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物联网：结构，特征及管理
摘要：物联网（IoT）-当今一项高速发展并在将来极有可能随处可见的技术。大量设备，计算机，连接单动态网络的嵌入式传感器都在持续不断地和外界环境进行信息的接收与交换。大量数据群都被收集并应用于手工的应用中，严密控制和管理既定目标。由此可见，一种交互技术的基础设施被创造出来，它能够预测并渗透入任何人的关键过程里。尽管区分每个设备和物联网的技术解决方案在未来几年是可以预见的，但每个体系结构都是独一无二的并为网络拥有者提出了新的挑战。作者将试着去解答一个平凡的问题，即它是否有可能以如今的技术水平全面控制如此巨大的结构，这项研究的目的就是以此来探讨物联网的一般结构和管理方面的问题。
关键词：数据管理，数据存储，数据转换，物联网
1.引言
术语“物联网”第一次在1999年被Kevin Ashton 对公众发表的供应链管理方面上提及。这个理念甚至在如此狭窄的领域内都发展的十分有意思，因此贯穿上个世纪它逐渐扩展并涵盖了一个巨大的应用范围比如健康护理，公共事业，金融，交通等。从那以后，“物”这个字改变了它的意义，但是物联网的主要思想是一样的-组织一个相关的通信环境，在那里一个计算技术将有可能与另一个计算技术相互交流，因此用户能够满足需求，但同时它要自动工作并从外部源收集信息。
物联网有不同的体积和形态-范围由一个房间的几个传感器到包含所有国家的全球结构。分别地，一些概念比如智能家居变得越来越受欢迎，它们不仅能让它们的主人为未来储存基金还能做明显的简单房屋管理。自主的灯光强度，空气调节，家庭工具，门管理和其他的控制系统都是我们小小的物联网世界的一部分。甚至一个从未对此技术有兴趣的人都在日常生活中遇到了它们。比如买东西时用支付卡，在公共交通注册一次旅行，或其他的个人身份证明方式。
这种动态的交流能在社会环境里有可能实现多亏了一些新的技术，比如射频识别，蓝牙，近场通讯，无线网络，电话服务和当地网络。由于现在完全的网络发展趋势带领我们在相互连接的物体环境下走的更远，两个或更多的系统的数据交换也成为了未来的一个全功能网络。那些只是从外界源收集信息并与物理世界交互（初始化/命令/执行）的迟钝信息系统逐渐消失了。现代工业需要有力的工具，它能用现有的网络标准进行持续不断的数据交换，分析活动，相关应用计划和网络交流。
毫无疑问技术在进步，日复一日的处理复杂的任务也比以前任何时候更快，但是要考虑中心成本。一个当下主要并紧急的问题是那些物联网结构里的计算设备和传感器产生数据的收集和存储困难。正确的说，数据传送使得组织一个统一的物联网管理系统变得困难，考虑到巨量产生的信息，给计算机运行造成负担。
现在研究的目标是去收集关于物联网技术的全面信息并且赞同关于创造基于聚合数据物联网的集成管理与计算单元的可能性。迈向定义的目标时对一些话题进行了调查。
（1）一个典型物联网结构的回顾
（2）物联网设备的管理和网络
（3）物联网设备间数据管理的实施
（4）物联网环境的数据存储
（5）物联网主要的优缺点
（6）物联网的应用与发展的未来展望
2.物联网体系结构概述
物联网表现为一个混合结构，这意味着它能够包含不同的子系统结构。大多数情况下，物联网系统由两个管理结构组成：事件驱动和时效性。事件驱动结构传感器当它们感测到外界环境的活动时传输数据，比如说，如果门在夜晚被打开就会触动一个警报。在时效性结构里，它的组件会在一个确定的间隔里持续传输数据（比如气候控制系统传感器每秒读取房间温度一次）。后者通常在一个停顿后重复工作，它能够让那些设备在中央管理系统中单独建立和调节，中央管理系统将会在一段时间后给端点设备和传感器发送讯问。这样一个系统解决方案是由Intel公司提供的。
网络结构可被分为三个拓扑结构：点到点连接，星形和网状。点到点网络拓扑结构在两个基站建立数据传输连接。简单是他的优点，同时，现今技术局限，低保证金也剥夺了连接在网络外设备的可能性。星形连接包含了多个终端节点和一个中央枢纽。所有的节点都可以和另外一个交流但是只有通过传送或接收数据中央枢纽。这样的结构允许到达低延迟、高吞吐量和在某种程度上保护系统免受当一个节点停止工作时崩溃。在比较在点到点连接范围内，星型网络是仍然受到中央枢纽的限制，这个中心与全球隔断。环境如果下降。网格是一种网络拓扑结构。采用两种分散连接方式之一：满网状拓扑或部分网状拓扑。在一个完整的网格拓扑结构，每个网络节点（工作站或其他设备）是连接到每一个其他。在部分网状拓扑中，有些节点连接到所有节点，其他节点只连接。对于那些节点，它们交换最多的数据。网状网络用于许多需要长时间的应用程序。范围和广域覆盖，允许一个建立一个网络几乎是无限大小的。这种拓扑结构的缺点是与点到点和星型相比的复杂性网络，这可能会导致高延迟，更多的费用和网络中的技术问题。
