1.1 任务一：初识物联网

1.1.1 什么是物联网

1.物联网的定义

物联网（Internet of Things,IoT）就是物物相连的互联网。其核心和基础仍然是互联网。物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控等。物联网是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

2.物联网的发展历程

1990年施乐公司的网络可乐贩售机是物联网的最早实践。

1995年比尔盖茨在《未来之路》一书中也曾提及物联网。

1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心（Auto-ID）,”提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。

2005年11月17日，信息社会世界峰会上，国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，引用了“物联网”的概念。

2008年11月，第二届中国移动政务研讨会“知识社会与创新2.0”在北京大学举行，会上提出物联网技术发展的重要性。

2009年1月28日，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念。

2012年2月14日，工业和信息化部发布《物联网“十二五”发展规划》。

3.物联网的关键技术

物联网的产业链可细分为标识、感知、信息传送和数据处理这4个环节，对于每一个环节都有相应的技术支撑，技术的成熟是促进物联网发展的关键。如图1-3所示，物联网的关键技术包括RFID（射频识别技术）、二维条码、传感器技术，短距无线通信技术、IPv6、云服务、云存储、云计算、嵌入式系统。

物联网的核心技术包括传感器技术、RFID（射频识别技术）、网络与通信技术、云计算技术和嵌入式系统技术，下面我们分别来介绍一下物联网的核心技术。

（1）传感器技术

传感器是整个物联网系统工作的基础，正是因为有了传感器，物联网系统才有内容传递给“大脑”。

（2）RFID（射频识别技术）

RFID是一种无线通信技术，它可以通过无线电信号识别特定目标并读写数据。它被广泛应用于自动识别、物品物流管理等场景。

（3）网络通信技术

网络通信技术涉及近程通信技术和远程通信技术。近程通信包括蓝牙、RFID等，远程通信包括组网、网关等。

（4）云计算技术

云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物。物联网通过传感器采集到难以估量的数据量，云计算可以对这些海量的数据进行智能处理。云计算是物联网发展的基石，而物联网又是云计算典型的应用场景，促进着云计算的发展。

（5）嵌入式系统技术

嵌入式系统技术是融合了传感器技术、集成电路技术、计算机软硬件、电子应用技术为一体的复杂技术。如果把物联网比喻为一个人，传感器就相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等；网络就是人的神经系统，用来传递信息；嵌入式系统则是人的大脑，物联网在接收到信息后对其进行分类处理。

4.物联网技术体系架构

物联网的系统架构可划分为3个层次：感知层，网络层和应用层。图1-4为物联网体系架构图。

① 感知层：即利用传感器、RFID、二维码等随时随地获取物体的信息。

② 网络层：通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去。

③ 应用层：其把从感知层得到的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。

5.物联网应用领域

物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面，我们在日常生活中最常见的包括智能家居、智慧医疗、智慧农业、智能物流等。信息时代，物联网无处不在，从智能家居到可穿戴设备再到互联网汽车，越来越多的人置身于物联网中。

6.物联网发展前景

物联网，已经不再是一个概念，它已经悄悄地走进了我们的生活。我们已经见到了太多物联网产品，如共享单车、共享充电宝、插座、冰箱、空调等这些司空见惯的生活用品纷纷被冠以“智能”二字。某机构预测，到2020年，全世界的物联网连接终端将达到500亿。物联网平台经过技术萌芽到产业发展逐渐清晰，其未来发展前景十分广阔。某IT公司预计，未来5~10年，物联网将会进入实质生产的高峰期。物联网将会成为下一次技术革命的主题。

1.1.2 物联网云平台

随着智能硬件和智能家居的普及，面对众多不同品牌、不同平台与App形态的终端设备，不论消费者还是智能硬件从业者都需要一个对多方设备具有统一接口与协同标准的交互管理方案。因此，我们的管理方案则是打造一个通用的基于云上的“物联网开放平台”。

我们可以把物联网开放平台简单地理解为一个超级管理系统，它可以管理它所生成的所有物联网卡，也可以管理所有的流量池，当然，也包括诸多代理等。要更清楚地理解物联网云平台，我们需要了解物联网的三层结构，即应用层、感知层和网络层。图1-5为物联网云平台的体系架构。图1-6中我们可以清晰地看出物联网的三个层次。物联网云平台有三大核心：云后台、智能硬件，移动App。

1.云后台

云后台处于物联网核心层次中的应用层，其位于物联网三层结构中的最顶层，其功能为“处理”，即通过云计算平台进行信息处理。应用层可以对感知层采集数据进行存储、计算、处理和信息挖掘，从而实现对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策。因此，后台开发无疑是整个平台的核心。

云后台的核心功能围绕两个方面：一是“数据”，后台需要完成数据的存储、管理和处理；二是“应用”，仅仅管理和处理数据还远远不够，必须将这些数据与各行业应用相结合。这就需要通过某种协议和智能设备相连，通过对设备产生的数据进行处理和分析，并采取相关措施。

云后台也可称为物联网云平台的中间件，其是一种独立的系统软件或服务程序，提供给物联网应用使用。其需要的核心技术还包括大数据和云计算，智能设备将会实时产生海量数据，大数据进行采集和分析。云计算可以助力大数据的计算和存储。因此，物联网云平台和云计算、大数据是密不可分的。

