背景

因作者在工作的前幾年在做跟硬件相關(guān)的內(nèi)容。所以，對(duì)于IoT技術(shù)進(jìn)行了一些理解。在2018年的時(shí)候總結(jié)出來(lái)，并進(jìn)行了一些通用型IoT項(xiàng)目的思考。在這里公開(kāi)出來(lái)。

本文原先為PPT，這里將PPT內(nèi)容粘貼出來(lái)并對(duì)其中內(nèi)容進(jìn)行一些簡(jiǎn)要的文字描述。PPT以五個(gè)部分為基礎(chǔ)進(jìn)行說(shuō)明：技術(shù)方向，技術(shù)選型，架構(gòu)設(shè)計(jì)，概要設(shè)計(jì)，環(huán)境準(zhǔn)備。

技術(shù)方向

Gartner分析結(jié)論

世界著名的IT咨詢公司對(duì)于IoT的評(píng)價(jià)以及分析。Gartner對(duì)于IoT的前景還是比較看好的。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)四層價(jià)值鏈

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系主要包括四個(gè)層次：感知與控制層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的樞紐，向下接入分散的物聯(lián)網(wǎng)傳感層，匯集傳感數(shù)據(jù)，向上面向應(yīng)用服務(wù)提供商提供應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)性平臺(tái)和面向底層網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，支持具體的基于傳感數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。目前物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以部署在企業(yè)私有云和物聯(lián)網(wǎng)廠商的公有云上。

感知與控制層：通過(guò)從傳感器、計(jì)量器等器件獲取環(huán)境、資產(chǎn)或者運(yùn)營(yíng)狀態(tài)信息，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚碇螅ㄟ^(guò)傳感器傳輸網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳遞出去；同時(shí)通過(guò)傳感器接收網(wǎng)關(guān)接收控制指令信息，在本地傳遞給控制器件達(dá)到控制資產(chǎn)、設(shè)備及運(yùn)營(yíng)的目的。在此層次中，感知及控制器件的管理，傳輸與接收網(wǎng)關(guān)，本地?cái)?shù)據(jù)及信號(hào)處理是重要的技術(shù)領(lǐng)域。

通信網(wǎng)絡(luò)層：通過(guò)公網(wǎng)或者專網(wǎng)以無(wú)線或者有線的通訊方式將信息、數(shù)據(jù)與指令在感知控制層與平臺(tái)及應(yīng)用層之間傳遞。主要由運(yùn)營(yíng)商提供的各種廣域 IP 通信網(wǎng)絡(luò)組成，包括 ATM、xDSL、光纖等有線網(wǎng)絡(luò)，以及 GPRS、 3G、 4G、 NB-IoT 等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

平臺(tái)服務(wù)層：物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和產(chǎn)業(yè)鏈條中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)它不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備和資產(chǎn)的“管、控、營(yíng)”一體化，向下連接感知層，向上面向應(yīng)用服務(wù)提供商提供應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力和統(tǒng)一接口。并為各行各業(yè)提供通用的服務(wù)能力，如數(shù)據(jù)路由、數(shù)據(jù)處理與挖掘、仿真與優(yōu)化、業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用整合、通信管理、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、設(shè)備維護(hù)服務(wù)等。

應(yīng)用服務(wù)層：豐富的應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)的最終目標(biāo)，未來(lái)基于政府、企業(yè)、消費(fèi)者三類(lèi)群體將衍生出多樣化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，創(chuàng)造巨大社會(huì)價(jià)值。根據(jù)企業(yè)業(yè)務(wù)需要,在平臺(tái)服務(wù)層之上建立相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,例如: 城市交通情況的分析與預(yù)測(cè)；城市資產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控與分析；環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控、分析與預(yù)警(例如：風(fēng)力、雨量、滑坡)；健康狀況監(jiān)測(cè)與醫(yī)療方案建議等等。

技術(shù)前提

左圖為開(kāi)放組體系結(jié)構(gòu)框架（TOGAF）中的架構(gòu)開(kāi)發(fā)方法（ADM）。參照這個(gè)方法做架構(gòu)設(shè)計(jì)方法需要在設(shè)計(jì)之前做需求的了解。整體業(yè)務(wù)架構(gòu)，業(yè)務(wù)方向等了解。

從業(yè)務(wù)架構(gòu)與業(yè)務(wù)方向初步判斷，右側(cè)箭頭中的：硬件設(shè)備，設(shè)備通信，IOT平臺(tái)，業(yè)務(wù)場(chǎng)景。其中橙色部分為我們會(huì)涉及到的整體解決方案。設(shè)備通信部分借助通信運(yùn)營(yíng)商或者自建網(wǎng)絡(luò)完成。

