涉及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的主要平臺(tái)及接口

俞海

摘要：從現(xiàn)在到2025年，物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)市場(chǎng)每年達(dá)到1.75萬(wàn)億元，面對(duì)如此巨大的市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涉及眾多開(kāi)發(fā)接口或技術(shù)，該文就談?wù)勂浜诵募夹g(shù)及主要平臺(tái)及接口協(xié)議，為物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)選擇合適的平臺(tái)作為參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；平臺(tái)；loT；Sensor；SOAP；JMS；REST；MQTT

據(jù)咨詢(xún)公司MCKINSEY預(yù)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)在2025年之前的8年中每年中達(dá)到1.75萬(wàn)億元的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這樣一個(gè)增長(zhǎng)趨勢(shì)對(duì)眾多物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)企業(yè)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極好的機(jī)會(huì)，面對(duì)這樣的機(jī)會(huì)，業(yè)界采用哪些平臺(tái)和接口來(lái)承載這些應(yīng)用？

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最大的挑戰(zhàn)之一在于數(shù)據(jù)采集，傳感器、無(wú)線技術(shù)、嵌入式計(jì)算將是數(shù)據(jù)感知的三個(gè)核心功能。有了這三個(gè)核心功能再加上現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)趨于完善，半導(dǎo)體技術(shù)讓指令周期優(yōu)化、功耗和芯片微小化，微電子技術(shù)促使各類(lèi)傳感器普及，準(zhǔn)確度也提升，智能手機(jī)普及也為物聯(lián)網(wǎng)提供了表示層的終端設(shè)備。所以本文介紹涉及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的主要平臺(tái)及接口。

1項(xiàng)目背景

物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)來(lái)自模擬世界，所以物聯(lián)網(wǎng)的第一步是數(shù)字化（digital），其核心技術(shù)就是在感知層設(shè)置各類(lèi)傳感器，感知層作為智能化第一步，其應(yīng)用開(kāi)發(fā)的選擇關(guān)鍵是采用智能傳感器產(chǎn)品，智能傳感器能把模擬變量如慣性、磁力、溫度/濕度、壓力、聲光、距離等變換成電信號(hào)傳感器，這類(lèi)應(yīng)用要處理大量的數(shù)據(jù)，是以測(cè)量或感知的組成部分。其核心是以數(shù)據(jù)為中心，程序則為各類(lèi)APP或終端應(yīng)用程序。而以虛擬顯示VR設(shè)備設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用則以程序?yàn)橹行?，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)的處理及顯示。而以智慧城市這類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)則融合了以上二種方式，既以數(shù)據(jù)為中心，又涉及復(fù)雜的程序或使用APP為工具。所以物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)中，要考慮項(xiàng)目的大小，可利用智能物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品廠商提供的軟硬件平臺(tái)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品能更高效地實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)。

另外涉及數(shù)據(jù)的傳輸，采用無(wú)線（zigbee或RFID/GPRS/CD—MA/WLAN/WIFI/BULETOOTH）或有線技術(shù)fRS232，F(xiàn)TPP，LAN等），采用特定的協(xié)議及軟件算法，進(jìn)行應(yīng)用的開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)和部署。過(guò)去主要以分立器件形式出現(xiàn)的傳感器不能滿(mǎn)足當(dāng)代物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的需求，傳感器廠商及微處理器廠商，以及通信芯片巨頭廠商利用各自?xún)?yōu)勢(shì)推出物聯(lián)網(wǎng)傳感器開(kāi)發(fā)平臺(tái)。廠商背景不同，其平臺(tái)的側(cè)重點(diǎn)不同（軟硬件平臺(tái)），解決方案也不同。

2IOT硬件傳感器平臺(tái)

下面分別介紹4種傳感器廠家開(kāi)發(fā)平臺(tái)：

2.1運(yùn)動(dòng)跟蹤的低功耗，藍(lán)牙開(kāi)發(fā)平臺(tái)

