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物联网智能终端产品包括哪些,有哪些分类?
2020-07-24

物联网智能终端是物联网中连接传感网络层和传输网络层,实现采集数据及向网络层发送数据的设备。它担负着数据采集、初步处理、加密、传输等多种功能。

物联网智能终端的基本原理及作用 

原理:物联网智能终端基本由外围感知(传感)接口,中央处理模块和外部通讯接口三个部分组成,通过外围感知接口与传感设备连接,如RFID读卡器,红外感应器,环境传感器等,将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后,按照网络协议,通过外部通讯接口,如:GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。

作用:物联网智能终端属于传感网络层和传输网络层的中间设备,也是物联网的关键设备,通过他的转换和采集,才能将各种外部感知数据汇集和处理,并将数据通过各种网络接口方式传输到互联网中。如果没有他的存在,传感数据将无法送到指定位置,“物”的联网将不复存在。

物联网智能终端

物联网智能终端产品分类

1、从行业应用分  

主要包括工业设备检测终端,设施农业检测终端,物流RFID识别终端,电力系统检测终端,安防视频监测终端等,下面就几个常用行业介绍一下终端的主要特点。

工业设备检测终端:

该类终端主要安装在工厂的大型设备上或工矿企业的大型运动机械上,用来采集位移传感器、位置传感器(GPS)、震动传感器、液位传感器、压力传感器、温度传感器等数据,通过终端的有线网络或无线网络接口发送到中心处理平台进行数据的汇总和处理,实现对工厂设备运行状态的及时跟踪和大型机械的状态确认,达到安全生产的目的。抗电磁干扰和防暴性是此类终端考虑的重点。

设施农业检测终端:

该终端一般被安放在设施农业的温室/大棚中,主要采集空气温湿度传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器、光照传感器、气体含量传感器的数据,将数据打包、压缩、加密后通过终端的有线网络或无线网络接口发送到中心处理平台进行数据的汇总和处理。这种系统可以及时发现农业生产中不利于农作物生长的环境因素并在第一时间内通知使用者纠正这些因素,提高作物产量,减少病虫害发生的概率。终端的防腐、防潮设计将是此类终端的重点。

物流RFID识别终端:

该类设备分固定式、车载式和手持式,固定式一般安装在仓库门口或其他货物通道,车载式安装在物流运输车中,手持式则由使用者手持使用。固定式一般只有识别功能,用于跟踪货物的入库和出库,车载式和手持式中一般具有GPS定位功能和基本的RFID标签扫描功能,用来识别货物的状态、位置、性能等参数,通过有线或无线网络将位置信息和货物基本信息传送到中心处理平台。通过该终端的货物状态识别,将物流管理变得非常顺畅和便捷,大大提高了物流的效率。

2、从使用场合分

主要包括以下三种:固定终端,移动终端和手持终端。

固定终端

应用在固定场合,常年固定不动,具有可靠的外部供电和可靠的有线数据链路,检测各种固定设备、仪器或环境的信息,如前面说的设施农业、工业设备用的终端均属于此类。

移动终端

应用在终端与被检测设备一同移动的场合,该类终端因经常会发生运动,所以没有太可靠的外部电源,需要通过无线数据链路进行数据的传输,主要检测如图象、位置、运动设备的某些物理状态等。该类终端一般要具备良好的抗震、抗电磁干扰能力,此外对供电电源的处理能力也较强,有的具备后备电源。一些车载仪器、车载视频监控、货车/客车GPS定位等均使用此类终端。

手持终端

该类终端是在移动终端基础上,进行了改造和升级,他一般小巧、轻便,使用者可以随身携带,有后备电池,一般可以断电连续使用8小时以上。有可以连接外部传感设备的接口,采集的数据一般可以通过无线进行及时传输,或在积累一定程度后连接有线传输。该类终端大部分应用在物流RFID识别、工厂参数表巡检、农作物病虫害普查等领域。

3、从使用扩展性分

主要包括单一功能终端和通用智能终端两种。

单一功能终端

类终端一般外部接口较少,设计简单,仅满足单一应用或单一应用的部分扩展,除了这种应用外,在不经过硬件修改的情况下无法应用在其他场合中。目前市场上此类终端较多,如汽车监控用的图像传输服务终端、电力监测用的终端、物流用的RFID终端,这些终端的功能单一,仅适用在特定场合,不能随应用变化进行功能改造和扩充等。因功能单一,所以该类终端的成本较低,也比较好标准化。

