前言
本文的主要内容是翻译自《Internet of Things with Raspberry Pi 3 —— Maneesh Rao》一书的第一章_Introduction to IoT_
本篇文章中，我们将认识物联网 (IoT)相关内容。了解 IoT 生态系统的体系架构、其在不同领域的应用与优势、背景、当前场景以及未来。主要包含以下方面：
- 理解 IoT
- IoT生态系统的体系架构
- 历史与发展
- IoT应用和未来前景
一、理解 IoT
回顾过去几年，可以看到，IoT已经成为研发最具革命性的技术之一。它给即将到来的众多商业模式打开了大门，并帮助重塑现有的业务。
但是什么是物联网呢？ 为什么被称为新技术革命？ 谁发明了它，什么时候发生？ 它的应用有哪些？ 它真的具有改变我们生活的潜力吗？
IoT 不仅仅是技术，它是一个全新世界的概念，在这个世界里，像汽车、住宅、建筑物和城市其他组成部分这样的物理事物，有能力连接到互联网并与人类互动。简而言之，它是一个智能和互联的世界。
IoT是一种只能被描述和不能被定义的现象，因为它是一种没有边界的包容性技术。
IoT生态系统中的物理设备也被称为事物（Thing）或智能事物（smart thing）。一件事物可以是具有一个或多个以下特征的任何设备：
- 传感器 Sensors（温度，湿度，运动检测器）
- 通信 Communication（有线或无线）
- 执行器 Actuators（电机，继电器，显示器）
- 控制器或处理器Controller or processor（用于计算，运行软件）
比如：
- Tags
NFC、RFID 和 QR code是计算机可读的，可用于识别物体
- 设备
iBeacon、Arduino、Raspberry Pi等设备内置控制器/处理器和通信通道，如蓝牙、Wi-Fi、以太网等
- 机器
汽车，自行车，空调机组和可以自主工作的洗衣机
- 基础设施
智能连接工厂，智能连接建筑和智能城市等
二、IoT生态系统的体系架构
让我们通过一个示例来了解物联网生态系统的工作原理吧！
1.背景
Ghanshyam先生是一家货运公司的所有者，该公司拥有大量卡车作为其机队的一部分。 他们为全国各地的其他企业提供运输服务。最近，由于各种原因，他一直在业务上遭受损失，然而他无法识别和纠正这些损失。
2.问题
他的儿子Shyam作为物联网工程师，了解他父亲的商业情况，并决定协助他。 Shyam在接下来的几个月里与他合作，并观察到了一些遭受损失的重大问题。 这里列出了一些问题：
- 高燃油消耗
- 高维护成本
- 交货延迟
- 事故率高
3.措施
作为物联网工程师的Shyam知道需要采取哪些措施才能使业务盈利并易于管理。我们来看看他到底执行了做了那些事情：
3.1 转换车型
Shyam将所有车队的卡车转换为智能车型，并通过配备各种传感器来连接车辆，以测量诸如燃油油位，轮胎压力，发动机状态，温度等重要数据。控制器用于根据要求执行操作，例如在太阳落山时打开灯光，下雨时打开雨刷，提醒驾驶员，并在Wi-Fi / GPRS / GPS模块的帮助下通过互联网向云端发送重要信息。摄像头和其他类似的设备用来密切注视驾驶员的表现，来从卡车获取实时数据，如下图所示：
3.2 开发移动应用
公司团队开发了一款移动应用程序，可帮助司机实时监控卡车的状况、通过最佳路线导航、接收警报通知、分配工作/任务。
此外，公司还开发了一个管理员/控制面板应用程序，该应用由管理人员和操作员在指挥中心使用，以监控所有正在通过互联网发送实时数据的卡车。 这通过以下方式促进了更好的车队管理：
- 监控卡车到达目的地的路线; 如果驾驶员进入可疑位置，则可以远程关闭发动机。
- 借助机舱内的摄像头监控驾驶员的行为。这可以避免在驾车时睡觉或打电话的事件，并立即发送警报。
- 如遇故障，可导航至附近的服务站。
4.影响
在采取了上述所有措施后，车队现在已经被改造成智能和联网的车队了，下图可以帮助理解Shyam的IoT解决方案架构： 
我们可以分析一下智能和联网车队是如何Ghanshyam先生的业务盈利的：
- 燃油效率：收到的关于制动、换档和速度的数据，有助于建立和改善每位驾驶员的驾驶风格，从而提高燃油效率。此外，定期检查油位有助于遏制偷油事件，从而降低整体燃油成本。
- 维护成本和交货延迟：安装在每辆卡车上的传感器发送有关发动机健康状况、刹车、电气系统和油位的重要信息。这有助于操作员通过及时和预防性维护保持车辆的整体健康状况，从而减少频繁的故障和延误，从而节省大量成本。
