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前言

本文主要是基于HCIA-IoT V2.5培训系列内容整理而来的，相关学习路线网址：https://education.huaweicloud.com/programs/89d5bfc1-bdac-447a-8081-1a0981747d12/about

华为物联网工程师HCIA-IoT职业认证流程网址：https://edu.huaweicloud.com/training/iote.html

通过以上学习可以获得：

• 掌握物联网基础知识。
• 华为物联网解决方案基础架构，并能够基于此运维和开发，同时具备基于该架构实现端到端业务的开发能力，胜任物联网运维/开发工程师岗位。

本文主要整理物联网概览相关知识点中的：

• 1.1 物联网发展简史与概述
• 1.2 物联网行业应用与解决方案
• 1.3 物联网安全技术

一、物联网发展简史与概述

• 物联网(Internet of Things)简称：loT，是新一代信息技术的重要组成部分，也是”信息化”时代的重要发展阶段。
• 物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，被广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

1.物联网的发展简史

1.1 物联网的起源

物联网的起源最早可以追溯到1991年英国剑桥大学的咖啡壶事件。

咖啡壶事件主要是在剑桥大学特洛伊计算机实验室发生的，当初实验室的科学家们在工作时，想喝咖啡需要下两层楼梯看咖啡煮好了没有，因咖啡经常没煮好常常空手而归，这让科学家们觉得很烦恼。为了解决这个问题，他们编写了一套监控的程序，并在咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像机，利用计算机图像捕捉技术，把摄像机捕捉到的图像传递到实验室的计算机上，以监控咖啡是否煮好。这样就解决了空手而归的问题，科学家们就可以随时了解咖啡煮沸情况，咖啡煮好之后再下去拿。

1.2 物联网的发展

物联网的发展主要有如下几个阶段：

• 1991年：《物联网起源》主要是指特洛伊咖啡壶、可乐贩售机。
• 1995年：《未来之路》中比尔·盖茨提到了”物联网”的构想，因特网仅仅实现了计算机的联网，而未实现与万事万物的联网。
• 1999年：《物联网概念的提出》主要是指把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。也就是说，物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。
• 2005年：《引用物联网概念》主要出现在突尼斯峰会上，ITU发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了”物联网”的概念。
• 2009年：《感知中国》中国务院总理温家宝到无锡视察时高度肯定了传感网技术的研究发展，并提出在无锡高新区建设”感知中国中心”，从此开启了物联网从技术研发到产业应用的发展大幕。
• 2013年：《工业4.0》的概念最早出现在德国，2013年的汉诺威工业博览会上正式推出， 其核心目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。
• 2015年：《中国制造2025》是经国务院总理李克强签批，由国务院于2015年5月印发的部署全面推进实施制造强国的战略文件，是中国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。

1.3 物联网大事件

1.3.1 NB-IOT标准的引进

NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。–百度百科

窄带蜂窝物联网通信技术NB-loT标准从2015年9月正式立项，于2016年6月核心标准冻结。

1.3.2 工信部宣布5G商用

在2019年10月31日举行的中国国际信息通信展开幕式上，中国电信、中国移动、中国联通共同宣布启动5G商用服务，并发布相应套餐。5G为IoT带来的价值将是多元而综合，同时也在催生新的方案及产业链发展。

1.4 物联网行业发展现状

1.4.1 消费驱动型

消费物联网顾名思义就是直接应用于消费者的物联网产品、服务，而与消费者直接相关的非衣/医、食、住、行莫属，智能手环、VR/AR眼镜、体脂称、智能锁、智能音箱、共享单车/电车、自动驾驶等都属于此范畴。

1.4.2 政策驱动型

政策驱动型应用主要涵盖城市管理方面的应用，比如消防、安防、系统集成、公共事业、照明、停车等。

1.4.3 产业驱动型

产业驱动型应用主要面向B端客户，相关产业主要包括智能工业、车联网、智慧物料、智慧农业等。

2.物联网的基本概述及架构

2.1 物联网的基本概述

物联网(Internet of hings-loT)就是物物相连的互珠网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络：其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。–百度百科

物联网：从人与人的信息连接到物与物的信息连接。

2.2 物联网的层次架构

物联网的架构主要分为：

• 感知层：是物联网发展和应用的基础，主要负责信息收集和信号处理。
• 网络层：建立在现有通信网络和互联网基础之上的融合网络，主要负责接入和传输网络。
• 平台层：在网络传输层实现网络的安全接入，在业务应用层实现信息的安全管理。
• 应用层：将物联网技术与专业技术相互融合，利用分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务，主要负责数据呈现及客户交互。

3.华为物联网解决方案

3.1 华为”1+2+1″IOT解决方案架构

华为”1+2+1″IOT解决方案架构主要介绍如下：

• “1”是要建立一个统一的物联网平台，集中收集、管理、处理数据，同时运行于该平台之上的大量的专业应用，也支持合作伙伴进行开发。
• “2”是指两类连接方式，包括有线接入和无线接入。
• “1”就是华为新推出的物联网操作系统LiteOS。