通用智能终端

该类终端因考虑到行业应用的通用性,所以外部接口较多,设计复杂,能满足两种或更多场合的应用。它可以通过内部软件的设置、修改应用参数,或通过硬件模块的拆卸来满足不同的应用需求。该类模块一般涵盖了大部分应用对接口的需求,并具有网络连接的有线、无线多种接口方式,还扩展了如蓝牙、WIFI、Zigbee等接口,甚至预留一定的输出接口用于物联网应用中对“物”的控制等。该类终端开发难度大,成本高,未标准化,目前市面很少。

4、从传输通路分

主要包括数据透传终端和非数据透传终端。

数据透传终端

该类终端将输入口与应用软件之间建立起数据传输通路,使数据可以通过模块的输入口输入,通过软件原封不动的输出,表现给外界的方式相当于一个透明的通道,因此叫数据透传终端。目前,该类终端在物联网集成项目中得到大量采用。优点是很容易构建出符合应用的物联网系统,缺点是功能单一。在一些多路数据或多类型数据传输时,需要使用多个采集模块进行数据的合并处后,才可通过该终端传输。否则,每一路数据都需要一个数据透传终端,这样会加大使用成本和系统的复杂程度。目前市面上的大部分通用终端都是数据透传终端。

非数据透传终端

该类终端一般将外部多接口的采集数据通过终端内的处理器合并后传输,因此具有多路同时传输优点,同时减少了终端数量。缺点是只能根据终端的外围接口选择应用,如果满足所有应用,该终端的外围接口种类就需要很多,在不太复杂的应用中会造成很多接口资源的浪费,因此接口的可插拔设计是此类终端的共同特点,前文提到的通用智能终端就属于此类终端。数据传输应用协议在终端内已集成,作为多功能应用,通常需要提供二次开发接口。目前市面上该类终端较少。

物联网智能终端设备软件系统架构

常见系统框架的总结下来主要存在如下2种:带RTOS的(处理复杂的业务场景,场景里面通过需要多个事务并行协同完成工作)和不带RTOS的(通常处理的业务场景较单一)

不带RTOS设备终端系统框架:

物联网智能终端产品包括哪些,有哪些分类?

带RTOS设备终端系统框架:

物联网智能终端产品包括哪些,有哪些分类?

RTOS是什么? 实时多任务操作系统,有了它,在终端设备里面可以并行运行多个任务。每个任务负责一个事务。通过并行化运行,响应实时性及效率就得到提升。

RTOS实时操作内核一般包含的重要组件如下:任务调度、任务间同步与通信、内存分配、中断管理、时间管理、设备驱动、以任务调度组件举例:

在嵌入式操作系统中,任务是CPU上最小运行单元。通常一个稍微复杂点IOT APP是由多个任务协同完成。比如有的任务负责处理用户事件输入以及UI显示,有的任务负责处理数据通信,有的任务负责业务逻辑处理。

既然一个系统中有多个任务在跑,而CPU资源确是单一的,这样导致每个时刻只能由一个任务在CPU上跑。因此为了每个任务都能够在CPU上有运行机会,就涉及到了任务调度概念。任务调度需要按照一定的规则来,那一般是按照哪些规则来的?

我们常见的调度方式有3种:一个基于优先级调度的,一个是基于时间片调度的,一个是把优先级和时间片结合在一起调度。

以优先级调度举例,在定义任务的时候,给每个任务分配一个优先级,在运行的时候,高优先级的任务都会优先被运行。直到没有高优先级任务后,低优先级任务才会被运行。假如低优先级任务获得CPU资源后,这是如果有高优先级任务就绪怎么办呢?

