本文摘自 论坛 https://bbs.huaweicloud.cn/forum/thread-73238-1-1.html 本人亲自笔录的内容。文字和图片版权归官方所有，记录下来仅仅是因为学习的目的，特此说明。

一、物联网全栈成长之初始：

第一章 初识物联网：

1.1初探 

特洛伊咖啡壶

历史

1999.提出IoT，概念为依托RFID技术和设备，按约定的通信协议和互联网结合，使得物品信息实现智能识别和管理，实现物体信息互联、可交换和共享而形成的网络。

2005 IUT引用了物联网的概念

2008 IBM智慧地球

2009感知中国

2013 德国工业4.0

2015 中国制造2025

物联网划分阶段：

• 1999-2013 概念阶段 RFID 物

• 2014-2016 智能穿戴 智能家居

• 2016（物联网生态元年）-今 上述已落地
  

NB-IoT标志着物联网在广域网领域形突破

云，管，端已完成闭环

物联网的层次：

• 感知层：信息收集和信号处理

• 网络层：终端接入和数据传输

• 平台层：设备通信管理，数据存储和业务规划

• 应用层：数据呈现和客户交互

垂直领域：

• 公共事业物联网

• 车联网

• 工业物联网

• 智慧家庭物联网

不同的行业采用不同的技术：

1.2有线技术

以太网，RS232，RS485，PLC，M-Bus

• 特点：稳定性强，可靠性高

• 缺点：受限于传输媒介

1.2.1以太网

标准以太网，快速以太网，10G以太网——路由器，宽带等

1.2.2 RS232/RS485

RS232：异步接口，DB9，DB25（监视和控制）

RS485：是RS232的扩展

1.2.3 Meter-Bus 用于非电力户用仪表传输的欧洲总线标准，总线型拓扑结构可以低成本可靠组网

M-BUS仅对OSI的 物理层、链路层、网络层和应用层做了定义，并增加了管理层

满足了公用事业仪表组网和远程抄表，远程供电和电池供电系统的需要

传输距离1000米。

1.2.4 PLC 电力线通信

场景：电表数据传输，设备交换数据，与信息家电对话，传输安全监控信息

1.3 无线通信

1.3.1 蜂窝移动 2G/3G/4G

2G：GPRS 

场景：共享单车。POS机

1.3.2 短距离无线通信技术

1.3.2.1蓝牙：

2.4-2.485GHz的ISM波段的无线电波，最高速度1Mbps，距离：10cm-10m（放大后可达100米）

场景：手机、耳机、音箱、家电、智能穿戴

特点：速率快，低功耗，安全性高

缺点：节点少

1.3.2.2 WiFi

2.4GUHF或5G SHF ISM射频频段

特点：覆盖广，数据传输块

缺点：安全性不好，稳定性差，功耗略高

1.3.2.3 ZigBee

基于 IEEE802.15.4

场景：工业，智慧家庭

特点：近距离，低复杂度（简单），低功耗，低速率，自组织，使用方便，工作可靠，价格低，每个基站成本不到1000RMB

缺点：信号衰减厉害，不同芯片兼容性差，网络不宜维护

1.3.2.4 ZWave

基于射频，，丹麦推出，ZWave联盟覆盖广。

特点：网络结构简单，低成本，低功耗，高可靠室内30米，室外100米

缺点：速度低，标准不开放，芯片唯一来源sigma designs

场景：住宅，照明商用控制，状态读取应用——抄表，照明和家电控制，接入控制，防盗，火灾监测

总结比较：

1.4 LPWA 低功耗广域网

技术：

• sigfox

• LoRa

• NB-IoT

1.4.1 sigfox

法国sigfox公司

低功耗，低成本的物联网

技术：

• UNB超窄带技术

• 功耗低，稳定数据连接

• 速率：100bps
  

可扩展的网络拓扑

使用免授权Sub-G ISM射频频段(欧洲 868MHz，美国915MHz）

1.4.2 LoRa

美国Semtech公司

基于Mac层协议的LPWA，同时基于Sub-GHz频段，基于扩频基础的超远距离无线传输方案

特点：远距离，长电池寿命，大容量，扩展传感网络

1.4.3 NB-IoT

构建与蜂窝网络的窄带物联网，180KHz

