¿Cuál es la arquitectura del Internet de las Cosas? ¿Qué protocolos y estándares se utilizan? ¿Cómo recopilar, procesar, transmitir y recibir información?
El nombre en inglés del Internet de las Cosas es “The Internet of Things”. Como puede verse por el nombre, Internet de las cosas es "la Internet donde las cosas están conectadas". Esto tiene dos significados: en primer lugar, el núcleo y la base de Internet de las cosas sigue siendo Internet, que es una extensión y expansión de Internet; en segundo lugar, se extiende a cualquier extensión del usuario y a cualquier elemento de intercambio de información. comunicación. Por lo tanto, la definición de Internet de las cosas es conectar cualquier elemento a Internet a través de dispositivos de identificación por radiofrecuencia (RFID), sensores infrarrojos, sistemas de posicionamiento global, escáneres láser y otros equipos de detección de información de acuerdo con protocolos acordados para el intercambio y la comunicación de información. , una red que permite la identificación, posicionamiento, seguimiento, monitorización y gestión inteligente.
Toda la estructura del Internet de las Cosas se puede dividir en dos partes: sistema de identificación por radiofrecuencia y sistema de red de información. El sistema de identificación por radiofrecuencia consta principalmente de etiquetas y lectores, que se comunican a través de la interfaz aérea RFID. Después de que el lector obtiene la identificación del producto, carga la identificación del producto en el middleware del sistema de red de información a través de Internet u otros métodos de comunicación, y luego obtiene el nombre del objeto del producto a través del análisis ONS y luego obtiene varios aspectos del producto. información a través de diversas interfaces del servicio de información de EPC. El funcionamiento de todo el sistema de información dependerá del sistema de red de Internet y de los protocolos de comunicación y lenguajes de descripción desarrollados sobre la base de Internet. Por tanto, podemos decir que el Internet de las Cosas es la suma de servicios de información sobre diversos productos físicos basados en Internet. Desde el punto de vista de la aplicación, merecen atención tres niveles en el Internet de las cosas. En otras palabras, el Internet de las cosas consta de tres partes: en primer lugar, la red de sensores, que se basa principalmente en códigos QR, RFID y sensores para realizar. la detección de la identificación de "cosas". La segunda es la red de transmisión, que realiza la transmisión y el cálculo de datos a través de Internet, redes de radio y televisión, redes de comunicación, etc. El tercero es la red de aplicaciones, es decir, el terminal de control de entrada y salida.
El sistema EPC es un sistema muy avanzado, completo y complejo. El objetivo final es establecer un estándar de etiquetado abierto y global para cada producto. Como se muestra en la Figura 2.4, consta principalmente de tres partes: el sistema global de código electrónico de producto (EPC), el sistema de identificación por radiofrecuencia y el sistema de red de información [17].
Figura 2.4 Diagrama de estructura del sistema EPC
(1) Estándar de codificación EPC
La codificación EPC es una parte importante del sistema EPC. La información relevante es. codifica y se establece un lenguaje universal de intercambio de información mediante una codificación unificada y estandarizada.
(2) Etiqueta EPC
La etiqueta EPC es una etiqueta de radiofrecuencia cargada con el código electrónico del producto. Por lo general, la etiqueta EPC se instala en el objeto identificado y almacena información relacionada con el objeto identificado. El lector/escritor puede leer/escribir la información de la memoria de etiquetas sin contacto.
3.2 Características del sistema EPC
(1) Arquitectura abierta
El sistema EPC adopta el sistema de red pública TERNET más grande del mundo. Esto evita la complejidad del sistema, reduce en gran medida el costo del sistema y también favorece el valor agregado del sistema. La ley de Metcalfe muestra que el mayor valor de una red es que el sistema debe estar abierto a los usuarios y su sistema estructural es mucho más valioso que las estructuras múltiples y complejas.
(2) Plataforma independiente y alta interactividad
El objeto reconocido por el sistema EPC es una gama muy amplia de objetos de entidad. Por lo tanto, es imposible que una tecnología sea adecuada. todos Identificar objetos. Al mismo tiempo, los estándares de tecnología de identificación por radiofrecuencia en diferentes regiones y países también son diferentes. Por tanto, un sistema de arquitectura abierta debe tener una plataforma independiente y un alto grado de interoperabilidad.