两种处理方式:继续运行、抢占式。

高优先级抢占CPU资源进入运行状态。

从上文可以看出,物联网智能终端设备的类型和功能是千差万别的,终端设备的性能在不同场景下的要求也不一致。物联网智能终端设备的硬件、软件的碎片化也阻碍了物联网本身的发展。

物联网智能终端操作系统可以解决上面提到的问题,它不仅可以重新规范物联网智能终端设备,也能够为物联网应用的迅速发展提供了统一的开发环境。

需要物联网智能终端操作系统的原因有如下几个:

第一,物联网智能终端操作系统解决了物联网智能终端设备碎片化的问题。物联网智能终端设备各式各样,如果有一个好的物联网智能终端操作系统来支撑这些设备,那么各种物联网应用就有了发挥自己能力的舞台,物联网智能终端设备碎片化的问题也得到了解决。

第二,物联网智能终端操作系统可以培养专有的物联网技术生态链。好的物联网智能终端操作系统可以提高物联网应用的开发速度并培养健康的技术生态链,它可以隔离软 / 硬件系统,加快物联网应用的开发速度,提高物联网应用的实用性。

物联网智能终端操作系统的能力

从物联网的实际应用出发,物联网智能终端操作系统需要具备以下能力:

1. 硬件控制能力

物联网智能终端设备的一个重要能力是感知和控制物体,这种感知和控制都是由不同的硬件设备完成。由于行业和领域的多样性,物联网硬件可能是多种多样的,那么对硬件的抽象和控制就显得尤为重要。物联网智能终端操作系统要提供丰富的 API 来控制硬件或外设,这些 API 可以提供硬件的底层控制,也可以提供对高层应用属性的控制。

总的说来,物联网智能终端操作系统要能够提供丰富的硬件设备驱动,同时要提供丰富的硬件控制 API。

2. 软件远程控制能力

物联网智能终端设备的数量非常庞大,并且经常部署在一些比较恶劣的条件下。也就是说,很多终端设备通常都是无人监控和操作的,此时物联网智能终端设备被远程控制的能力就显得非常重要了。进一步而言,终端操作系统为软件的远程控制能力提供支持,也是物联网智能终端操作系统的一个特性。

远程控制能力可以从两个方面理解:应用的远程升级和系统控制能力的高度开放。其中,应用的远程升级需要操作系统能够将应用的运行环境和应用分离,系统控制能力高度开放指终端操作系统能够为应用提供足够丰富的控制接口。

3. 丰富的网络能力

物联网智能终端设备具有通过近距离无线通信与其他物联网智能终端设备进行信息交换的能力,因此,物联网操作系统应该提供丰富的网络接口能力,并支持众多的网络协议。

同时,物联网智能终端操作系统的网络协议应该是精简的,因为精简的网络协议有利于设备、应用的快速开发和部署,并解决物联网智能终端设备能力不一致的问题。

4. 计算能力

计算能力是物联网智能终端操作系统需要提供的基础能力,数据的精确度和计算结果的精确度是物联网数据价值的保障。

物联网智能终端操作系统需要能够提供丰富的计算模型,方便开发者开发,同时提供计算模型插件能够支持第三方的技术模型。

5. 系统大小的可伸缩能力

物联网智能终端设备与计算机、移动终端的一个显著区别是,物联网智能终端设备外观、尺寸都是不固定的。外观和尺寸的不固定,对操作系统占用空间的大小就会有多种要求,从百 K 级别到 M 级别都要适配。所以,对物联网智能终端操作系统的要求是:内核要小,功能可裁剪。

内核小,不仅指操作系统内核部分小,而且要求操作系统的最小功能集要很小;功能可裁剪,要求物联网智能终端操作系统提供丰富的可裁剪的功能模块供选择。

6. 支持云技术能力

云技术与物联网是一对天生的搭档。因此,我们要在物联网智能终端操作系统设计之初就考虑两者的关系,增强物联网智能终端设备支持云技术的能力。

简而言之,为了配合云技术在物联网行业的应用,物联网智能终端操作系统应该有完善的数据处理的能力。

7. 系统的自我生长能力

比较好的系统是通用操作系统+行业操作系统(通用操作系统是指物联网智能终端操作系统的提供者关注操作系统在物联网行业通用领域技术的提升;行业操作系统的指针对不同行业,由行业操作系统提供者制定行业操作系统标准),理由如下:

第一,物联网智能终端设备多样性,要求操作系统也有多样性的特点。

第二,物联网的应用领域是分行业的,那么需要针对不同行业特性设计不同的终端操作系统。

第三,从整个计算机技术领域发展来说,开源的理念越来越被接受,开源会让更多人和机构参与进来,对培养生态链非常有帮助。

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