物联网平台技术漫谈

PTR集团简介

  • PTR集团成立于2000年
  • 业务领域包括:
    • 机器人(NASA空间机械臂)
    • 飞行软件(超过35个在轨运行的卫星)
    • 攻击型或防御型的网络空间战

给你留下想象空间 J

  • RTOS/Linux/裸机上的嵌入式软件移植
  • IoT系统架构和部署

Mike Anderson简介

  • 在嵌入式领域超过39年的工作经验
  • 开发部分VxWorks
  • Linux/Android内核讲师
  • FRC #116 FIRST Robotics Team导师
  • 经常在以下场合演讲:
    • 嵌入式Linux大会 Embedded Linux Conference
    • 嵌入式系统大会 Embedded Systems Conference
    • 美国中情局新技术大会 CIA Emerging Technology Conference
    • 其它

讨论内容

  • 平台到底是什么?
  • 架构
  • 重量级玩家
  • IoT和IIoT的区别
  • 如何赚到钱?
  • 总结

什么是Internet of Things?

  • Thing是能够连接网络的任何设备

    • 电源管理、无线通信和CPU架构方面的进步能够将智能嵌入"哑"设备
  • Thing产生的数据需要到某处使用
    • 在本地使用,如恒温器
    • 边界网关收集数据并预处理,以便转发到服务器
      • 雾模型 fog model
    • 直接发送至服务器
      • 云模型 cloud model
  • 云平台提供指令、控制和数据分析

IoT核心

  • 究其核心,IoT只是一种访问传感器数据并基于数据控制设备的方式

    • 传感器的数量和类型及其连接是差异化的因素
  • 对数据的处理也是差异化的因素
    • 个人消费,如健身手环

      • 机器-人
    • 监控,如遥测/SCADA
      • 机器-机器
  • 预测到2020年将有3万亿美元的市场

什么是平台?

  • 取决于讨论的对象

    • 带有传感器的硬件
    • 针对传感器技术的操作系统
    • 通信协议/范式
    • 连接传感器到云端并提供数据分析的端到端系统
  • 从某种角度讲,它包括上述所有内容
    • 取决于你的关注角度

消费类IoT

  • 消费类IoT设备主要有2种用途

    • 健身相关设备

      • 可穿戴、锻炼器械等
    • 家庭监控或智能家居
      • 恒温器、烟雾探测器、摄像头等
  • 健身市场比较新
    • 通常是电池供电的传感器
    • 蓝牙、NFC、Wi-Fi或者USB连接
    • 私有解决方案是主流
      • 比如Garmin、Fitbit、Runtastic等

消费类IoT #2

  • 智能家居又名家庭自动化(home automation)

    • home automation曾经成功希望不大,市场表现平平
  • 目前,这个领域的玩家很多
    • Thread
    • Apple HomeKit
    • ZigBee Alliance
    • Z-Wave Alliance
    • IoTivity
    • AllSeen
  • 几十个组件生产商参与以上一个或多个生态中
  • 互操作是成功的关键

Edge, Middle and Cloud

  • IoT可以理解为包括边缘设备、中间盒子和云平台的生态系统
  • 边缘设备包括传感器、执行器
    • 通常是电池供电,低功耗网络
    • 消费类边缘设备可能采用墙插式供电

Edge, Middle and Cloud #2

  • 中间盒子是边界路由器/网关

    • 将边缘设备的低功耗网络翻译为标准的互联网协议,如IPv4/IPv6
    • 可能提供数据预处理
  • 云平台提供:
    • 与外部控制器的连接(智能手机、平板电脑等)
    • 数据汇集和分析
    • 连接和数据服务

边缘设备

  • 通常使用小型微控制器,如Atmel AVR、ARM Cortex M、MicroChip PIC32等

    • 8/16/32位处理器
    • 无MMU
  • IIoT的遗留边缘设备采用原有的有线通信技术,如RS-232/RS-485/RS-170
    • 工业物联网
    • 电线供电
  • 有些边缘设备期望电池供电,并且一次性使用数年
  • 无线连接,通过低功耗蓝牙、NFC、IEEE 80.15.4
  • IPv4/IPv6/6LoWPAN或者私有技术如ZigBee或者Z-Wave