IOT技術(shù)選型

技術(shù)需求分析

因此物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)從底層到高層可分為四大平臺(tái)類(lèi)型：設(shè)備管理平臺(tái) DMP、連接管理平臺(tái) CMP、應(yīng)用使能平臺(tái) AEP、業(yè)務(wù)分析平臺(tái) BAP

DMP 平臺(tái)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)臵調(diào)整、軟件升級(jí)、系統(tǒng)升級(jí)、故障排查、生命周期管理等功能。同時(shí)可實(shí)時(shí)提供網(wǎng)關(guān)和應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)控告警反饋，為預(yù)先處理故障提供支撐，提高客戶服務(wù)滿意度；開(kāi)放的 API調(diào)用接口則能幫助客戶輕松地進(jìn)行系統(tǒng)集成和增值功能開(kāi)發(fā)；所有設(shè)備的數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在云端。

CMP 平臺(tái)一般應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)連接配臵和故障管理、保證終端聯(lián)網(wǎng)通道穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)資源用量管理、連接資費(fèi)管理、賬單管理、套餐變更、號(hào)碼/IP 地址/Mac 資源管理，更好的幫助移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商做好物聯(lián)網(wǎng) SIM 的管理，運(yùn)營(yíng)商客戶還可以自主進(jìn)行 SIM 卡管控，自主查看賬單。

AEP 平臺(tái)是提供應(yīng)用開(kāi)發(fā)和統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩大功能的 PaaS 平臺(tái)，架構(gòu)在 CMP 平臺(tái)之上。 AEP 平臺(tái)具體功能有提供成套應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具（大部分能提供圖形化開(kāi)發(fā)工具，甚至不需要開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)代碼）、中間件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、業(yè)務(wù)邏輯引擎、對(duì)接第三方系統(tǒng) API 等。

BAP平臺(tái)包含基礎(chǔ)大數(shù)據(jù)分析服務(wù)和機(jī)器學(xué)習(xí)兩大功能。大數(shù)據(jù)服務(wù)：平臺(tái)在集合各類(lèi)相關(guān)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分類(lèi)處理、分析并提供視覺(jué)化數(shù)據(jù)分析結(jié)果；通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)并予以預(yù)警。平臺(tái)的機(jī)器學(xué)習(xí)：通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練生成預(yù)測(cè)模型或者客戶根據(jù)平臺(tái)提供工具自己開(kāi)發(fā)模型，滿足預(yù)測(cè)性的、認(rèn)知的或復(fù)雜的分析業(yè)務(wù)邏輯。未來(lái) IoT 平臺(tái)上的機(jī)器學(xué)習(xí)將向人工智能過(guò)度。

技術(shù)需求--整體架構(gòu)分層

企業(yè)層
每個(gè)企業(yè)的商業(yè)模式都不相同，系統(tǒng)平臺(tái)需要能夠適應(yīng)企業(yè)層中特異化的業(yè)務(wù)所造成的系統(tǒng)的不同。
平臺(tái)層
上下層的一個(gè)連接功能。這一層中包羅萬(wàn)象。需要可以管理設(shè)備，并提供設(shè)備數(shù)據(jù)的分析能力。這樣才能連接上下層。
通信層
為設(shè)備與服務(wù)平臺(tái)之間提供通信機(jī)制。從物理承載層到業(yè)務(wù)協(xié)議層都需要有相關(guān)的解決方案。
邊緣層
主要是設(shè)備，資產(chǎn)，上位機(jī)等等組成。為我們提供真正連接資產(chǎn)，檢查資產(chǎn)狀態(tài)的能力。

技術(shù)需求--設(shè)備層

技術(shù)需求--通信層0

根據(jù)IOT場(chǎng)景的不同可以使用不同的設(shè)備通信方式完成。例如：城市環(huán)衛(wèi)，車(chē)載設(shè)備使用NB-IoT，因?yàn)榉秶^大，設(shè)備還可能在移動(dòng)。家用設(shè)備可能使用Wifi，一個(gè)家庭范圍比較小，網(wǎng)絡(luò)帶寬要求高等等

上圖中說(shuō)明設(shè)備通信中的解決方案。此圖中沒(méi)有說(shuō)明通信功率，可以簡(jiǎn)單的說(shuō)明傳輸帶寬越高，通信功耗越高。功耗說(shuō)明設(shè)備在用電池供電時(shí)所能支撐的最長(zhǎng)時(shí)間。

技術(shù)需求--通信層1

在物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議中，我們一般分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是傳輸協(xié)議，一類(lèi)是通信協(xié)議。傳輸協(xié)議一般負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間的組網(wǎng)及通信；通信協(xié)議則主要是運(yùn)行在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議之上的設(shè)備通訊協(xié)議，負(fù)責(zé)設(shè)備通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及通信。