3.2 华为云物联网平台整体架构

华为云物联网平台整体架构主要有四层：终端层、接入层、平台层、应用层。

3.2.1 终端层

物联网平台提供标准的IoT Agent，能够快速适配OS和各类厂商的智能终端，同时预集成高价值行业应用。

IoT Agent设备主要功能包括：

• 鉴权认证
• 设备管理
• 数据收集
• 音视频呼叫
• 消息/文件

IoT Agent设备终端主要有：

• 智能终端
• 智能硬件
• 传感器
• 行业应用APP
• IoT Agent

3.2.2 接入层

接入层支持无线、固定接入等多种接入方式，通过IoT Agent适配不同厂家的传感器，以便于接入海量的设备。

接入层的使用场景主要又如下几种：

• 移动宽带接入
• 固定宽带接入
• IoT接入

3.2.3 平台层

平台层最主要的两个功能是：业务使能、连接管理。

3.2.3.1 业务使能

华为云物联网平台解决方案业务使能主要提供功能有：

• 开放APIs
• 业务编排
• 规则引擎
• 业务分析
• 运营管理

3.2.3.1 连接管理

华为云物联网平台解决方案连接管理主要提供功能有：

• SIM管理
• 设备管理
• 联接管理
• 安全鉴权
• 运营管理

3.2.4 应用层

华为云物联网平台支持多种OpenAPI形式，支持预集成多个行业应用，主要包括智慧家庭、车联网、智能抄表、智慧城市、其他第三方应用等。

3.3 NB-IOT 蜂窝海量激活网络连接

与传统2G、3G、4G蜂窝通信模式相比，NB-IoT蜂窝海量激活网络连接自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，逐渐被越来越多的企业产品所采用。

NB-IOT 蜂窝海量激活网络连接解决方案如下：

协议	说明
NB-IoT	Narrowband Internet of Things 窄带蜂窝物联网NB-IoT是一种新的窄带蜂窝通信LPWAN(低功耗广域网)技术，具有强链接、广覆盖、低成本、低功耗的优势。
CoAP	Constrained Application Protocol 约束应用协议
MQTT	Message Queue Telemetry Transport 消息队列遥测传输
SOAP	Simple Object Access Protocol 简单对象访问协议
HTTP	Hypertext Transfer Protocol 超文本传输协议

3.4 5G新架构-一张网络承载千百行业

5G作为支撑数字经济发展的新基建之首，已发挥”着力点”作用，成为经济社会数字化转型的核心使能器。

5G承载网络主要包括：

• 转发平面
• 协同管控
• 5G同步网

5G承载网络主要影响到的分片有：

• 超高清分片
• 语音分片
• 实时业务分片
• IOT业务分片

NFV：即网络功能虚拟化，一种对于网络架构(network architecture)的概念，利用虚拟化技术，将网络节点阶层的功能，分割成几个功能区块，分别以软件方式实现，不再局限于硬件架构。

SDN：即软件定义网络，是由美国斯坦福大学Clean-Slate课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。

3.5 工业物联网网关

工业物联网网关的优势主要有：

• 工业级设计：防震、防水、防尘、防电磁。
• 丰富的接口支持：ZigBee、RF、BlueTooth、RS485、RS232、DI/DO等。
• 复杂协议适配：CAN、ModBus、IEC62056、IEC104等
• 本地智能：本地计算与存储。

3.6 全面开放的智能ONT

智能ONT在智能互联、智能业务以及智能运维三个方面的优势是互联网企业难以比拟的主要包含以下三个方面：

• 海量市场：Wi-Fi覆盖，安防，能源管理，数字家庭。
• 入口控制点：ONT作为家庭入口成为价值控制点。
• 数字家庭来临：AT&T，PCCW相继发布智能家居安防业务。

3.7 轻量级智能化的Huawei LiteOS

Huawei LiteOS是华为面向IoT领域，构建的”统一物联网操作系统和中间件软件平台”，具备轻量级(基础内核小于10k)、低功耗、互联互通、安全等关键能力。

Huawei LiteOS的兼容优势：

• 行业协议栈支持连接和设备管理
• 支持华为及第三方平台
• 支持海思及第三方的芯片

Huawei LiteOS的性能优势：

• 传感智能化：降低时延，提升精确度。
• 联接智能化：支持短距/广距多协议，自动组网。
• 应用智能化：芯片级应用虚拟机。

二、物联网行业应用与解决方案

• 物联网技术发展沿革至今，其影响已渗入社会生产生活的方方面面。小至智慧家庭，大至智慧城市，其中无不涉及物联网相关技术。
• 本章选取智慧城市、智慧园区、智能电网、车联网及工业物联网五大行业场景，对其现有问题加以分析，并阐述物联网技术所提供的对应解决方案，同时列举相关成功案例，从而了解物联网产业现状及技术解决方案。最后将结合其余新兴技术，介绍万物智能的发展趋势。