- 改进的安全性：使用摄像头和其他传感器数据监控驾驶员的行为，有助于检测哪些对驾驶员和车辆安全构成威胁的激进、粗心和不当驾驶，这些数据可用于提醒司机、让他更负责的开车，并为未来的改进提供适当的培训。
- 路线优化：通过使用GPS跟踪车辆的当前位置和交通状况，可以建议最短和最佳的路线，从而使车辆在最短时间内到达目的地、降低燃料成本、节省时间以促进更多交付，从而反过来增加利润。
- 环境影响：通过改善车辆状况并采取优化路线，使用较少的燃料，从而减少有害气体的排放。
5.总结架构
- 传感器（Sensors）、标签（Tags）和微芯片（Microchips）系统中的终端设备（END Devices），可以观察环境并提供相关信息。
- 连接管理（Connection Management）负责通过互联网上的各种协议（如HTTP，MQTT和AQMP）以及蓝牙和射频来维护终端设备与用户/平台之间的连接。
- 实时数据管理（Data Management）有助于收集和存储从数据库中的终端设备接收的数据，这些数据可能是基于数据类型的关系数据库或NoSQL数据库。
- 安全和访问控制（Security & Access Control）可防止未经授权的用户访问系统，然后可能会被滥用。安全是物联网生态系统中最重要的组成部分之一;忽视它可能会给企业和个人造成巨大的损失。
- 云平台（Cloud platforms）以最小的停机时间促进整个系统的可扩展性，可用性和可访问性，这对于连接系统非常重要。
- 管理和分析（Administration & analytics）组件使用设备提供的所有数据来了解设备和最终用户的行为，从而进一步帮助改进服务，执行预防性维护并提供必要的警报和通知。
- 与社交媒体，BI和CMS等其他平台以及企业和供应链的整合（3th Party Integration），有助于缩小不同业务部门之间的差距。
- 开发人员工具（Developer tools）可帮助第三方无缝集成现有系统。
三、历史与发展
几十年前，人类互相联系的唯一途径就是通过私人交流、邮政服务和固定电话。 谁会想到机器之间的交流、机器与人类的交流？但随着互联网的引入，以及硬件和通信技术的进步，这已成为现实。
IoT对我们许多人来说可能是一个新话题，但是它最初是由麻省理工学院（MIT）的AutoID实验室的凯文阿什顿（Kevin Ashton）在1999年提出的，当时他在宝洁公司做了演讲时创造了IoT这个词。
今天，IoT已经成为互联网世界的下一场革命；它利用数十亿传感器和连接物的只能，收集大数据，从而作出决定。 请参阅下图了解过去几十年物联网的发展历程：
四、IoT应用和未来前景
下图显示了不同行业物联网应用的详细视图： 
- 冰箱，照明，洗衣机和恒温器等家用设备（Household devices）可以通过任何地方的移动应用进行控制。
- 可穿戴设备（Wearable devices），比如追踪身体运动和卡路里消耗的Fitbit等，已经成为主流。
- 联网汽车（Connected vehicles）已经从本田，大众和特斯拉等大型汽车市场进入市场，而这些汽车正在引领这一领域。纵观最近自动驾驶技术的发展，自动驾驶汽车已不再是不可想象的。
- 制造工厂（Manufacturing plants）和工厂（Factories）将能够在适当的时间监控自己的健康状况并预测维护情况，这将延长使用寿命并缩短停机时间。
- 电网（Power grids）和太阳能电站（solar plants）将连接到互联网，这将有助于分销商更有效地向终端用户供电，跟踪实际使用情况并防止盗窃等。
- 受益于物联网增长的行业包括：
- 互联设备制造商（Connected device manufactures）：可穿戴设备，智能电表和家用电器的制造者。
- 网络提供商（Network providers）：IoT需要设备和系统的快速、安全和可靠的网络互连。
- 半导体（Semi-conductor）：微控制器（Microcontrollers），闪存设备（Flash devices）和传感器（Sensors）的需求将非常大。
最后
WHAT：简而言之，IoT，Internet of Things是一个将任何设备（只要具有开/关切换）连接到因特网和其他连接的设备的概念。
HOW：IoT 系统由一些带有传感器的设备和对象构成，这些设备通过嵌入式传感器、处理器和通信硬件，收集、发送和处理从周围环境中获得的数据。这些”联网”或”智能”设备可以和云平台进行交流发送数据、并接收对应的行为。
WHY：当平台集成了来自不同设备的数据后，可以对其进行应用分析，作出相应的回应行为；此外，共享最有价值的信息，可以帮助作出合适的决定。