物联网模式简介
物联网（IoT）在最近几年获得了巨大的吸引力，该领域在未来几年将呈指数级增长。这一增长将跨越所有主要领域/垂直行业，包括消费者、家庭、制造业、健康、旅游和运输。这本书将为那些想了解基本物联网模式以及如何混合和匹配这些模式以实现独特和多样化的物联网应用的人提供一个新颖的视角。 本介绍章详细介绍了在设计物联网解决方案时必须牢记的体系结构注意事项。构建物联网解决方案具有挑战性，因为物理硬件选择、复杂的集成和所涉及的连接要求带来了额外的复杂性。本章还为后面几章将介绍的模式奠定了基础。 在本章中，我们将介绍以下主题：
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物联网概述
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物联网参考架构
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物联网用例的独特要求
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建议的体系结构原则和注意事项
物联网概述
物联网最近引起了很多兴趣，并从纯粹的学术追求发展到了实现真实用例的地步。由于多种多样的技术（嵌入式、云、边缘、大数据、人工智能（AI）、机器学习（ML)，等等），并且由于可用的部署选项的范围（将现场设备限制为云中计算和其他资源的几乎无限可用性）。物联网实现了不同的用例，并跨越了多个领域（家庭自动化、医疗保健、跟踪和追踪、联网车辆、自动驾驶等）。 物联网的相关性在未来几年只会增加，原因如下： 物联网用例包括物理世界和虚拟世界，因此，可以开发有趣而丰富的用例（与文字处理器、ERP系统等纯虚拟/软件系统相比）。可以说，物联网用例的范围和多样性仅受一个人想象力的限制。 物联网的巨大潜力已经得到了学术界和实施者的验证。这可归因于以下原因： 硬件组件的性能和效率随着成本（和尺寸）的不断降低而提高，这符合摩尔定律。当前一代硬件组件对电池的有效利用也减少了频繁更换电池的麻烦。 商业云提供商（超规模提供商）的兴起，在计算、存储、复杂分析、高速数据接收等方面实现了无限的可扩展性。这些特性非常适合物联网应用的需求。以下是公共云提供商/超级规模商提供的一些服务，在开发物联网用例时可以利用这些服务： 设备管理 固件更新 边缘管理/分析 设备/数据安全
数字双胞胎 物联网分析 数据摄入 数据可视化 数据存储 影像分析 通知 以传统连接选项（例如Wi-Fi、3G和4G）以及LoRaWAN和NB-IoT等连接选项的形式提供的无处不在的低成本连接。NB-IoT等技术对物联网特别有用，因为它们支持远程连接并提供长电池寿命。5G的出现通过提供高带宽和最小延迟，进一步扩大了物联网用例的范围。 区块链、机器人、AI/ML、能量采集、AR/VR、无人机、社交媒体等相关技术的日益成熟。这些技术使物联网从业者能够利用这些技术提供的能力来增强物联网能力，从而进一步推动创新的边界，并设想非传统的想法。 移动和可穿戴设备的日益普及。这些设备可以随时访问物联网数据，并有助于实时控制和监控物联网设备。 市场竞争加剧，迫使企业将数据视为决策的支点和货币化机会。物联网还作为运营额外收入模式的基础，如服务收入超过产品销售收入。
人类在操作和管理大多数非物联网（传统IT/OT系统）系统方面发挥着至关重要的作用，而物联网系统被设计为独立运行或在最少的人工干预下运行。 物联网设备在计算、存储或两者方面都受到限制，而大多数非物联网应用程序都部署在标准工作站上，那里有充足的存储和计算可用。 物联网应用一旦部署，预计将持续数年（10至15年是制造业的常态），而非物联网应用的保质期很短（典型的刷新周期在3至5年之间）。因此，物联网系统必须通过平衡当前和长期需求来构建。 在硬件/软件组件以及连接协议的选择中观察到相当大的异质性。这是因为有不同的技术可供选择，对于每种技术选择，供应商都提供了多种实现和产品。相比之下，非物联网系统中可能的技术选择更少。 物联网和非物联网系统中生成的数据的特征存在差异。与非物联网系统相比，物联网系统中大数据的所有七个V（速度、多样性、可变性、体积、准确性、可视化和价值）都很高。 很少有物联网系统是孤立运行的，通常与其他企业系统集成。在IoTsystems中，需要集成信息技术（IT）和操作技术（OT）以及硬件设备。这提供了一个在传统系统中罕见的全新的集成复杂性级别。 安全在任何连接的系统中都很重要，但在物联网中它变得更加重要，因为攻击除了会造成声誉/财务损失外，还会导致物理伤害（工业机器人失控）。此外，大多数物联网现场设备都安装在易受攻击的环境中，很容易被篡改。因此，物联网用例中的攻击面比非物联网用例的攻击面大得多。 物联网系统的这些独特特性可以在下图中可视化：
图1.1-物联网系统的独特特性
这种复杂性对任何刚刚涉足物联网领域的人来说都是相当可怕的。尽管各种各样的物联网用例（或解决方案领域）是可能的，但在大多数物联网用例和相关架构中也存在一定程度的共性。我们已经提到了这些相似之处，以便任何对该领域陌生的人都能理解现有的体系结构和用例。
