工程師選擇物聯(lián)網(wǎng)管理軟件時需要了解的通信協(xié)議 - 全文

　　物聯(lián)網(wǎng)通信的失敗之處

　　工程師們能設計出最完美的產(chǎn)品，把它接入物聯(lián)網(wǎng)。然而，如果這款產(chǎn)品與其它產(chǎn)品的交互沒有做好，那就很難在市場中立足。

　　據(jù)PlumChoice的報道，三分之二的物聯(lián)網(wǎng)設備的潛在用戶總是被各種原由所阻礙。每七個物聯(lián)網(wǎng)設備購買者中就會有一人退貨 —— 其中超過半數(shù)的人表示再也不會購買該品牌的產(chǎn)品。

　　“盡管創(chuàng)新聯(lián)網(wǎng)家居和物聯(lián)網(wǎng)設備帶來了巨大的機會，但是企業(yè)并沒有幫助用戶把這些產(chǎn)品很好地整合到現(xiàn)有的復雜技術環(huán)境中去”，PlumChoice的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)副總裁Steve Thompson說到。

　　物聯(lián)網(wǎng)將物體串聯(lián)到了一起。然而，AVnu聯(lián)盟董事會主席、Cisco物聯(lián)網(wǎng)解決方案架構師Paul Didier解釋說，很多物聯(lián)網(wǎng)設備由于網(wǎng)絡協(xié)議兼容性和權限限制的原因，在未連接的網(wǎng)絡中仍處于割裂的狀態(tài)?！坝辛宋锫?lián)網(wǎng)之后，大量核心系統(tǒng)設備應用不再會這樣被隔離了，比如大數(shù)據(jù)分析”，他說，“關鍵在于網(wǎng)絡的聚合?！?/p>

　　為了連接這些割裂的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡，工程師們往往需要某種整體管理軟件來駕馭這一切。但是，物聯(lián)網(wǎng)便捷聚合并不如聽起來這么輕松。

　　“無需預購買產(chǎn)品和持續(xù)的支持，‘物品’制造商正在探索一條漫長的道路，涉及到大量難以滿足的客戶和許多非質(zhì)量問題的退貨”，Thompson說，“我們需要幫助人們從這些投資中獲得真正的價值 —— 回報則來自品牌的成功”。

　　網(wǎng)絡的網(wǎng)絡

　　“物聯(lián)網(wǎng)管理軟件包含了大量復雜的功能，”Autodesk的物聯(lián)網(wǎng)總監(jiān)Bryan Kester說，“大多數(shù)功能都是理想的，但并不都是必需的?！?/p>

　　當真正去實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)時，工程師面對的是一團糟的概念、工具和技術。包括但不限于以下：

　　用于收集數(shù)據(jù)的遠程固件和固件管理軟件

　　物聯(lián)網(wǎng)設備監(jiān)控軟件

　　云或服務器上的數(shù)據(jù)存儲

　　用于評估和優(yōu)化系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析

　　用于推動更新的物聯(lián)網(wǎng)設備的版本控制

　　“物聯(lián)網(wǎng)控制是非常廣泛的概念，”AVnu聯(lián)盟主席、國家儀器高級經(jīng)理托德沃爾特補充說，“管理軟件、管理軟件之間存在一些共性，它們對終端節(jié)點有管理的概念，以及支持它們的龐大社區(qū)。但如今還沒有獨立管理協(xié)議 —— 沒有能夠包攬一切的。我認為這將取決于市場，看看是否有需求?！?/p>

　　正如前面提到的，許多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品將有自己的專用軟件將設備連接到互聯(lián)網(wǎng)，管理數(shù)據(jù)和控制產(chǎn)品。Didier解釋說，如果能夠兼容的話，物聯(lián)網(wǎng)管理軟件在這些分離的網(wǎng)絡上又加了一層通信。

　　這層網(wǎng)絡的網(wǎng)絡仍舊讓每個軟件控制各自的物品。主要的區(qū)別在于這個網(wǎng)絡的網(wǎng)絡將允許用于大數(shù)據(jù)，優(yōu)化和系統(tǒng)控制的通信協(xié)議被使用。

　　微軟Azure IoT架構（圖片來自微軟）

　　亞馬遜、微軟和PTC配置

　　例如，微軟Azure和亞馬遜網(wǎng)絡服務（AWS）期待通過云平臺進行連接和管理。與樞紐的通信是通過HTTPS和MQTT協(xié)議完成，必要時會用到自定義網(wǎng)關。微軟Azure也可以使用AMQP協(xié)議。然而，如果你的設備不兼容這些協(xié)議，那么它們也將不兼容Azure和AWS。

　　AWS眼里的物聯(lián)網(wǎng)

　　“你部署了事件樞紐，添加了設備，并且將各式各樣的識別接入樞紐，”微軟Azure的技術專家Ken Patterson說。“也有一些可供你使用的第三方工具，比如樹莓派。然后你可以用開發(fā)環(huán)境和Arduino與之相連。這樣，你的Apple、Android和Windows移動設備都被整合在一起，用來控制或者作為傳感器?！?/p>

