物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 與云計算的集成越來越重要，普適計算世界的趨勢是提高生產(chǎn)力、降低成本和改進(jìn)工作安全協(xié)議。

什么是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)？

物聯(lián)網(wǎng)實施中的計算和通信網(wǎng)關(guān)在將預(yù)處理后的過濾數(shù)據(jù)路由到云平臺方面起著決定性的作用。但是這些物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是由什么組成的呢？IoT 網(wǎng)關(guān)包括處理器、RAM、支持的無線連接、安全模型、操作系統(tǒng)以及 I/O、GPIO、外形尺寸等技術(shù)特性。這樣，網(wǎng)關(guān)作為路由器運(yùn)行，使集中式流量管理變得容易控制和分析。然而，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的一些重要特性包括可擴(kuò)展性、連接性、主動參與、人工智能和分析/感知。

物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)關(guān)是使用數(shù)百種協(xié)議的主要基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有助于建立從設(shè)備到設(shè)備或設(shè)備到云的通信網(wǎng)關(guān)，確保連接的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的安全數(shù)據(jù)交換。物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議主要分為應(yīng)用（AMQP、MQTT、CoAP）、傳輸（UDP、TCP）、網(wǎng)絡(luò)（6LoWPAN、IP）、數(shù)據(jù)鏈路（LPWAN、IEEE 802.15.4 MAC）、物理層（IEEE 802.15.4 MAC、NFC、RFID、BLE、以太網(wǎng)）。

通信網(wǎng)關(guān)

這些協(xié)議分層工作以實現(xiàn)人與設(shè)備之間的通信。四種廣泛使用的物聯(lián)網(wǎng)通信模型是請求-響應(yīng)模型、發(fā)布者-訂閱者模型、推拉模型和獨(dú)占對模型。這些通信模型的使用主要取決于通信的目的。例如，客戶端使用請求-響應(yīng)模型來發(fā)出服務(wù)器響應(yīng)的請求。然而，所有通信系統(tǒng)的目標(biāo)都是相同的。但數(shù)據(jù)的保留和對請求的響應(yīng)處理方式不同。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)及其應(yīng)用

基于這些通信模型，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備適用于現(xiàn)實世界的實例，將事物轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苁澜纭Ｗ蠲黠@的實時物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是智能家居、互聯(lián)健康、可穿戴設(shè)備、汽車、酒店和農(nóng)業(yè)，它們使用人工智能作為核心元素。同樣，網(wǎng)關(guān)使用低功耗藍(lán)牙、ZigBee、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WiFi、射頻識別 (RFID)、LoRa 等短無線傳輸，然后鏈接到 MQTT 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

REST、CoAP、MQTT 和其他基于 IPv6 或 IPv4 的使用 JSON 負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議確保了它與市場上幾乎所有平臺的兼容性。最常見的物聯(lián)網(wǎng)傳感器是低級 RFID 標(biāo)簽，從商店商品到倉庫設(shè)備再到護(hù)照，再到夜間進(jìn)入辦公室的“安全”徽章，無處不在。

此外，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)計人員也不能忽視物聯(lián)網(wǎng)傳感器或執(zhí)行器與標(biāo)準(zhǔn)接口的連接。盡管通過標(biāo)準(zhǔn)接口收集數(shù)據(jù)，但來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)直接存儲在云端；因此數(shù)據(jù)記錄很重要。

物聯(lián)網(wǎng)政策

在 2018 年通過通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例 (GDPR) 之后，一些帶注釋的隱私政策結(jié)構(gòu)化和形式化是作為可用隱私政策 (UPP) 項目一部分的 OPP-115 數(shù)據(jù)集、APP-350 數(shù)據(jù)集、MAPS 數(shù)據(jù)集——一個APP-350 在 Google Play 中的擴(kuò)展等。隨著時間的推移，隱私政策已被修改以改進(jìn)其功能和元素的使用。2021 年，引入了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)集隱私政策。然而，該政策未被亞馬遜、沃爾瑪、谷歌和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商實施，特別是針對智能設(shè)備。

相反，截至 2021 年 6 月，美國還沒有類似 GDPR 的國家物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全框架或全面的聯(lián)邦法律來規(guī)范個人信息的收集和使用。

生長

據(jù) Statista 稱，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量預(yù)計將以 14% 的速度增長三倍，從 2022 年的 144 億躍升至 2030 年的 290 億以上。中國的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)量最多，即約 50 億臺設(shè)備。到 2030 年，全球物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)收入預(yù)計將超過 1 萬億美元。

