跨OSI模型的物聯(lián)網(wǎng)互操作

開(kāi)放系統(tǒng)互連 （OSI） 模型是互聯(lián)網(wǎng)通信的基礎(chǔ)，包括連接到物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的設(shè)備。但是，插入該框架的各種現(xiàn)有通信技術(shù)和協(xié)議導(dǎo)致了嚴(yán)重的互操作性問(wèn)題，這通常迫使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商和最終用戶在 OSI 模型的各個(gè)層采用一種或另一種連接方法，使行業(yè)處于圍繞一些普遍存在的技術(shù)進(jìn)行整合或接受可能存在于逐個(gè)垂直或逐個(gè)應(yīng)用基礎(chǔ)上的碎片化的十字路口。

在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和連接公司 Infiswift 的首席技術(shù)官 Sarva Thulasingam 的采訪中，討論了一種不可知的通用數(shù)據(jù)格式的潛力，它可以規(guī)避 OSI 堆棧上下的互操作性問(wèn)題。

當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)中使用了哪些領(lǐng)先的連接/通信技術(shù)？

THULASINGAM：如果您查看 OSI 模型和通信堆棧，在物理鏈路層，Wi-Fi、藍(lán)牙、低功耗廣域網(wǎng) （LPWAN） 和 GPRS 是正在使用的通信技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)層，我們看到大量使用 IPv4 和 IPv6。在傳輸層，我們看到 TCP，但也有一些客戶使用 UDP 服務(wù)器，因此我們必須有一個(gè)與 TCP 和 UDP 兼容的客戶端。在表示層，它幾乎是輕量級(jí)表示協(xié)議 （LPP）、X.25 數(shù)據(jù)包組裝/反匯編協(xié)議等。在應(yīng)用層，MQTT 等基于發(fā)布/訂閱的協(xié)議占主導(dǎo)地位。我們還看到類似 Google 的大公司使用 HTTP 之類的請(qǐng)求/響應(yīng)協(xié)議，當(dāng)然他們也有自己的協(xié)議，例如 Weave，它們也在使用。

根據(jù)用例，技術(shù)因部門而異。這是物聯(lián)網(wǎng)部署中非常重要的決策點(diǎn)，因?yàn)楸娝苤?，通信技術(shù)正在快速發(fā)展，而農(nóng)民或車隊(duì)經(jīng)理不具備適應(yīng)這種不斷變化的環(huán)境的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。這就是為什么在 Infiswift，我們嘗試通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接抽象平臺(tái)和軟件來(lái)解決互操作性問(wèn)題，這些平臺(tái)和軟件可以幫助過(guò)渡到更新的和可能節(jié)省成本的技術(shù)。

鑒于目前與物聯(lián)網(wǎng)通信相關(guān)的技術(shù)數(shù)量眾多，行業(yè)是否需要確定一些特定標(biāo)準(zhǔn)，還是我們應(yīng)該接受碎片化并開(kāi)發(fā)解決方案來(lái)解決它？

THULASINGAM：我們相信物聯(lián)網(wǎng)中的互操作性將在不同層以不同方式解決。例如，在物理層，如果一臺(tái)設(shè)備使用 ZigBee 而另一臺(tái)使用藍(lán)牙，則需要某種橋接器讓它們相互操作。同樣在協(xié)議層，一個(gè)使用 MQTT 的設(shè)備和另一個(gè)使用 HTTP 的設(shè)備可以通過(guò)使用協(xié)議適配器進(jìn)行互操作。

不同的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議和簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)做了大量工作，因此您不斷看到正在開(kāi)發(fā)的新協(xié)議，MQTT 就是一個(gè)完美的例子?，F(xiàn)有協(xié)議也以新的方式組合，定義了輕量級(jí)協(xié)議。

除了通信層的所有這些橋接器和適配器之外，我們還需要應(yīng)用層的互操作性。例如，我們?nèi)绾未_保來(lái)自特定制造商的傳感器與來(lái)自另一個(gè)供應(yīng)商的設(shè)備網(wǎng)關(guān)通信，并最終通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到由另一個(gè)供應(yīng)商運(yùn)營(yíng)的云后端？對(duì)我來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用層，互操作性還不成熟。尤其是數(shù)據(jù)格式方面的工作并未在各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化小組中看到相同水平的一致性。

Infiswift 的愿景是開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放的語(yǔ)義模型，以與編碼無(wú)關(guān)、與協(xié)議無(wú)關(guān)和與硬件架構(gòu)無(wú)??關(guān)的方式表示設(shè)備的狀態(tài)、配置、屬性、行為等。我們打算將此模型用于我們所有的機(jī)器對(duì)機(jī)器 （M2M） 通信，以便我們可以推動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中設(shè)備的語(yǔ)義理解和控制，并且還可以在未來(lái)與任何其他網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備進(jìn)行互操作包含開(kāi)放語(yǔ)義模型。我們已經(jīng)為與協(xié)議無(wú)關(guān)的通用數(shù)據(jù)格式申請(qǐng)了專利，但作為一個(gè)行業(yè)，圍繞不同框架的語(yǔ)義如何互操作，還有大量工作要做。

