物联网终端

物联网终端层用到的技术

  物联网终端层涉及多种技术,主要包括以下几个方面:

  通信协议

  远距离蜂窝通信:如2G/3G/4G、NB-IoT、5G等。

  远距离非蜂窝通信:如TPUNB、LoRa、Sigfox等。

  近距离通信:如WiFi、蓝牙(BLE)、ZigBee、RFID、NFC等。

  应用层协议:如MQTT、CoAP、HTTP等。

  传感器和接口

  物联网终端设备通常包含各种传感器,用于数据采集。这些传感器可以通过不同的接口与CPU连接,例如RS485、UART、I2C、AD和GPIO等。

  具体的硬件组件包括传感器、外部传感接口、CPU和外部通讯模块。

  数据处理和传输

  终端设备不仅负责数据采集,还进行初步处理和加密,然后将数据传输至网络层。

  数据传输过程中可能使用到的加密技术以确保数据的安全性。

  计算和感知能力

  物联网终端节点具有一定的计算能力和感知能力,部分终端节点还具备执行能力。

  标准化和中间件

  为了屏蔽硬件的异构性,物联网接入终端需要采用标准化接口和中间件,实现数据格式化和虚拟化技术。

  物联网终端层的技术涵盖了从通信协议到传感器接口,再到数据处理和传输的各个方面,确保了设备能够高效地在物联网环境中工作。

  一、 物联网终端层中远距离蜂窝通信技术的最新发展是什么?

  在物联网终端层中,远距离蜂窝通信技术的最新发展主要集中在以下几个方面:

  •   多模蜂窝通信:移远通信与高新兴瑞联和高通技术公司合作发布了行业首批同时支持“ntn卫星通信”和“多模蜂窝通信”功能的资产追踪器gl103s。该产品结合了移远通信的高集成度ntn卫星通信模组、高通技术公司的芯片技术以及高新兴瑞联的创新设计,能够在全球范围内提供稳定的通信服务。
  •   5G技术的进一步优化和应用:尽管没有直接提到最新的5G技术进展,但可以推测,随着全球5G网络的普及和优化,其在远距离通信中的应用将更加广泛和高效。此外,一些新的非蜂窝低功耗远距离物联网技术也在不断发展中,例如LoRa等。
  •   卫星通信技术的应用:ntn(non-terrestrial network)卫星通信技术的应用是近年来的一个重要发展方向。通过将卫星通信与蜂窝通信相结合,可以显著提升远距离通信的可靠性和覆盖范围。

  物联网终端层中远距离蜂窝通信技术的最新发展包括多模蜂窝通信技术的推出、5G技术的进一步优化以及ntn卫星通信技术的应用。

  二、 LoRa和Sigfox在物联网终端应用中的优势和局限性分别是什么?

  LoRa和Sigfox在物联网终端应用中各有其优势和局限性。

  1. LoRa的优势与局限性

  优势:

  •   低功耗:LoRa技术具有显著的低功耗特性,这使得设备能够长时间运行而无需频繁更换电池。
  •   长距离通信:LoRa能够实现数公里甚至数十公里的通信距离,这使其成为远距离通信的理想选择。此外,其通信距离在室内室外均可达上千米,相较于其他协议如蓝牙、Zigbee等要更优秀。
  •   高抗干扰能力:LoRa具备强大的抗干扰能力,能够在复杂的环境中稳定工作。
  •   灵活的网络拓扑结构:LoRa模块可以双向操作,并且不需要基站,网关可以控制多个设备,这大大降低了成本并提供了灵活的网络布局方法。
  •   多节点支持:LoRa支持多个节点同时通信,这为大规模物联网应用提供了可能。

  局限性:

  •   传输速率受限:由于采用了较低的传输速率,LoRa主要适用于低速率、低频次的物联网终端应用。
  •   复杂的部署和维护:尽管LoRa具有灵活的网络拓扑结构,但其部署和维护相对复杂,需要专业的知识和技术支持。

  2. Sigfox的优势与局限性

  优势:

  •   低功耗和低成本:Sigfox同样具有低功耗和低成本的特点,这使得它非常适合于需要长期运行且预算有限的物联网应用。
  •   全球统一的网络架构:Sigfox拥有全球统一的网络架构,这使其在全球范围内都能提供稳定的连接服务。
  •   简单易用的API:Sigfox提供非常简单的API接口,便于开发者快速集成和使用其通信功能。
  •   直接连接终端设备与云端:基于Sigfox技术,终端设备可以直接与云端进行连接,避免了终端用户与运营商过多的沟通,极大地降低了终端客户的成本。

  局限性:

  •   数据传输速率低:Sigfox支持的是低数据速率通信,每天最多只能传输几个字节的数据,这限制了其在需要高数据传输速率的应用场景中的使用。
  •   单一方向通信:与LoRa不同,Sigfox只支持单向通信,这在某些需要双向通信的应用场景中可能不够理想。

  LoRa和Sigfox各有其独特的优势和局限性。

  三、 物联网终端设备使用的加密技术有哪些

  物联网终端设备使用的加密技术主要包括对称加密和非对称加密两种类型。对称加密技术使用相同的密钥进行数据的加密和解密,而非对称加密技术则使用一对公钥和私钥,分别用于加密和解密数据。

  在安全性评估方面,物联网设备的安全性评估通常包括以下几个方面:

  •   数据加密方式的测试:通过测试不同的加密算法来确保其有效性和安全性。
  •   认证和授权机制的审查:检查设备的认证和授权机制是否能够有效地防止未授权访问。
  •   网络接入点的安全性检查:确保网络接入点没有安全漏洞,以防止数据在传输过程中被窃取或篡改。
  •   静态代码分析和动态代码分析:结合使用这两种方法可以更全面地评估物联网应用程序中的安全问题。

  此外,物联网终端硬件加密模块也是一种常见的安全措施,它位于数据终端和不可信网络之间,为不具备安全特性的数据终端提供无感知的数据加解密服务。

  四、 物联网终端节点的计算能力和感知能力如何通过软件优化

  物联网终端节点的计算能力和感知能力可以通过多种软件优化方法得到提升,具体如下:

  •   数据处理算法优化:通过改进和优化数据处理算法,可以显著提高数据处理的效率和准确性。例如,在物联网虫情自动监测系统中,对数据处理算法进行优化是提升性能的重要手段之一。
  •   移动边缘计算(MEC)框架:采用移动边缘计算框架如EdgeFlow,可以显著提高计算效率并降低通信时延。该框架考虑了阻塞态和非阻塞态的任务卸载算法,能够有效应对未来物联网更高的计算需求。
  •   硬件加速技术:利用硬件加速技术,如Vega SoC中的DNN加速,可以显著提升终端节点的计算能力。这种技术在8位整数计算上实现了领先的615 gops/w效率,特别适用于具有硬件加速的8位深度神经网络推理。
  •   云-边协同:引入边缘计算架构,将计算任务就近处理,可以解决物联网通信“最后一公里”的问题,并实现设备管理控制等服务的高效执行。这不仅提高了计算能力,还减少了数据传输的延迟。
  •   全生命周期数字化软件应用:在数字化基础设施方面,更有效地利用全生命周期的数字化软件,以提高速度和效率。这种方法可以在提升计算与存储能力的同时,确保数据中心的可持续发展。
  •   多级物联网平台构建:例如,在5G智慧电网项目中,通过构建基于“5G边缘计算+物联网平台”的多级物联网深度感知能力,解决了传统配电过程中用户用能信息感知不及时等问题。

  五、 物联网接入终端的最新数据格式化和虚拟化技术

  物联网接入终端的数据格式化和虚拟化技术在近年来有了一些新的进展,主要体现在以下几个方面:

  1. 数据格式的转换和处理

  阿里云物联网平台推出了数据服务功能,可以将设备数据从ProtoBuf格式转换为JSON格式,并支持窗口聚合和插值计算。

  物联网服务在处理数据时,需要将文本数据转换为数值数据和二进制数据。为此,可以使用MessagePack等工具来直接以二进制形式处理数据,从而提高效率。

  2. 虚拟化技术的应用

  风河公司推出了新一代物联网RTOS集成虚拟化技术,通过将实时嵌入式Type 1 hypervisor集成到RTOS内核中,提供安全、可靠的分区,以克服物联网设备带来的挑战。

  开源虚拟化技术在嵌入式系统上的应用越来越广泛,特别是在需要高算力的场景下,如软件定义汽车驾驶舱和工业领域的工作负载整合。

  Linux基金会推出的ACRN项目,旨在解决物联网开发中的轻量级和灵活性需求,进一步推动了虚拟化技术在物联网中的应用。

  3. 虚拟化技术与嵌入式系统的融合

  虚拟化技术与嵌入式系统的融合能够提高硬件资源的利用率、降低能源消耗,并提升系统的可维护性和可靠性。

  这种融合方式不仅提高了系统的性能,还使得物联网设备能够更好地适应多样化的应用场景。

  物联网接入终端的数据格式化和虚拟化技术在数据格式的转换、虚拟化技术的应用以及与嵌入式系统的融合等方面都有了显著的新进展。

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