美國(guó)DIALOG公司開(kāi)發(fā)的具有無(wú)線通信、電源管理等低功耗、具有12個(gè)自由度的藍(lán)牙智能傳感器開(kāi)發(fā)平臺(tái)。該平臺(tái)使用針對(duì)有電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并通過(guò)其獨(dú)有的傳感器融合軟件，幫助用戶(hù)更容易地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化設(shè)計(jì)。支持12個(gè)自由度（DoF）的傳感器可將位置和運(yùn)動(dòng)感測(cè)信息與磁場(chǎng)和周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，提供較好的跟蹤效果；可用于9軸系統(tǒng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。適用領(lǐng)域包括可穿戴、VR、3D室內(nèi)地圖及導(dǎo)航、遙控裝置以及其他物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用中?？杉涌爝\(yùn)動(dòng)傳感器模塊的開(kāi)發(fā)上市，能傳輸原始傳感器數(shù)據(jù)，并輸出設(shè)備的絕對(duì)方位。

開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括：Dialog的超低功耗DA14583 SMARTBOND片上系統(tǒng)（SoC），用于數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)校準(zhǔn)和傳感器數(shù)據(jù)融合。

2.2支持“無(wú)電池操作”的物聯(lián)網(wǎng)傳感器開(kāi)發(fā)平臺(tái)

安森美半導(dǎo)體和RFMicron合作開(kāi)發(fā)的，支持無(wú)電池操作的物聯(lián)網(wǎng)傳感器平臺(tái)，使無(wú)線傳感技術(shù)現(xiàn)可部署到?jīng)]有主電源或電池更換很困難及費(fèi)用昂貴的應(yīng)用場(chǎng)合。

通過(guò)“即插即用”的開(kāi)發(fā)工具可加快部署無(wú)線無(wú)源傳感器方案到任何物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，將系統(tǒng)大多的智能從傳感器所在本地端移走而將之放置在云中，方案更精簡(jiǎn)靈活。

應(yīng)用領(lǐng)域：需要在關(guān)注電源和空間受限的地方，高效部署無(wú)需電池的無(wú)線傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)硬件的各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

開(kāi)發(fā)平臺(tái)包括：安森美RFID智能無(wú)源傳感器。

2.3跨領(lǐng)域物聯(lián)傳感開(kāi)發(fā)套件

跨領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)涉及多個(gè)系統(tǒng)的涵蓋，比如在智慧城市、智慧能源、智慧物流、智能制造中涉及多個(gè)接口，包括各類(lèi)傳感器，如溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集，光敏傳感器的數(shù)據(jù)采集，煙霧傳感器的采集，可燃?xì)怏w傳感器的數(shù)據(jù)采集，可燃?xì)怏w傳感器的采集，人體感應(yīng)數(shù)據(jù)的采集，定位數(shù)據(jù)的采集，高速公路的RFID數(shù)據(jù)的采集匯總，而且支持無(wú)線通訊，如藍(lán)牙，wifi，同時(shí)服務(wù)器端的軟件還需支持不同的API接口，如C/C++/java/Py—thon等，這樣開(kāi)發(fā)的周期大為縮短，開(kāi)發(fā)的成本及維護(hù)量小，這樣就需要在開(kāi)發(fā)跨領(lǐng)域物聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)用中盡量選擇那些易于集成，易于擴(kuò)展，易于快速原型與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)周期，博世公司推出的跨領(lǐng)域開(kāi)發(fā)套件（XDK），擁有豐富的硬件架構(gòu)平臺(tái)，支持各類(lèi)傳感器（sensors）接口.和通訊接口，支持藍(lán)牙和WLAN，內(nèi)置的鋰電池，接口包括：GPIO，SPI，UART，PWM，USB，JLINK等，非常捷簡(jiǎn)易地將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)引人生活，展示了博世在智慧交通、工業(yè)4.0和物流、智能樓宇和智能家居等多領(lǐng)域提供智能互聯(lián)傳感方案。應(yīng)用領(lǐng)域包括：智能硬件、智慧城市、智慧能源、智慧物流、智能制造。

阻礙傳感器在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中快速增長(zhǎng)的主要挑戰(zhàn)之一是缺乏一個(gè)可被廣泛采用的開(kāi)放平臺(tái)，選擇博世傳感器平臺(tái)作為開(kāi)發(fā)開(kāi)放平臺(tái)，易于非常重要，這將成為促進(jìn)傳感器在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)強(qiáng)大推動(dòng)。

