物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)4G通信模塊堆棧的5個(gè)層次

來(lái)源：廈門(mén)欣仰邦科技有限公司 2026年09月21日 07:17

物聯(lián)網(wǎng)將需要一種新的產(chǎn)品，可以將5層物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧納入其產(chǎn)品戰(zhàn)略和路線圖 - 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。在本文中，您將對(duì)這5個(gè)層以及管理物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品所需的內(nèi)容有一個(gè)高層次的了解。據(jù)估計(jì)，已有150億臺(tái)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。到2020年，這一數(shù)字將增加到超過(guò)500億臺(tái)連接設(shè)備。
這是物聯(lián)網(wǎng)（IoT），這是的工業(yè)革命，將對(duì)商業(yè)和日常生活產(chǎn)生巨大影響。每次工業(yè)革命都需要一種能夠?qū)嵤?，維護(hù)和創(chuàng)新其新技術(shù)的新型工程師。18世紀(jì)末和19世紀(jì)初的次工業(yè)革命催生了機(jī)械工程領(lǐng)域。隨著19世紀(jì)末第二次工業(yè)革命期間電氣化開(kāi)始在蔓延，大學(xué)開(kāi)始提供電氣工程課程。20世紀(jì)60年代和70年代出現(xiàn)了與數(shù)字革命（第三次工業(yè)革命）相同的需求。計(jì)算機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展催生了計(jì)算機(jī)科學(xué)的新學(xué)位。
物聯(lián)網(wǎng)被許多人認(rèn)為是第四次工業(yè)革命。但與前三個(gè)不同，它不是一項(xiàng)新技術(shù) - 它是結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的新方法。因此，它不需要新的工程師。但它會(huì)需要一種新的產(chǎn)品。如今，很少有產(chǎn)品了解物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品如何在整個(gè)和每個(gè)層內(nèi)運(yùn)作。這種理解對(duì)于創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品策略和指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的創(chuàng)建至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)的興起將需要新一代高技能的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。對(duì)于那些認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)只是連接烤面包機(jī)和咖啡機(jī)的人，請(qǐng)?jiān)傧胍幌?。物?lián)網(wǎng)的真正影響將在工業(yè)方面。通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)，交通運(yùn)輸，食品生產(chǎn)，供水，醫(yī)療保健和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化，公司已經(jīng)在努力解決我們這一代人面臨的問(wèn)題。因此，我向您挑戰(zhàn)產(chǎn)品，以便隨時(shí)準(zhǔn)備滿足您的需求。
在接下來(lái)的幾個(gè)月里，我將發(fā)布一系列關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品管理的文章。在篇文章中，我簡(jiǎn)要介紹了IoT堆棧的5層。在以后的文章中，我將提供有關(guān)如何管理每個(gè)組件以及它們?nèi)绾谓M合在一起的更多詳細(xì)信息。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧，讓我們開(kāi)始吧！成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的步是了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧的5個(gè)層次。通過(guò)將完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案分解為這5個(gè)層，產(chǎn)品可以更好地理解和分析每個(gè)級(jí)別以及整個(gè)系統(tǒng)所需的業(yè)務(wù)和技術(shù)權(quán)衡。這5層是：
舉個(gè)例子，讓我們假設(shè)您正在創(chuàng)建一個(gè)監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(jī)的產(chǎn)品。該產(chǎn)品預(yù)計(jì)何時(shí)渦輪機(jī)需要維護(hù)，從而節(jié)省數(shù)百萬(wàn)美元對(duì)渦輪機(jī)的潛在損壞并避免服務(wù)中斷。因此，讓我們看一下每一層，并以我們的風(fēng)機(jī)監(jiān)控產(chǎn)品為例，探討物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品需要關(guān)注的內(nèi)容。

1.設(shè)備硬件
