1.IoT简介和IoT市场前景                                                              

物联网（IoT ，Internet of things）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络，实现任何时间、任何地点、人、机、物的互联互通[1]。

1.1 IoT平台市场发展前景

2016年初，《2021-2026年IOT平台市场报告》指出到2020年物联网平台市场将达到13亿美元。最新报告将2020年的市场规模定位在50亿美元，几乎是2016年的4倍。关于物联网平台的发展趋势，物联网平台市场继续集中，前10家公司控制了市场的三分之二，而2019年和2016年分别为58%和44%。2021年7月13日，中国互联网协会发布了《中国互联网发展报告（2021）》，物联网市场规模达1.7万亿元。

市场规模越来越大，客户选择更趋向于大型的物联网平台。

1.2 IOT开发者面临的困难和挑战

正是因为这些困难和挑战，华为云IoT构筑全场景物联网云服务 ，为开发者提供良好的开发平台。

2.IoT设备 接入服务                                                             

设备接入服务（IoT Device Access）是华为云的物联网平台，提供海量设备连接上云、设备和云端双向消息通信、批量设备管理、远程控制和监控、OTA升级、设备联动规则等能力，并可将设备数据灵活转到华为云其他服务，帮助物联网行业用户快速完成设备联网及行业应用集成。

IoT设备接入服务的目标：助力物联网开发者设备极易上云、应用高效开发。

设备接入服务主要应用的行业有：公共事业、智慧城市、智慧园区、车联网、物流仓储等，这些都是物联网应用。

2.1 设备接入服务的核心能力

（1）设备极简接入：多语言SDK灵活选择，功能模块化按需移植。协议插件覆盖多场景，主流模组预集成可一站式采购。

场景：传统设备需要快速联网上云，开发者根据擅长语言选择SDK集成于设备。通过接口调用快速上云；也可购买已预集成SDK的模组，通过2条AT指令接入云端。

（2）简化应用对接：标准物模型统一数据格式，提供设备级标准API，支持批量复制。

场景：应用开发需对接不同厂家的设备。逐一适配开发联调工作量大，上线周期长，通过标准物模型简化应用对接，不依赖硬件开发联调。

（3）设备安全态势感知：提供一机一密、数字证书、设备异常检测等能力。

场景：开发者无需深入研究物联网安全防护，通过适配推荐的安全方案，完成端边网云安全加固、恶意攻击、设备异常行为在云端及时感知，可预警可追溯。

（4）全链路自诊断，高效运维：提供全链路日志分析和消息跟踪，设备级异常检测等能力，提高开发联调效率。

场景：在物联网解决方案开发过程中，涉及设备——平台——应用对接多方联调，通过全链路的日志及消息跟踪快速定位定界，提高联调效率。

2.2 物联网设备接入服务应用案例之帕金森康复预估系统

2.2.1 案例背景

我国帕金森患者 300万+，康复医师缺口达6.4万，郑州轻工业大学研究用于家庭、疗养医院中的帕金森检测手套、评估设备，可减小诊断压力，迅速筛选未确诊疑似患者。

开发过程中面临自行开发私有协议工作量大概在两到三个月，数据全量上云庞大冗余、多设备、多传感器场景数据杂乱、多设备的近场联动不稳定等问题。

2.2.2 案例价值

案例采用标准物模型的优势：

• 快速开发：基于帕金森评估场景下的传感器数据模型快速部署，可以一键导入帕金森评估场景的物模型，重复使用，实现快速开发和部署；
• 缩减开发量：基于OpenHarmony的开发板硬件，实现与华为云IoTDA平台通过MQTT协议快速接入，解决原先私有协议开发难度大，周期长的问题。

此案例的华为云IoT设备服务架构方案如图所示：

整个方案的的技术特点如下：

• 基于SQL语句的规则引擎云端一键下发
• 端侧部署SDK包，支持SQL规则引擎快速解析
• 基于Openharmony的分布式软总线，实现帕金森手套与摄像头之间的联动
• 设备侧根据SQL规则引擎，触发设备信息联动
• 联动规则：当帕金森患者的震颤效率小于4Hz，需要触发摄像头二次识别患者是否处于震颤中

