STM32 ES8266上阿里云IOT MQTT实践【第一章】:物联网简介(什么是物联网)

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课程大纲

【第一章】:物联网简介(什么是物联网)
【第二章】:物联网十大应用场景
【第三章】:什么是MCU?
【第四章】:MCU的应用范围
【第五章】:我们要怎么入门MCU开发?
【第六章】:如何使用STM32Cube MX进行STM32的快速开发
【第七章】:ESP8266+MQTT上阿里云物联网平台实践(附源码)

STM32CubeMX AT指令实现MQTT协议并接入阿里云IOT平台 源码解析
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目录

      • 课程大纲
      • 1.什么是物联网
        • 1.1 定义
        • 1.2 起源
        • 1.3 相关技术
          • 1.3.1 软件技术
          • 1.3.2 硬件技术
          • 1.3.3 连接技术
        • 1.4 常见物联网通信技术
        • 1.5 《2020中国物联网产业全景图谱》

1.什么是物联网

指导阅读

2020年3月4日,中共中央政治局常委会提出“加快5G商用步伐,加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设”的重大部署,推动经济高质量发展,“新型基础设施”被突出强调为数字经济的基础保障。

近日,中国信通院正式发布《新型基础设施产品手册(1.0版)》,以新型基础设施为主线,收集5G、工业互联网、区块链、人工智能、车联网、数据中心、智慧能源、物联网等领域的研究成果和配套服务产品。,涵盖战略规划、政策标准、运营平台、测试认证等。

相关文档:新基础设施产品手册(1.0版)。中国信息通信技术研究院pdf

1.1 定义

  • 百度百科

物联网(The Internet of Things,简称IOT)是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体,它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

  • 维基百科

​ 物联网(英文:Internet of Things[1],缩写为IoT)是互联网、传统电信网络等的信息载体。,以及使所有能够执行独立功能的普通对象实现互联的网络[2]。物联网一般是无线网络,由于每个人周围有1000到5000个设备,物联网可能包含500万亿到1万亿个对象。在物联网上,每个人都可以用电子标签连接互联网上的真实物体,在物联网上可以查到它们的具体位置。通过物联网,中央计算机可以用来集中管理和控制机器、设备和人员,还可以远程控制家用设备和汽车,搜索位置和防止东西被盗,这类似于一个自动控制系统。同时,通过收集这些小事的数据,最终可以汇聚成大数据,包括道路重新设计以减少车祸、城市更新、灾害预测和犯罪预防、疫情控制等重大社会变化。,并认识到事物与事物之间的联系。
物联网将现实世界数字化,应用广泛。物联网可以封闭分散的信息,整合物的数字信息。物联网的应用领域主要包括以下几个方面:交通物流、工业制造[3]、健康医疗、智能环境(家庭、办公室、工厂)、个人和社会领域[4]。具有非常广阔的市场和应用前景。

1.2 起源

物联网的概念最早出现在1995年比尔·盖茨的《未来之路》一书中,其中比尔·盖茨已经提到了物联网的概念,但受限于当时无线网络、硬件和传感器设备的发展,并没有引起世人的关注[4]。

1998年,麻省理工学院创造性地提出了“物联网”的概念,当时称为EPC系统[5]。

1999年,美国Auto-ID首次提出“物联网”概念,主要基于物品编码、RFID技术和互联网。过去物联网在中国叫传感网。早在1999年,中国科学院就开始了传感器网络的研究,并取得了一些科研成果,建立了一些适用的传感器网络。同年,在美国召开的移动计算与网络国际会议提出“传感器网络是下世纪人类的又一次发展机遇”[4]。

2003年,美国《技术评论》提出传感器网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首[4]。

2005年11月17日,在突尼斯召开的信息社会世界首脑会议(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了“物联网”的概念。报告指出,无处不在的“物联网”通信时代正在到来,世界上所有的物体,从轮胎到牙刷,从房子到纸巾,都可以通过互联网进行积极的交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术和智能嵌入技术将被广泛应用[4]。

1.3 相关技术

​ 与物联网项目相关的软件、硬件和连接技术多达数百种,那么究竟哪些技术值得关注?