設(shè)備構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)中的“東西”。它們充當(dāng)真實(shí)世界和數(shù)字世界之間的界面。首先要考慮的是您的產(chǎn)品是否是連接設(shè)備本身（即Nest恒溫器），或者您的產(chǎn)品是通過(guò)添加儀器（即添加傳感器和與風(fēng)力渦輪機(jī)通信）將現(xiàn)有設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)檫B接設(shè)備。在我們的示例中，您不是在銷售風(fēng)力渦輪機(jī)，而是僅僅是連接到風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)備。您的設(shè)備的主要目標(biāo)之一（從物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)看）是收集數(shù)據(jù)。接下來(lái)，您需要考慮要收集的數(shù)據(jù)類型以及執(zhí)行此操作所需的硬件。對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)收集需求，您可能需要一個(gè)智能傳感器。對(duì)于更復(fù)雜的數(shù)據(jù)收集，您可能需要一臺(tái)容納許多傳感器的4G通信模塊，功能的處理器，本地存儲(chǔ)，工業(yè)網(wǎng)關(guān)等的工業(yè)計(jì)算機(jī)。
在這個(gè)級(jí)別的堆棧中，了解成本，大小，易部署性，可靠性，使用壽命等方面的一些影響也很重要。例如，對(duì)于智能手表等小型設(shè)備，您可能只有一個(gè)系統(tǒng)的空間。芯片（SoC）。對(duì)于要求更高的解決方案，您可能需要一臺(tái)嵌入式計(jì)算機(jī)，如Artik模塊，Raspberri Pi，Arduino或BeagleBone板。對(duì)于非常嚴(yán)重的計(jì)算需求，您可能需要的工業(yè)計(jì)算機(jī)，如緊湊型RIO或PXI。對(duì)于我們的風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，我們需要一個(gè)加速度計(jì)作為傳感器來(lái)收集振動(dòng)數(shù)據(jù)。如果振動(dòng)超出一定范圍，則意味著風(fēng)力渦輪機(jī)需要維修。由于這是一個(gè)繁重的工業(yè)應(yīng)用，我們可能需要使用像緊湊型RIO這樣的工業(yè)計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗哂凶銐虻挠?jì)算能力并且已經(jīng)集成了加速度計(jì)。您的設(shè)備還需要硬件才能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?。更多關(guān)于通訊部分的內(nèi)容。
2.設(shè)備軟件
設(shè)備軟件是將設(shè)備硬件變?yōu)?ldquo;智能設(shè)備”的部分。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧的這一部分實(shí)現(xiàn)了“軟件定義硬件”的概念，這意味著特定硬件設(shè)備可以根據(jù)其運(yùn)行的嵌入式軟件為多個(gè)應(yīng)用程序提供服務(wù)。設(shè)備硬件和軟件協(xié)同工作以創(chuàng)建智能設(shè)備，為什么要將它們分開(kāi)？將它們分開(kāi)考慮是有幫助的，因?yàn)樗鼈兪怯刹煌膱F(tuán)隊(duì)使用非常不同的需求，流程和時(shí)間線構(gòu)建的。設(shè)備軟件將由軟件工程師使用敏捷方法開(kāi)發(fā)。另一方面，設(shè)備將由硬件工程組根據(jù)硬件NPI過(guò)程開(kāi)發(fā)。當(dāng)您計(jì)劃路線圖并與各個(gè)團(tuán)隊(duì)合作時(shí)，這種分離將使您的工作變得更加輕松。
設(shè)備軟件允許您實(shí)現(xiàn)與云或其他本地設(shè)備的通信。您可以通過(guò)設(shè)備的傳感器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析，數(shù)據(jù)采集，甚至控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧的這一部分非常重要，因?yàn)樗乾F(xiàn)實(shí)世界（硬件）和云應(yīng)用程序之間的粘合劑。由您和您的團(tuán)隊(duì)決定這里放置的功能與云中的功能相關(guān)。
您還可以使用設(shè)備軟件來(lái)降低硬件開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。構(gòu)建硬件很昂貴，而且比軟件需要更長(zhǎng)的時(shí)間。因此，不是為了狹隘和特定目的而構(gòu)建硬件，而是使用可以通過(guò)設(shè)備軟件自定義的通用硬件，以便為您提供更大的靈活性。通過(guò)這種方式，您可以通過(guò)云遠(yuǎn)程更新嵌入式軟件，這將更新現(xiàn)場(chǎng)的“硬件”功能。
設(shè)備軟件層可以分為兩類：
邊緣操作系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)解決方案的復(fù)雜性將決定您需要的邊緣操作系統(tǒng)（OS）的類型。一些關(guān)鍵考慮因素包括您的應(yīng)用程序是否需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，您需要的I / O支持類型以及是否需要支持完整的TCP / IP堆棧。嵌入式操作系統(tǒng)的常見(jiàn)示例包括Linux，Brillo（按比例縮小的Android），Windows Embedded和VxWorks，僅舉幾例。
邊緣應(yīng)用