2.3 物联网设备接入服务案例之可穿戴腹部惯性传感器胎心评估系统

2.3.1 案例背景

• 国家放开三孩政策，生育三胎的女性超过35岁占60%，现有胎心监护的医疗卫生资源不能满足孕妇日益增长的监护需求
• 郑州轻工业大学科研团队研究推出双体体式被动胎心采集装置，被动采集胎心胎动，安全无辐射
• 开发过程中面临惯性传感器数据快速上云，将数据流转至后端数据分析、数据可视化服务进行检测评估并展现

2.3.2案例的优点和价值

• 极简开发：基于华为云生态伙伴提供的开发板套件快速构建硬件设备，低门槛组装硬件积木，设备数据极易上云
• 数据多路流转：通过华为云IoT提供的界面化规则引擎以及数据流转配置，数据分析服务、数据可视化服务的对接

2.4 物联网设备接入服务案例之一体化打印对接处理平台

2.4.1 案例背景

功夫豆为一家共享打印平台服务提供商，专注于将传统打印互联网化，拥有家庭、便利和商业打印三条产品线，覆盖300多个城市。疫情爆发后，需求剧增，设备总量超百万，数十万打印机同时打印时日打印峰值达500万页+／天，对在线管理造成压力。

开发人员聚焦于互联网应用开发，设备接入层支持各类设备接入包括打印机圈件、芯片模组，各类操作系统的智能硬件接入，对接繁琐。

2.4.2 案例优点和价值

• 多网络，多协议设备接入：通过IoTDA对原生协议（ MQTT 、HTTP等）的支持。无须自行开发私有协议，通过集成SDK快速适配完成各类设备接入。
• 削峰填谷，北向流量均衡：提供海量消息缓存，使得北向输出各链路均衡，避免数据倾斜，有效限制北向流量。如冲垮业务应用，保障业务高峰低谷时的平滑体验。
• 全方位监控运营：基于IoTDA 提供的智能运维能力，业务异常、设备异常行为提前感知，提高运维人员的工作效率。
  

3.IoT边缘：端边云协同、泛接入、低时延的本地自治                           

3.1 物联网开发者面临的困难和挑战

设备上云困难

• 老旧设备七国八制，无法数字化上云，改造成本高。
• 业务系统烟囱式建设，缺少统一的数据平台，增加新业务上线困难。
• 原始数据质量不高，没有统一标准，业务应用无法直接使用，价值变现难。

数据处理延迟高

• 数据网络远程数据中心或云端进行处理，敏感数据无法在源头处理，无法做到毫秒级响应。
• 问题发现不及时，上报不及时，解决不及时。

运维效率低

• 监控运维手段落后，依赖现场人工，运维不安全、不稳定。
• 生产过程不可视，无法追溯分析。
• 各类报表人工统计，耗时耗力，不及时、不准确。
• 设备等资源出现故障，被动等待影响生产进度。

应用部署成本高

• 存在应用无法多形态部署，依赖定制化适配。
• 应用难以下沉到客户现场进行就近运行，离线自治、在本地执行闭环业务。
• 应用的远程部署、升级、管理、监控、运维等，自研边云协同的开发成本高，无法聚焦业务本身。

3.2 IoT边缘简介

IoT边缘（IoT Edge），是边缘计算在物联网行业的应用。IoT Edge 在靠近物或数据源头的边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台，就近提供计算和智能服务，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。

3.3 IoT边缘案例之轨道交通场景

3.3.1 案例背景

• 在公路上发生交通事故往往无法实时提醒周边车辆。
• 利用路杆上的摄像头、雷达、机器视觉、传感器等设备，感知道路交通清况，将数据汇聚在路杆上的边缘设备上，通过云端下发 V2X 检测算法、事件识别、地图分发等，在道路本地实时的分析数据，毫秒级的将交通事故通过 RSU/5G基站广播给其他车辆限行。