1.智慧城市解决方案介绍

1.1 城市发展的问题

1.1.1 交通管理问题

交通的问题主要体现在三个方面：

• 交通拥堵、事故频发。
• 公众在途时间增加。
• 环境污染加剧。
  

1、交通拥堵、事故频发

在现代化城市当中，车辆是非常多的，驾驶员不遵守交通安全法现象增加，这些违法行为会导致发生交通事故，进而引发交通拥堵、事故频发现象。

2、公众在途时间增加

由于通拥堵、交通不便利。导致公众在途时间增加，使公众对城市交通的满意度严重下降。

3、环境污染加剧

交通拥堵、行驶速度低导致车辆能源使用效率低，消耗更多的能源，加重环境的污染。

1.1.2 停车管理问题

停车管理问题主要体现在二个方面：

• 停车管理。
• 停车体验。
  
  1、停车管理

停车管理的问题如下表：

问题	原因
不平衡	缺乏资源整合共享、”潮汐化”现象严重
收费难	人工效率低成本高、不缴费现象严重
巡检难	传统巡检效率低、多停少缴获取难
添拥堵	找车位时间久、缺乏引导及预定服务

2、停车体验

停车体验的问题如下表：

问题	原因
找位难	空车位位置不可知、缺乏停车引导设施
找车难	停车位置无法定位、环境复杂时易迷失
出入慢	出入要停车取卡缴费、高峰期车场出入口拥堵
缴费难	人工收费易拥堵、收费方式少

1.1.3 路灯管理问题

路灯管理问题主要有6个方面：

• 可靠照明：路灯管理局的核心职责是为城市道路提供可靠照明。
• 应急照明：白天时段恶劣天气(如大雾或阴天)或特殊天气(如日食)下，开启应急照明。
• 简化运维：及时发现路灯故障，进行维修，应用先进技术的同时需要考虑就业影响。
• 资产管理：保护路灯资产，防止被破坏或被盗。
• 节能：天亮后及时关灯，后半夜适当减低照明度，甚至进一步自动检测没有行人和车辆的时候降低亮度。
• 创收：通过出租灯杆资源给广告公司、铁塔公司等获得收益。(目前受限于体制，难以获得商业利益)

1.1.4 消防管理问题

九小场所是城市防火安全的薄弱环节

• 火灾隐患突出：环境混乱、群租、易燃物品随意堆放、私拉电线等。
• 消防设施薄弱：无消防设施、或者仅有简单消防设备。
• 火灾预警不及时：依靠人工巡检，成本高，火灾不能及时发现，难以在火灾初起阶段及时获知灾情信息。

1.1.5 井盖管理问题

随着城市迅速发展，各项功能日益完善，井盖也像巨大机器上的螺丝钉一样镶嵌在城市的各条街道，这些井盖分属市政、水务、通讯、燃气、热力、电力、交管等多个行业部门。

井盖管理中存在以下问题:

• 数量庞大，管理难度大。
• 权属复杂，身份管理混乱。
• 盗窃、丢失、移位现象日益突出。
• 存在安全隐患，二次伤害时有发生。

1.1.6 环卫管理问题

环卫管理问题主要存在以下几个问题：

• 旧：作业设施老旧，作业成本高，维护成本高，工作效率低、工作质量无法保证。
• 低：管理模式落后，管理手段单一，决策缺乏依据，资源浪费严重。
• 乱：作业标准混乱，作业状态随意，人为因素严重，指挥调度困难。
• 慢：行业缺乏创新，整体发展落后，新模式新设备新理念应用缓慢，信息化程度低，管理成本高。

1.2 智慧城市解决方案

智慧城市能带来的优势主要有：

• 降低物联网应用的开发门槛、孵化和使能城市物联网生态。
• 汇聚城市物联网实时数据为城市综合、管理系统提供实时决策支撑依据。
• 提供统一的物联应用和设备的接入标准、规避物联网应用接入碎片化问题。

1.2.1 智慧交通解决方案

智慧交通解决方案主要有：缓解交通拥堵、方便市民出行、助力环境清洁。

1、缓解交通拥堵

• 通过电警、测速、信号控制、诱导系统等应用系统的建设最大限度疏导交通，减少交通事故，减少人身伤亡和财产损失。
• 改善公路巡查方式，提高巡逻效率，通过多种方式可视化展现路况，实现电子和自动化巡查。
• 通过移动执法对车辆违章信息、车辆和驾驶员信息等，实现高效快速处理。

2、方便市民出行

• 通过收集市民高峰出行信息，规划线路、公交及地铁运力，缓解市民高峰出行压力。
• 市民能获得实时交通信息，合理规划出行路线安排。
• 市民出行在途时间缩短，提升城市幸福感。

3、助力环境清洁

• 交通顺畅，提高车辆道路通行速度，减少尾气排放。
• 通过合理优化公共交通运力安排及效率，鼓励市民选择乘坐公共交通行，减少尾气排放。
• 绿色城市环境，市民也会选择绿色出行方式，进一步减少汽车尾气排放污染空气。

1.2.2 智慧停车解决方案

智慧停车解决方案主要涉及三个层次：平台层、网络层、设备层。

1、平台层

平台为智能停车应用提供基础的连接管理、数据管理、设备管理能力，并通过开放标准接口使得应用可以灵活快速地部署。

2、网络层

使用NB-IoT广覆盖、大连接、网络架构简化等特性，可以满足停车分布离散的特点，降低运营商安装及维护成本。

3、设备层

集成NB-IoT模组，可将数据解析下沉到终端，屏蔽接入的差异性。

1.2.3 智能路灯解决方案

1.2.3.1 方案一

智能路灯解决方案主要针对两个方面：客户价值和应用场景

1、客户价值

• 智慧路灯构建城市共享采集设施，多城市功能设施统一挂载，统一数据汇聚、统一回传，降低城市基础公共设施建设成本。
• 平台化统一运维，各委办局挂载感知终端统一运维、监控、提供运维效率、降低成本。
• 按需照明，降耗节能，照明时长动态调整，根据照明特点，分段智能调节照明亮度。综合分析整体照明能耗，制定节能计划。

