【写在前面】最近在读《ESP32-C物联网开发实战》，作为23届的本科生，对物联网行业还是非常看好，但是如何从这么庞大的概念落实到一个具体的项目或者工程，对于本科阶段来说还是非常有挑战的。带着分享自己学习路程的想法，打算从0开始，依托书中例程和思路设计一个智能交互照明系统，以专栏的形式随着自己的进度不断更新。
火了几年的物联网为什么“叫好不叫座”
无人驾驶，虚拟现实，智慧城市，工业4.0，全屋智能，元宇宙...近几年一个又一个概念冲上热搜，但是具体落地的场景却少之又少。这其中不是因为需求不足，也不是因为资金不够，而是因为过去技术的限制。
过去我们所说的物联网，是基于无线局域网（WLAN）技术的物联网，物联网终端接入的是无线路由器或专门的网关设备。这意味着大量的电量开销，要么是找一个插座持续供电，要么是在较短的周期就要更换电池，很显然，这样是不符合交互体验的（而且也不环保- -）。所以慢慢有了Zigbee，有了蓝牙。虽然在一定程度上减少了功耗（仍然不够理想），但也遇到了新的问题——它们的传送距离太短了。例如蓝牙，稍微远一点的传输就会连接中断。而且Bluetooth LE、Zigbee 等无线开关响应相对迟滞还需要网关（也就意味着接口数量有一定限制），所以仍然无法在大规模的工业场景中使用【虽然对于智能家居来说已经满足需求了】
现在，以NB-IoT、LoRa为代表的「LPWAN」物联网技术的出现。实现了广覆盖，高增益，信号质量好，低功耗，大连接，低成本...这些在过去意想不到的六边形性能战士，虽然代价是无法进行大数据量的实时传输，但是对于大部分只需要进行状态监测和指令反馈的的环境来说，可以说是颠覆性的进步。
而大数据量的实时传输这一短板，又有5G技术穿插其中，5G应用场景中 mMTC（Massive Machine Type Communication）可以实现海量物联网通信；uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication）可以实现低时延、高可靠通信，用于智能无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的需求场景。随着5G信号基站的全面铺开，可以预见的是随着“中国制造2025的到来”，物联网行业的市场需求将迎来井喷式增长。
我们正处于什么发展阶段？（以智能家居为例）
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智能场景阶段（实现远程控制）
相较于传统家居，智能家居中物联网设备通过感知技术接收信号，通过Wi-Fi、Bluetooth LE（低功耗蓝牙）和ZigBee等无线通信技术联网，用户可以通过多种多样的方式来控制智能产品，如移动端App、智能音箱控制，语音控制等实现开关和状态调节，但是这些都还是太基础了，很多决策和功能都需要人为的主动介入，看上去好像解放了双手，但是又没完全解放^ ^ 目前绝大部分的智能家居产品仍处于此阶段。
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场景互联阶段（实现智能控制）
这个阶段不再是简单控制某个智能产品，而是多个智能产品进行互联互通，在一定程度上实现自动化，最终形成一个自定义的场景模式。例如，当用户按下任意场景模式按键，就可以按预先设定的场景模式开启灯光、窗帘、空调等智能家居设备。想象一下，洗澡前只需要发送一个指令，水温就会自动调整到合适的温度，灯光柔和过渡成令人放松的色温和亮度，同时智能温控系统将环境温度调制舒适的体感水平，并且将衣物自动回收清洗。又或者是在早上7点时，播放用于唤醒用户的背景音乐，伴随着音乐自动打开智能窗帘，电饭煲或面包机通过智能插座自动开始工作；在起床洗漱的同时，早餐就准备好了...只需要一个指令，多个设备智能联动，自我控制，模块化的场景设计伴随着全新的生活体验，目前想要实现这个水平的智能控制，要么是“家里有矿”要么是“技术大佬”，距离普通人的生活还有一定距离。
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全智能阶段（实现自我控制）