La red del sistema EPC se basa en el sistema de red INTERNET y puede funcionar junto con todos los componentes posibles de la red INTERNET
(3) Sistema de desarrollo flexible y sostenible
El sistema EPC es un flexible Un sistema de desarrollo abierto y sostenible permite actualizaciones del sistema sin reemplazar el sistema original. El funcionamiento general de la red EPC se basa en la intervención de sistemas RFID y sistemas de aplicaciones de red para difundir eficazmente la información del producto. Los intérpretes instalados en diferentes entornos de la cadena de demanda pueden leer los datos del producto almacenados en las etiquetas. Por lo tanto, los datos de la cadena de suministro se pueden verificar, actualizar o intercambiar de manera oportuna a través de la red.
3.3 Estándar de codificación EPC
El código EPC es una nueva generación de estándar de codificación compatible con el código EAN/UPC. En el sistema EPC, la codificación EPC se combina con el GTIN actual, por lo que EPC. no es En lugar del estándar de código de barras actual, el estándar de código de barras actual pasará gradualmente al estándar EPC o EPC y EAN en la futura cadena de suministro. Depósito sistema UCC***. La asignación de segmentos de código en EPC se realiza mediante EAN. Está gestionado por la UCC. En nuestro país, EAN. El código GTIN en el sistema UCC lo asigna y administra el Centro de codificación de artículos de China. De manera similar, ANCC está a punto de lanzar servicios EPC para satisfacer las necesidades de las empresas nacionales de utilizar EPC.
El código EPC es un conjunto de números que consta de un número de versión más otros tres datos (administrador del nombre de dominio, clasificación de objetos y número de serie en orden). El número de versión identifica el número de versión del EPC, lo que permite que los segmentos de código posteriores del EPC tengan diferentes longitudes. La gestión del nombre de dominio describe la información del fabricante relacionada con este EPC.
Capítulo 4 Aplicación de Internet de las cosas en el hogar
Con el desarrollo de los tiempos, China ha entrado gradualmente en una sociedad que envejece. En el futuro, el status quo que enfrentará nuestra sociedad será. Una pareja, además de cuidar a sus propios hijos, también tiene que cuidar de 2 a 6 parejas de personas mayores, lo que supone un problema para toda la sociedad. Obviamente, no es realista que cada familia contrate a una niñera; entonces, este problema sólo puede resolverse a través de medios tecnológicos, mejorando la calidad de vida de la familia, facilitando la interacción de información entre la familia y el mundo exterior y utilizando nodos de sensores para sentir lo que sucede en casa. Esto sienta las bases sociales para la realización del Internet de las cosas en el hogar.
El concepto de Internet de las cosas se está volviendo popular y también permite a las personas ver la tendencia de desarrollo futuro de la sociedad. Sin embargo, la mayor parte del Internet de las cosas permanece en la etapa conceptual, y será necesario. tiempo para su aplicación a escala real. El área de origen es relativamente pequeña y las necesidades son relativamente claras, por lo que es más probable que se dé prioridad a la aplicación de Internet de las cosas. No es sólo una necesidad práctica de las familias modernas (cuidar a los ancianos y a los niños), sino también la creciente seguridad familiar de las personas
4.1 Campo de aplicación del Internet de las cosas en el hogar
En el invierno frío, el sistema de calefacción utiliza Las familias en las ciudades del norte están llenas de calidez, y cuando la mayoría de la gente sale de casa para ir a trabajar durante el día, las habitaciones vacías siguen siendo tan cálidas como la primavera. Necesitamos un sistema inteligente de control de calefacción. En el campo de la seguridad de la producción, en el campo de la higiene alimentaria, en el campo del control de ingeniería, en el campo de la gestión urbana, en todos los aspectos de la vida diaria de las personas e incluso en las actividades de entretenimiento de las personas, es necesario establecer sistemas inteligentes. que puede comunicarse con objetos en cualquier momento. A través de etiquetas electrónicas (RFID) instaladas en diversos objetos, sensores, códigos QR, etc. se conectan a redes inalámbricas a través de interfaces, dotando así de inteligencia a los objetos, permitiendo la comunicación y el diálogo entre personas y objetos, y permitiendo que los objetos se comuniquen entre sí. comunicación y diálogo. Al instalar sensores en el medidor de electricidad, el departamento de suministro de energía puede conocer el consumo de electricidad del usuario en cualquier momento y realizar una gestión integrada eficiente, como inspección de electricidad, monitoreo de la calidad de la energía, gestión de carga, gestión de pérdidas de línea y gestión del lado de la demanda, reduciendo la electricidad. pérdidas durante el año pasado. Instale sensores en el ascensor Cuando el ascensor falla, no es necesario que los pasajeros llamen a la policía. El departamento de gestión de ascensores utilizará la red para obtener información lo antes posible y acudir al lugar para solucionar el problema lo antes posible. posible.
