通过Jason Tollefson, Ian Saturley, Microchip Technology的USB和网络组
这里有一个简单的解释如何建立一个不被网络流量阻塞的硬连线物联网网络。
大多数人都明白可靠这个词的意思。如果你要开车穿越亚利桑那州的沙漠，你要确保你选择的车辆是可靠的，这样你就不会被困在那里。当你购买一台新电器时，你可能会注意可靠性，所以你不会提前更换它。
然而，许多人似乎已经满足于不可靠的互联网连接，他们的互联网连接的东西。当谈到让我们的设备工作时，可靠性不应该和设备本身一样重要吗?想想你在网上刷屏的电视剧。还有什么比旋转的轮子或停滞的进度条更令人沮丧的吗?
无线技术非常方便，但可靠并不是很多人选择用来描述它的第一个形容词。
物联网(IoT)已经包含超过50亿个终端节点，并将在2020年达到200亿个(Gartner 2015)。此外，据西班牙无线传感器制造商Libelium communicacones Distribuidas S.L.称，它的应用将跨越多个类别
虽然物联网节点通常与低数据速率相关，但许多物联网应用仍将争夺有限的带宽。无线路由器可以通过WiFi多媒体(WMM)增加流媒体的可靠性，但随着越来越多的应用程序使用WiFi，带宽很快就会达到最大。
对于最大的可靠带宽，没有什么比有线连接更好的了。
有线物联网系统的要素
考虑由四台树莓派单板计算机构建的物联网网络。树莓派通过10/100快速以太网与网络上的其他节点连接。其中两个直接连接到五端口开关，而其他菊花链通过三端口开关与本地微控制器(mcu)连接到五端口开关。该系统是高性能物联网系统的代表，可能会出现在制造环境、家庭或自动化建筑，或安全/安全系统等应用中。
由四台树莓派单板计算机构建的物联网网络。树莓派通过10/100快速以太网与网络上的其他节点连接。其中两个直接连接到五口交换机，另一个通过三口交换机通过本地mcu连接到五口交换机。
五口交换机提供千兆以太网上行链路。这种交换机配置允许提供高速连接到驻地PC的超强带宽。PC机通过桥接设备与千兆以太网口连接。网桥接收千兆以太网，并将其转换为通用串行总线(USB) 3.1，以5gb /秒的速度通信，然后连接到PC的USB端口。
通过在千兆网络中添加额外的交换机，这样的网络可以被复制很多次。
这种拓扑通过在整个网络中提供足够的数据速率来提供最大的可靠带宽。每个树莓派只有100 Mb/秒的能力。如果交换机仅仅是一个10/100交换机，则会因为包优先级和冲突而损失带宽。使用千兆交换机，不会有带宽损失。这种拓扑还提供了一种成本优化的解决方案，因为10/100网络本身就不那么昂贵。
系统中的树莓派和单片机在网络上生成数据。在这个例子中，四个树莓派都运行一个名为“iperf”的网络性能测量工具。产生的数据包括带宽和丢包。
例如，由网络性能测量工具“iperf”生成的实时统计数据。产生的数据包括带宽和丢包。
与网络相连的是两个mcu。这两个单片机各自运行由嵌入式网络软件公司Interniche提供的代码。该代码提供设备管理服务，如管理信息库(MIB)和对象标识符(OID)，这些服务可以通过简单网络管理协议(SNMP)在网络上共享。正在运行的还有MQTT(以前是MQ遥测传输协议)。MQTT早在物联网概念出现之前就已创建，它是一种轻量级的发布/订阅消息传递协议，由于其对带宽的要求最低，因此适合于物联网。
一旦网络生成有关性能的数据，就应该以有助于识别重要特征的方式显示这些数据。天气图可以描绘物联网网络的加载情况。
天气图描述了整个网络的全双工条件。彩色频谱编码可以提供对网络负载百分比的即时了解。橙色和红色表示高负载条件。
图示物联网加载示例的天气图。该地图描述了整个网络的全双工条件。彩色频谱编码有助于掌握网络负载百分比。橙色和红色表示高负载条件。这种表示方式表明，有大量数据进入网络的每个分支。但是上游千兆端口的浅蓝色和白色显示负载很小。
在附图中，五口交换机位于网络中间。在这种表示中，可以看到大量数据被发送到每个网络分支。然而，上游千兆端口的浅蓝色和白色显示了这个网络的完美平衡，因为负载是最小的。这说明在本地PC有足够带宽的情况下，每个IoT节点的带宽都是最大的。如果这个网络连接到一个更大的千兆网络，它就不会让数据充斥到更大的安装中，因此它提供了最大的可靠带宽。
连接物联网应用程序
在这个例子中，如果我们真的将有线以太网添加到网络中，终端设备将取代树莓派板或PIC32以太网Starter Kit II。
如果还没有以太网，那么有三种方法将以太网添加到应用程序:添加以太网控制器、桥接器或物理层(PHY)。以太网控制器用于MCU没有板载媒体访问控制器(MAC)的应用。有几个品种使用串行外围接口(SPI)或并行接口到MCU。
桥通常用于片上系统(SoC)或微处理器单元(MPU)。网桥使用USB或PCIe (Peripheral Component Interconnect express)接口连接处理器，并转换为以太网。
以太网PHY或收发器用于带有MAC的MCU、SoC或MPU的应用。PHY是物理以太网接口，需要特殊的处理器接口。为了扩大网络的覆盖范围，雏菊链是一个很好的选择。网络交换机是一个具有两个或多个端口的设备，以允许菊花链。寻找诸如虚拟PHY这样的特性，它让交换机看起来像系统中的常规PHY。这消除了添加端口时的负担和风险。Microchip的LAN9303就是一个例子，在该公司中，拥有经过验证的单端口设计的客户可以扩展到双端口平台。
硬件设计与使用有线物联网获得最大可靠带宽有很大关系。通信的速度会受到电路板布局和所用组件的显著影响。使用提供设计检查服务的以太网供应商是有帮助的。这些服务通常是免费的，可以带来更好的效果。服务人员应该检查您的设计原理图，提供印刷电路板(PCB)指南，并分析您的PCB布局和路由。这些设计检查可以防止多板设计旋转。
诊断是另一个必要条件。它们是网络交换机的一个特性。交换机合并了主机处理器可以读取的计数器。附图中的网络天气图插图是使用这些计数器生成的。诊断信息甚至可以作为一项产生收入的服务。
信号质量指标(SQI)是一个可以显示设备之间链路质量的指标。它还可以在检测到实际错误之前给出可能的故障状况的指示。通常，失效机制与某些环境条件有关。SQI和交换机计数器等特性可以生成长期数据集。这些信息有助于预测故障、指导维护和减少停机时间。
总之，使用有线连接将任何基于处理器的应用程序连接到物联网并不困难。当通过PHY、桥接器或控制器添加以太网时，供应商的设计检查可以产生高可靠性的物联网应用。当在网络中使用适当均衡的子网进行配置时，比如五端口交换机，可以避免流量延迟，成本也得到了控制。
资源:
Gartner Inc .)
www.gartner.com/newsroom/id/3165317
分布分布的利belium communicacaciones Distribuidas S.L.
www.libelium.com/top_50_iot_sensor_applications_ranking
微芯片技术
www.microchip.com
Paessler AG的SNMP基础知识
www.kb.paessler.com/en/topic/653-how-do-snmp-mibs-and-oids-work
了下:运动控制技巧