技術(shù)需求--通信層2

DDS(Data Distribution Service for Real-Time Systems)，面向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分布服務(wù)，適用范圍：分布式高可靠性、實(shí)時(shí)傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)通信。目前DDS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)防、民航、工業(yè)控制等領(lǐng)域。應(yīng)用于國(guó)防數(shù)據(jù)廣播性下發(fā)的能力。
MQTT是一種基于發(fā)布 / 訂閱 (publish/subscribe) 模式的 “輕量級(jí)” 通訊協(xié)議，該協(xié)議構(gòu)建于 TCP/IP 協(xié)議上。與DDS相比實(shí)時(shí)性與服務(wù)發(fā)現(xiàn)方面的內(nèi)容。
一般情況下會(huì)使用MQTT協(xié)議，配合動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)用來(lái)完成整體通信。
右圖為業(yè)界在IOT協(xié)議的使用情況，之后可以參考張圖完成IOT協(xié)議選擇。

技術(shù)需求--信息層0--協(xié)議

技術(shù)需求--信息層1--存儲(chǔ)

技術(shù)需求--功能層

技術(shù)需求--業(yè)務(wù)層

軟件即服務(wù)有時(shí)被作為“即需即用軟件”提及，它是一種軟件交付模式。在這種交付模式中云端集中式托管軟件及其相關(guān)的數(shù)據(jù)，軟件僅需透過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，而不須透過(guò)安裝即可使用。用戶通常使用精簡(jiǎn)客戶端經(jīng)由一個(gè)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器來(lái)訪問(wèn)軟件即服務(wù)。對(duì)于許多商業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，軟件即服務(wù)已經(jīng)成為一種常見(jiàn)的交付模式。

IoT系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

業(yè)界IoT架構(gòu)

AWS IoT解決方案

AWS IIoT解決方案

公司IOT解決方案

IoT業(yè)務(wù)藍(lán)圖

左圖中為IoT架構(gòu)。其中包含很多內(nèi)容，主要有IaaS和Paas&SaaS組成。IaaS為云服務(wù)提供基礎(chǔ)的運(yùn)行環(huán)境。PaaS&SaaS為客戶提供IoT管理服務(wù)。
PaaS&SaaS為提供不同的終端使用界面。PC端和移動(dòng)端為IoT提供界面化的服務(wù)，第三方為第三方數(shù)據(jù)使用的接口服務(wù)，支付為系統(tǒng)支付接口為一些特定IoT設(shè)備提供支付服務(wù)。可能會(huì)有其他內(nèi)容，所以之后擴(kuò)展。
設(shè)備接入和事件模型是系統(tǒng)對(duì)接設(shè)備的必要內(nèi)容，可以在不進(jìn)行代碼修改的情況下支持第三方設(shè)備，最新設(shè)備加入的平臺(tái)。
業(yè)務(wù)服務(wù)中是系統(tǒng)中主要業(yè)務(wù)，用來(lái)給IoT平臺(tái)提供所有的服務(wù)。這里可以為IoT提供設(shè)備、資產(chǎn)、告警、事件、用戶、系統(tǒng)、租戶地域、對(duì)時(shí)、第三方整合等等服務(wù)。其中搜索服務(wù)，數(shù)據(jù)可視化都與底層的分析平臺(tái)有密不可分的關(guān)系。
接口管理和安全管理都是為第三方提供服務(wù)的內(nèi)容。可以為第三方提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)的權(quán)限，可以幫助客戶建立更好的上層應(yīng)用。
分析平臺(tái)包括存儲(chǔ)，計(jì)算，學(xué)習(xí)的內(nèi)容。這個(gè)平臺(tái)上主要承載數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)，以及對(duì)數(shù)據(jù)的分析工作。

IoT系統(tǒng)部署

左圖為IoT Cloud整體框架，在上層框中為PaaS和SaaS部分，下層為IaaS的支撐。在IaaS層可以使用公有云或者私有云。公有云和私有云都有一個(gè)問(wèn)題，在于全國(guó)性的設(shè)備部署時(shí)，需要盡快處理時(shí)就會(huì)有問(wèn)題。所以，一般會(huì)在設(shè)備當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)一臺(tái)聚合服務(wù)器。用于設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)處理，另一點(diǎn)可以分散云平臺(tái)壓力。
聚合服務(wù)器上可以實(shí)現(xiàn)PaaS&SaaS相關(guān)的功能為不同的客戶提供服務(wù)。
PaaS&SaaS相關(guān)的服務(wù)需要人工完成實(shí)現(xiàn)。具體內(nèi)容會(huì)在后面進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。設(shè)備接入為IoT云接入設(shè)備時(shí)使用，在使用過(guò)程中可能需要。接口管理將數(shù)據(jù)服務(wù)提供給應(yīng)用前端。也會(huì)提供給第三方應(yīng)用。這兩層還包裹了業(yè)務(wù)層和底層，業(yè)務(wù)層主要處理系統(tǒng)業(yè)務(wù)。底層主要提供模型能力，計(jì)算能力，安全，可靠等等等。