2、应用场景

• 定时任务：下发定时任务，定时控制开关灯、分时段调光等。
• 智能调光：能自动检测路段是否有车经过，根据情况自动调节路灯照明亮度。
• 自动运维：路灯故障时即时自动将照明设备故障系统上报业务系统。

1.2.3.2 方案二

从M2M(烟囱式)过渡到 IOT(统一架构)。

1.2.4 智慧消防解决方案

智慧消防解决方案式依赖于华为云平台实现了统一规划、统一标准、统一平台、统一管理、统一服务、统一运维新模式。

1.2.5 智能井盖解决方案

智能井盖解决方案主要针对两个方面：客户价值和应用场景。

1、客户价值

• 智慧井盖，构建城市共享采集设施：多城市功能设施统一挂载，统一数据汇聚、统一回传，降低城市基础公共设施建设成本。
• 平台化，统一运维：各委办局统一运维、监管、权责分明，提高效率、降低成本。
• 报警联动，安全防盗：通过对井盖实时监控，判断被盗、移位、损坏等事件的发生，联动告警，通知施工单位或警务平台快速处置，消除安全隐患，保障城市安全。

2、应用场景

• 实时监管：大区域范围内的井盖实现监管，智能运维。
• 报警联动：并盖非正常开启状态的监控，判断被盗、移位、损坏等事件的发生，并将事件位置发送到监控中心和警务平台，由监控中心统一调度施工车辆对有问题的井盖进行维护，由警务平台同步出警到达案发现场。

1.2.6 智慧环卫解决方案

对环卫管理涉及到的人、车、物、事进行全过程实时管理。

2.智慧园区解决方案介绍

2.1 传统园区面临的挑战

挑战	说明
园区运营低效	园区运营管理手段粗放，管理层级多，以人治为主，经验传承不足，缺乏完善的、端到端的IT系统支撑园区运营管理。
安全风险上升	随着园区扩大，人车物量剧增，原有的人车物出入管控体系临挑战；全球安全形势堪忧，安全事件有向园区渗透趋势。
员工体验差	园区服务水平低，管理复杂、流程繁琐、人工干扰多，员工体验差，归属感差，可能影响员工工作效率。
缺乏安全感知	智能应用较少，哑终端多，缺少有效的感知，需要大量人力进行分析处理；大量传感器存在漏报和误报问题，无法真实感知现场。
运营成本上升	水、电、气等能耗产品的价格持续上升，同时园区能源管理粗犷，浪费严重；全球性的人力成本持续升高，都导致园区日常运营成本持续上升。
互联网思维渗透	互联网思维逐渐向传统的园区管理行业渗透，行业面临被颠覆，如果自己不革命，就会被互联网企业革命。

2.2 传统园区发展的问题

2.2.1 安防管理问题

传统安防管理都是通过人工监管，主要分为事前=》事中=》事后。在整体效率和实施过程中存在很多弊端。

第一种：传统人工布控，对陌生人、黑名单人员的潜入室内门禁被强行打开无报警，保安人员无法快速发现并处理，对整个园区存在较大安全隐患。

第二种：针对出现的翻墙盗窃事件无报警无联动，往往需要多人对整个区域的视频监控进行追溯，工作量大，效率低，急需通过体貌特征的快速检索查证。

第三种：在火灾发生时，空调依旧送风加大火势。人工核实，疏散，报警所需要的时间长，人民的生命财产安全受到严重威胁。

2.2.2 访客管理问题

安防管理问题主要划分为：访客和员工。

1、访客

• 访客到达后，需等候华为员工接待，平均等候时间5分钟。
• 年接待访客60万批次，全年耗费5万工时，即6300个工作日。
• 每年约有3万车次访客车辆出入园区，平均手续办理和缴费时间10分钟。

2、员工

• 基于工卡的管理，员工进公司需刷卡；全年员工忘刷卡72万次，忘带卡手工考勤3万次，需员工手工补录，单次耗费5分钟，全年耗费6.25万个工时，即7800个工作日。

