物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架介紹

　　下面將談到幾個關(guān)鍵問題：

　　設(shè)備如何接入網(wǎng)絡(luò)?

　　設(shè)備間如何通信?

　　物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的用途?

　　如何搭建起一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架呢?它的技術(shù)架構(gòu)又是怎么樣呢?

　　物聯(lián)網(wǎng)終端軟件系統(tǒng)架構(gòu)?

　　物聯(lián)網(wǎng)云平臺系統(tǒng)架構(gòu)?

　　1、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備如何接入到網(wǎng)絡(luò)?

　　只有設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)里面，才能算是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。這里涉及到2個關(guān)鍵點(diǎn)：接入方式以及網(wǎng)絡(luò)通信方式。

　　設(shè)備接入方式：

　　當(dāng)前有2種接入方式

　　直接接入：物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備本身具備聯(lián)網(wǎng)能力直接接入網(wǎng)絡(luò)，比如在設(shè)備端加入NB-IOT通信模組，2G通信模組。

　　網(wǎng)關(guān)接入：物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備本身不具備入網(wǎng)能力，需要在本地組網(wǎng)后，需要統(tǒng)一通過網(wǎng)關(guān)再接入到網(wǎng)絡(luò)。比如終端設(shè)備通過zigbee無線組網(wǎng)，然后各設(shè)備數(shù)據(jù)通過Zigbee網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一接入到網(wǎng)絡(luò)里面。常用到本地?zé)o線組網(wǎng)技術(shù)有Zigbee，Lora,BLE MESH, sub-1GHZ等。

　　在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備里面，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是一個非常重要的角色。一個處在本地局域網(wǎng)與外部接入網(wǎng)絡(luò)之間的智能設(shè)備。主要的功能是網(wǎng)絡(luò)隔離，協(xié)議轉(zhuǎn)化/適配以及數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)外傳輸。

　　一個典型的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)架構(gòu)如下：

　　網(wǎng)絡(luò)通信方式

　　常用的通信網(wǎng)絡(luò)主要存在2種方式：

　　移動網(wǎng)絡(luò)(主要戶外設(shè)備用)

　　移動網(wǎng)絡(luò)2G/3G/4G/5G/NB-IOT等

　　寬帶(主要戶內(nèi)設(shè)備用)

　　WIFI，Ethernet等

　　2、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)后如何開展M2M,M2C通信?

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備終端接入網(wǎng)絡(luò)后，只是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開始。設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)后，設(shè)備與設(shè)備之間需要互相通信，設(shè)備與云端需要互相通信。只有互通，物聯(lián)網(wǎng)的價值才展現(xiàn)出來。既然要互通，則需要一套物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議。只有遵循該套協(xié)議的設(shè)備相互間能夠通信，能夠交換數(shù)據(jù)。

　　常用的物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議有哪些? 主要有如下協(xié)議：MQTT，COAP等，他們有個共同點(diǎn)都是基于消息模型來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)備與設(shè)備之間，設(shè)備與云端之間通過交換消息來實(shí)現(xiàn)通信，消息里面攜帶了通信數(shù)據(jù)。

　　3、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間，設(shè)備與云平臺能夠交換數(shù)據(jù)后，接下來要干怎么呢?

　　21世紀(jì)，什么最重要?數(shù)據(jù)。有了大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)后，針對數(shù)據(jù)，人類可以去挖掘里面的規(guī)律，挖掘里面的商業(yè)價值，對設(shè)備未來的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測等等。

　　對于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用，分幾個層次來講

　　1. 基礎(chǔ)應(yīng)用：監(jiān)控

　　通過物聯(lián)網(wǎng)收集到設(shè)備數(shù)據(jù)后，如果設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)超過預(yù)設(shè)的狀態(tài)則自動第一時間報警，管理員第一時間開展處理，可以通過遠(yuǎn)程操作，下達(dá)命令。把問題解決在萌芽狀態(tài)。

