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荐 华为初识IoT最全学习笔记

2020年07月14日  | 移动技术网科技  | 我要评论

第1章 初始物联网

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1.1 用一杯咖啡的时间初探物联网

  • 发展过程
    1999年——2013年 物联网概念阶段，涉及设备仅限于无线射频领域的“物”
    2014年——2016年 涉及到智能穿戴，智能家居
    2016年——至今 智能穿戴、智能家居设备投入使用
  • 从云—管—端的逻辑体系：
    应用层—>负责数据呈现及客户交互
    平台层—>负责设备通信管理、数据存储、业务规划等
    网络层—>负责终端接入和数据传输
    感知层—>负责信息收集和信号处理
    根据不同行业应用物联网采用的通信技术会有所差别，具体如下：
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1.2 稳定可靠的有线通信

  • 有线通信技术：以太网、PLC、RS-232、M-Bus、RS-485
    以太网：现有局域网采用的最通用的通信协议标准，包括标准以太网、快速以太网、10G以太网；
    RS-232：EIA制定的异步传输标准接口；
    RS-485：解决232不能实现联网功能发展起来的；
    M-Bus：用于非电力户用仪表传输的欧洲总线标准，基于OSI参考模型；
    PLC：电力线通信；
    有线通信技术具有稳定性强、可靠性高的优点，缺点是受限于传输媒介。

1.3 百家争鸣的无线通信

主要分为两类：

  • 蜂窝移动通信——2G、3G、4G通信技术（GPRS）
  • 短距无线通信技术——蓝牙（Bluetooth）、Wi-Fi、ZigBee、Z-Wave

蓝牙：2.4-2.485GHz的ISM波段的无线电波、最高数据传输速率1Mbps、最大传输距离为10cm-10m的数据传输（通过增加发射传输功率传输距离可达到100m)。其优点是速率快、低功耗、安全性高，缺点是网络节点少，不适合多点布控。

Wi-Fi:Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射频频段。其优点是范围覆盖广，数据传输效率快，缺点是传输安全性不好，稳定性差，功耗略高。

ZigBee:ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，广泛应用于工业，智慧家庭等中。其优点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率，缺点是物体阻挡后信号会衰减、不同芯片兼容性较差、网络较灵活、不易维护。

Z-Wave：Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠的短距离无线通信技术。其优点是网络结构简单、低功耗、低成本、可靠性高，缺点是速率较低，标准不开放，芯片不能通过Sigma Designs这唯一来源获取。
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1.4 万户互联的LPWA

LPWA（Low Power Wide Area）低功率广域网

  • SigFox：Sigfox公司在全球部署低功耗广域网（LPWA），提供物联网（IoT）连接服务，用户设备集成支持Sigfox协议的射频模块或者芯片，开通连接服务后，即可连接到Sigfox网络。

  • LoRa：LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，我们知道，低功耗一般很难覆盖远距离，而远距离一般功耗高，LoRa的名字翻译就是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。

  • NB-IoT:窄带物联网（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。 NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
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第2章 IoT平台，能力开发

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2.1 解锁物联网平台，与OceanConnect相识

IoT平台：终端接入解耦、能力开放两个作用。在这里插入图片描述
两个重要的物联网协议：MQTT、CoAP
HTTP：超文本传输协议；
MQTT：消息队列遥测传输，IBM开发的基于TCP/IP的即时通讯协议。其优点在于协议简单、轻量级、消息可以短至两个字节、对终端的硬件配置要求低在这里插入图片描述
CoAP：受限制的应用协议，用于资源受限设备的通信和NB-IOT/LoRa，也是基于OSI模型。
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物联网按层次分类的平台：
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2.2 解读平台特性，与OceanConnect为知

OceanConnect是华为公司基于物联网、云计算、大数据等技术打造的开放式生态环境。
通过OceanConnect细化物联网层次架构：
平台层—>业务使能层：API开放管理、数据管理、规则引擎等功能
—>设备连接层：统一接入能力、资产和设备管理、SIM卡连接管理等功能

2.3 熟悉业务流程，与OceanConnect为伴

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IoCM：IOT联接管理模块，平台最重要的模块，支持联接状态管理和控制命令转发；
DM Server：设备管理服务器；
Rule Engine: 规则引擎；
Mongo DB：用户信息数据库；
CIG：云网管。
业务流程：
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第3章 窄宽无线，海量物联

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3.1NB-IoT=Niubility？

NB—>Narrow Band 表明NB-IoT是一项基于窄带的通信技术
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NB-IoT的网络总体架构
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NB-IoT终端：作为感知层，负责数据信息的采集处理和无线连接，发送数据。
eNodeB基站：作为网络层，负责数据信息的接入、传输、转发。其作为低成本站点解决方案支持更大容量的连接。
MME，移动性管理实体，负责信令处理部分
HSS，归属用户服务器，用于网络中存储用户信息的核心数据库主要用来保存用户的签约信息
SGW，服务网关
PGW，PDN网关，管理3GPP和non-3GPP间的数据路由，策略执行，计费等功能。
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3.2 NB-IoT中的Niubility技术