边缘设备 #2

  • 规格多样,通常

    • RAM < 512 KB
    • Flash < 1-2 MB
    • CPU < 300MHz
  • 传感器可能集成到SoC
  • 软件可能运行在裸机或者RTOS上
    • 商业系统,如Wind River/Intel,Micrium,Green Hills,Express Logic
    • 开源系统,如FreeRTOS,Contiki
  • C/C++是这部分的主流语言

边界路由器

  • 中间盒子是边缘设备和互联网的网关

    • 从低功耗的无线网络获取数据并输出IP数据,通过Wi-Fi或者Ethernet
  • 这类设备运行在基于MMU的操作系统上
    • Linux,Tizen,Android,iOS,Windows
  • 采取形式如Apple TV、平板电脑或者其它带有图像界面的设备或者传感器,如Nest恒温器
    • 提供本地指令、控制功能和系统监控
  • 你的系统可能有多个边界路由器冗余
  • Java,JavaScript,Python,C/C++是主流语言

云平台

  • 基于服务器的平台

    • 多核x86或者ARM,不间断电源
  • 提供对设备的下行指令和控制
    • 如手持式设备接口
  • 关注数据汇集和数据分析
  • PB级的存储,强大的处理能力
  • Apple Siri和很多其它智能代理的后台
  • Web语言,如Java,JavaScript,Python等
  • Hadoop等框架

PB有多大?

  • B (20):1粒大米
  • KB(210):1杯大米
  • MB(220):8袋大米
  • GB(230):3货车大米
  • TB(240):2集装箱
  • PB(250):覆盖曼哈顿
  • EB(260):覆盖英国
  • ZB(270):填满太平洋

消息协议

  • 很多消息协议在争夺霸主地位
  • MQTT - Message Queue Telemetry Transport
    • 星型方式
    • 为了消息可靠性,可基于TCP
    • 侧重于遥测数据收集
  • XMPP - Extensible Messaging and Presence Protocol
    • 被Facebook和Jabber消息应用使用
    • 基于HTTP或者TCP上的XML
    • 通信速率依赖于人的使用频率

消息协议 #2

  • DDS - Data Distribution Service

    • 侧重于设备到设备通信的订阅/发布式 M2M中间件
    • 对象管理组织的标准(Data Distribution Service)
    • 多种多样的设备和服务安全和互操作
  • REST - Representational State Transfer
    • 使用HTTP操作(GET/POST/PUT/DELETE等)进行消息传输和存储
  • CoAP - Constrained Application Protocol
    • HTTP协议的简化版,基于UDP,用于内存受限的设备
  • 私有协议
    • 消费类设备经常使用这种方式

兼容性

  • 很多物联网设备依赖于无线连接

    • Wi-Fi对于电池供电的设备来说过于耗电

      • 如果设备是电线供电则非常简单
      • 通常用于边界网关
    • 用于边缘设备的低功耗蓝牙(Bluetooth Smart),NFC,蜂窝通信和IEEE 802.15.4
      • IEEE 802.15.4三层以上各个厂家不一致
  • 数据交换包括
    • MQTT,XMPP,CoAP,REST,DDS和私有协议

Apple HomeKit平台

  • 使用蓝牙,Wi-Fi或者NFC
  • 产品终于上市了
    • 门锁,恒温器,摄像头等各式俱全
    • 兼容iOS 8+设备
  • 控制设备/边界网关是iPhone,iPad,Apple TV
  • 端到端加密
  • 支持基于时间和位置的触发器
  • 每个边缘设备需要配备专有芯片
  • 迄今为止,接入云平台尚不明确

Apple HomeKit平台 #2

  • 目前没有Apple HomeKit App
  • Apple依赖于厂家App
  • 一旦关联,可以使用语音控制,兼容Siri
  • 无人干预情况下,设备之间可以通信
    • 比如,电灯与百叶窗直接配合

IoTivity平台

  • Open Connectivity Foundation(OCF)赞助的开源项目,由Linux基金会托管
  • 支持典型的无线互联
  • 支持消息通信,目前包括CoAP,MQTT和REST
    • JSON表示数据
  • 仍是官方预览版软件
    • 支持Linux, Tizen, Android, Arduino (Mega 2560 and Due)
  • 通过加密保障安全,支持证书
  • 通过mDNS和uPNP支持服务发现
  • 设备有认证流程

