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Chap 1 | 物联网概述
章节启示录
本章节是物联网基础的第一章。
了解和掌握物联网“端-管-云”主流技术和开发工具，掌握快速开发物联网应用的能力
1.物联网的定义和发展趋势¶
定义：物联网就是物理设备以及其他嵌入了电子器件、软件、传感器的物件组成的网络。这些物件具有感知能力、计算能力以及连接能力，从而能更直接地将物理世界集成到数字世界中。
起源和发展：
- 1995年，比尔·盖茨（Bill Gates）在《未来之路》一书中提出了物物互联的基本思想
- 2005年，国际电信联盟指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临。
- 2009年，IBM公司提出了“智慧地球”的概念。
- 同年，中国提出了“感知中国”的概念。
- 近年来，人工智能技术赋能物联网(AloT)具有广阔发展前景，人类社会将迈向万物智联
2.物联网的应用架构及挑战¶
- 典型物联网应用架构
部分常见的设备、平台与软件：传感器、开发板(RIOT)、网络设备、云服务(开源软件：ThingsBoard) - 挑战1：开发链长。一个完整的物联网应用包括嵌入式开发、云平台开发以及用户端开发 ，涉及嵌入式、前端、后端等不同开发技术，需要不同类型开发人员共同协作完成。
- 机遇1：低代码开发是目前重要的发展趋势。数字化场景落地需求爆发式增长，低 代码成为效能提升的突破点。根据Gartner预测，到2024年，75％的应用程序将在低代码平台中开发。IEEE Computer Society (IEEE CS)将低代码技术列为2022年16大技术趋势之一。
- 机遇2：AI大模型使得基于自然语言的开发成为可能。
- 挑战2：物联网领域还没有出现固定的终端类型
- 挑战3：目前，物联网应用开发的架构还是属于“垂直一体化”
3.物联网典型应用¶
- 鸿山物联网小镇
-
智慧校园——CMU GIoTTO系统
- 工作过程：1.用户选择特定数据打标签 2.机器学习层训练分类器，得到虚拟传感器 3.虚拟传感器实时分类，进行状态监测
- 优势：向用户隐藏了许多传感器细节，用户只需根据常识选择一些可能适用的传感器进行应用开发，不必纠结如何确定传感器数据阈值等细节，降低了开发难度
-
空气质量监测——Mosaic
粒子传感器测量PM2.5浓度原理：传感器一般搭载一个风扇，向上提供稳定的空气流。 激光发射器发出一束红外激光。激光照射到空气流上，被空气流中的粒子反射，并被光传感器感知。空气中粒子的数据可以通过反射的强弱程度来测。
4.物联网相关学术研究及前沿问题¶
- 供电与节能技术方面：持续研究中…
电池供电 -> 可再生能源供电->无源后向散射通信, … - 节点平台方面：集成到开放，组件更加丰富
MicaZ, TelosB->Arduino, LinkIt One, 树莓派, … - 通信与组网方面：多跳->单跳
多跳ZigBee->BLE，LoRa，NB-IoT - 智能感知方面：感知更加智能，计算方式变革
简单的温湿度、光照->精确手势识别、智能人机交互；边缘计算
思考题
一个传感器节点电池总的电量为2800mAh。假设节点工作时电流消耗为20mA，休眠时电流消耗0.5mA，节点工作占空比为10%，节点工作时长为？
一个传感器节点电池总的电量为2800mAh。假设节点工作时电流消耗为20mA，休眠时电流消耗0.5mA。
1. 节点工作占空比为1%，节点工作时长为？
2. 节点工作占空比为1%，且考虑电池自放电率为0.5%/天时，节点工作时长为? 假设电池每天释放初始电量的0.5%。
-
第一问：
\(20*1\)%\(+0.5*99\)%$ = 0.695mA$
\(2800 / 0.695 = 4028h\) -
第二问：
\(20*1\)%\(+0.5*99\)%$ = 0.695mA$
\(0.695*24 = 16.68mAh/day\)
\(0.5\)%\(*2800 = 14mAh/day\)
\(14+16.68 = 30.68mAh/day\)
\(2800 / 30.68 = 91.26day\)
\(91.26 * 24 = 2190h\)
- 低功耗短距离技术
ZigBee/802.15.4、蓝牙 - 低功耗广域网（LPWAN）
NB-IoT、 LoRa