這是在Edge OS之上運(yùn)行的應(yīng)用程序，它提供特定于IoT解決方案的功能。這里的可能性是無(wú)止境的。您可以專注于數(shù)據(jù)采集和流式傳輸?shù)皆?，分析，本地控制等?br />對(duì)于風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)視器，我們的加速度計(jì)將采用非常頻繁的樣本來(lái)測(cè)量振動(dòng)。這會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。但我們不需要將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到云 - 只是表明存在問(wèn)題的數(shù)據(jù)。因此，我們的Edge應(yīng)用程序軟件將在本地監(jiān)視數(shù)據(jù)，并僅發(fā)送警告和錯(cuò)誤條件。如果振動(dòng)超出您指定的參數(shù)，它還將執(zhí)行實(shí)時(shí)控制以關(guān)閉渦輪機(jī)。

3.通訊
通信是指您的設(shè)備與世界其他地方交換信息的所有不同方式。這包括物理網(wǎng)絡(luò)和您將使用的協(xié)議。確實(shí)，通信機(jī)制與設(shè)備硬件和設(shè)備軟件相關(guān)聯(lián)，但值得將其視為不同的層。選擇正確的通信機(jī)制是構(gòu)建IoT堆棧的關(guān)鍵部分。它不僅將確定您如何從云中獲取數(shù)據(jù)（例如使用Wi-Fi，WAN，LAN等），串口DTU、網(wǎng)口4G工業(yè)路由器，還將確定如何與同一建筑物中的第三方設(shè)備進(jìn)行通信。
例如，智能建筑中的系統(tǒng)通常使用BACnet協(xié)議相互通信。如果您的設(shè)備涉及樓宇自動(dòng)化，那么即使您不確定是否希望設(shè)備與樓宇中的其他設(shè)備通信，您的設(shè)備仍然可以提供BACnet支持。
您的通信策略會(huì)影響系統(tǒng)的整體拓?fù)?。例如，如果您的系統(tǒng)有十個(gè)傳感器，那么每個(gè)傳感器是否應(yīng)該執(zhí)行控制并與云通信？或者你應(yīng)該有十個(gè)更簡(jiǎn)單（和更便宜）的傳感器與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信以進(jìn)行聚合和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸？
這些不是純粹的技術(shù)決定。這些是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在考慮對(duì)解決方案的成本，部署和技術(shù)復(fù)雜性的影響時(shí)需要做出的業(yè)務(wù)決策。
對(duì)于我們的風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)視器，您的個(gè)傾向可能是連接到局域網(wǎng)。但是你的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)位于偏僻的地方，而你所擁有的只是附近的手機(jī)塔。因此，您必須通過(guò)蜂窩通信連接到云。這將對(duì)您設(shè)備的硬件和軟件以及成本產(chǎn)生影響，因?yàn)槟仨殲槭謾C(jī)運(yùn)營(yíng)商支付連接費(fèi)用。此額外成本還支持我們決定僅將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)發(fā)送到云，而不是加速度計(jì)生成的整個(gè)數(shù)據(jù)集，因?yàn)槟l(fā)送的數(shù)據(jù)越多，成本就越高。
4.云平臺(tái)
云平臺(tái)是您的物聯(lián)網(wǎng)解決方案的支柱。如果您熟悉管理SaaS產(chǎn)品，那么您很清楚這里需要的一切。您的基礎(chǔ)架構(gòu)將作為這些關(guān)鍵領(lǐng)域的平臺(tái)：數(shù)據(jù)收集和管理，您的智能設(shè)備會(huì)將信息流式傳輸?shù)皆贫恕Ｔ诙x解決方案的要求時(shí)，您需要很好地了解每天，每月和每年收集的數(shù)據(jù)類型和數(shù)量。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的挑戰(zhàn)之一是它們可以生成大量數(shù)據(jù)。您需要確保定義可伸縮性參數(shù)，以便架構(gòu)師可以從一開(kāi)始就定義正確的數(shù)據(jù)管理解決方案。
Analytics（分析）
分析是任何物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關(guān)鍵組件之一。通過(guò)分析，我指的是能夠處理數(shù)據(jù)，查找模式，執(zhí)行預(yù)測(cè)，集成機(jī)器學(xué)習(xí)等的能力。它能夠從您的數(shù)據(jù)中找到洞察力，而不僅僅是數(shù)據(jù)，這使您的解決方案變得有價(jià)值。