2.2.3 能耗管理问题

园区的能耗管理问题主要分为四点：无人区照明常开、阳面窗帘常开、无人区空调常开、空置会议室设施常开。

2.2.4 问题汇总

传统园区发展的问题会造成：运营成本高、服务感知度低、管理粗放。

2.3 智慧园区的解决方案

华为智慧园区解决方案依托华为产品组合，基于华为云，联合生态伙伴，解决客户问题。以数字平台打造智慧园区数字底座：

• 技术预集成，ICT能力开箱即用
• 设备统一接入，即插即用
• 多业务集中管理，提升运营效率
• 一体化安装和运维，降低运维成本

园区核心服务，是华为自身数字化转型实践的能力外溢，实现园区业务的高效运维、数据融合、系统间的互联互通。

2.3.1 安防管理解决方案

安防管理解决方案主要分为三部分：人脸识别和视频检索、消防联动、周界联动。

1、人脸识别和视频检索

• 黑名单人员布控
• 受限人员阻止入园
• 视频分析

2、消防联动

• 事前智能预警
• 事中系统联动、一键处置
• 事后智能分析

3、周界联动

• 视频辅助告警确认
• 系统联动处置

2.3.2 访客管理解决方案

访客管理解决方案主要分为四部分：访客预约门户网站、车牌识别闸机、园区内访客APP、人脸识别闸机。

1、访客预约门户网站

访客登录门户网站，填写个人信息，包括姓名、联系方式、车牌号等，并下载推送的访客APP。

2、车牌识别闸机

客户车辆到达，道闸系统识别提前登记的访客车牌号，道闸自动开启。

3、园区内访客APP

进入园区内，打开访客APP:

• 1、通过园区WiFi连接到园区网络。
• 2、通过导航服务，找到车库入口。
• 3、准备进入办公楼前，可选择以下两种园区自由通行方式。
• 摄像录入人脸。
• 生成二维码信息。

4、人脸识别闸机

通过人脸识别或者刷二维码方式入园。

2.3.3 能耗管理解决方案

能耗管理解决方案主要分为：发电、配电、用电、管电。

1、发电

智能光伏发电，绿色环保。

2、配电

备份电源UPS和储能无缝切换，独特的削峰填谷技术。

3、用电

基于能源大数据平台的智能分析诊断模型和算法，提供能源各环节综合管控，提升能源利用率，降低运维成本。

4、管电

整体节能5%~30%：人均运维效率提升30%。

3.智能电网解决方案

3.1 电力系统全流程概述

智能电网解决方案介绍主要分为：发电、输电、变电、配电、用电、调度。

1、发电

• 负责电能的生产
• 火电、核电、水电、太阳能发电等
• 发电机出口电压6KV~30KV
• 接受调度中心调度控制(AGC、AVC)

2、输电

• 负责对电压等级进行转换，升压/降压。
• 电压越高电能传输损耗越少。
• 电压6KV~1000KV。
• 涉及部门为调度中心(负责电力网的安全运行)。

3、变电

• 可理解为产品的长途运输。
• 电压越高，输电损失越小。
• 电压110KV~1000KV。
• 涉及部门为调度中心(负责电力网的安全运行)。

4、配电

• 负责电能的配送和销售。
• 电压110V~110KV。
• 主要涉及的部门为供电局(公司)；电能的销售，主要涉及的部门为电力公司营销部或用电部。

5、用电

• 民用、商用、工业用电等。
• 用电电压110V~6KV。
• 电力调度数据网承载生产调度业务，是电力信息化的核心网络之一。

6、调度

• 负责电力系统端到端的管理和监控。
• 分层、分级管理电力调度数据网承载生产调度业务，是电力信息化的核心网络之 一。

3.2 电力公司长期痛点

线损高、效率低、投入高是电力公司低压配网运营的长期痛点。

3.3 传统电网的特点

传统电网的特点主要分为：发电、传送、消费。

1、发电

• 同时性：发电，传输，消费同时进行发电不能被打断，电能不能够存储。
• 安全性：电网安全关系到国家安全电力自动化和信息化可以增强电网安全系数。

2、传送

• 随机性：电网状态变化迅速需要监控变化状态和突发事件
• 刚性系统：不支持大规模间歇性电源与分布式电源接入，电源的接入与退出、传输等缺乏弹性

3、消费

• 整体性：整个电网各部分是一个统一整体任何一个部分出现问题都会影响全局
• 发电和用电区域不均衡：发电主要集中在西北地区。用电主要集中在中、东以及沿海地区，需要远距离高压输电运输电能

3.4 不同地区电网述求不同

地区	述求
预付费(非洲/拉美)	通过预付费快速回收电费，逐步实现阶梯电价
降低线损(非洲/拉美)	降低偷电引起的非技术线损，相当于直接增加营业收入；发现偷电直接告警，快速定位偷电位置
提升客户满意度(ALL)	提供详细账单，使客户了解详细用电状况，认可计费结果；智能分析，给出节电建议，引导用户主动节电。
保障电网安全运营(中欧美)	减少停电事故，故障快速定位及时恢复；用电高峰主动限制用电量；平衡可再生与非可再生能源发电量
供需平衡(中欧美)	实现供需平衡可以减少多发电造成的浪费，也可以保障电网安全性。
新增值业务(中欧美)	AMI是智能电网的基础；在智能电网之上，可以开展需求响应、分布式能源管理、CVR等新技术和新业务的应用，进一步提高电力公司盈利能力。