關(guān)于數(shù)據(jù)格式你能告訴我什么？

THULASINGAM：這是一個(gè)完整的問(wèn)題，所以我會(huì)保持高水平。讓我將 IoT 通信堆棧分解成更小的塊并討論該方法。

歸根結(jié)底，物聯(lián)網(wǎng)通信是 M2M。物聯(lián)網(wǎng)術(shù)語(yǔ)中的機(jī)器可以是現(xiàn)實(shí)世界中的一個(gè)簡(jiǎn)單傳感器，它與手持計(jì)算機(jī)或平板電腦通信，通過(guò)儀表板顯示有關(guān)連接設(shè)備行為的信息。將傳感器數(shù)據(jù)傳遞給相關(guān)方或設(shè)備的通信技術(shù)層包括：

1、一、傳感器到消息設(shè)備的通信。 傳感器到消息傳遞設(shè)備的通信涉及傳感器本身，它從根本上說(shuō)是一臺(tái)非常低端的計(jì)算機(jī)，具有非常少的計(jì)算，通常經(jīng)過(guò)優(yōu)化以收集測(cè)量值。傳感器平臺(tái)還包括某種無(wú)線訪問(wèn)機(jī)制和通過(guò)遠(yuǎn)程服務(wù)器或設(shè)備發(fā)送讀數(shù)的硬件。在許多情況下，使用簡(jiǎn)單且廉價(jià)的技術(shù)（例如低功耗藍(lán)牙 （BLE））將一組鄰近傳感器連接到本地網(wǎng)關(guān)設(shè)備，該網(wǎng)關(guān)設(shè)備充當(dāng)消息傳遞客戶端，封裝傳感器讀數(shù)并將其發(fā)送到下一層物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)中的處理。這是消息設(shè)備通信的傳感器，我們所做的實(shí)際上是建立在與通信技術(shù)無(wú)關(guān)的抽象層之上，該層將幫助客戶超越將傳感器連接到消息傳遞設(shè)備所需的各種硬件和軟件堆棧。換句話說(shuō)，我們正在編寫(xiě)一種在我們的客戶端軟件上運(yùn)行的 shim 層，負(fù)責(zé)將來(lái)自不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可以傳輸?shù)轿覀兊暮蠖嗽七M(jìn)行分析等的單一格式。

2、下一部分是消息設(shè)備到消息網(wǎng)關(guān)的通信。 消息傳遞網(wǎng)關(guān)通常是比傳感器更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，并且能夠以更高的帶寬速率進(jìn)行更遠(yuǎn)距離的傳輸。通常，這是一個(gè)可選層，但是可以根據(jù)設(shè)備的位置、成本和規(guī)模（以及正在部署的系統(tǒng)架構(gòu)）使用各種最后一英里訪問(wèn)技術(shù)來(lái)連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，然后為與其連接的所有設(shè)備提供 Internet 或云訪問(wèn)。對(duì)于消息傳遞設(shè)備到消息傳遞網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序，Infiswift 方法是隱藏底層最后一英里訪問(wèn)技術(shù)的復(fù)雜性，并提供一致和豐富的抽象任何消息傳遞設(shè)備，以便它可以使用各種機(jī)制通過(guò)消息傳遞網(wǎng)關(guān)無(wú)縫連接到云。

3、堆棧中的下一個(gè)部分是消息設(shè)備到云通信。 在這里，消息設(shè)備（或消息網(wǎng)關(guān)）封裝傳感器讀數(shù)并將其發(fā)送到負(fù)載均衡的云服務(wù)器，在 MQTT 等方面也稱為消息代理。這里使用的典型通信技術(shù)范圍從會(huì)話層的 MQTT 到 TCP /IP 在傳輸和網(wǎng)絡(luò)層到 GSM、GPRS 和 LTE 作為典型的物理和鏈路訪問(wèn)技術(shù)，以到達(dá)云連接的服務(wù)器。有幾個(gè)高度安全、可用和連接不可知的云平臺(tái)，用于消息設(shè)備到云連接服務(wù)器通信，可以提供物聯(lián)網(wǎng)消費(fèi)者所需的連接和數(shù)據(jù)管理功能，包括 AWS、Microsoft Azure、谷歌云和裸機(jī)。

4、最后一塊是云代理到感興趣的機(jī)器通信。具有豐富分析和報(bào)告功能的高度安全的通信機(jī)制為工業(yè)機(jī)器提供已轉(zhuǎn)換為云中有用信息的數(shù)據(jù)。Infiswift 平臺(tái)通過(guò)我們各種云組件中的多租戶來(lái)支持這一點(diǎn)，其中包括隱私條款、數(shù)據(jù)和處理分離等。

什么會(huì)阻止您建議的開(kāi)放語(yǔ)義框架遇到與物聯(lián)網(wǎng)通信在其他地方發(fā)生的相同的碎片問(wèn)題？

THULASINGAM：我們正在考慮將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于不同的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。我們正在關(guān)注的組織之一是開(kāi)放移動(dòng)聯(lián)盟輕量級(jí) M2M （OMA-LWM2M）工作組，因?yàn)槲覀儗?duì)他們圍繞單個(gè)對(duì)象模型針對(duì)不同互操作性場(chǎng)景所做的工作感興趣。OMA 聯(lián)盟最初為移動(dòng)設(shè)備制定標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在正在將該用例擴(kuò)展到不同種類的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，尤其是邊緣設(shè)備。

此外，我們正在研究IPSO 聯(lián)盟的 Starter Pack、ZigBee 聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的集群庫(kù)，當(dāng)然還有開(kāi)放連接基金會(huì) （OCF），它正在做一些通用即插即用 （UPNP） 管理和控制規(guī)范。

這些是我們正在研究的一些明顯的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，我們希望與已經(jīng)專注于這些領(lǐng)域的各種參與者合作，看看我們可以如何做出貢獻(xiàn)。

審核編輯：郭婷