​ 物联网市场调研机构IoT Analytics精挑细选了43项与全球物联网项目相关的最有前景的技术,并基于可以感知到的成熟度对这些技术进行了排名。

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1.3.1 软件技术
序号 技术 描述 成熟度 供应商
1 云计算 使用远程网络服务器储存、管理和处理数据 相当成熟 AWS, Azure,阿里云
2 物联网平台 以模块化软件的形式,方便的连接各种物联网设备,并提供其他功能(例如,远程设备管理、数据分析) 趋于成熟 AWS IoT平台, Azure IoT平台,PTC Thingworx 平台
3 边缘分析 在传感器、设备、网关或边缘数据中心侧收集和分析数据,而不是等待数据被发送到云端。 趋于成熟 AWS Greengrass, 微软IoT Edge,Foghorn, Crosser
4 基于物联网的流分析 物联网设备数据流的实时处理 趋于成熟 Cloud vendor solutions, Hortonworks Dataflow, SAS, Software AG
5 有监督机器学习 一种训练数据是有标签的机器学习方法 趋于成熟 Uptake, Sparkcognition, Senseye
6 无监督机器学习 一种训练数据是无标签的机器学习方法 趋于成熟 Uptake, Sparkcognition, Darktrace
7 容器 容器是指具有自己的虚拟资源和文件系统(内存、CPU、磁盘等)的进程,与其它应用程度和容器隔离 趋于成熟 Docker, Kubernetes, OpenShift
8 物联网市场 一站式购物商店,提供完整的物联网解决方案,能够随时部署智能应用,包括硬件、软件和云连接 即将到来 PTC, 西门子, ABB, 施耐德电气, Inductive Automation
9 数字双胞胎 物理资产、过程和设备在虚拟世界里的数字镜像 即将到来 GE,Azure,西门子,霍尼韦尔,爱默生
10 容器安全 保护容器完整性的解决方案 即将到来 Cloud Vendor Solutions, Palo Alto Networks
11 物联网安全平台 为任何类别的物联网设备提供安全解决方案的平台 即将到来 Mocana, Bayshore Networks, Device Authority
12 实时数据库 处理不断变化的工作负载的数据库 即将到来 MongoDB, Counchbase
13 FaaS 开发、运行和管理应用程序功能,而不需要构建和维护与开发和启动应用程序相关的基础设施 即将到来 AWS Lamda, IBM OpenWhisk, Google Cloud Functions
14 深度学习 这是基于人工神经网络的机器学习方法家族的一员 即将到来 TensorFlow, Apache Mahout, Caffe, Deepmind
1.3.2 硬件技术
序号 技术 描述 成熟度 供应商
1 CPU 中央处理单元 相当成熟 英特尔, HPE, AMD
2 安全芯片 安全增强型低功耗模块,包括各种安全敏感性功能 相当成熟 苹果Alphabet
3 边缘网关 作为云与控制器、传感器和智能设备之间连接点的物理设备 相当成熟 戴尔HPE
4 GPU 图形处理单元 即将到来 英伟达, AMD,Asus, 英特尔
5 NAND 一种非易失性存储技术,即断电后仍能保存数据 即将到来 Micron, 三星, Toshiba
6 ASIC 特殊应用集成电路,指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路 即将到来 Fujitsu, 霍尼韦尔, Advanced Linear Devices
7 DRAM 动态随机存取存储器,最为常见的系统内存,只能将数据保持很短的时间 即将到来 三星,Micron,SK Hynics
8 FPGA 现场可编程门阵列,一种半定制电路,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点 即将到来 Xilinx,英特尔,Altera
9 类脑芯片 由大脑结构启发的计算机芯片,其中晶体管模拟神经元和突触 即将到来 IBM
10 智能传感器 当传感器感知到适当的输入时,它们会执行一些预定义的操作 多年以后 Texas Instruments, TE Connectivity,博通
11 机器学习优化网关 为机器学习算法优化的控制器 多年以后 Adlink, 英特尔
12 LPD能量收集 利用环境中一种或几种形式的可用能源向低压配电系统供电,而不是使用一次性电池或与电网的连接 多年以后 STMicroelectronics, ABB
13 云连接传感器 直接向云发送数据的传感器 多年以后 施耐德电气
14 量子计算 利用量子力学现象,如叠加纠缠,进行计算 遥遥无期 IBM, Microsoft, Rigetti
1.3.3 连接技术
序号 技术 描述 成熟度 供应商
1 WLAN 无线局域网,包括Wi-Fi和它的不同版本 相当成熟 思科, Aruba, Extreme Networks
2 WPAN 无线个人区域网络,包括一些短距离(100米以内)的连接技术(如BLE, Zigbee) 相当成熟 DiGi Int., NXP Semiconductors, Silicon Labs
3 蜂窝物联网(2G/3G/4G) 通过传统蜂窝通信技术为物联网应用提供连接 相当成熟 中国移动, 沃达丰, Orange
4 WNAN 无线邻域网络,包括基于IEEE 802.15.4标准的中程(500- 2000公里)网格连接技术(如Wi-SUN) 相当成熟 Itron/Silver ,Spring Networks, Wirepas
5 LPWAN 用于连接物联网应用的低功耗广域网络技术(例如Sigfox、LoRa、NB-IoT、LTE-M) 趋于成熟 Semtech,Sigfox
6 Pub/Sub 用于物联网消息传递协议的异步服务对服务通信形式(如MQTT、XMPP) 趋于成熟 AWS,谷歌云,PubNub
7 eSIM 将传统SIM卡直接嵌入到设备芯片上,而不是作为独立的可移除零部件加入设备中,用户无需插入物理SIM卡 即将到来 ST Microelectronics, Gemalto, Giesecke & Devrient, ARM
8 网络虚拟化 将网络元素和资源抽象为逻辑虚拟网络,并在物理网络上独立运行 即将到来 Oracle,VMWare,Juniper Networks
9 5G 第五代移动通信网络技术,于2019年投入商业运营 已经到来 华为,爱立信,诺基亚
10 WiFi 6 最新版本的Wi-Fi协议,也被称为IEE 802.11ax 即将到来 高通、思科,华为
11 TSN 时间敏感型网络,是IEEE为在确定性以太网上传输时间敏感型数据而定义的一套标准 即将到来 ABB, 博世, 思科, 西门子
12 光通信 利用光传输数据的无线通信技术。 多年以后 松下, Oledcomm,飞利浦
13 卫星物联网 通过卫星网络提供与物联网应用的连接 多年以后 Iridium, Inmarsat, Eutelsat
14 APL(高级物理层) 开发工业以太网标准,旨在利用IEEE 802.3cg (10BASE-T1L)工作组的工作,为危险地区实现一个单绞线工业以太网标准 多年以后 Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser, Analog Devices
15 6G 第六代移动通信网络技术 遥遥无期 华为,爱立信,诺基亚

