物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

    設(shè)備端的開發(fā)

    不需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

    需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

    WiFi類設(shè)備

    物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)

    業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)

    物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)被炒了好多年了，奇怪的是：市場中對這個(gè)概念的反應(yīng)總是不慍不火。

    隨著5G的迅速普及，不知道是否能夠再次把這個(gè)領(lǐng)域帶火起來。

    但是不管怎樣，很多大學(xué)已經(jīng)把物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)給坐實(shí)了。

    前幾天，一位大一的小伙伴私信我：進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)快一年時(shí)間了，卻不知道以后出去干什么？

    這篇文章，我們就從開發(fā)者的角度，來簡單看一下物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)領(lǐng)域使用了哪些技術(shù)棧、有哪些開發(fā)工作。

    物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

    這張圖從開發(fā)者的角度，展示了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的各種角色，包括它們之間的通信。

    如果從軟件開發(fā)崗位的角度來對這幾個(gè)模塊進(jìn)行劃分的話，這個(gè)系統(tǒng)中主要包括：

    前端、后端開發(fā)：負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)平臺和業(yè)務(wù)應(yīng)用的開發(fā)；

   嵌入式軟件：主要是設(shè)備端的開發(fā)，這部分根據(jù)使用的不同技術(shù)（或者說硬件模塊），又可以分為很多不同的子領(lǐng)域；

    移動(dòng)端開發(fā)：AndroidAPP，iOSAPP，H5小程序，還有目前的鴻蒙系統(tǒng)APP。

    設(shè)備端的開發(fā)

    這里描述的設(shè)備，還是屬于比較狹隘的范疇，僅僅包含了具有通信功能的物理硬件實(shí)體。

    如果從廣義的物聯(lián)網(wǎng)來看，任何物品，只要能夠接入網(wǎng)絡(luò)，都可以稱之為設(shè)備，或者稱之為thing。

    比如：把一件衣服附上一個(gè)電子標(biāo)簽，也是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)小分子。

   我們這里，仍舊以傳統(tǒng)意義上的設(shè)備來講解，比如：智慧路燈，智能手表，智能家居里的門磁、報(bào)警器等等。

    對設(shè)備端的開發(fā)進(jìn)行分類的話，從通信方式這個(gè)角度來進(jìn)行劃分比較清晰。

    一個(gè)設(shè)備要想接入到網(wǎng)絡(luò)，肯定需要通信功能，包括：有線通信，無線通信。

   在一些傳統(tǒng)行業(yè)，或者對通信質(zhì)量要求比較高的場景下，部署有線網(wǎng)絡(luò)還是比較常見的，例如一些工業(yè)場景中。

    對于一些民用領(lǐng)域，大部分還是以無線通信為主。

    1．不需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

    這一類設(shè)備，利用2G／3G／4G基站來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，產(chǎn)品的形態(tài)是：

    也就是單片機(jī)＋通信模塊的方式。

    通信模塊包括：GPRS模塊、4G模塊、NB－IoT等等。

    在開發(fā)這一類產(chǎn)品的時(shí)候，單片機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)品的功能部分；通信模塊負(fù)責(zé)通信部分。

   單片機(jī)與通信模塊之間，在硬件上通過UART口通信居多，在協(xié)議上可以通過AT指令，或者其他的一些專有協(xié)議。

    近幾年，在傳統(tǒng)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品上，添加一個(gè)通信模塊，讓產(chǎn)品達(dá)到連網(wǎng)的功能，還是比較流行的。

   這一類的產(chǎn)品的軟件開發(fā)工作，與一般的單片機(jī)開發(fā)并無兩樣。無非是增加了一些通過網(wǎng)絡(luò)來上報(bào)數(shù)據(jù)，或者從網(wǎng)絡(luò)接收控制指令。

    只要熟悉所使用的通信協(xié)議即可。

    上面的這種產(chǎn)品形態(tài)，需要對硬件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，比較適合從零開始的產(chǎn)品開發(fā)。

    那么對于那些已有的產(chǎn)品，如果想連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺上，但是又不想重新設(shè)計(jì)，又該怎么辦呢？

    有需求就有供給！

   比如：一些掃地機(jī)、吸塵器的廠商，由于找不到其他可以創(chuàng)新、突破的點(diǎn)，于是就開始內(nèi)卷，紛紛加上連網(wǎng)的功能。

   他們直接在產(chǎn)品中，添加一個(gè)ESP8266或者ESP32模組，就立刻升級成一個(gè)智能產(chǎn)品，多么高大上。當(dāng)然了，價(jià)格也同樣高大上起來了！

   ESP8266或者ESP32與一般的通信模組有一點(diǎn)不一樣：它是一個(gè)完整的單片機(jī)，只不過它們的主要用途就是專門用來解決通信問題，而不是一般的功能控制。

    2．需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

   如果提到智能家居，可能大部分的人會想到一個(gè)詞語ZigBee，這是一個(gè)局域網(wǎng)的無線通信協(xié)議，大概在2005年左右就開始在智能家居中嶄露頭角了。

    與ZigBee類似的無線通信協(xié)議還有：ZWave、RF433、BLE等等。

   它們的作用都是類似的：都是為了讓多個(gè)設(shè)備能夠組網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)之間以多跳的方式傳輸數(shù)據(jù)，達(dá)到通信的目的。