物聯(lián)網(wǎng)連接的增長值得關(guān)注；盡管它很受歡迎，但這種大規(guī)模的數(shù)據(jù)收集和處理技術(shù)給我們帶來了許多挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)安全、隱私、容量和復(fù)雜性是物聯(lián)網(wǎng)世界需要解決的核心問題，這是通過采用大數(shù)據(jù)提出的。此外，此類設(shè)備生成的數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化且復(fù)雜的，并且提供的數(shù)據(jù)集視角有限。

挑戰(zhàn)

除了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)流之外，安全性是最主要的問題之一，因為所有云連接中的加密協(xié)議對于上傳數(shù)據(jù)的完整性和避免遠(yuǎn)程基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)置中的網(wǎng)絡(luò)安全威脅至關(guān)重要。此外，由于云平臺的集中特性，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序面臨的大量問題包括處理每一位數(shù)據(jù)、存儲、帶寬問題、高延遲和網(wǎng)絡(luò)擁塞。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在不同領(lǐng)域有多種實現(xiàn)方式，例如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)過濾。物聯(lián)網(wǎng)提高了計算過程的效率，使個人能夠做出更明智、更明智的決策。此外，云上收集的數(shù)據(jù)直接流動通過取代不必要的和個性化的預(yù)測性維護(hù)措施降低了維護(hù)成本。

除了隱私問題外，物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)關(guān)缺乏其他智能設(shè)備的更新功能。然而，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在家庭和專業(yè)環(huán)境中實施和采用智能生活方面具有革命性意義。不幸的是，一些與不可靠的防火墻和其他安全問題有關(guān)的被忽視的物聯(lián)網(wǎng)威脅使數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆迫菀资艿綈阂廛浖墓簦⒋嬖诶账鞯目赡苄浴?/p>

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在廣泛的工業(yè)運(yùn)營中采用緩慢的原因之一是其數(shù)據(jù)收集過程非常寶貴。由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實時監(jiān)控和管理遠(yuǎn)程系統(tǒng)具有優(yōu)勢、劣勢和需要解決的挑戰(zhàn)。

因此，成功集成的一些物聯(lián)網(wǎng)安全挑戰(zhàn)是未加密的數(shù)據(jù)存儲、不安全的財務(wù)信息、容易訪問物理財產(chǎn)、弱密碼和身份驗證過程，以及僵尸網(wǎng)絡(luò)和惡意物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。盡管如此，數(shù)據(jù)生產(chǎn)量正在以最快的速度增長。2019 年產(chǎn)生的絕對數(shù)據(jù)量約為 18.3 ZB，預(yù)計到 2025 年將增長73.1 ZB。

物聯(lián)網(wǎng)提供什么好處？

除了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)之外，我們不能破壞它提供的潛在好處。麥肯錫報告稱，物聯(lián)網(wǎng)約 40% 的潛在好處是通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之間的互操作性獲得的。連接設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)和交換數(shù)據(jù)都是功能性物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的組成部分。因此，每個物聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商都必須立即準(zhǔn)備好網(wǎng)絡(luò)以進(jìn)行集成。考慮到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可持續(xù)性，全球一些領(lǐng)先企業(yè)已經(jīng)投資采用物聯(lián)網(wǎng)來降低成本和能源消耗。

例如，根據(jù) Gartner 的報告，谷歌的運(yùn)營利用物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來監(jiān)控數(shù)據(jù)中心的溫度和其他指標(biāo)。該數(shù)據(jù)的跟蹤報告顯示，物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)的使用為谷歌提供了三倍半的計算能力，隨后能源使用減少了 15%，冷卻費(fèi)用減少了 40%。

為了可持續(xù)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)傳感器用于監(jiān)測、跟蹤和減少碳排放。據(jù)預(yù)測，到 2030 年，智能能源將減少 85% 的碳排放量。盡管物聯(lián)網(wǎng)的實施率相對較低，但許多組織已將運(yùn)營成本削減 4-5%。

一些公司已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、能源生產(chǎn)、供應(yīng)、制造、建筑、醫(yī)療保健等領(lǐng)域轉(zhuǎn)變了他們的商業(yè)模式。例如空中客車公司的未來工廠、卡特彼勒的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)先驅(qū)、庫卡的互聯(lián)機(jī)器人、ABB 的智能機(jī)器人等。

最后的想法

由于人工智能通過啟用網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備釋放了真正的物聯(lián)網(wǎng)潛力，因此物聯(lián)網(wǎng)更有可能成為幫助世界從過去改善生活的決定中吸取教訓(xùn)并將保留數(shù)據(jù)隱私作為主要問題的優(yōu)先事項的一個非常重要的元素。此外，物聯(lián)網(wǎng)計算和通信網(wǎng)關(guān)的進(jìn)一步技術(shù)進(jìn)步可能會提高工業(yè)績效和決策能力。