4.2 Historia del desarrollo
En 1999 se propuso el concepto de Internet de las cosas. En los últimos 10 años, países de todo el mundo han estado intensificando la investigación.
El desarrollo de Internet de las cosas se divide en cuatro etapas: la primera etapa es la conexión en red de mainframes y hosts, la segunda etapa es la conexión de computadoras de escritorio y portátiles a Internet, y la tercera etapa es la conexión de algunos dispositivos móviles como Como los teléfonos móviles, la cuarta etapa de Internet es el surgimiento de la Internet integrada. Más equipos de aplicaciones estrechamente relacionados con la vida diaria de las personas, incluidas lavadoras, refrigeradores, televisores, hornos microondas, etc., eventualmente se unirán a las filas de la interconexión. formando un "Internet de las cosas" globalmente unificado.
Para Internet, la década de 1980 fue una época dorada. Durante este período, surgió una figura muy conocida: Bob Kahn, conocido como el padre de Internet (conocido como el padre de Internet). Hay varias personas a las que se les ha dado el mismo título). Si bien realizó contribuciones destacadas a Internet, también sentó las bases para otro proyecto que comenzó en la década de 1980: Distributed SensorNet (DSN) con gran visión de futuro. En aquellos días, los sensores eran mucho más grandes que los que tengo a mano y requerían un camión para sacarlos. Estos sensores de gran tamaño se organizan como nodos y se conectan entre sí mediante microondas para formar una red de sensores.
El tamaño del enorme sensor no puede satisfacer las expectativas de la gente sobre su funcionalidad, por lo que los investigadores comenzaron a pensar si podrían hacerlo cada vez más pequeño. Así, en la década de 1990 surgió el interesantísimo concepto de "polvo inteligente", propuesto por KrisPister, profesor de la Universidad de California en Berkeley. Este concepto cree que la informática y la comunicación pueden integrarse en sensores ultraminiatura de aproximadamente 1 a 2 milímetros cuadrados para detectar parámetros del entorno circundante. Su componente principal es un sistema microelectromecánico (MEMS para abreviar; este concepto causó gran sensación en su momento), que puede integrar muchos sensores relacionados con la mecánica.
En aquel momento, gente como KrisPister tenía una fantasía: colgar un chip sensor en un diente de león, detectar la señal dondequiera que volase el diente de león y luego transmitir la señal de vuelta. Aunque era solo una hipótesis, hubo científicos que en ese momento invirtieron en ella con total confianza e incluso calcularon los datos requeridos. Por ejemplo, algunos expertos en aerodinámica han calculado el peso del chip, etc. En 2001, el laboratorio de la Universidad de California en Berkeley produjo el prototipo de este chip ideal, que era más pequeño que un grano de arroz y podría describirse como "tan delgado como un cabello y tan delgado como el ala de una cigarra". Me dieron uno y lo empaqueté con cuidado. Es una pena que no pueda encontrarlo recientemente, lo cual es muy lamentable. Si todavía queda electricidad en el chip, tal vez pueda localizar su "lugar de descanso" a través de la red.
Durante este período, tres universidades e instituciones de investigación fueron líderes en el campo de los sensores. Una fue la Universidad de California, Berkeley (representada por KrisPister, quien propuso la teoría del "polvo inteligente"), y la otra. 2. La primera es la Universidad de California, Los Ángeles (propusieron "tecnología microinalámbrica") y Xerox PARC. El equipo de Xerox PARC está dirigido principalmente por mí. Lo que hacemos es el procesamiento de información de sensores y "materia inteligente" (SmartMatter). Esperamos llevar sistemas informáticos y de micromotores al mundo físico, que también es muy similar a "inteligente". polvo". Cerrar la conexión.
Desde principios de este siglo, la investigación sobre detección ha atraído cada vez más atención. Muchas escuelas e instituciones de I+D de grandes empresas han comenzado a realizar investigaciones similares, y muchas empresas emergentes se han aprovechado de ello. ascenso repentino. La conexión de sensores a una "red" o "sistema" se convierte en una red de sensores. Además de las redes de sensores, se han propuesto sucesivamente conceptos similares, como el "CyberPhysicalSystem" y el "Internet de las cosas" (IOT, por sus siglas en inglés). En comparación, el concepto de IOT estaba más cerca de la vida cotidiana cuando se propuso por primera vez. Por ejemplo, la tecnología común RFID (identificación por radiofrecuencia) forma parte de él.