    這些數(shù)據(jù)終會匯總到一個(gè)叫做網(wǎng)關(guān)的設(shè)備，然后與云端的服務(wù)器進(jìn)行通信。

    這一類產(chǎn)品的開發(fā)，包括：網(wǎng)關(guān)開發(fā)和設(shè)備開發(fā)這兩種。

    網(wǎng)關(guān)的開發(fā)稍微復(fù)雜一些。從功能上來說，網(wǎng)關(guān)需要實(shí)現(xiàn)：

    設(shè)備的管理（與物聯(lián)網(wǎng)平臺的設(shè)備管理不是一個(gè)概念）；

    規(guī)則引擎（在斷網(wǎng)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)場景聯(lián)動(dòng)等功能）；

    通信協(xié)議轉(zhuǎn)換（把物理網(wǎng)平臺的通信協(xié)議轉(zhuǎn)成設(shè)備私有協(xié)議）；

   有些網(wǎng)關(guān)中，還會集成不同的無線通信協(xié)議模塊，比如：把ZigBee、BLE、紅外等功能，集成在一個(gè)網(wǎng)關(guān)中，這樣的話，不同通信方式的設(shè)備就可以在一個(gè)系統(tǒng)中共存了。

    此時(shí)，網(wǎng)關(guān)就要做更多的工作：

   上行鏈路（連接到云平臺）：需要做到協(xié)議的統(tǒng)一，也就是說云平臺才不關(guān)系下面到底是什么樣的無線通信技術(shù)，云平臺只會以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式來表示每個(gè)設(shè)備；

   下行鏈路（連接到設(shè)備）：協(xié)議轉(zhuǎn)換，把云平臺發(fā)來的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換成不同的無線通信協(xié)議特有的數(shù)據(jù)格式；

    設(shè)備的開發(fā)工作就相對純粹一點(diǎn)了，它只需要處理某一種無線協(xié)議即可。

    這一類設(shè)備的開發(fā)，一般都是使用相應(yīng)的通信模組，底層的協(xié)議棧都是提供好的。

    開發(fā)者需要做的工作主要就是熟悉應(yīng)用層的通信協(xié)議，完成指令的解析和數(shù)據(jù)上報(bào)工作。

    3．WiFi類設(shè)備

    這一類產(chǎn)品常見的就是各種品牌的網(wǎng)絡(luò)攝像頭（IPCamera），比如：小米、360、螢石等等。

   攝像頭如果作為一個(gè)單品來使用，只要把家中的WiFiSSID和密碼配置到攝像頭中，就可以使用官方的APP來遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)畫面了。

    如果把攝像頭集成在一個(gè)智能家居的系統(tǒng)中，就需要二次開發(fā)。

   攝像頭廠家一般都會提供SDK，作為開發(fā)者需要做的事情就是：調(diào)用SDK中的API函數(shù)，獲取實(shí)時(shí)畫面、發(fā)送指令控制攝像頭云臺轉(zhuǎn)動(dòng)。

    這里有一個(gè)底層的技術(shù)很有意思：P2P網(wǎng)絡(luò)穿透。

   我們買來一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，是不可能有一個(gè)獨(dú)立的IP地址的。也就是說：其他設(shè)備（手機(jī)）是沒辦法通過IP：PORT的編程方式，直接連接到攝像頭的。

    但是為了實(shí)時(shí)畫面的傳輸質(zhì)量，為了減輕服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)壓力，手機(jī)好可以直接與攝像頭建立TCP通信。

    此時(shí)，P2P網(wǎng)絡(luò)穿透給這種需求提供了可能。

    在早期的時(shí)候，深圳有大批的攝像頭廠商使用的都是TUTK這家公司的P2P網(wǎng)絡(luò)穿透服務(wù)。

   在P2PMaster（就是一臺服務(wù)器）的協(xié)助下，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端與攝像頭之間的網(wǎng)絡(luò)穿透，直接建立TCP連接。

    物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)

    物聯(lián)網(wǎng)平臺，作為連接業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備的中間層，屏蔽了各種復(fù)雜的設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速接入。

    目前，做的比較大的就是那么幾家巨頭：亞馬遜的AWS平臺，阿里云、騰訊、華為的物聯(lián)網(wǎng)平臺。

    以上這幾家的物聯(lián)網(wǎng)平臺，僅僅是他們的云平臺中的一個(gè)組成部分。

   它們的目標(biāo)就是提供一個(gè)通用的通信標(biāo)準(zhǔn)和SDK，快速的接入各種硬件設(shè)備，通過設(shè)備接入數(shù)量、通信數(shù)據(jù)的流量，以及提供各種業(yè)務(wù)層的服務(wù)來賺錢。

   另外，還有一些下一梯隊(duì)的公司，開發(fā)了自己的、專門針對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的平臺。由于度不高，只能以合作開發(fā)項(xiàng)目的形式來吸引硬件設(shè)備的接入。

   從開發(fā)的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)平臺的開發(fā)技術(shù)棧主要是后臺開發(fā)。由于這部分技術(shù)棧我不太熟悉，就不去深入討論了。

    物聯(lián)網(wǎng)平臺寶貴的就是數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)，這就是業(yè)務(wù)應(yīng)用的事情了。

    業(yè)務(wù)應(yīng)用開發(fā)

   所謂的業(yè)務(wù)應(yīng)用，簡單來說，就是通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的API，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、數(shù)據(jù)上報(bào)、命令下發(fā)等業(yè)務(wù)場景。

   設(shè)備管理是在設(shè)備接入基礎(chǔ)上，提供了更豐富完備的設(shè)備管理能力，簡化海量設(shè)備管理復(fù)雜性，提升管理效率。

   從物聯(lián)網(wǎng)平臺的設(shè)備和數(shù)據(jù)中，可以衍生出各種不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，這就要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)功能來進(jìn)行按需開發(fā)了。