可部署在GSM,UMTS和LTE网络

使用需要授权的Sub-GHz

特点：覆盖广、连接多、速率低，成本低、功耗低、架构优

场景：远程抄表、资产跟踪、智能停车，智慧农业

总结比较：

第二章 窄带无线，海量物联：

2.1 NB-IoT的技术

物理层：带宽180KHz 

上行技术：SC-FDMA(单载波频分多址）

• 子载波连续的调制解调技术，LTE上行链路的主流技术
  

• NB-IoT支持单载波（上行数据仅占用一个子载波，跟高的功率谱密度增益，必备功能）和多载波（占用多个子载波进行上行数据传输，可选功能）。

• 2种物理信道+2种参考信号

下行技术：OFDMA=OFDM+FDMA 正交频分多址  

• 将180KHz分成12个子载波，每个15KHz

• 3种物理信道+2种参考信号

物理信道

• 措施：降低目标速率，多次传输，低阶调制方式

• 目的：增加覆盖，降低成本，降低功耗。

NB-IoT部署方式：

• 独立部署：单独频段，适合于GSM

• 保护带部署：适用于LTE

• 带内部署：适用于LTE任何资源快

关键特性：

（一）低成本：华为SingleRAN方案，在现有网络上改造，降低成本；芯片专为物联网设计；单天线，半双工方式，简化信令处理

（二）低功耗：一般仅仅上行，不需要standby. 省电模式：PSM（最省电） ，eDRX（可以根据场景选择）——降低了设备对基站资源的使用

• PSM：激活态--》空闲态==》寻呼监控态---》休眠态（此时下发的指令缓存在IoT中，设备并不能收到指令）

• 99%时间在休眠态。因此功耗很低。

• 场景：水表

• DRX非连续接收（休眠周期1.28s）--》eDRX：扩展非连续接收(休眠周期2.92h）

• 场景：共享单车，物流跟踪

• 并可以同时使用两种方式：当PSM激活期>eDRX周期时，进入eDRX周期

（三）强覆盖：时域重传技术提高功率谱密度，比GSM有20db的MCL提升。可覆盖到地下室

• MCL：最大耦合损耗。数值越大，覆盖范围越大
  

• LTE ：142.7 GSM：144 NB-IoT：164。后者比GSM多穿透两堵墙。（通过功率谱密度提升和重复发送来实现增益）

• 功率谱密度提升：使用子载波比直接使用 180KHz多11dB增益

• 重复发送：提高9db下行，12db上行增益

（四）大连接：终端多，发送包小，可以使得100K左右的终端同时在一个小区，调度单元小（15KHz）。相同资源下资源利用率更高

• 减小了空口信令开销。基站和核心网优化后可以缓存上下文信息。终端一旦有数据发送，立刻进入激活态。

2.2 NB-IoT技术牛笔吗？

NB 窄带 由3GPP组织进行研究和标准化

标准的发展：

华为+沃达丰----高通----爱立信---->3GPP

网络架构：

（1）感知层——NB-IoT终端：数据采集；无线连接，发送数据

（2）网络层——eNodeB基站，EPC核心网：负责数据接入，传输，转发，基站可以在2G、4G上升级

核心网支持4个网元：

• MME：接入的关键网元，负责信令处理

• HSS：用户归属服务器。存储用户签约信息的核心数据库
  

• S-GW：负责跟核心建立连接

• P-GW：PDN网关；管理3gpp和非3gpp间的数据路由，策略执行，计费

核心网：负责安全接入，连接管理，网络鉴权，流量计费，流量调度等功能

（3）平台层——物联网平台：

• 数据存储，数据管理

• 应用层协议栈适配，终端设备管理
  

• API能力开发，大数据分析

（4）应用层——第三方应用：数据呈现和用户界面的交互

2.3 eLTE-IoT的技术

工业物联网专网采用什么技术？

eLTE-IoT解决方案：基于3GPP标准，窄带无线物联网解决方案

eLTE-IoT：

• 1GHz一下的非授权ISM频谱

• 灵活易部署的轻量化设备

• 支持标准物联网协议与企业现有应用平台对接

目标市场：

企业自建窄带无线物联网市场，如制造，电力，水务，智慧城市。

制造业案例：

提供海量的低功耗方案，对传感器数据进行收集，实现对生产状态的监控和对能效的管理。

电力案例：

