物联网Python开发实战

IoT 物联网的组件简介

一个完整的物联网应用通常是由传感器、处理芯片、通信模式、网络协议、应用软件、服务等组成的综合体，是一个多元化的应用形态。

• 更丰富的传感器：种类、结构、形态等需要多种多样
• 物联网特性的芯片：低功耗、小尺寸等
• 新的网络方案：低功耗、广域、大容量
• 新的通信协议：带宽低、流量低
• 具有物联网特性的云平台支撑

网络通信方案

WIFI网络

• 优点：速度相对较快，能够不需要网桥直接接入互联网，可以无缝与手机进行通信，接入网络方便，带宽较宽
• 缺点：尺寸大，功耗较高，对于需要电池供电数年之久的物联网端设备来说显然不合适

移动网络

• 优点：wifi网络速度快、带宽宽，但相比移动网络来说覆盖率太低。使用移动芯片的物联网设备部署起来更加灵活，可以有效填补wifi网络覆盖不到的地方。
• 缺点：设备采用2G、4G模块进行通信时需要消耗流量，运营商收取流量费，对于数据量较低的应用来说缺点不明显，但是对于数据量很大的应用来说，则需要考虑流量费用问题。

ZigBee

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功率、低功耗、低成本的双向无线通信技术，可由多到65535个无线数传模块组成一个无线数据传输网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数据传输模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无线扩展。
ZigBee详细讲解

• 优点：低功耗、低成本、时延短、网络容量大、可靠、安全
• 缺点：低功耗也就意味着传输距离要吃亏，ZigBee的传输距离在10~75m的范围内

LoRa

LoRa是LPWAN（低功耗广域网）通信技术中的一种，基于扩频技术的超远距离无线传输方案。目前LoRa主要在全球免费频段运行，包括433MHz、868MHz、915MHz等

• 传输距离远
• 工作功率低
• 组网节点多

在通信系统中距离和功耗是矛盾的。LoRa是通过提高接收机的灵敏度，从而拥有超强的链路预算，也就不需要很高的发射功率，从而降低功耗。

LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、网络服务器及应用服务器组成，应用数据可双向传输。

LoRaWAN 网络架构是一个典型的星形拓扑结构，所有的节点与网关均双向通信。

NB-IoT

NB-IoT是IoT领域一个新兴技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，能够提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。
NB-IoT连接所收集的数据可以直接上传云端，这是蓝牙、wifi等技术则没有这样的便利。
NB-IoT的详细讲解

网络通信协议

HTTP

不多介绍

WebSocket

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XMPP

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CoAP

CoAP 是受限制应用协议（constrained application protocol）的代名词。对于小型设备而言，实现TCP和HTTP协议显然是一个过分的要求。为了让小设备可以接入互联网，CoAP协议被设计出来。CoAP是一种应用层协议，运行在UDP协议之上而不像HTTP运行在TCP之上，CoAP协议非常小巧，最小的数据包仅为4字节。CoAP并不能代替HTTP协议。对于那些小设备而言，CoAP的确是一个好的解决方案。
CoAP 详细讲解

MQTT

MQTT（消息队列遥测传输）是基于TCP/IP协议栈而构建的，已成为IoT通信的标准。
MQTT最初使用在将石油管道上的传感器与卫星相链接。一种支持各方之间异步通信的消息协议。异步消息协议可在空间和时间上将消息发送者与接收者分离，可以在不可靠的网络环境中扩展。虽然被称为消息队列遥测传输，但与消息队列毫无关系，而是使用一个发布和订阅的模型。
MQTT的详细讲解

硬件

物联网应用的一大特征就是包含大量的硬件设备，如传感器、处理器、存储器、通信模块等。这些硬件的设计必须满足物联网的应用特征，比如体积小、功耗低、价格便宜等。

• 传感器：温湿度、光照、压力、水位传感器等
• 单片机：STM32
• 树莓派
• LoRa通信模块
• 2G模块
• 其他硬件外设

物联网云平台

OneNet

OneNet是中移物联网有限公司自主研发的开放、共赢平台，是各种跨平台物联网应用行业的解决方案，可提供简便的云端接入、存储、计算和展现。
OneNet

AWS IoT

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Waston IoT

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