3.5 电网演进趋势

电网演进趋势分为三部分：传统电网、智能电网、能源互联网。

1、传统电网

“新能源新业务”的不断接入：

• 太阳能、风能。
• 充电桩，智能家庭，智能路灯。

2、智能电网

“控制”向末端发展：

• 从输电、变电控制，向配电网、分布式电源和用户侧拓展。
• 控制点数量十万级->百万级，控时延:准实时->实时，控制频次:低频->高频。

3、传统电网能源互联网

信息”采集”需求爆发增长：

• 采集点和采集量大幅提升。
• 采集频次和实时性提高。

3.6 智能电网解决方案

3.6.1 AMI

• 1、AMI是一套包括智能电表、先进通讯网络、采集器与集中器、后台软件的完整的系统，它能够利用双向通信系统来记录用户详细负荷信息，定时和即时获得用户带有时标的多种计量值，支持远程设置、接通或断开、双向计量、定时或随机计量读取，连接用户并为其提供电网范围内的能观性，与用户建立紧密联系。
• 2、整个AMI体系包括硬件设备、软件、通信网络、用户界面、DCP&UMS和应用层系统。系统可以分担一部分人工应答机制，自动收集并且发送信息给用户。系统改变了用户正常的消费模式，透明的展现各项用电信息。用户可以根据信息合理的安排消费，避免不必要的浪费，同时对供应商而言，定价消费可以限制不断增长的高峰用量，削峰平谷。
• 3、AMI主要组件包括：上层应用系统、采集系统、终端、通信网络。

3.6.2 全联接电网

全联接电网是指端到端的电力通信方案可覆盖发电、输电、配电、用电等全流程的智能化、信息化、分级化互动管理，可有效地保证电力系统的高效智慧运营，并为创造电网价值的最大化，实现可持续发展。

4.车联网解决方案介绍

4.1 汽车产业常见问题

汽车产业常见问题主要分为：安全、效率、增值。

1、安全

• 车辆状态故障引没能及时发现
• 问题车辆对其他车辆安全的影响
• 自然天气变化对安全驾驶的影响

2、效率

• 超速罚单
• 修路堵车
• 车辆听歌下载很麻烦
• 交通灯不合理

3、增值

• 保险费率区分不明显
• 公车私用
• 车队管理难题
• ETC、停车费充值等

4.2 什么是车联网

车联网(IoV，Internet of Vehicles)的内涵主要指:车辆上的车载设备通过无线通信技术，对信息网络平台中的所有车辆动态信息进行有效利用，在车辆运行中提供不同的功能服务。

可以发现，车联网表现出以下几点特征：车联网能够为车与车之间的间距提供保障，降低车辆发生碰撞事故的几率，车联网可以帮助车主实时导航，并通过与其它车辆和网络系统的通信，提高交通运行的效率。

4.3 VX2-车路协同

车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。

4.4 DIRS-路网数字化服务

路网数字化服务(Digital Road Infrastructure Service)通过车路协同、物联网等智能技术，打造人、车、路、云的全面协同，构建协作式的智慧交通，助力协同式的自动驾驶，给出行者提供更安全、更高效、更便捷的出行，给管理者提供全路段感知、全天候通行、全过程管控的智慧运营。

4.5 车联网的业务发展

车联网的业务发展主要分为三个阶段：娱乐导航等功能、OBD/T-BOX为代表的车联网附带生态与O20、无人驾驶、辅助驾驶替代掉现有车机。

1、娱乐导航等功能

• 娱乐功能：过去汽车娱乐用卡带，用CD，用U盘下载的MP3，现在通过车联网，可以在线听音乐。
• 导航功能：实时联网地图导航，替代掉SD卡上的地图导航。

2、OBD/T-BOX为代表的车联网附带生态与O20

• 接入行车电脑，获取更多的车辆信息以便于后续服务，如里程、油耗、故障、位置等。
• 提供足够的地图信息点，甚至可以直接完成O20的消费。这不仅仅是车联网的问题，还是O20的消费入口。

3、无人驾驶、辅助驾驶替代掉现有车机

• 集成传感器感知，处理器判断，电控完成操控。
• 无人驾驶的核心是处理器判断，这个处理器的软硬件有高度的人工智能，一旦无人驾驶功能实现，目前行车电脑与机都会被替代。

4.6 车联网的发展现状

车联网目前正在由车载信息服务到智能交通出行演进，主要分为前装、后装两种模式，前装市场注重车厂的内服务、车身数据采集，兼顾个人娱乐资讯，后装市场以行业应用为主要模式，辅以个人车载信息服务。

4.7 HUD

• HUD即Heads Up Display，应用HUD的驱动力是驾驶的安全性，使得驾驶员在驾驶过程中无需将视线转移到仪表盘或者中控上，因此，HUD所投影的信息主要是汽车的行驶状况指标，比如仪表盘上所显示的车速、油量等信息。
• 进一步，HUD被赋予更多的功能，包括导航、短信、电话、邮件等，甚至加入简单的互动，让汽车成为类似智能手机的移动终端。

4.8 OBD/T-BOX

OBD是接到车载网络的一个有线入口(目前是基于CAN协议)。

TBox是汽车网络通讯的重要部件，一个带通讯功能的盒子，内含一张SIM卡，配套硬件还有GPS天线、4G天线等，可以提供位置定位、移动网络服务。

4.9 UBI

UBI(Usage-based insurance)是基于使用量而定保费的保险，UBI车险可理解为一种基于驾驶行为的保险，通过车联网、智能手机和OBD等联网设备将驾驶者的驾驶习惯、驾驶技术、车辆信息和周围环境等数据综合起来，建立人、车、路(环境)多维度模型进行定价。同时，也有保险公司尝试推出UBI非车险。