　　2. 進(jìn)階應(yīng)用： 報表統(tǒng)計

　　通過統(tǒng)計方法，對設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。可以按不同維度分析出不同報告。然后以圖表或者大屏方式展現(xiàn)在管理員面前。管理員可以快速直觀的了解到整個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況。

　　3. 高級應(yīng)用： 數(shù)據(jù)挖掘/機(jī)器學(xué)習(xí)

　　這部分需要從數(shù)據(jù)里面挖掘出有價值的東西出來。比如通過一段時間時間設(shè)備數(shù)據(jù)的連續(xù)跟蹤分析并結(jié)合人類過往的設(shè)備運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方式預(yù)測設(shè)備發(fā)生故障概率，以及發(fā)生故障后可能的引起原因，并給出維修方案。剛才舉的例子，是物聯(lián)網(wǎng)高級應(yīng)用里面的冰山一角。通過引入現(xiàn)在火熱的AI技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)就能變成智能物聯(lián)網(wǎng)了。也許在不久的將來，人與設(shè)備可以自由對話，設(shè)備與設(shè)備之間也能夠?qū)υ挷⒆詣幼龀鲎顑?yōu)決策。

　　綜合所述，物聯(lián)網(wǎng)的價值在于提高生產(chǎn)效率，管理效率，極大促進(jìn)社會生產(chǎn)力的提高。

　　4、如何搭建起一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架呢?它的技術(shù)架構(gòu)又是怎么樣呢?

　　物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備軟件系統(tǒng)架構(gòu)

　　常見系統(tǒng)框架的總結(jié)下來主要存在如下2種：帶RTOS的(處理復(fù)雜的業(yè)務(wù)場景，場景里面通過需要多個事務(wù)并行協(xié)同完成工作)和不帶RTOS的(通常處理的業(yè)務(wù)場景較單一)

　　不帶RTOS設(shè)備終端系統(tǒng)框架：

　　帶RTOS設(shè)備終端系統(tǒng)框架：

　　RTOS是什么? 實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)，有了它，在終端設(shè)備里面可以并行運(yùn)行多個任務(wù)。每個任務(wù)負(fù)責(zé)一個事務(wù)。通過并行化運(yùn)行，響應(yīng)實(shí)時性及效率就得到提升。

　　RTOS實(shí)時操作內(nèi)核一般包含的重要組件如下：

　　任務(wù)調(diào)度

　　任務(wù)間同步與通信

　　內(nèi)存分配

　　中斷管理

　　時間管理

　　設(shè)備驅(qū)動

　　以任務(wù)調(diào)度組件舉例：

　　在嵌入式操作系統(tǒng)中，任務(wù)是CPU上最小運(yùn)行單元。通常一個稍微復(fù)雜點(diǎn)IOT APP是由多個任務(wù)協(xié)同完成。比如有的任務(wù)負(fù)責(zé)處理用戶事件輸入以及UI顯示，有的任務(wù)負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)通信，有的任務(wù)負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯處理。

　　既然一個系統(tǒng)中有多個任務(wù)在跑，而CPU資源確是單一的，這樣導(dǎo)致每個時刻只能由一個任務(wù)在CPU上跑。因此為了每個任務(wù)都能夠在CPU上有運(yùn)行機(jī)會，就涉及到了任務(wù)調(diào)度概念。任務(wù)調(diào)度需要按照一定的規(guī)則來，那一般是按照哪些規(guī)則來的?

　　我們常見的調(diào)度方式有3種：一個基于優(yōu)先級調(diào)度的，一個是基于時間片調(diào)度的，一個是把優(yōu)先級和時間片結(jié)合在一起調(diào)度。

　　以優(yōu)先級調(diào)度舉例，在定義任務(wù)的時候，給每個任務(wù)分配一個優(yōu)先級，在運(yùn)行的時候，高優(yōu)先級的任務(wù)都會優(yōu)先被運(yùn)行。直到?jīng)]有高優(yōu)先級任務(wù)后，低優(yōu)先級任務(wù)才會被運(yùn)行。假如低優(yōu)先級任務(wù)獲得CPU資源后，這是如果有高優(yōu)先級任務(wù)就緒怎么辦呢?