3.3.2 案例价值

IoT边缘提供应用托管能力，将道路感知的算法应用、地图应用远程部署到 ITS800 边缘硬件上，远程启动运行。

IoT边缘自动检测5G连云的网络伏态，网络不稳定时，算法应用继续正常在边缘硬件上运行，数据缓存到本地，分析结果在边缘侧硬件上转发，确保边缘业务正常运行。

IoT边缘支持算法应用的批量部署，可以快速的将云上新训练的AI算法，分发到指定的边缘设备上，并实时监控硬件的CPU、内存、磁盘等状态，感知应用的运行状态。

3.4  IoT边缘案例之加工制造场景

3.4.1 案例背景

• 机加工企业利用机床加工时，传统生产设备全手工管理，设备转动率低，异常停机损失大，老旧设备无法上云，改造成本高，设备大多不联网，机床部署位置分散，无网络规划。
• 对不同设备进行全量接入，实现生产过程透明，降低计划外停机，完成生产进度、成品不良率、人工绩效等实时统计，实现生产数字化管理，提升加工效率。

3.4.2 案例价值

• IoT边缘提供进程级应用托管能力，部署到工业网关，在客户现场对接采取不同设备协议，数据流转上云，解决老旧设备无法上云的问题。
• IoT边缘提供边缘硬件认证工具，支持第三方网关的预集成，客户可以自主选择工业网关，快速完成适配集成，节约选型成本。
• IoT边缘提供OT设备数据与物联网模型的转换，自动将采集的点位数据转换成物模型的属性，满足企业的生产管理系统如MES的数据对接，解决数据可视化的问题。

3.5 IoT边缘案例之生产管控场景

3.5.1 案例背景

• 煤矿、钢铁等企业进行流程型作业时，业务系统烟囱式建设，系统间数据断点缺少统一数据治理，系统协同困难，数据质量不高，新系统引入成本高。
• 通过建设生产数据应用平台体系，统一OT数据入口，不用找多家供应商对接，与存量系统的兼容对接减少不必要的改造工作，减少生产影响，实现生产全流程可视、可控。

3.5.2 案例价值

• IoT边缘提供 OPCUA 、OPCDA 、Modbus 、PLC 、数据库、上位机等数据采集驱动，解决炼钢生产线或采煤机等数据的统一入口问题。
• IoT边缘支持点位映射、点位计算、点位清洗、点位拆分等数采配置，将采集的原始 PLC数据进行清洗计算，得到标准物数据模型，提升数据质量，解决存量系统对接问题。
• IoT边缘支持 MQTT、IoTDB 、 InfluxDB 等路由转发方式。将数据按多通道转发到可视化组态软件，解决生产系统间协同问题。

4.物联网数据分析                                                                                         

4.1 物联网数据处理面临的4大关键挑战

• 数据量低
• 数据失效性要求高
• 价值密度小
• 数据体量大

4.2 华为云IoT数据分析：物联网领域的专属分析平台

数据分析的核心价值

• 数据清洗：提供基于Flink实时计算引擎的0代码数据清洗工具，拖拽式开发，快速定义数据清洗逻辑。
• 温冷分层：提供时序＋OBS的温冷分层管理技术，有效降低海量数据存储的成本。
• 孪生模型：支持资产数据建模，提供图形化建模工具，支持批量快速定义设备、资产模型，让数据不再难懂。
• 数据分析：提供多种分析工具，包括时序分析，流分析，批分析，满足不同分析场景需要。

4.3 数据分析案例之基于IoTA资产建模

4.3.1 案例方案流程图

4.3.2 案例背景

• 一条产线原始点位超过 1 万个，S级采集频率：将平铺的原始点位置于有业务含义的数据上下文中去理解是构建高性能数据处理的基础。
• 原始点位中存在大量需要处理的场景，比如单位不统一、异常数据值等。
• 3D实时大屏需要实时数据推送机制。

4.3.3 案例价值

• 通过资产数据建模，将车间-产线-工位机器按空间层级进行建模，组织原始点位数据，丰富数据上下文。
• 通过UDF的实时计算能力，为产线、设备增加各种业务计算指标，比如时间利用率，性能利用率等。
• 通过 IoTA 的数据服务接口，将经过处理的物联网数据开放给可视化层，进行 3D渲染。

5.总结

本文从IoTDA、IoT边缘及IoT数据分析，阐述了IoT应用的创新案例，以及它们如何实现智慧升级。华为云IoT生态平台旨在成为助力创新的黑土地，帮助客户在物联网领域不断创新破圈。

参考文献

[1]物联网.

本文参与华为云社区【内容共创】活动第19期。
https://bbs.huaweicloud.com/blogs/370132

任务1：IoT应用如何创新破圈，实现智慧升级？