从功能角度上，云后台包括设备管理、数据管理、任务管理，服务引擎四大模块。

① 设备管理：包括设备管理、设备规格、设备事件，设备控制。

② 数据管理：包括数据采集、数据存储、数据处理，数据可视化。

③ 业务管理：包括任务调度、触发动作、数据交互，仪表盘。

④ 服务引擎：包括设备通信服务、大数据存储服务、任务调度服务，API接口服务。

设备管理：将设备抽象为模板，通过模板批量生产设备，我们称之为设备规格。

数据管理：设备每天都会产生海量的数据，对于后台来说，我们看不见设备，数据无疑是最能体现设备状态的标准，我们通过数据采集、存储，并对其进行分析和处理，最终通过Web可视化展示，便能清楚地了解设备的所有状态。

业务管理：包括时间任务和触发动作，用户通过设定时间计划来控制设备，类似闹钟的工作原理。触发任务则是一种条件触发了一个动作，例如检测到室温达到30℃，设备就会发出预警，以达到安防的目的。

服务引擎：云平台中的亮点部分

a.通信服务采用HTTP和MQTT。

b.数据库根据业务特点采用了关系型数据库和非关系型数据库，关系型数据库强调数据的结构化，适合交易型事务处理；非关系型数据库采用了分布式存储技术，适合大规模并发、非结构化数据存储。

c.在任务调度上，开发者可以进行自定义，配置时间计划。

d.开放的API接口，其通过Swagger可视化，可供Web、App和硬件调用，后台接口十分丰富，为身处智能化大潮的传统硬件商家和物联网开发的爱好者提供统一的开发平台。

从技术角度上，云后台采用面向对象程序设计语言Java开发，采用的SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架是当下企业中最为流行的开源框架，更易于开发者理解和使用；数据存储采用MySql和MongoDb;API接口服务采用Swagger可视化，它提高了可阅读性，方便统一管理；接口统一使用token加密验证，安全可靠。云后台是物联网云平台最核心的模块，也是一切接口调用的基础。

2.智能硬件

智能硬件属于物联网的感知层，其位于物联网三层结构中的最底层，是信息采集的关键部分。感知层通过传感网络获取环境信息，包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器等，其主要功能是识别物体、采集信息。通过图1-5可以看出，感知层通过网络和云后台相连，3G、4G、Internet、有线网络，无线传感网属于中间层中的网络层，通过某种协议与后台进行通信，其中包括HTTP和MQTT等。我们着重介绍一下MQTT,MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于客户端-服务器的消息发布/订阅（publish/subscribe）传输协议。它构建于TCP/IP上。其最大的优点是轻量、简单、开放、易于实现。由于MQTT可以以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。图1-6为智能硬件整体通信链路图。多个节点和网关相连，网关则通过HTTP或者MQTT和云后台进行通信。

智能硬件的开发分为硬件开发和软件开发。硬件设计为智能硬件搭建外部骨骼框架，使其实体化，硬件开发分为：PCB电路图设计、SMT回流焊接、电路测试。软件设计则为硬件赋予大脑，使其拥有一定的逻辑处理能力，软件开发分为：MCU主程序设计和网络程序设计。

3.移动App

自从终端智能化的概念兴起，App就一直是各方关注的中心。智能产品提供的各项功能和服务中，游离于物理产品之外的App所承载的用户期待是最多的。移动物联网App定制发展预计在2019年将会有三分之二的消费者愿意选择投入物联网创业开发中，到了2020年全球将有260亿商业和工业物联网设备。

我们的App的特点是可通用、可定制化、用户体验性强，它主要包含设备模块，消息模块，场景模块，个人中心模块四大模块。设备模块可实现设备的统一管理、控制，历史数据可视化；消息模块可实现设备的实时预警，以及查看历史消息；场景模块可实现自定义场景，包括智能家居、智能医疗、智慧农业、智能交通等；个人中心模块统一管理个人信息，可提交意见反馈，更有利于平台版本的优化。

4.三大核心之间的关系

图1-7所示为三大核心的关系。

移动App通过Wi-Fi或者蓝牙连接智能硬件，使云、智能硬件、App能够彼此之间进行通信。通信协议可以是HTTP、MQTT等。智能硬件通过后台提供的接口不断地向云后台上传数据，云后台经过数据的分析和处理，提供接口给移动端，App通过网络请求显示设备的数据。当用户进行操作时，App将用户操作的数据上传到云平台，云平台经过数据处理，下发消息给智能硬件，智能硬件得到响应，以达到控制设备的目的。智能硬件和App的所有交互都要经过云平台这个中间媒介。

从物联网云平台的三层结构的发展来看，网络层已经非常成熟，感知层的发展也非常迅速，而应用层不管是从受到的重视程度还是实现的技术成果上，以前都落后于其他两个层面。但因为应用层可以为用户提供具体服务，与我们最紧密相关。云后台、Web前端、移动App都是属于应用层，因此应用层的未来发展潜力巨大。

1.1.3 任务回顾

知识点总结

1.物联网的概念和发展历程。

2.物联网的关键技术及体系架构。

3.物联网的应用领域和发展前景。

4.物联网云平台的三大核心以及三者之间的关系。

学习足迹

图1-8所示为任务一的学习足迹。

思考与练习

1.物联网的关键技术有哪些？

2.物联网的三层体系架构是什么？

3.谈谈你对物联网云平台三大核心的理解。

4.谈谈移动物联网App开发和其他应用开发有什么不同。