　　另一個領先的物聯(lián)網(wǎng)管理軟件是PTC的ThingWorx。ThingWorx是把自己定位為物聯(lián)網(wǎng)管理軟件的一種無關協(xié)議的選擇?！癟hingWorx平臺的核心是一個綜合的建模環(huán)境，同時為模型里的‘物品’生成REST API，”ThingWorx的物聯(lián)網(wǎng)技術副總裁Joe Biron說，“REST API不僅允許對物聯(lián)網(wǎng)設備的管理，也允許基于不同的云系統(tǒng)之間的通信，使物聯(lián)網(wǎng)的應用可以擴展到其它領域，如CRM （Salesforce）、cellular （Jasper） 等等。

　　然而，ThingWorx將不會如你所愿那樣簡單。工程師或者專業(yè)人員仍需要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)連接，創(chuàng)建儀表板，保證系統(tǒng)的正常運行。

　　如何選擇物聯(lián)網(wǎng)管理軟件

　　許多試圖整合物聯(lián)網(wǎng)的頂級玩家的名字都耳熟能詳。這是因為他們很可能已經(jīng)是另一個垂直技術領域的主要參與者。

　　工程師希望他們的產(chǎn)品能兼容的物聯(lián)網(wǎng)管理軟件選項將會決定物聯(lián)網(wǎng)設備的協(xié)議選擇。在做出這個決定的時候，工程師應該注意他們的管理軟件的使用場景和最終的用戶，這些用戶可能就是他們自己。下表列出了一些工程師常用物聯(lián)網(wǎng)管理軟件選擇。

　　例如，一個產(chǎn)品開發(fā)團隊可能要跟蹤他們的產(chǎn)品是如何與客戶互動的。這個數(shù)據(jù)可以用來改善未來的產(chǎn)品設計。因此，他們可能想選擇一個集成了設計軟件的物聯(lián)網(wǎng)管理軟件，如PTC或Autodesk。

　　那么，你如何確定使用哪些物聯(lián)網(wǎng)管理軟件，或者你可以借助誰來自己創(chuàng)造一個呢？Didier認為一個不錯的出發(fā)點就是過去的IT合作伙伴。

　　PTC和Autodesk的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

　　工程師們可能希望看到他們的設計軟件供應商可能提供的物聯(lián)網(wǎng)選項。例如，PTC已投資超過7億5000萬美元用于物聯(lián)網(wǎng)。PTC因此也已經(jīng)積累了大量的物聯(lián)網(wǎng)技術。而Autodesk最近推出了SeeControl產(chǎn)品。顯然，這兩家設計公司肯定會發(fā)布很多新聞，他們的競爭對手肯定也會跟進。

　　然而，由于沒有物聯(lián)網(wǎng)管理軟件是包羅萬象的，“有時需要有兩個系統(tǒng)，”Kester指出?！捌渲杏幸恍┊a(chǎn)品提供了開發(fā)的、云端可用的接口，或是同類的功能。然而，目前還沒有全套完善的物聯(lián)網(wǎng)軟件供應商，有些系統(tǒng)只是在數(shù)據(jù)共享方面做的更多些?！?/p>

　　物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準化可能如何影響我的管理軟件呢？

　　認為物聯(lián)網(wǎng)管理軟件重要的一種主流原因是缺少物聯(lián)網(wǎng)的標準化。許多產(chǎn)品設計師卻傾向于生產(chǎn)自主控制的軟件，所以問題越來越嚴重了。

　　“在云端，耗費很大的力氣把數(shù)據(jù)整合在一起，但是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展卻沒有跟上”，Didier說，“我們還沒想好如何使用各個供應商之間的不同系統(tǒng)和應用產(chǎn)品?！?/p>

　　然而，在物聯(lián)網(wǎng)社區(qū)是有希望實現(xiàn)標準化的，并且正在以幾種方式推進。緊跟物聯(lián)網(wǎng)標準化的形勢，能夠確保你的設備實現(xiàn)彎道超車，主導市場。

　　物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準化方案之一：行業(yè)協(xié)會

　　物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)標準化的首要來源是行業(yè)協(xié)會。協(xié)會確保所有成員單位生產(chǎn)的產(chǎn)品都相互兼容。一些領先的協(xié)會和標準化組織包括AVnu聯(lián)盟、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會（IIC）、ODVA和Z-Wave。

　　因此，加入行業(yè)協(xié)會并且確保使用的所有管理軟件都支持他們的協(xié)議不失為擴大產(chǎn)品兼容性的好辦法。而且，如果你選擇創(chuàng)建自己的專有管理軟件，他們的協(xié)議將是一個很好的出發(fā)點。