2.4傳感器載板單獨(dú)開(kāi)發(fā)的“標(biāo)準(zhǔn)”物聯(lián)網(wǎng)感知平臺(tái)

“標(biāo)準(zhǔn)”物聯(lián)網(wǎng)感知平臺(tái)研華（Advantech）、ARM、BoschSensortec、Sensirion和德州儀器（TI）幾家領(lǐng)先公司宣布合作開(kāi)發(fā)M2.COM的開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）感知平臺(tái)滿(mǎn)足IOT的多樣化應(yīng)用，為使不同平臺(tái)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)更便捷，由傳感器制造商以及模塊制造商一起建立了這樣一個(gè)開(kāi)放的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和傳感器節(jié)點(diǎn)平臺(tái)。

M2.COM平臺(tái)將采用22x30mm M.2連接接口，也被稱(chēng)為NGFF（Next Generation Form Factor）規(guī)格，具有75個(gè)插針接口，只要利用M2.COM內(nèi)建微控制器支持的各式I/O端口即可輕易連接不同的傳感器。M2.COM具備無(wú)線通訊技術(shù)、微控制器和連網(wǎng)整合功能，廠商可開(kāi)發(fā)自有傳感器接口，通過(guò)M2.COM板取得智慧和無(wú)線通訊連接。

廠商將不再需要將所有元件一個(gè)傳感器內(nèi)，而是分別開(kāi)發(fā)傳感器載板和M2.COM模組。傳感器制造商可視需要選擇不同的M2.COM模組傳送數(shù)據(jù)，模組制造商則可開(kāi)發(fā)支援更多傳感器的M2.COM模組。這樣的平臺(tái)課滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最大的數(shù)據(jù)采集，傳感器、無(wú)線技術(shù)、嵌入式計(jì)算等應(yīng)用集成難題，這也是研華和產(chǎn)業(yè)合作伙伴密切合作建立M2.COM開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的原因。

標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算和傳感器格式是滿(mǎn)足不斷變化的物聯(lián)網(wǎng)需求的關(guān)鍵，ARM的mbed操作系統(tǒng)為這種新格式提供完美的基礎(chǔ)，支持所需的通信協(xié)議和格式以安全簡(jiǎn)便地集成基于傳感器的M2.COM和物聯(lián)網(wǎng)云應(yīng)用中。

收集數(shù)據(jù)并和智能系統(tǒng)和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，并且互相操作且互相通信，通過(guò)定義標(biāo)準(zhǔn)的M2.COM來(lái)簡(jiǎn)化傳感器物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)整合無(wú)疑是正確的選擇。

標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器接口會(huì)顯著節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，就像M2.COM，開(kāi)發(fā)者可以在連接任何東西，通過(guò)TI的低功耗SimDleHnk，Wi-Fi，CC3200無(wú)線微控制器，物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員可以使其設(shè)計(jì)更快面向市場(chǎng)。

未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不僅要關(guān)注傳感器的開(kāi)發(fā)套件，還要注重傳感器的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，使數(shù)據(jù)傳輸更可靠，高效。

3主要的協(xié)議及其他平臺(tái)技術(shù)

3.1SOAP

SOAP是簡(jiǎn)單對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議的簡(jiǎn)稱(chēng)，其應(yīng)用范圍非常廣泛，可簡(jiǎn)單地看做三一種對(duì)象訪問(wèn)協(xié)議，是一種輕量級(jí)的交換數(shù)據(jù)的一種協(xié)議規(guī)范，基于XML（標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言下的一個(gè)子集）的協(xié)議，它被設(shè)計(jì)成在WEB上交換結(jié)構(gòu)化的和固化的信息，正如其名稱(chēng)所聲稱(chēng)的是一種輕量級(jí)的通訊協(xié)議，非常靈活，可擴(kuò)展，和廠商和編程語(yǔ)言獨(dú)立，獨(dú)立于平臺(tái)，可在任何操作系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.2JMS