远程抄表：覆盖广，海量连接，易于部署。单小区3-5km覆盖半径。最大支持1000电表接入。小型化设备易部署，星型拓扑结构。

特性：

• 可靠连接：基于ISM频谱

• 可靠物联：最大容量

• 更低功耗：最长10年

• 更广覆盖：10Km

支持频段：

• 中国：470-510MHz

• 美洲：902-928MHz

• 欧洲：863-870MHz

可靠连接：

1. 跳频技术避免干扰提高可靠性：选取信道发送

2. 强大的收发机制：小包快传技术（几十字节）控制发包长度，减少**扰的概率，快速反馈接收结果，提升了上行传输效率，缩短了终端发送时间，降低了终端功耗

也引入了PSM和eDRX技术。

通过小带宽大功率谱密度发射，提高覆盖穿透能力，最大半径10km。也用了上节提到的时域重传技术。

NB-IoT构建于蜂窝移动网络，而eLTE-IoT构建于免授权的ISM频谱。

网络架构：

eLTE-IoT向上可以跟第三方应用和平台集成，向下可以通过串口设备实现与第三方设备集成

eLTE-IoT的网元：

1. 业务引擎：终端设备管理，终端与AIrNode接入认证鉴权，网络协议处理，数据转发，与第三方应用和平台对接

2. IoT一体化基站AirNode：轻量化基站，支持挂墙和抱杆安装。支持有线与业务引擎直连，以及3G、4G无线回传模块实现无线网络回传

3. 用户接入终端CPE：

4. eLTE-IoT模组与网管设备 

使用eSight管理业务引擎、基站、用户接入终端，实现设备管理和容灾备份。

第三章 窄带无线，海量物联：

3.1工业物联网网关

物联网网关：应对小范围，大量接入，负责上行汇聚，下行回传

工业物联网：

1.工业级严格要求（温度 -40~70 vs 0~40，湿度 5%-95% 防尘，防水，无风扇冷却，防电磁干扰）

2.工业协议众多 RS485，Modbus，Zigbee，RF

3.工业生产网和办公网的交叉融合，网络安全（木马，黑客）

4。运维复杂度高（站点分散，部署工作量大，管理困难）

工业物联网关：

为工业领域涉及，集路由、无线、交换、安全为一体的融合网关

支持GPRS，3G，LTE

工业级标准：

1.强电磁标准

2.振动冲击标准

安全：1.安全加密，2.集中管理。3。提供设备防攻击机制

升级：热补丁技术。在线平滑升级

便利：免现场调测，即插即用；用户侧设备远程集中管理

降低了运维成本，提高了运维效率

支持——边缘计算：在靠近终端或数据源的边缘节点，融合 联接，计算，存储，控制和应用等核心能力的额开放平台，满足实时，智能，安全的需求。

类比：边缘计算：脊髓中枢神经；云中心：大脑

可以降低时延，提高可靠性

下行通讯技术：

1.PLC

供电和通信二合一；支持自组网，设备上电即可使用

传统PLC——噪声 2MHz以下，也是窄带通讯区间；华为PLC技术主动避开这些区间，技术：通讯频段选择自适应技术（宽带电力线载波技术）

通过抗噪声技术，解决噪声，脉冲，

2.RF Mesh

Mesh技术：可以中继信号，扩展无线覆盖范围，网络自组织，自修复、流量自平衡；提升带宽，降低发射功率。

3.2 华为工业物联网解决方案

3.2.1 电力物联网 

困扰：

（1）经济损失严重

a 设备：损坏；b 用电大户缺乏有效监控手段， c 用电分析不实时，存在偷电现象

（2）运营效率低，人力成本高

a 没有有效手段降低线路损耗 b 电费收缴难，周期长，拖欠严重 c 用电情况不透明，投诉多

（3）业务决策不实时不准确

a 停电管理无序 b 线路改造无依据 c 业务决策缺乏实时数据支持

需求：急需宽管道 实时传输海量信息

智能电网的趋势：

电力物联网——输、变、配、用四个环节，其中用电环节最重要

自动抄表。基础要求

抄表协议：DLMS，ModBus

主要价值：电力业务与应用

华为解决方案模块：

1.计费

2.预付费

3.数据管理MDM

4.客户关系管理CRM

3.2.2 城市照明物联网

挑战：

1.高昂的能源消耗：路灯能耗高

2.高运维管理层本：路灯多 ，巡检维护高

3.城市照明服务质量：恶劣条件

华为解决方案：