IoTivity平台 #2

  • 不同的成员级别

    • 钻石级 @ 35万美元/每年

      • 董事会成员
    • 白金级 @ 5万美元/每年
    • 黄金级 @ 2千美元/每年
    • 非盈利机构/教育机构 黄金会员 @ 1千美元一次性
    • 所有成员级别均有资格查询OCF和UPnP认证的产品和服务
  • OCF与其它生态系统有合作关系

AllSeen(AllJoyn)平台

  • 由AllSeen联盟开发

    • 成员超过200家公司,包括微软,高通,思科,松下和索尼
  • 由Linux基金会托管开源项目
  • 使用D-Bus消息总线支持发现功能
  • 通过网关代理API支持Android,iOS,Windows,Linux
    • 支持边缘设备
  • 认证流程包括 "Design for AllSeen" logo计划

AllSeen(AllJoyn)平台 #2

  • 端到端加密,X.509证书和其它内置安全特性
  • 支持插件协议转换器,支持REST,XMPP,MQTT和TR-069
  • 支持蓝牙,ZigBee,Z-Wave,Wi-Fi等
  • 软件可以下载
    • 支持各类芯片
  • 产品案例
    • https://certify.alljoyn.org/certified-products

Thread组织

  • Thread组织成立于2014年,非盈利组织

    • 独立的,中立的,开放的
    • 成员级别
      • 会员(2.5千美元/每年)
      • 贡献者(1万5千美元/每年)
      • 赞助者(10万美元/每年)
    • 超过200个成员
  • Thread组织管理解决方案的发布
    • 规范、证书、网站、商标、版权、Logos/Seals
  • 本质上是行业贸易组织,促进和保护Thread的知识产权

Thread标准

  • 基于现有的IEEE 802.15.4标准

    • 使用6LoWPAN作为3层以上的协议 [RFC6282]

      • 在修改后的IPv6上使用UDP传输
      • 易于连接到网关,云平台或者智能手机
    • 每个网络支持250多个产品
  • 只需对现有的802.15.4射频固件升级即可
    • 工作在2.4GHz的ISM频段
  • 安全方面使用Datagram Transport Layer Security (DTLS) [RFC6347]
    • 提供集成、认证和加密

其它IoT项目/平台

  • Kaa – http://www.kaaproject.org

    • 开源平台,支持Linux,Android,Windows,iOS
  • ThingSpeak – http://thingspeak.com
    • 开源API,使用XML, JSON, REST协议
  • Eclipse基金 – http://eclipse.org/kura
    • Kura是结合Apache Camel并基于Java/OSGi的API
    • 与Eurotech公司的Everywhere Cloud infrastructure有关
  • 其它IoT项目没有什么缺点
    • 问题是发现适合自已的

工业物联网Industrial IoT

  • 尽管消费类IoT的大肆宣传,很多人认为IIoT才是赚钱的地方

    • 大多数消费者实际上不关心PaaS方案
  • 主要玩家正在投入很多钱到这部分市场
    • 比如,建筑物监控,流程控制传感器,制造工厂监控,SCADA等

      • 经常需要二类协议如MODBUS和BACNET
    • 一栋建筑可能需要多达8000个传感器
  • 平台必须考虑整个生态系统
    • 许多服务以PaaS形式出售

IIoT平台的功能架构

IIoT平台 – ThingWorx

  • http://www.thingworx.com
  • 支持从边界网关到云平台的PaaS
    • 对于小型的边缘设备没有明确的途径
  • 侧重于工业和医疗系统
  • 提供数据存储和数据分析
  • 加密保障安全
  • 提供RAD平台快速开发应用,包括Android和iOS等
  • 大的合作伙伴生态系统
  • 支持MQTT,DDS,REST和其它开放协议

IIoT平台 – IBM Bluemix

  • IBM的加入允许你使用第三方的API和服务
  • 支持MQTT,REST和其它API
  • 乐高积木式的服务、存储和数据分析
    • 访问基于Watson的数据分析
  • 最多20个设备的免费版本
    • 更高级别的是支持1.5万个设备,100MB流量和1GB存储

      • 第一个1.5万个设备之后按设备个数收费

IIoT平台 – PubNub

  • PubNub是一个全球数据流网络(DSN)

