物联网平台技术漫谈
本文整理自PTR集团首席科学家Mike Anderson的报告《TECHNICAL TRADE-OFFS OF IOT PLATFORMS》
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VxWorksLinux/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 HomeKitZigBee AllianceZ-Wave AllianceIoTivityAllSeen 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 80.15.4IPv4/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 KBFlash < 1-2 MBCPU < 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 AppApple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 /certified-productsThread组织
Thread组织成立于，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 – 开源平台，支持Linux，Android，Windows，iOS ThingSpeak – 开源API，使用XML, JSON, REST协议 Eclipse基金 – /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
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 PiIIoT平台 – Xively
原名Pachube， CosmLogMeln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
原名Device CloudDigi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，被供应商绑定如果觉得《物联网平台技术漫谈》对你有帮助，请点赞、收藏，并留下你的观点哦！