En cuanto a la historia de las redes de sensores y el Internet de las Cosas, si partimos de los grandes sensores, ya han pasado 30 años desde que nació la red de sensores y si partimos de la Red de Sensores MicroWireless, es; Esto debería ser hace sólo 15 o 20 años: las redes de microsensores comenzaron en la década de 1990. En ese momento, se acababa de proponer el concepto de "sistemas microelectromecánicos", que intentaban integrar sensores y procesamiento y comunicación por computadora en un solo chip. es "Motas de Sabiduría".
De hecho, la historia de los sensores se puede resumir en ocho palabras: de grande a pequeño, de punto a superficie. Estas ocho palabras parecen simples, pero son muy difíciles de implementar: si desea que el sensor realmente "vuele al mundo ordinario", debe "reducirse" en términos de tamaño, costo, consumo de energía, etc., para que Realmente puede ser capaz de entrar en el mundo físico.
Sin embargo, la reducción de la forma no es la única condición para que los sensores entren en la vida diaria. La cooperación de la tecnología de Internet también es necesaria para realizar la conexión a Internet de un punto a la superficie. En lo que respecta a las direcciones IP, el Internet de las cosas debería utilizar IPv6 (ciertamente IPv4 no es suficiente. Tiene un número de dirección IP binaria de 128 bits, lo que equivale a darle una dirección IP a cada grano de arena del mundo). . Sólo cuando todos los objetos tengan su propia IP se podrá realizar realmente el Internet de las cosas. En definitiva, la implementación del Internet de las cosas requiere que estos dos aspectos se complementen: uno es utilizar la microfabricación para mejorar la integración; el otro es utilizar la tecnología IP para proporcionar una red suficientemente rica.
4.3 Problemas enfrentados
Hay muchos problemas en el mercado nacional de hogares inteligentes. 1. El umbral de entrada es alto. Generalmente se requiere una inversión única de 10.000 a 20.000 yuanes, lo que limita en gran medida la demanda de compra de las personas con ingresos medios bajos. 2. Las funciones son llamativas, muchas de ellas son luces y sonidos de control remoto, y la demanda no es proporcional a la inversión. 3. Copiar muchas cosas que originalmente se usaban en la industria directamente en el hogar carece de humanización y no puede satisfacer plenamente las necesidades de la vida hogareña. 4. Muchas empresas de hogares inteligentes carecen de tecnologías básicas y crean un sistema para promoverlas, lo que genera mayores costos y una menor competitividad corporativa.
La aplicación de la tecnología RFID de ultra alta frecuencia en mi país está todavía en sus inicios. Las aplicaciones de algunos proyectos son sólo proyectos piloto y aún no se han utilizado ampliamente ni se han aplicado en el suministro. cadena. Por ejemplo, aplicarlo solo en un almacén determinado o aplicarlo solo en la línea de producción. Cabe decir que todos estos proyectos piloto son aplicaciones de circuito cerrado y no ha habido casos en el país en los que estén vinculados entre sí en la cadena de suministro.
El potencial de desarrollo del Internet de las cosas es ilimitado, pero su realización no es sólo una cuestión técnica. El proceso de construcción del Internet de las cosas implicará muchas cuestiones de planificación, gestión y coordinación, cooperación, etc., así como estándares y cuestiones de protección de la seguridad, lo que requiere la formulación y mejora de una serie de políticas y normas de apoyo correspondientes.
La primera es la cuestión de las normas técnicas. Un estándar es una regla de comunicación que se relaciona con la comunicación entre elementos de IoT. Los países tienen estándares diferentes, por lo que es necesario fortalecer la cooperación entre países para encontrar un estándar que pueda ser aceptado universalmente.
El segundo es el tema de la seguridad. Las cosas en Internet de las cosas están más estrechamente conectadas, y las cosas y las personas también están conectadas, lo que resulta en un uso extensivo de equipos de recopilación e intercambio de información, y la fuga de datos se ha convertido en un problema cada vez más grave. Cómo proteger grandes cantidades de datos y la privacidad de los usuarios se ha convertido en un problema a resolver.