1.4 常见物联网通信技术

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MBUS 和MODBUS之间的关系:

​ M-Bus是针对仪表(主要是热表)的单线制通讯总线标准,对于物理层、数据链路层、应用层和网络层都有严格的规定。Modbus则对物理层没有过多限制,在RS-232、RS-485、TCP/IP、光纤、红外等任意物理层上都可以跑,基本上来说,Modbus只包含应用层和网络层的定义。

​ M-Bus 是一种专门为消耗测量仪器和计数器传送信息的数据总线设计的。M-Bus在建筑物和工业能源消耗数据采集有多方面的应用。Modbus协议是一个master/slave架构的协议。有一个节点是master节点。其他使用Modbus协议参与通信的节点是slave节点。每一个slave设备都有一个唯一的地址。在串行和MB+网络中,只有被指定为主节点的节点可以启动一个命令(在以太网上,任何一个设备都能发送一个Modbus命令,但是通常也只有一个主节点设备启动指令)。

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1.5 《2020中国物联网产业全景图谱》

​ 2009-2019是中国物联网产业发展的第一个10年,2020年是十三五收官的重要节点,同时也成为中国物联网下一个10年的起点。我们现在无法看到10年后的物联网世界,但是,在这个10年的起步期,我们可以看到物联网发展呈现的诸多特征,或许现在的选择将决定多年后的结果。

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