据的物联网设备的数量每天都在增加，开发人员将需要安全可靠地提取、存储和查询源自这些设备的大量异构数据。许多物联网设备会生成对延迟或时间敏感的数据，因此在网络边缘过滤或丢弃无关数据而不是将所有数据都发送给服务器也很有用。

人工智能与机器学习

为了交付价值并利用物联网设备生成的大量数据，机器学习和人工智能是物联网系统中的有用工具。这些技术通过将机器暴露于大量有关情况的数据来教给机器学习，这些技术可以实时应用于传感器数据流以进行预测分析，并根据传入的数据自主做出决策。机器学习还可以应用于历史数据，以识别数据中的模式或异常，这些模式或异常可以使您做出重要的决策。

物联网与工业

物联网对工业生态系统的影响导致了强大的物理网络连接的出现，通常被称为第四次工业革命，即工业4.0，也称为工业物联网（或“ IIoT”）。互联生态系统是指物理互联的工业资产，包括制造车间中的资产以及互联的物流工具，流程等。