JMS（Java Messaging Service）是Java平臺(tái)上的一種消息交換服務(wù)，主要采用面向消息的機(jī)制，利用Java應(yīng)用程序進(jìn)行消息交換包括產(chǎn)生、發(fā)送、接收消息，這樣可簡(jiǎn)化企業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。許多廠商都支持JMS服務(wù)。

3.3 REST

REST（Representational State Transfer）REST的意思是表征狀態(tài)轉(zhuǎn)移，是一種基于HTFP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用接口，并實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一風(fēng)格接口的服務(wù)，HTTP定義了get，head，put等標(biāo)準(zhǔn)方法，根據(jù)REST設(shè)計(jì)模式，可采用GET（獲?。?，POST（新增），PUT（更新），DELETE（刪除）服務(wù)。

3.4MQTT

MQTT（MessageQueueing Telemetry Transpoa Protocol）的全稱(chēng)是消息隊(duì)列遙感傳輸協(xié)議的縮寫(xiě)，是由IBM公司推出的一種基于輕量級(jí)代理的發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議，運(yùn)行在TCP協(xié)議棧之上。MQTT是一個(gè)輕型協(xié)議，專(zhuān)門(mén)用于機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）通信。MQTT使用基于TCP/IP協(xié)議的發(fā)布/訂閱消息轉(zhuǎn)發(fā)模式，使其聯(lián)網(wǎng)更容易。MQTT協(xié)議的中心是MQTT服務(wù)器或代理，支持發(fā)布程序和訂閱程序進(jìn)行訪問(wèn)。用戶(hù)可以使用MQTT構(gòu)建一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中各種傳感器都能夠以其傳感器獨(dú)有的消息形式發(fā)布傳感器值。制動(dòng)器能夠訂閱不同的消息，以據(jù)此采取措施。MQTT代理將處理從發(fā)布程序到訂閱程序的轉(zhuǎn)發(fā)消息。

3.5 HUAlVCEI平臺(tái)方案

華為是通信設(shè)備商，關(guān)注ICT技術(shù)，ICT技術(shù)的本質(zhì)就是連接世界，ICT技術(shù)涵蓋了信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)，而物聯(lián)網(wǎng)關(guān)開(kāi)發(fā)，正好符合ICT的目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)是碎片化市場(chǎng)，不同的行業(yè)有不同的應(yīng)用需求，也有不同的標(biāo)準(zhǔn)，為解決這些問(wèn)題，要把各類(lèi)應(yīng)用的共性提到一個(gè)很高的高度，這樣既能滿(mǎn)足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需求的邊緣智能設(shè)備，支持豐富的物聯(lián)接口和協(xié)議，集計(jì)算、存儲(chǔ)于一體，從底層框架上解決物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通問(wèn)題，打破不同產(chǎn)品、協(xié)議、行業(yè)之間的壁壘，為整個(gè)loT產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供解決方案。華為提供的NB-IoT（窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）解決方案，提供無(wú)處不在的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，在智能抄表，智能停車(chē)、物流跟蹤和智慧城市等領(lǐng)域，另外通過(guò)華為提供云化的loT聯(lián)接管理平臺(tái)，具備數(shù)據(jù)管理、聯(lián)接管理、運(yùn)營(yíng)管理、安全和API開(kāi)放的特性；同時(shí)華為提供的HuaweiHteOS輕量級(jí)開(kāi)源物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，智能物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使物聯(lián)網(wǎng)終端開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單化、互聯(lián)的便捷性、業(yè)務(wù)智能化、體驗(yàn)順暢化、數(shù)據(jù)的安全性方面都進(jìn)行了全盤(pán)考慮，另外Huawei LiteOS通過(guò)開(kāi)源模式，并提供統(tǒng)一開(kāi)放的AH，幫助開(kāi)發(fā)者快速開(kāi)發(fā)智能家居、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、智能制造等物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