　　兩種處理方式：

　　繼續(xù)運(yùn)行

　　搶占式。

　　高優(yōu)先級搶占CPU資源進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

　　其他組件就不一一列舉了。

　　物聯(lián)網(wǎng)云平臺系統(tǒng)架構(gòu)

　　物聯(lián)網(wǎng)云平臺系統(tǒng)架構(gòu)主要包含四大組件：

　　設(shè)備接入

　　設(shè)備管理

　　規(guī)則引擎

　　安全認(rèn)證及權(quán)限管理

　　設(shè)備接入

　　設(shè)備接入主要都干些什么呢?

　　包含多種設(shè)備接入?yún)f(xié)議，最主流的是MQTT協(xié)議。有些云計算廠商也在MQTT協(xié)議上精簡協(xié)議變成獨(dú)有的接入?yún)f(xié)議。

　　并發(fā)連接管理，維持可能是數(shù)十億設(shè)備的長連接管理。

　　如果應(yīng)對數(shù)十億的設(shè)備連接管理?目前開放出來的MQTT代理服務(wù)器大都是單機(jī)版，最多也就是并發(fā)連接十幾萬設(shè)備。因此如果要管理數(shù)十億的連接，需要用到負(fù)載均衡，用到分布式架構(gòu)。在云平臺需要部署分布式MQTT代理服務(wù)器。

　　設(shè)備管理

　　一般以樹形結(jié)構(gòu)的方式管理設(shè)備，包含設(shè)備創(chuàng)建管理以及設(shè)備狀態(tài)管理等等。根節(jié)點(diǎn)以產(chǎn)品開始，然后是設(shè)備組，再到具體設(shè)備。

　　主要包含如下管理：產(chǎn)品注冊及管理產(chǎn)品下面的設(shè)備增刪改查管理設(shè)備消息發(fā)布OTA設(shè)備升級管理等

　　規(guī)則引擎

　　物聯(lián)網(wǎng)云平臺通常是基于現(xiàn)有云計算平臺搭建的。一個物聯(lián)網(wǎng)成熟業(yè)務(wù)除了用到物聯(lián)網(wǎng)云平臺提供功能外，一般還需要用到云計算平臺提供功能，比如云主機(jī)，云數(shù)據(jù)庫等。用戶可以在云主機(jī)上搭建web行業(yè)應(yīng)用服務(wù)。

　　規(guī)則引擎主要作用是把物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)通過過濾轉(zhuǎn)發(fā)到其他云計算產(chǎn)品上。 比如可以把設(shè)備上報的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到table store數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品里。

　　規(guī)則引擎一般使用方式：類SQL語言，通過編寫SQL語言，用戶可以過濾數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)發(fā)到其他云計算產(chǎn)品，或者其他云計算服務(wù)。

　　安全認(rèn)證及權(quán)限管理

　　物聯(lián)網(wǎng)云平臺為每個設(shè)備頒發(fā)的證書，需要證書通過后才能允許設(shè)備接入到云平臺。云平臺最小授權(quán)粒度一般是做到設(shè)備級。

　　我們所說的證書一般分為2種：一種是產(chǎn)品級證書，一種是設(shè)備級證書。產(chǎn)品級證書擁有較大的權(quán)限，可以對產(chǎn)品下所有的設(shè)備進(jìn)行操作。設(shè)備級證書，只能對自己所屬的設(shè)備進(jìn)行操作，無法對其他設(shè)備進(jìn)行操作。

　　因此每個接入云平臺的設(shè)備都在本地存儲一個證書(其實(shí)存在形式是一個KEY，有多個字符串構(gòu)成)。每次與云端建立連接時，都要把證書帶上。以便云端安全組件核查通過。

　　云計算產(chǎn)品

　　大數(shù)據(jù)計算產(chǎn)品，云基礎(chǔ)服務(wù)(高性能服務(wù)器，云數(shù)據(jù)庫，云網(wǎng)絡(luò))等

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　智慧城市，智慧農(nóng)業(yè)，工業(yè)4.0等