随着技术的普及 越来越多的企业在筹划、推进物联网领域的建设项目 另一方面越来越多的 IT 企业进入到物联网服务领域。相较于其他项目 物联网项目有其特殊性 本文旨在建立起一种实施参考 以有助于项目规划的思考、项目提案的分析、项目建设实施的有序推进等工作。
理解物联网技术领域的发展有两个特点 第一是 一批批技术人员前赴后继地推进 每个进展都是在既有技术总和的基础上增加了一层 第二是 伟大的进展是大时间尺度的回望 而每个当下的进步都微乎其微。
物联网也是类似的发展历程 很难清晰界定物联网从何而来、从何时而来 但回望过去三十年国内技术发展 其阶段性特点会很清晰。所以遥不可及或新瓶装旧酒的感觉都很常见。
物联网的含义如其字面意思 即物物之间相互联接 组成网络。怎么理解它呢
物联网的提出是相较于互联网、移动互联网而言的。互联网诞生与普及实现了电脑与电脑的相连 进而实现了组织、岗位之间的互联互通。移动互联网技术的应用与普及则在前者基础上 增加了以手机为重要代表的移动设备的互联互通 其更深刻的影响是手机背后的人被拉入到这个网络中 手机成为人外置的连接器 人成为这个网络中重要的节点。物联网则是在这二者的基础上 旨在将万事万物都接入到这个网络中 每个节点可以是计算机、手机、人、路灯、汽车等等。
物联网的意义是什么 回望当互联网被发明的时候 我们无法准确说明和预言互联网的价值和对社会的影响 但它深刻的促进了社会的发展 移动互联网也是类似的情况。梅特卡夫定律表述为 网络价值随着用户数平方的增长而增长 即与用户数平方成正比。物联网的接入数将会远超既有接入终端的数量。
物联网的愿景是伟大的 而前进的脚步却是细无声的。抬头看看我们的工厂 不知不觉间被物联网所包围。厂门口的停车管理系统、员工的打卡签到系统、访客的授权控制系统、围墙上的边界监控系统 生产流水线上的传感器、控制器、电子看板 仓储与物流系统等等。
物联网就是如此吗 物联网的发展还在加速阶段 比如我们所津津乐道的数字孪生也只是在有限的场景应用 绝大部分设备、材料、厂房、车辆、订单、作业人员等之间的连接还很有限 彼此之间协作还很低效。这些都是未来物联网要进一步发展的方向。
在物联网概念流行之前 工业领域已有类似的网络 比如厂房内部的工业控制网络 比如汽车内部的控制网络。物联网较它们而言 接入的范围更广 同时它们也是物联网的基础。
企业物联网项目实施参考
物联网较互联网有其特殊性
网络连接稳定性、速率不稳定。终端设备多样性 算力、电力、感知力、复杂度极度层次不齐。终端维护性可能很差 可能处在人烟罕至的地方 也可能过于分散导致巡检频率极低。终端数据大部分与时间 即为时序数据 其处理业务逻辑也有很强的时间属性。终端并发模型不再与人作息有强相关性 比如设备的定时检测就没有明显的波峰波谷。物联网的架构物联网最核心的元素有3 个 感知、传输、处理。
感知 利用传感器、摄像头等获取物体、环境等信息。传输 基于互联网、工业网络、电信网络等 将感知的信息传递给需要的节点 同时也会将控制、处理指令传递给各类各样的终端。处理 对收集到的信息进行加工、分析、存储等。一般的物联网架构分为四层 云、管、边、端。
端包括主要包括三类能力 感知、控制、交互。感知包括温感、烟感、压感、光感、流量计、红外传感、RFID标签等 控制包括伺服电机、步进电机、控制开关、PLC 等 交互包括音视频、触控、键盘、旋钮等。
边是处理效率和算力的折中 常见的工控机就是一种边缘计算节点 将现场的数据采集传到后台服务最快也需要几十毫秒 有时还会出现断网的极端情况 这对于很多现场操作是无法接受 它们需要需要现场处理反馈 同时把所有数据都传输到服务中心需要的带宽可能非常大 但有效的信息其实并不多 需要在现场进行信息的过滤。边和端的区分是逻辑概念 在具体情况时 有些设备是边端一体 比如将边缘计算能力集成到摄像设备上 一个区域部署一台这样的设备 其他设备则仅拥有摄像能力。这样即拥有了边缘计算节点的计算能力 又降低了方案的造价。
管是连接通道 将终端、边缘节点、云服务连接成一个整体。管包括传统的工控总线技术 也包括互联网技术、电信技术 还包括 NB-IoT、LoRa、Bluetooth 等技术。一些终端节点缺少联网能力 需要物联网网关协助其接入。
云主要指物联网平台 可以自建的服务平台 可以是基于第三方厂商搭建的平台 主要完成复杂计算、大数据存储、应用支持等。
物联网项目的实施过程物联网项目都涉及到与应用现场相结合的环节 同时涉及到软硬件一体化研发 其实施过程更复杂。下面是常规项目中会涉及到的环节 供项目设计参考。
业务分析与可行性研究 包括了解既有设备、环境的摸底完成提案涉及与沟通确认根据拟建物联网工程的性质 确定所使用的周期模型需求分析 确定设计目标、性能参数根据具体情况 对现有网络进行分析逻辑网络设计(有时称为总体设计)物理网络设计(有时称为详细设计)施工方案设计(工期计划、施工流程、现场管理方案、施工人员安排、工程质量保证措施等;应用软件开发、采购方案)设计测试方案设计运行、维护方案系统开发系统试验测试现场改造升级设备分发与安装调试试运行验收正式运行与维护物联网的技术选型关于终端的技术选型受作业环境影响很大 比如高温作业导致很多对于加工件的数据采集需要间接采集 比如作业人员的操作模式也决定了终端的技术形态。
一些终端设备算力充裕 且业务复杂 可引入操作系统 通常使用的安卓系统 当然标准的嵌入式操作系统也可以使用 华为、阿里等也有可裁剪的嵌入系统可以使用。鸿蒙系统也值得关注。
物联网相关的通讯协议很多 既要关注其技术参数 也要关注其合规性要求 比如 NB-IoT 则需要一些接入认证。
关于数据存储 使用文件系统直接存储 还是使用 MySQL 等存储均可 同时也要关注有很多物联网专用的方案供选择 端侧的 SQLlite 很简洁 服务侧的时序数据库 如 InfluxDB 则对于时序数据插入、更新、计算都很好的优化。
关于是否使用第三方物联网平台 都建议先学习了解一些这些平台 一是帮助了解系统的范围边界 二是避免走弯路 三是可能会降低建造成本。
平台参考阿里云物联网平台
时序数据库 InfluxDB
InfluxDB是一种稳定可靠 可弹性伸缩的时序数据库服务。广泛应用于互联网基础资源监控 容器监控 业务运营监控分析 物联网设备远程实时监控 工业安全生产监控 生产质量评估和故障回溯。提供时序数据自动化采集 压缩存储 类SQL查询 多维聚合计算和数据可视化分析能力。
本文转自网络，原文链接：https://developer.aliyun.com/article/784951
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