1.感知层：外置型路灯控制器 AR501L1Rc 符合ANSI C136.1标准接口，可以进行开关、调光、计划和采集数据

可以手机APP扫码安装。

2.网络层:通过RF Mesh或Zigbee技术接入到工业互联网关

网络汇聚，通过3G/LTE进行回传

3.平台层：Enerprise Energy Module作为后台软件，基于Agile Controller平台开发，提供REST接口

提供四个功能：设备管理、计划策略管理、远程升级管理和数据存储

4.应用层：基于GIS的路灯管理应用软件，CityConnect平台

方案特点：

1.通过路灯控制器控制路灯，按需照明，降低路灯的能源消耗

2.通过RF Mesh组网，获得低成本的海量路灯连接

3.通过app安装方式，降低安装和维护的成本

4.通过平台管理，保障系统的可靠运行

3.2.3 家庭智能网关

发展：

1.以前：拨号上网，点状网络

2.现在：光纤到户，星型结构，IPTV，围绕家庭网关

3.未来：家庭智慧网关，提供家居安防，家居自动化等智能互联业务，网状结构

智慧家庭网络：

1.基础宽带网络:LAN,WiFI,扩展AP   视频娱乐

2.智能互联网络:WiFi ,Zigbee,ZWave 安防监控，家居自动化

家庭网关的关键业务：

1.智能提速 游戏。监控视频实时备份。上行备份加速。

2.Wifi无缝覆盖 单ONT集中式wifi->分布式 扩展方式：a以太网ap，bPLC电力猫 c.无线中继器

3.智能互联与智能业务 USB Dongle扩展，实现zigbee,zWave

统一接入标准，统一UI界面 实现家居设备的控制和场景联动

4.智能运维 家庭网络状态的可视化管理

第四章 LiteOS操作系统

4.1物联网操作系统

操作系统发展：

PC时代：苹果+微软

互联网时代：Windows一统江湖

移动互联网时代：IOS+Andriod

物联网时代：

物联网操作系统的困境和要求

碎片化，方案复杂

支持不同硬件，通讯标准，应用场景

物联网操作系统的好处：

1. 打破技术障碍和壁垒

2. 提高操作性和可移植性

3. 减小开发成本

4. 适合开源社区的开发人员参与

物联网操作系统的挑战：

1. 多传感器协同管理复杂

2. 视频场景下性能、功耗要求高

3. 开发语言编程效率低、上手难度大

LiteOS特点：

1. 轻量级

2. 低功耗

3. 快速启动（毫秒级）

4. 快速响应（微秒级）

华为产品LiteOS的使用场景：

华为B3手环，Mate手机的协处理器 （接管加速度传感器，降低待机功耗）

物联网解决方案：家居、停车、水表、照明等

4.2LiteOS的内核

1+N的架构：1个内核，N个中间件（互联框架、传感框架、安全框架和运行引擎）

内核：

任务管理

嵌入式：单进程多线程

任务即线程，支持抢占式调度和时间片轮转调度机制

功能：任务创建、删除、延迟、挂起、恢复、锁定任务调度、解锁任务调度

任务调度：锁定是锁住共享资源，防止其他任务访问

内存管理

动态内存：按需分配。会出现碎片。DLINK算法及Best Little算法。

静态内存：预设分配，不能按需申请。无碎片。BOX算法

中断管理

中断：暂停当前程序（根据中断请求），转而执行新程序（中断响应，中断处理）

功能：创建中断、删除中断、开关中断、恢复中断、中断使能、中断屏蔽。

队列管理

消息队列：可以在任务间通信。接收任务或中断的消息。

功能：创建、发送、接收、删除队列

事件管理

事件：可以在IPC通信

事件被触发，从一个任务调度到另一个任务上。

通信机制

信号量：任务间通信。用于同步或临界资源的互斥访问。可以帮助相互竞争的任务去访问共享资源。信号量表示有多少可以供访问的资源。

互斥锁：特殊的信号量。共享资源仅能被一个任务访问。

时间管理

通过芯片中的系统主频。每次触发时，会让系统执行一套指令

通过时钟源，MCU可以知道相对的时间（系统时间）。

CPU时间分片调度。tick 10ms

总结：

1. 低功耗超小内核

2. 基础体积10KB

3.  高实时，高稳定性

4. 支持动态加载和分散加载

5. 支持功能静态裁剪

   
   