    • 安全、实时的IoT、移动和Web应用通信API
  • 扩展至数亿个设备,250毫秒的全球时延,超过70个SDK
  • 免费版本包括1个数据中心、100个设备、1百万条消息,附带邮件技术支持
    • 1个数据中心、1000个设备、1.5亿条消息~999美元/每月
  • 与IBM Bluemix合作

IIoT平台 – Verizon

  • 新服务ThingSpace

    • 刚刚开始
  • API列表
    • 连接管理
    • 设备消息通信
    • Verizon云接入
  • 试图利用LTE
    • 目标是低速率设备的LTE新无线模式
  • 大量现有开发方案,包括BeagleBone Black和Raspberry Pi

IIoT平台 – Xively

  • http://xively.com

    • 原名Pachube, Cosm
    • LogMeln的一个部门
  • 工业应用的PaaS厂商
  • 提供库和SDK集成到平台
  • 使用消息代理和REST API
  • 集成CRM,ERP和运维/调查分析
  • 同时出售存储和服务

IIoT平台 – Etherios

  • http://etherios.com

    • 原名Device Cloud
    • Digi的子公司
  • 侧重于车队管理、重型机械、医疗器械、制造等
  • 可扩展的云管理服务,具备办公系统集成能力
  • 出售平台和服务
  • 为设备集成移动应用、CRM、社交网络

IIoT平台 – ThingSquare

  • ThingSquare

  • 原来是一个Kickstarter项目
  • 开始侧重于边缘设备
  • 目前集成后端服务
  • 整体服务到目前为止还未看到

总结

  • IoT/IIoT以平台方式提供的产品没有不足之处
  • 只要设备可以工作,消费领域的接受度预期是好的
  • 工业领域的接受度依赖于从传感节点到数据分析和CRM的深度集成
  • 诸如MQTT、DDS、REST、XMPP标准有望利于互操作
    • 诸如低功耗蓝牙、Wi-Fi和IEEE 802.15.4无线标准有助于解决物理连接问题
  • 许多开源项目有助于促进合作
  • 闭源实现将可能实现平滑互操作
    • 但是,被供应商绑定
时间: 2024-09-30 02:01:31

物联网平台技术漫谈的相关文章

物联网平台构架系列 (四):Amazon, Microsoft, IBM IoT 平台导论 之 平台

最近研究了一些物联网平台技术资料,以做选型参考.脑子里积累大量信息,便想写出来做一些普及.作为科普文章,力争通俗易懂,不确保概念严谨性.我会给考据癖者提供相关英文链接,以便深入研究. -- 冯立超 HiwebFrank 4. 平 台 由于物联网的地域分布广.设备数量众多的特点,物联网解决方案必须借助公有云平台来实现. 物联网解决方案须具备如下功能: - 从设备收集数据 - 分析移动中的数据流 - 存储和查询大型数据集 - 可视化实时和历史数据 - 与后端办公系统集成 - 管理设备 下图是微软给出

物联网平台构架系列:Amazon, Microsoft, IBM IoT 平台导论 之二 设备

最近研究了一些物联网平台技术资料,以做选型参考.脑子里积累大量信息,便想写出来做一些普及.作为科普文章,力争通俗易懂,不确保概念严谨性.我会给考据癖者提供相关英文链接,以便深入研究. -- 冯立超 HiwebFrank 2.  设 备 任何可以连接到网络的物体,如温度传感器.火灾监测设备.发动机.手环.汽车.钻井.机器人.火星车.小猫小狗.冰箱空调洗碗机等,即所谓 物联网 的"物",Internet of Things 的"Things". 设备可以很简单,也可以很

物联网平台构架系列:Amazon, Microsoft, IBM IoT 平台导论 之三 连接

最近研究了一些物联网平台技术资料,以做选型参考.脑子里积累大量信息,便想写出来做一些普及.作为科普文章,力争通俗易懂,不确保概念严谨性.我会给考据癖者提供相关英文链接,以便深入研究. -- 冯立超 HiwebFrank 3. 连 接 从物理连接的角度,有大量的底层技术,包括网线.WiFi.GPRS.3G / 4G / 4.5G.Bluetooth.Zigbee.RFID 以及正吵的 NB-IoT.LiTRA 等等,此不赘述. 对于协议,一般都主流支持 MQTT, HTTP, WebSockets