3.6高通QCA4002及QCA4004

移動(dòng)及物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代最大的優(yōu)勢(shì)廠商高通創(chuàng)銳訊新近推出了用于物聯(lián)網(wǎng)的芯片QCA4002及QCA4004，區(qū)別于以往的IoE的芯片，它是一款單芯片解決方案，不再像以往那樣，物聯(lián)網(wǎng)芯片是需要依賴(lài)主芯片的MCU來(lái)進(jìn)行應(yīng)用處理的，QCA4004自身帶有MCU組件，擴(kuò)展的存儲(chǔ)部分和加強(qiáng)的CPU，滿(mǎn)足簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景（senaraios），可以由該款芯片獨(dú)立處理。其特色是它不再是簡(jiǎn)單的芯片，也不僅僅具備通訊功能，而是一個(gè)硬件平臺(tái)，其上不僅集成MCU、CPU、存儲(chǔ)，還集成了各種豐富的接口，是一款SoC芯片系統(tǒng)；同時(shí)它提供軟件接口平臺(tái)，軟件開(kāi)發(fā)上不僅有DSP、WiFi Driver、TCP/IP、各種協(xié)議棧，還考慮了安全等問(wèn)題，也可以說(shuō)是一款功能強(qiáng)大的軟件平臺(tái)。同時(shí)在物聯(lián)網(wǎng)所需要的低功耗上，如芯片在睡眠狀態(tài)的最低功耗可低至5毫安，而處在驚醒狀態(tài)的通知功耗也不高于130毫安，高通將其稱(chēng)之為GreenTX。

物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備千差萬(wàn)別，所以采用中間件架構(gòu)，開(kāi)發(fā)者不必再去關(guān)心芯片底層的東西，是使用Wi-Fi協(xié)議，還是使用藍(lán)牙技術(shù)，他們需要考慮的，則聚焦于各類(lèi)特殊的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如開(kāi)源軟件All Jvon平臺(tái)，使開(kāi)發(fā)更容易；同時(shí)，不同的設(shè)備廠商使用同樣的中間件，能夠互通互聯(lián)，這對(duì)于萬(wàn)物互聯(lián)是至關(guān)重要的。

QCA4002/4004平臺(tái)是一個(gè)開(kāi)源架構(gòu)的軟件平臺(tái)，基于這個(gè)開(kāi)源的平臺(tái)，用戶(hù)可獨(dú)立部署自己的上層App以實(shí)現(xiàn)對(duì)自己產(chǎn)品更好的管理。AllJoyn支持豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

4結(jié)論

萬(wàn)物互聯(lián)（Intemet 0fEverthing）是用戶(hù)和廠商共同為之奮斗的目標(biāo)，如何方便的、快速的、并極大改善并深入到生活每個(gè)角落，將是令人向往、值得為之努力的。

但30多年過(guò)去了，IoE與理想目標(biāo)仍有巨大差距，有觀點(diǎn)認(rèn)為，直到2013年，才可以說(shuō)進(jìn)入了物聯(lián)網(wǎng)元年，其特征是接人互聯(lián)網(wǎng)的各類(lèi)“東西”數(shù)量有了顯著提升。但這僅僅是聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量，IoE目標(biāo)的真正實(shí)現(xiàn)，主要是靠某些行業(yè)的應(yīng)用突破，這個(gè)突破可能在改善人們的生活或安全或智能化方面取得更好發(fā)展，并對(duì)真正的物聯(lián)需求進(jìn)行深度挖掘才得以實(shí)現(xiàn)，比如垃圾的無(wú)害化處理，環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)的聯(lián)網(wǎng)，使霧霾天氣減少，使我們喝的水更清，無(wú)污染等。最后應(yīng)用場(chǎng)景（scenarios）越發(fā)清晰，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更有針對(duì)性。物聯(lián)網(wǎng)使用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，使人們的生活、工作、教育、娛樂(lè)等等向物聯(lián)網(wǎng)靠近。

同時(shí)技術(shù)層面上，采用更多面向應(yīng)用的輕量級(jí)協(xié)議，使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期更短，成本更低，更低的功耗；其次，這些聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能需要的數(shù)據(jù)傳輸速率更低、聯(lián)網(wǎng)的次數(shù)更低，在某些場(chǎng)景下，一天只是接入網(wǎng)絡(luò)幾次，接人速度也只要幾十K或幾K，成本大大降低。