4.3LiteOS的框架结构

4.3.1互联框架

解决不同框架间的互联互通。提供完整的协议栈，降低开发门槛，提供了可灵活配置的应用profile，提供不同设备的互通

、

提供AgentTiny中间件，部署在终端上，可快速接入IoT平台

互联框架还可以优化mesh互联网，，满足海量终端组网。

eg：路灯网络中，LiteOS运行在MCU中，支持快速自愈，高可靠性和支持1000个节点，组网时间小于20mins

4.3.2传感框架

提供了多传感器的统一管理。屏蔽硬件细节，实现即插即用。提供基础算法和融合调用，方便开发者直接调用。

4.3.3安全框架

端云安全：双向设备认证。

传输安全：DTLS数据报安全传输协议。可解决数据被窃听、篡改和冒充。

终端安全：API认证。划分了安全区域。

安全存储：在芯片内部划分了不能被外部线程访问的空间。如指纹识别

4.3.4运行引擎

• 高性能，轻量级的JavaScript虚拟机：针对资源受限设备优化，简化系统集成，隐藏编程细节，兼容 第三方库，丰富平台功能以及安全性。

• 面向物联网的应用开发框架：开放API接口，接口设计良好，内核精简，利于开发人员平滑切换

第五章 物联网的几个应用场景：

5.1 智慧城市

背景：

市政管理 路灯管理：30%预算

高压钠灯--》节能灯

每日日初日落时间不一样。开灯关灯时间会不同。

高速和住宅区采用不同的策略

路灯控制跟车辆，人物传感器结合。

巡检。晚上需要加班

智能路灯：

1. 控制开关

2. 调节亮度

3. 检测状态

传递数据到后台。

提高巡检效率。

综合考虑因素:

1. 管理模式

2. 收入水平

3. 当地电价

4. 地理位置

路灯管理模式：

1. zigbee

2. PLC

3. NB-IoT

4. LPWA

室内停车：使用摄像头对车牌拍摄，进行反向寻车

室外停车：地磁传感器Zigbee多跳（几百米-衰减大）-》LPWA技术

垃圾桶管理：稀疏人口管理检测垃圾桶是否满。进行应用规划

井盖管理：检测器难以传出来。LPWA技术使得传输可能。

天线放哪里？井盖就是天线。

智能水务：雨水含泥量高。造成通水能力下降。进一步采用传感器采集水流和水位。推算出清淤的需求。

5.2 消费电子

厂家诉求：如何使用ICT技术建立跟最终消费者的连接。增加用户粘性

案例：

亚马逊的一键下单按钮重新买。

卖狗粮。送项圈。

白色家电：加入芯片。坏的时候先提醒。而不是等用户发现。

目的：

• 提高用户体验

• 提高口碑度

• 提高服务能力和质量。

5.3 绿色能源

（1）AMI（电力抄表，高级计量架构）以及其他表。。

输-电-配-用。 最早窄带PLC-->HiPLC  恶劣环境下电力线抄表。

不能有误差，否则要手工抄表

欧洲：prepaid

希望电力线能够实时采集前端用户的数据，15分钟或30分钟上传数据。。Hi-PLC唯一达到传输可靠性。网速最快。

（2）智能楼宇：

环境实时数据--》控制空调、窗帘、灯光--》达到节能效果。需防止影响舒适度的代价。

节能最高的效果：不牺牲人的舒适性把环境调整到最优的状态。

舒适度模型：

1. 湿度

2. 光照

3. 风速

4. 温度

5. 穿衣

6. 活动量

前端采集+上端管理策略

5.4 车联网

智能公交：

如何在用户旅行中叠加增值服务？

第三方内容运营公司建设车载娱乐系统，插播广告

车队管理服务。

电子站牌。

金融相关的业务。UBI：基于驾驶行为确定的保费。不同驾驶员对象费率不一样。

影响保险费率的因素：驾照年限，理赔历史，地址，停车位置等。

OBD盒子来采集 驾驶习惯。如急刹车和危险驾驶。--》数据分析--》影响保费。

物联网这块需要有一定的培育。

5.5 公共安全

平安城市：

深圳安防展。满眼摄像头 4K摄像头。 存储要求高。人是看不过来的。一个人看15分钟视频，会漏掉50%目标，看22分钟，会漏掉90%的目标。

引出：智能视频技术

很多技能前置了。如人脸检测等。可以达到100%的可靠性。

智能交通：闯红灯抓拍。采集车牌（线圈触发拍照，纯粹智能视频抠图）

（全文完，谢谢阅读）