物联网基础知识和架构

 因为工作的需要，最近研究了一些开源和商业的物联网平台和产品的解决方案和技术架构，发现所有的这些解决方案和技术架构虽然在实现方式和技术栈上各有不同，但是基础的知识体系和架构基本上一致的，为了对物联网有一个全面和体系的认识，这里将物联网的一些知识和基础架构进行梳理和总结，后面的文章也会在这些总结的知识点上进行逐步的展开和探讨，所谓不谋全局者，不足谋一域。这里还要安利一本书叫《图解物联网》，无论是从事相关行业的技术人员和产品经理都值得一看，此书对物联网相关的知识进行了一个体系化的梳理。本文也是基于此书的前2章的文章脉络和内容进行了一定的扩展。

一、实现物联网技术要素

 要实现物联网，需要很多技术要素。除了传感器等电子零件和电子电路以外，还包括Web应用中经常用到的技术，以及数据分析等。

设备

1. 物联网设备从功能上来讲有两个作用，一个是感测作用，通过传感器搜集周围的环境信息，例如房间的温度和湿度，这个是通过设备上的传感器这种电子零件实现感测的；一个作用是反馈作用，反馈有三种方法分别是可视化、通知以及控制，如图所示：
   
2. 物联网设备从构成上来讲由微控制器板（一块控制机器的IC芯片）、输入设备、输出设备组成，其构成如图所示：
   
   其中微控制其板则是由CPU、内存、外围电路组成，其构成如图所示：
   
   芯片的四大主流架构，如下图所示：
   
3. 物联网设备的开发流程如图所示：
   
   微控制器主板的选择标准可以参考下图表格：
   
   以往的微控制器板和单板计算机如图所示：
   
   常见的微控制器板和单板计算机如图所示：
   

传感器

 传感器很少被单独使用，使用方式有两种：

1. 一种是嵌入在各种设备中使用，例如我们经常使用的智能手机，其中就搭载了检测画面倾斜度的陀螺仪传感器和加速度传感器。
2. 一种是传感器节点，它把传感器本身置入环境中搜集信息，传感器节点是集蓝牙和 Wi-Fi 等无线通信装置与电池为一体的传感器。

 具有代表性的传感器种类如下图所示：

网路

设备间的网络连接方式通常来收有两种：

1. 一种是设备与设备之间的网络连接，如图所示：
   ，其中蓝牙和 ZigBee 是两种具有代表性的网络标准，它们是用无线连接的，利用的通信协议也是固定的。这些协议的特征有采用擅长近离通信的无线连接、低功耗、易于嵌入嵌入式设备等。设备与设备之间的连接有如下几种情况：
   
2. 一种是设备与服务器的网络连接，常用的连接协议有HTTP、WebSocket、MQTT、Coap等等。

 物联网常用的网络通信协议归纳如下图：

物联网服务

 物联网服务有两个作用：

1. 从设备接受数据以及向设备发送数据。数据传输分为同步和异步，如下图所示：
   
2. 处理和保存数据。数据处理又分为批处理和流处理，如下图所示
   

数据分析

 数据分析一般分为两种：

1. 统计分析法。
2. 机器学习。

二、物联网的架构

 实现物联网时，物联网服务大体上发挥着两个作用。第一是把从设备收到的数据保存到数据库，并对采集的数据进行分析。第二是向设备发送指令和信息。

整体结构

 物联网整体结构如下图所示：

网关

 网关指的是能连接多台设备，并具备直接连接到互联网的功能的机器和软件，对于那些不能连网的设备，可以通过网关连接到互联网。一般市面上网关如下图构成：

服务器结构

 物联网服务大体可以分为三个部分，前端部分（接受数据）、处理部分、数据库部分，如下图所示：