3. 物联网的特殊性
物联网应用开发不是本研究的一部分。由于每个开发人员的个人方法和风格。动态网络中的数据传输和存储是重要和具有挑战性的问题。物联网可以包括无限数量的设备集成到本地或全球、物理和无线网络。这些池塘自动化设备和传感器产生和传输大实时数据量，无需使用适当的滤波和数据处理。
A：网络协议
多亏不同的网络协议，数据传输是可能的。协议——确定的语义和句法规则集。计算机网络功能块活动的过程数据传输。在建立的计算机网络中根据开放系统体系结构的要求，协议确定数据中一层实体的行为传输[ 7 ]。创建物联网当然不是一件容易的事，特别是如果有传感器不能包含在干扰能力的全局地址模式完全成熟的传感器节点。因此，传统的IP协议不适合数据交换。此外，物联网节点紧密依赖于恒定能源，网络通道吞吐量和存储参数，其中需要复杂的资源管理[ 7 ]。万一无线传感器，需要向网络中添加数据接收器出现.所有收集到的信息起初都会存储在接收器中。然后到达网络的其他节点。正确地端点传感器之间的数据传输策略选择汇，它们的配置和配置可以改善物联网。网络带宽，大大降低能源成本和防止近位置传感器发送相同的传感器信息到数据分析设备
B：数据传输
物联网中的数据传输是一个复杂的过程。为其目的消耗大量的网络资源。信息可能因设备类型不同而不同。传输协议。例如，ISO 8583标准，关于生成支付终端消息的基础，生成表示客户付款事务的数据字符串。
一个简短的信息包含所有必要的信息包括购买的支付卡、终端和财务部分。不幸的是，人类和计算机都不能利用此信息没有解码指令。系统持有人应该在物联网中选择紧凑的消息环境，在数据上花费更多的计算资源解密或只发送完整的消息，可以覆盖网络流量。所提到的编码消息早些时候可能看起来很坚定，但它所包含的信息永远不会。以原始形式存储或使用数据分析。这是值得的考虑有效的数据传输策略有现成的信息，比如新的付款方式基于可扩展标记的终端标准ISO 20022语言（XML）。为网络文档设计的信息看起来更方便，便于数据解析。图3包含ISO 20022消息的示例。
C:异质性
物联网设备的异构性是物联网独特之处特点也是其弱点。 取决于复杂性，物联网架构可能包括多层次的设备，每个设备都专注于特定类型的功能执行。 差别不仅在于传输协议，但主要是在设备的复杂性，这直接反映了他们的计算资源使用率和数据量通过他们。 它将物联网架构分成了两部分多层次，其中最低的垂直异质性水平包含与外部工作的端点设备/传感器环境并通过向上移动顶部更复杂路由和计算设备可以被满足。 在里面优化的系统架构，每个下一级应该包含更少的设备。
物联网异质性意味着不同的设备：用户个人硬件工具，传感器，路由器，交换机，集线器，数据库，计算服务器等。在物联网中，每个设备执行一次特定角色并仅执行必要的功能过载系统。另一方面，许多设备执行多个有时可能类似的功能或者甚至与其他设备的功能重叠他们在紧急情况下相互替换。省略细节，所有设备可以分为三类：端点设备，IO工具和计算机器。端点设备侦听来自外部刺激物的执行命令（如来自用户智能手机的消息）或主要单元（来自Cron的命令）并根据其生成数据他们收到的参数。在大多数情况下，端点设备是难以配置，对干预没有任何干预编程水平。 IO设备受限于计算资源，因此它们主要履行调停者的角色在端点设备和更高级别的机器之间。最后设备类别负责资源密集型数据过滤和处理。值得一提的是，这三个类型可以作为单独的物理参与物联网设备都显示为单个设备的内部逻辑节点，但这取决于物联网系统或者其复杂性设备本身的复杂性。
D.可扩展性