4.10 自动收费和车辆行驶轨迹

• 在拥堵收费入口点部署视频前端进行车牌识别，RFID阅读器读取电子车牌信息，通过无线网络上报到收费管理平台。
• 车载智能终端通过无线网络实时上报车辆GPS位置信息，用于确定车辆行驶轨迹。
• 支持按次和距离进行拥堵收费，收费时间段和范围可灵活设置。
• 车载智能终端利用GPS确定车辆位置，通过无线网络实时上报给公路收费管理平台，结合GIS系统可计算车辆的行驶轨迹，进行自动收费。

5.工业物联网解决方案介绍

5.1 我们正处在新工业革命的历史时期

工业革命的历史发展主要分为四部分：机械化=》电气化=》自动化=》智能化。

• 在机械化、电气化和自动化之后，我们迎来以智能化为代表的第四次工业革命：智能被嵌入到互联的万物和一切业务流程中。
• ICT技术，如大数据分析、云计算、移动性、物联网等，成为智能化工业革命的基础。

5.2 跨越裂谷，向效率更高，更精细的智能发展

人、数据和机器的全连接，结合大数据分析，向效率更高，更精细的制造发展。

5.3 ICT技术成为智能制造企业的生产系统

1、传感器智能化

• 哑终端智能化
• 多样化接入协议
  • Zigbee，PLC，RS485，Modbus，Profitbus，Hart，Wifi，LTE等。
• 设备互联互通

2、无处不在的连接

• 海量连接需求
• 截然不同场景需求
  • 时延和可靠性：工业控制
  • 带宽：视频监控
  • 低成本和速率：仪表记录

3、数据价值创造

• 行业知识
• 数据共享
• 安全和隐私

5.4 华为工业物联网解决方案技术架构

华为工业物联网解决方案技术架构主要分为：设备侧、IOT平台、应用层。

华为工业物联网解决方案技术架构如下：

5.5 生产可视化

生产可视化包含如下：工艺流程模拟可视、工艺运行分析、工艺运行能效、生产数据整理、设备历史运行情况、产线实时告警、产线产能分析、产线动态模拟、AGV可是监控、安东系统对接数据显示。

5.6 资产定位及追踪解决方案

1、平台及应用系统

• IoT平台对Airnode/ALL-In-ONE-AP提交上来的定位数据进行同步，并在定位业务引擎内进行位置计算。
• 应用系统平台将基于定位引擎的输出坐标，匹配室内地图并结合业务提供热力图分析，操作报警，人员轨迹跟踪及优化等应用。

2、网络定位层

• 定位基站(Airnode/All-in-one AP)接收定位标签发送的beacon信号，并发送至上层的IoT平台来进行定位信息的解析。
• 高精度定位精度可达30cm，低精度定位精度在3~5米。

3、定位数据采集

• 该层的关键节点为定位信息采集标签，定期上报定位信息beacon。
• 标签采用超低功耗芯片，连续工作时间超过3个月。
• (具体时间将会随数据上报频度而调整)

6.物联网应用发展趋势

6.1 七大新兴技术-5lABCDE

七大新兴技术：第五代通信技术(5G)、物联网(IOT)、人工智能(AI)、区块链(Block Chain)、云计算(Cloud Computing)、大数据(Big Data)、边缘计算(Edge Computing)。

6.2 5G、边缘计算助力低延时业务

边缘计算和5G通信技术下的uRLLC场景可以为用户提供超高可靠性和超低时延的业务，助力实时性要求极高的业务完成应急响应：

• 车联网场景下，辅助驾驶、自动驾驶等业务对低时延的要求。
• 远程手术场景下，低时延高清视频信息传输提高手术成功率。
• 工业制造场景下，低时延可助力高精度仪器远程控制。

6.3 大数据、云计算、物联网、人工智能的关系

物联网(移动互联网)构造了眼耳鼻舌身等感官，大数据是各种感官获取的感受信息，云计算是记忆存储，人工智能就是我们的认知决策。IT和DT技术发展本质是在拟人化、智能化，智能时代一定会到来是毫无疑问的。

6.4 从loT到AloT

• AloT=AI+loT，即融合了人工智能技术的物联网，推动万物智联。
• IoT标准主要解决数据传输技术，而AloT关注新的IoT应用形态，更强调的是服务，特别是面向物联网的后端处理及应用。
• Al与loT相辅相成，IoT为人工智能提供深度学习所需的海量数据养料，而其场景化互联更为AI的快速落地提供了基础：A|将链接后产生的海量数据经分析决策转换为价值。

6.5 量子计算释放无尽算力：未来趋势

• 量子计算尤其适用于一些传统计算难以有效解决的问题(如整数分解，数据库搜索，极值优化，复杂分子结构，大样本模拟，机器学习等)。
• 量子算法将得到发展，从针对若干特殊问题的高效计算，将发展到更广泛更通用的计算问题。
• 传统计算个体的能力计算将由云化的整体计算能力所增强。量子算力的扩展也必将依靠网络分布式的并行计算。
• 在未来相当一段时间，量子计算尚未具备替代传统计算的能力，甚至目前来看量子算力在很多方面难以超越传统计算。