随着接入的智能家居设备的增多，产生的各类数据也会增多。借助于云计算、大数据和人工智能，智能家居就如同安装了“更加智慧的大脑”，已经不需要我们频繁发出命令了。智能家居会从之前的交互中收集数据并学习主人的行为模式和喜好，自动处理事务，包括提供用于决策的建议。正如电影《钢铁侠》中智能系统贾维斯，不仅能帮主人控制各种设备、处理日常事务，还具有超强的计算能力和思考能力。在全智能阶段，无需任何指令，每个人都将获得定制化的方案设计，但是这个阶段目前看起来仍然比较遥远，在科幻电影中实现的比较多，像《超能陆战队》里的健康助理“大白”也是一个非常有意思的例子。
从开发到落地，物联网的结构是什么？
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感知控制层
感知控制层是实现物联网全面感知的核心层，也是物联网体系结构中最基础的一层，其主要功能是实现对信息的采集、识别和控制。感知控制层由具有感知、识别、控制和执行等能力的多种设备组成，负责对物质属性、行为态势、设备状态等各类数据进行获取与状态辨识，完成对现实物理世界的认知和识别。感知控制层还能对设备状态等进行控制，实时监控异常数据的出现。
在感知控制层中，最常见的设备就是各类传感器，这些传感器起到对信息采集和识别的重要作用。传感器好比人类的感觉器官，如光敏传感器好比人类的视觉、声敏传感器好比听觉、气敏传感器好比嗅觉，而压敏、温敏等传感器好比触觉，有了“感官”的物体就慢慢变得“活”起来，并实现了对物理世界的智能感知、识别和操作。
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网络层
网络层的主要功能是实现信息的传输和通信，既负责将从感知控制层获得的数据传输到指定的地方，还负责将应用层下发的控制命令传输到感知控制层。在物联网出现前，大部分的物是不具有联网能力的。随着技术的不断发展，物联网将物连接到了互联网，实现了人与物、物与物的互联。
物接入互联网通常使用两种方式：
- 有线网络接入方式 比如以太网、串行通信和USB等。
- 无线网络接入方式 ① 短距离无线通信如ZigBee、Bluetooth、Wi-Fi、NFC（Near-Field Communication）、RFID（Radio Frequency Identification）等。 ②长距离无线通信如 eMTC（enhanced Machine Type Communication）、LoRa、NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）、2G、3G、4G、5G等。
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平台层
平台层主要指物联网云平台。当所有的物联网终端联网后，数据需要汇总在一个物联网云平台上，实现对终端状态数据的计算、存储。平台层承载了抽象化的业务逻辑和标准化的核心数据模型，为物联网应用提供海量设备的接入与管理能力，可以将物联网终端连接到物联网云平台，支撑终端数据采集上云，以及从云端向终端下发命令，从而进行远程控制。
平台层包含多个模块：
- 设备接入：实现终端与物联网云平台的连接、通信。
- 设备管理：包含设备创建、设备维护、数据转换、数据同步、设备分布等功能。
- 安全管理：从安全认证和通信安全两个方面来保证物联网数据传输的安全。
- 消息通信：包括3种信息传输方式，即终端向物联网云平台发送数据、物联网云平台将数据发送到服务器端或其他物联网云平台，以及服务器端的远程控制设备。
- 监控运维：涉及监控诊断、固件更新、在线调试、日志服务等。
- 数据应用：涉及数据的存储、分析和应用。
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应用层
应用层利用平台层处理后的信息来管理应用程序，应用层使用数据库、分析软件等工具对平台层的数据进行过滤和处理。应用层的结果和数据可用于真实的物联网应用，如智慧医疗、智能农业、智能家居和智能城市等，应用层的开发也是未来这段时间学习的重点。
总结
物联网本应具有非常广阔的空间，但生活中却少有成熟的全套方案。风平浪静之下，或许已经暗流涌动，从现在开始学习物联网的应用尚不为晚。今天花了一个上午的时间对相关的章节重新进行了梳理，也是为了思考三个问题：为什么选择的物联网方向？我可以依托物联网实现什么场景？一个完整的项目结构是怎样的？
想要在这个领域更进一步，本科阶段的知识还是远远不够的，在实践中才能清楚的知道自己的盲区在哪里。接下来打算用乐鑫ESP-C3这块板子练手，从实现一个智能照明系统项目的角度来记录自己的实践和思考。