云API，物聯(lián)網(wǎng)就是連接設(shè)備和共享數(shù)據(jù)。這通常通過(guò)在云級(jí)別或設(shè)備級(jí)別公開(kāi)API來(lái)完成。云API允許您的客戶和合作伙伴與您的設(shè)備進(jìn)行交互或交換數(shù)據(jù)。請(qǐng)記住，打開(kāi)API不是技術(shù)決策，而是商業(yè)決策。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品需要為整體物聯(lián)網(wǎng)解決方案的愿景提供明確的方向，因此技術(shù)團(tuán)隊(duì)可以確定正確的云架構(gòu)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品還需要通過(guò)構(gòu)建與購(gòu)買(mǎi)分析來(lái)評(píng)估云平臺(tái)開(kāi)發(fā)的成本和復(fù)雜性。每個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的傾向是從頭開(kāi)始構(gòu)建完整的解決方案。但無(wú)論團(tuán)隊(duì)是否有能力做到這一點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品確定構(gòu)建您的云平臺(tái)是否具有“商業(yè)意義”，不僅從開(kāi)發(fā)角度來(lái)看，還要考慮總體擁有成本，維護(hù)和支持，這一點(diǎn)非常重要。，可靠性和上市時(shí)間。在許多情況下，利用現(xiàn)有的PaaS（平臺(tái)即服務(wù)）框架（如GE的Predix平臺(tái)或SAP的Hana）可能會(huì)更好。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)很年輕，但我們已經(jīng)看到一些巨型軟件開(kāi)始進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。
對(duì)于我們的風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)控器，讓我們考慮一下我們需要存儲(chǔ)多少數(shù)據(jù)。來(lái)自一臺(tái)渦輪機(jī)的數(shù)據(jù)可能看起來(lái)不是很多。但多年來(lái)，它會(huì)加起來(lái)。另外請(qǐng)記住，您的云平臺(tái)需要支持來(lái)自數(shù)千個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的數(shù)據(jù)。隨著時(shí)間的推移，這將是一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)量，因此我們的云基礎(chǔ)架構(gòu)需要允許靈活存儲(chǔ)和處理這些數(shù)據(jù)。此外，您的云分析需要實(shí)時(shí)處理傳入數(shù)據(jù)，檢測(cè)趨勢(shì)并能夠預(yù)測(cè)渦輪機(jī)何時(shí)需要服務(wù)。您還需要打開(kāi)一個(gè)API，將此信息顯示到您的應(yīng)用程序?qū)樱覀儗⒃谙旅嬗懻摗?br />5.云應(yīng)用程序
這是產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)和管理人員最容易理解的堆棧的一部分。您的最終用戶應(yīng)用程序是您的客戶將看到并與之交互的系統(tǒng)的一部分。這些應(yīng)用程序很可能是基于Web的，根據(jù)您的用戶需求，您可能需要針對(duì)臺(tái)式機(jī)，移動(dòng)設(shè)備甚至可穿戴設(shè)備的單獨(dú)應(yīng)用程序。
即使您的智能設(shè)備有自己的顯示器，您的客戶也很可能使用云應(yīng)用程序作為與您的解決方案交互的主要點(diǎn)。這使他們可以隨時(shí)隨地訪問(wèn)您的智能設(shè)備，這是連接設(shè)備的一部分。
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品必須了解您的用戶以及您產(chǎn)品的“要完成的工作”。在設(shè)計(jì)最終用戶應(yīng)用程序時(shí)，了解誰(shuí)是您的用戶以及使用您的產(chǎn)品的主要目標(biāo)非常重要。請(qǐng)記住，對(duì)于Industrial IoT應(yīng)用程序，您可能擁有多個(gè)用戶。應(yīng)用程序還可以分為面向客戶的應(yīng)用程序和內(nèi)部應(yīng)用程序。面向客戶的應(yīng)用程序通常受到最多的關(guān)注，但在物聯(lián)網(wǎng)的情況下，內(nèi)部應(yīng)用程序同樣重要。其中包括遠(yuǎn)程配置和排除設(shè)備故障的應(yīng)用程序，監(jiān)控設(shè)備機(jī)組的運(yùn)行狀況，報(bào)告性能和預(yù)測(cè)性維護(hù)等。這些內(nèi)部應(yīng)用程序需要深入了解您的外部和內(nèi)部客戶，并需要正確的優(yōu)先級(jí)和資源，以確保它們不會(huì)陷入困境。它們是物聯(lián)網(wǎng)解決方案的關(guān)鍵組成部分，因此產(chǎn)品有責(zé)任確保它們完成。
對(duì)于我們的風(fēng)力渦輪機(jī)監(jiān)視器，一種可能的應(yīng)用是由在控制室工作的風(fēng)電場(chǎng)操作員使用的web應(yīng)用程序。該應(yīng)用程序顯示他們管理的數(shù)千臺(tái)渦輪機(jī)的信息和趨勢(shì)，并在特定渦輪機(jī)需要維修時(shí)發(fā)出警報(bào)。操作員可以實(shí)時(shí)獲取此信息并派遣服務(wù)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行預(yù)防性維護(hù)，避免昂貴的維修和服務(wù)中斷。
隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，世界將需要一支物聯(lián)網(wǎng)精明的產(chǎn)品大軍。那些物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品需要了解堆棧的每一層，以及它們?nèi)绾谓M合成一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品需要在每一層制定戰(zhàn)略業(yè)務(wù)和技術(shù)決策，以確保其產(chǎn)品的成功。

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