  • NB-IoT的最底层是物理层：
    它的系统带宽为180KHz，它的上行技术为SC-FDMA（单载波频分多址，子载波连续的调制解调技术，LTE上行链路的主流技术），它采用OFDMA（正交频多分址）将其180KHz带宽分成12个子载波，每个子载波15KHz。
    NB-IoT的物理信道采用降低目标速率、多次传输、采用低价调制方式的措施，目的是为了增加覆盖、降低成本、降低功耗。
  • 三种部署模式：在这里插入图片描述
  • 四大关键特性：超低成本、超低功耗、超强覆盖、超大连接在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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3.3 eLTE-LoT中的excellent技术

  • eLTE-LoT是1GHz以下的非授权ISM频谱、是灵活易部署的轻量化设备、支持标准物联网协议与企业现有应用平台进行对接。
  • 具有跳频技术（通过上行数据发送时使用的物理信道不断变化，来避免持续干扰。）、采用小包快传机制（提升上行的传输效率、缩短终端的发送时间、降低终端功耗）
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  • 业务引擎：终端设备管理、终端和AirNode接入认证鉴权、网络协议处理、数据转发、与第三方的物联网应用或平台对接；
  • AirNode：轻量化设计的基站，具有挂墙安装、抱杆安装的安装方式和有线传输（光纤/网线）与业务引擎直连、外置3G/4G无线回传模块，无线网络回传的连接方式。

第4章 物联网关，汇聚回传

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4.1 安全可靠的工业物联网关

工业物联网网关属于物联网架构中的网络层，负责下行汇聚、上行回传。工业物联网复杂度高，部署难。
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  • 边缘计算：在靠近终端设备或数据源头的边缘结点，融合联接、计算、存储、控制和应用等核心能力的开放平台，满足用户实时、智能、数据聚合和安全需求，相当于中枢神经。
  • 云计算：相当于大脑。
  • PLC-IoT技术

4.2 卓有成效的物联网解决方案

  • 智能电网的趋势：集中部署与云化架构、软件定义智能电网、配用电一体化、微网应用与互动、家庭能源管理。
    城市照明物联网：感知层、网络层、平台层（EEM平台）、应用层
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4.3 智能互联的家庭物联网关

过去的家庭网关为简单的点状网络
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现在的家庭网关为星型网络
未来的家庭网关为网状网络
关键业务：智能提速、家庭Wi-Fi无缝覆盖、智能互联与智能业务（统一接入标准和统一UI界面）、智能运维
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第5章 操作系统，轻量开源

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5.1 物联网操作系统——Huawei LiteOS

  • 对于操作系统经历了三个时代：PC时代（百家争鸣）—>互联网时代—>移动互联网时代（ios起步）
  • 物联网开源操作系统有打破技术壁垒和障碍、提高操作性和可移植性、减小开发成本、适合开源社区的开发人员参与等优点助推物联网的开发和发展。
  • 物联网操作系统面临着多传感器协同管理复杂、视频场景下性能和功耗要求高、开发语言编程效率低且上手难度大的困难。
  • Huawei LiteOS以轻量级、低功耗、快速启动特性为基础，广泛应用于家庭、行业等领域。

5.2 一个内核很重要——LiteOSFramework

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  • 任务管理
    线程：即任务，抢占式调度机制、时间片轮转调度机制。好比打开QQ中与某人进行聊天；
    进程：好比打开了QQ应用
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  • 内存管理
    内存具有连续的地址空间
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  • 中断管理
    中断请求—>中断响应—>中断处理
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  • 队列管理
    队列又称消息队列，是一种常用于任务间通信的数据结构；具有先进先出、先入后出的模式。
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  • 事件管理
    事件是可以在IPC通信，就是简单的事件触发，从一个任务跳转到另外一个任务。
  • 通信机制
    信号量是一种实现任务间的通信机制，实现任务之间同步或临界资源的互斥访问，常用于一组相互竞争的任务来访问临界资源。信号量表示还有多少任务可以做该共享资源的访问。互斥锁，特殊的信号量，作两个以上任务对有限的共享资源做访问时保护，防止冲突；互斥锁表示任务是否可以做该共享资源的访问
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  • 时间管理
    感知时间:时钟源；时间管理
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5.3 N个框架知多少——LiteOS Framework

  • 互联框架：解决不同协议终端的互联互通
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  • 传感框架：实现多传感器的统一管理
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  • 安全框架
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  • 运行引擎：高性能、轻量级JavaScript虚拟（针对资源高度受限的设备设计和优化的）机、面向物联网的应用开发框架
  • JavaScript框架：简化系统集成、丰富平台内容、隐藏部分编程细节、兼容第三方库、安全性等功能。

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