任何物联网结构都由几种不同的设备组成传感器。这些组件在一个系统中的数量是限制因素，如一些投入和产出设备通道，Internet或电力网络限制负载等。但是，任何不便之处都可以在第三方技术的帮助下绕过，例如交换机和路由器，允许在更大的数字之间进行数据交换物联网设备。现在很多系统都依赖于云计算以简化基础架构管理逻辑和数据分析。将所有生成的数据发送到中央云资源不仅无效，而且充满系统挂断。为了健康监测，应急响应和其他对延迟敏感的应用程序造成的延迟将数据传输到云端并返回是不可接受的。这些情况需要更灵活的工具，例如雾计算，涉及数据处理或分析的组件应用程序运行在多个分布式云和在网络的外围设备之间取得平衡资源分配[11]。尽管如此，这对所有设备来说都是值得怀疑的在物联网网络中使用相同的数据传输协议这意味着中央管理系统将需要完成额外的数据统一过程，并由此在系统上创建一个辅助负载。它可能似乎工作在通常情况下，只有少数设备连接到物联网，但大量的设备肯定会减少服务质量。为了尽量减少网络延迟，系统网络持有者需要组织数据管理顺序根据他们的IoT查询并仔细修改它们网络结构。不幸的是，查询不适合每一个系统，尤其是那些依靠实际信息的系统。发送和接收之间的暂停可能太长而无法使用实时活动中的数据只剩下两个选项：存储数据用于历史分析和统计或者仅仅处理它们没有必要。成功的物联网系统管理需要设备 - 可以完成基本程序的参与者，功能和数据转换脱机，而无需使用云计算单元或任何其他系统资源。最终，它将导致显着的计算流程加速。
4.数据存储
根据物联网基础设施，设备可以使用不同的数据存储和传输机制。 有物联网工具直接存储从传感器接收到的信息在他们内部的内置存储器中。 后面的一些工作自主地积累只需要的金额信息来执行实时活动或执行预设在汇总数据的帮助下进行。 内置的这些工具的记忆通常非常有限并且意味着仅用于传感器发起的数据存储。
现在，更多地使用集中式数据存储标准广泛地（图5）。 它允许物联网设备传输数据到一个集中的服务器，在那里它可以被存储，分析或管理[12]。 理论上，连接设备的数量和存储的数据在这样的系统内可以是无限的。
5.设备管理
物联网设备的主要特点是与传统设备不同配件，可以使用它来控制和管理机械开关或按钮，前者也可以通过程序和框架以电子方式处理。 只是放，物联网设备可以远程控制和网络拥有者将始终能够检查他们的自主操作条件。
物联网设备可以与其他物联网工具一起管理连接到相同的网络，有或没有人涉及。 通过彼此交换信息并执行内置功能，物联网设备能够发送命令给彼此，从而管理相互活动[13]（例如，早上的床和房间传感器捕捉到人醒来并通过某个时刻的时刻命令一台咖啡机制作一些新鲜的热咖啡）。
今天，智能手机在物联网设备中的作用管理过程也被广泛记录。 移动应用程序可以公开发送操作初始化命令甚至直接连接到设备进行一定的设置调整（例如，在一个人送回家的路上）来自智能手机的消息命令准备洗澡到达）。
每个物联网都必须统一管理功能由中央控制面板提供可以根据汇总的数据识别设备活动或用户命令。 肯定的是保持小巧更容易网络，比如前面提到的智能家居概念，即使网络持有人没有中心点一次控制所有设备，维护和工作的可能性每个人都单独留下。 这里小规模网络通常由之前的开发者工具组成有专门的管理API [3]和框架，供例如，scriptr.io提供了一个JavaScript代码片段应用程序将用于与IoT建立连接设备并接收其当前状态
拥有大量连接设备的IoT体系结构是另一回事。 这样的结构可以包含所有种类不能共同管理的工具。 值得尝试使用一个分层结构，它提供了一个系统仅对其自己的子类型设备负责，但类似的系统由高层管理单元控制。最终，这样的系统将需要许多和各种第三将所有系统部件整合在一起
物联网框架简化了与物联网的连接过程基于数据传输和网络的设备协议。
最新的操作系统试图支持物联网功能，例如默认的设备连接和管理例如，Windows 10 IoT Core或Apple HomeKit。 如果准备好了物联网平台不符合系统特定要求，Windows，Linux和Mac OSX操作系统用户仍然可以使用SSH客户端终端来引用物联网设备并获取传感器阅读结果或更改设置。
6.物联网的优势和劣势
物联网的主要优势是可以整合系统进入它可以调节的周围环境并根据汇总数据进行日常工作生活更方便，更轻松，更富有成效。 物联网设备可以是紧凑的，符合人体工程学的，并且可能与普通的不一样社会生活对象
物联网可用于连续医疗医药检查，在日常生活中 - 开发智能住宅范式，广泛应用于各种行业，公用事业，物流，教育，娱乐等部门
毫无疑问，未来的物联网世界可能会令人兴奋和无忧无虑，尽管目前这项技术太过年轻并需要巨额的资金投入才能实现设想潜在。 物联网最突出的弱点之一就是它实施和维护成本。
具有固有IoT模块的设备的生产速率速度太慢，广告活动不是产生足够的兴趣让这项技术获益在人群中广泛流行。 这是很难控制和为每个物联网设备管理大量物联网设备制造商开发的软件仅支持他的产品，为潜在客户创造一定的选择限制以及需要为物联网设备
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