6.6 数字孪生助力设备运维

• 数字孪生(DigitalTwin)一词，最早是美国密西根大学教授Michael Grieves于2003年在产品全生命周期管理课程上提出，并被定义为三位模型，包括实体产品、虚拟产品以及二者间的连接。
• 数字孪生作为践行智能制造、工业4.0、工业互联网、智慧城市等先进理念的使能技术与手段，建立数字孪生多维模型在卫星/空间通信网络、船舶、车辆、发电、飞机制造与飞行、复杂机电装备、立体仓库、医疗、制造车间、智慧城市等10个领域应用。涵括制造业和服务业。
  

三、物联网安全技术

• 在当今这个以人为中心的网络时代，安全无疑已经成为人们对网络发展的最大担忧。而到了未来物联网的时代，万物皆互联，安全更将成为一个绝对无法回避的话题。
• 物联网安全，涉及应用、平台、网络及终端四个层次，需设计整体安全防护方案，各层协同防范。

1.物联网安全典型案例

1.1 特斯拉事件

• 车载终端被入侵，可远程控制车辆启停。

• 本地关键信息存储未做保护，引发后续重大事故。

1.2 南京环保局事件

• 本地网络被入侵，环保局监测数据被篡改。
  

• 数据传输过程中未做加密和完整性保护，使违法者有机可乘。

1.3 美国网络摄像机DDOS

• 此次大规模DDoS攻击是由物联网设备所组成的僵尸网络所发动的，这些设备感染了Mirai恶意软件。
• “肉鸡”主要是网络摄像机、数字硬盘录像机和智能路由器。
• Mirai僵尸网络感染设备上百万，本次攻击仅十分之一参与。

1.4 物联网安全重点领域威胁总结

• 威胁覆盖贯穿:Device，Communications，Cloud/platform and Lifecycle Management。

• loT的安全威胁呈”倒三角模型”，威胁主要集中在终端；通过管道检测、云端协同+可信设备认证是解决威胁的有效手段。

1.5 网络攻击技术升级趋势

网络攻击技术升级趋势

• 攻击者能力要求越来越低。
• 物联网攻击频率越来越高。

2.华为物联网安全总体架构

2.1 物联网安全解决方案”3T+1M”参考框架

所谓”3T+1M”组织架构，指云、管、端三个方面。物联网网络安全是一个端到端体系化工程，单纯从终端、网络、云端、平台是不够的，需要端管云协同的体系安全防护方案。另外，安全管控与智能化运维也同样重要，安全体制，安全操作流程也是安全的重要组成部分。

2.2 终端安全：FOTA数字签名确保升级固件合法、完整

• 益处：对升级包(下载在终端 FLASH中)执行完整性检查，以确保当前固件合法且完整(未被篡改)
• 实现：例如采用RSA2048+SHA256
• 算法：
  • 生产公钥、私钥
  • 签名(加密、在终端)
  • 验签(解密)-由华为提供

2.3 管道安全：防DDOS攻击、信令风暴

防DDOS攻击主要的防护是根据优先级控制。

2.3 云端安全：IOT平台端到端认证接入与传输安全

IoT安全解决方案提供安全的传输通道和可信的接入，并对关键的接口提供证书+密码或短信+密码的双因认证，确保通信安全。端到端安全认证管理，确保APIs传输安全。

3.华为物联网安全典型应用

3.1 “3T+1M”安全典型应用案例-共享单车

1、假冒、截获并破解车锁密码

问题来源：

• 无认证或单向认证：容易被假冒和破解车锁密码
• DTLS：安全但高功耗，不满足电池供电

解决方案：

• 采用双重认证和加密传输的DTLS+，降低车锁功耗

2、阻塞共享单车服务

问题来源：

• 非云-端协同，恶意操作不可视，阻塞或伪造共享单车服务或消费

解决方案：

• 通过loT平台(e.g.非正常连接)检测和隔离恶意行为

3、恶意升级车锁固件

问题来源：

• 终端不可信，被攻击后可完全控制车辆，恶意更新车锁固件

解决方案：

• 车锁终端轻量级DICE可信度量，杜绝非法固件和密码更新

总结

本文主要整理物联网概览相关知识点中的：物联网发展简史与概述、物联网行业应用与解决方案、物联网安全技术。

通过以上的讲解相信大家对物联网的历史有了深刻的认知，物联网架构有了深刻的了解，以及物联网所能解决各行业问题和相关案例。

伴随着物联网不断发展，物联网相关应用层出不穷，特别是智能化的普及。物联网作为新一代信息技术，及高度集成和综合运用，具有渗透性强、带动作用大、综合效益好的特点，有利的促进生产生活和社会管理方式向智能化、精细化、网络化方向转变。催生出大批新技术、新产品、新应用、新模式。提高了社会管理和公共服务水平，推动了传统产业升级和经济发展方向的转变，并将成为新的经济增长点。

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本文整理自华为云社区【内容共创】活动第17期。

查看活动详情：https://bbs.huaweicloud.com/blogs/358780

相关任务详情：任务26.物联网概览