En tercer lugar, la cuestión del acuerdo. El Internet de las cosas es una extensión de Internet. En el nivel central del Internet de las cosas, se basa en TCP/IP. Sin embargo, en el nivel de acceso, existen varios tipos de protocolos, como CPRS, SMS, sensores. TD-SCDMA, cable y otros canales El Internet de las cosas necesita una base de acuerdo unificada.
Cuarto, problema terminal. Además de sus propias funciones, los terminales IoT también tienen funciones como sensores y acceso a redes, y diferentes industrias tienen diferentes necesidades. Cómo satisfacer las diversas necesidades de los productos terminales es un gran desafío para los operadores.
Quinto, abordar el tema. Cada elemento que deba abordarse en el Internet de las cosas necesita una dirección.
El Internet de las cosas requiere más direcciones IP y los recursos de IPv4 están a punto de agotarse, por lo que se necesita IPv6 para respaldarlos. La transición de IPv4 a IPv6 es un proceso largo, por lo que una vez que Internet de las cosas utilice direcciones IPv6, inevitablemente habrá problemas de compatibilidad con IPv4.
En sexto lugar, la cuestión del coste. En la actualidad, el costo de los chips y otros componentes necesarios para la Internet de las cosas es relativamente alto. Naturalmente, será costoso implantar chips de identificación en todos los elementos.
En séptimo lugar, la cuestión de la escala. La escala es un indicador importante del desempeño del operador. El precio de los terminales, la diversidad de productos y la profundidad y amplitud de las aplicaciones industriales tendrán un impacto en la escala de usuarios.
Octavo, cuestiones de modelo de negocio. El modelo de negocio de Internet de las cosas en aplicaciones comerciales aún no está claro y la cuestión del modelo de negocio merece un debate más profundo.
Noveno, cuestiones de la cadena industrial. Las tecnologías e industrias ascendentes requeridas por Internet de las cosas, como el control automático, la detección de información y la identificación por radiofrecuencia, están maduras o básicamente maduras, mientras que las aplicaciones posteriores también existen en una sola forma. El desarrollo de Internet de las cosas requiere esfuerzos conjuntos de la cadena industrial para lograr vínculos entre las industrias ascendentes y descendentes y vínculos interprofesionales, impulsando así toda la cadena industrial y promoviendo conjuntamente el desarrollo de Internet de las cosas.
Para construir un Internet de las cosas eficaz, hay dos dificultades principales que deben resolverse: una es la escala. Sólo con la escala puede funcionar la inteligencia de los elementos; la segunda es la movilidad, ya que los elementos no suelen ser estáticos. pero en estado de movimiento los artículos deben mantenerse en movimiento Incluso en movimiento a alta velocidad, los artículos pueden monitorearse y rastrearse en cualquier momento.
Para hacer realidad el Internet de las cosas, primero se deben integrar medios de almacenamiento como etiquetas electrónicas en todos los artículos, y se deben instalar numerosos dispositivos de lectura y enormes sistemas de procesamiento de información, lo que inevitablemente conducirá a una gran cantidad de inversión de capital. Por lo tanto, el desarrollo del Internet de las cosas será limitado antes de que el costo se reduzca lo suficiente como para popularizarlo. Los hechos existentes han demostrado que, en esta etapa, la eficiencia técnica de Internet de las cosas no se ha transformado en eficiencia económica de escala, y ninguna de las aplicaciones actuales de la llamada Internet de las cosas ha logrado un gran éxito comercial. Por ejemplo, los sistemas de lectura de medidores inteligentes pueden transmitir lecturas de medidores al centro de datos del sistema de energía a través de sistemas inalámbricos comerciales (como mensajes cortos GSM). Sin embargo, el sistema de energía todavía no utiliza esta tecnología a gran escala porque no es económicamente eficiente. .
La clave del Internet de las cosas está en los campos de la RFID, los sensores, el software integrado y la informática de transmisión de datos, incluida la "computación en la nube", la expansión y optimización de las redes inalámbricas, etc., todos ellos problemas. que deben resolverse para la popularización del Internet de las Cosas. Sólo mediante la aplicación de la tecnología de "computación en la nube" será posible la gestión dinámica en tiempo real de cientos de millones de tipos de elementos. A juzgar por el nivel actual de desarrollo industrial nacional, el nivel de personal en la industria de sensores es relativamente bajo y los fabricantes extranjeros monopolizan los productos de alta gama.