物联网平台构架系列:Amazon, Microsoft, IBM IoT 平台导论 之一 概览

最近研究了一些物联网平台技术资料,以做选型参考.脑子里积累大量信息,便想写出来做一些普及.作为科普文章,力争通俗易懂,不确保概念严谨性.我会给考据癖者提供相关英文链接,以便深入研究. -- 冯立超 HiwebFrank 亚马逊.微软.IBM 等云计算厂商都在布局物联网.作为平台厂商,他们各自基于自己的云计算大数据平台,提出一套完善的物联网体系构架和构建与开发工具. 作为物联网整体构架,可以简要描述为:将设备联入云平台:存储设备数据:进行设备信息管理:设备状态数据监控及对设备进行控制.管理.运维:

物联网平台构架系列 (五):Amazon, Microsoft, IBM IoT 解决方案导论 之 安全

最近研究了一些物联网平台技术资料,以做选型参考.脑子里积累大量信息,便想写出来做一些普及.作为科普文章,力争通俗易懂,不确保概念严谨性.我会给考据癖者提供相关英文链接,以便深入研究. -- 冯立超 HiwebFrank 5. 安 全 我想用遥控器把隔壁邻居家的电视给关了! 不知是否可以,但至少,我拿着一个空调遥控器可以到各个房间开关空调. 如果物联网设备没有任何安全措施,那么状况将无法设想. 如何做到全方位安全? 微软早在2003年就提出了可信赖的计算 Trustworthy Computing

物联网平台构架系列 (六):Amazon, Microsoft, IBM IoT 解决方案导论 之 结语

最近研究了一些物联网平台技术资料,以做选型参考.脑子里积累大量信息,便想写出来做一些普及.作为科普文章,力争通俗易懂,不确保概念严谨性.我会给考据癖者提供相关英文链接,以便深入研究. -- 冯立超 HiwebFrank 6. 案例与参考文档 亚马逊物联网相关文档及网址 亚马逊 AWS IoT 官网 亚马逊 Greengrass 官网 亚马逊 Greengrass Blog AWS IoT Developer Guide AWS IoT Button 微软物联网相关文档及网址 微软物联网官网 Az

国内物联网平台的发展、技术架构演进暨物联网解决方案发布

本文先探讨国内物联网平台的发展和技术架构演进,再发布嵌入式企鹅圈自主研发并商用的物联网完整解决方案. 一.国内物联网平台的发展特点 1. 国内的物联网平台包括微信硬件.阿里智能.京智智能.机智云等. 2. 微信硬件依靠强大的社交和微信这个超级APP在运动和健康医疗等领域占得先机.其主要以蓝牙接入的方式为主,即近场控制场景.微信硬件提供公有物联平台,支持各个厂家和硬件平台接入. 3. 阿里智能和京东智能则是依赖其强大的电商平台,强力推动电商上的各大家电厂商接入其所在平台.两者均是在智能家电领域发力

【华为云技术分享】基于小熊派STM32芯片的通过MQTT上报JSON数据到华为物联网平台的自动售货机Demo解析

[摘要] STM32的工程在文章末尾,可自行下载. 一.工程配置 1.MCU类型选择STM32L431RC 2.烧录器选择OpenOCD,参数 -f interface/stlink-v2-1.cfg -f target/stm32l4x.cfg 3.输出目录选择 LiteOS_Lab_STM32\targets\STM32L431_BearPi\GCC\appbuild 4.编译器Makefile选择 targets\STM32L431_BearPi\GCC\Makefile 5.平台参数配置

WIFI物联网平台微信端开发分享

本文由企鹅圈原创成员Hunter_Zhu贡献. 本篇文章是基于近期一个项目微信端开发过程的一个总结.文中主要介绍了云智易平台下微信端开发的流程.该平台提供的主要功能以及此次H5开发使用到的一些UI组件.能够帮助企鹅仔高速对该平台微信开发有个了解. 本文介绍的微信硬件物联网开发思路不局限于某个平台.对市场上全部的平台,如机智云也是适用的,特此说明. 一.创建微信应用,配置微信server 在云智易开发平台中,开发人员须要在应用管理中创建一个微信应用,填写微信公众号的基本信息:APPID, APPS