　　每個聯(lián)盟制定的協(xié)議均對多種場景做了優(yōu)化。如果某個協(xié)會制定的標準符合你的使用場景，你們最好去加入這個協(xié)會。

　　例如，AVnu聯(lián)盟專注于確保工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)各個節(jié)點間控制和分析的時間同步。

　　“AVnu聯(lián)盟的做法是將IEEE標準用于對時間敏感的網(wǎng)絡（TSNs），確保設備之間的可操作性和可靠性，”Didier說到，“這類似于WIFI聯(lián)盟對802.11協(xié)議多媒體訪問控制的做法。他們創(chuàng)建的網(wǎng)絡使你可以隨時隨地用任何設備連接。我們要在工業(yè)應用上對TSNs做同樣的事情。”

　　TSN結構圖，圖片來自國家儀器（NI）

　　Didier表示IIC和德國的Industrie 4.0都已經(jīng)投入了相當大的努力，但目前還沒有哪家協(xié)會提出了一個完整的物聯(lián)網(wǎng)標準方案。

　　“盡管他們兩家都沒有確定完整的架構形式以及關鍵的技術，但他們已經(jīng)有了規(guī)劃綱要”，他解釋說，“Industrie 4.0朝著TSN方向匯聚網(wǎng)絡，并且開放通訊平臺用于大空間跨度下的數(shù)據(jù)傳輸和更大的業(yè)務流程運行。此外，IIC發(fā)表了一篇論文來概述一種參考架構，文中包括了關鍵的技術及標準。但他們?nèi)匀恍枰_定今年的發(fā)展計劃。AVnu聯(lián)盟將幫助他們確保工業(yè)設備與這些網(wǎng)絡的融合?！?/p>

　　物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準化方案之二：依托互聯(lián)網(wǎng)的標準

　　因為所有的事情最終都會落在互聯(lián)網(wǎng)上，一些機構正在試圖借助互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議來標準化。

　　“在很多情況下，物聯(lián)網(wǎng)設備都使用標準化的協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)”，Patterson解釋說。“對于物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議本身的標準化，都在求同存異地進行整合。例如，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)關可以將多個傳輸協(xié)議整合到多個位置。”

　　Walter認為物品聯(lián)網(wǎng)之后會逐漸地標準化。他認為以太網(wǎng)可能是一個解決方案。他說：“這些產(chǎn)品接入標準的以太網(wǎng)是完成聚合的關鍵一步。然后我們可以來利用這些標準的以太網(wǎng)通信。我們認為這將有助于在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信的聚合。”

　　如果他們最終都被納入標準的位置或通訊協(xié)議，那么物聯(lián)網(wǎng)標準化需要做到什么程度呢？畢竟，微軟Azure和AWS已經(jīng)使用HTTPS和MQTT協(xié)議連接了多個物聯(lián)網(wǎng)設備。

　　物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準化方案之三：來自用戶和市場的壓力

　　用戶希望自己的物聯(lián)網(wǎng)設備能夠?qū)崿F(xiàn)他們的預期設想。所以，“你會看到更多交互友好的物聯(lián)網(wǎng)接口”，N3的Chuck McDaniel說，“從消費者的角度來看，他們會想要一個簡單的東西來完成這些分析。”

　　不幸的是，市場并不總是一味地迎合用戶的需求?！百Y本一直反對任何的標準化以及任何管理機構的掌控”，Kester說?！叭绻憧纯匆粋€開放和自由的標準系統(tǒng)，比如安卓操作系統(tǒng)，你會看到它出現(xiàn)了多個分叉，分為手機制造商分枝、電視劇制造商分枝，甚至將其用于物聯(lián)網(wǎng)控制器的工業(yè)制造商也作為一個分枝。他們可以被任意修改來實現(xiàn)獨特的目的，在設備上捆綁他們想推銷的應用和服務，使得其競爭者的產(chǎn)品無法適用于他們自己的產(chǎn)品。”

　　這是一個有趣的觀點。當明確指定一種標準，比如安卓操作系統(tǒng)，和用戶對兼容性的需求，市場仍然會決定拆分成許多標準，以滿足自己的壟斷需求。

　　“在科技行業(yè)，公司之間經(jīng)常既是競爭者又是合作者，因為他們知道合在一起可以做一個更大的市場”，Kester哀嘆，“這就是為什么在過去的20年里，科技行業(yè)的進步和發(fā)展都是如此的驚人。工業(yè)生產(chǎn)商還沒有這種意識。”

　　由于這種物聯(lián)網(wǎng)標準化的方法似乎更像是一種規(guī)格戰(zhàn)爭，工程師們應該密切關注這場戰(zhàn)爭的鐘擺擺動方向。

　　物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準化方案之四：標準化物聯(lián)網(wǎng)芯片

　　Kester提出的另一種建議是在芯片的級別上實現(xiàn)標準化?！斑@可能是最佳選擇之一 —— 物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議由使用的嵌入式系統(tǒng)和工具來決定”，他說，“然而，市面上有各式各樣的物品，使用不同的微處理器，他們的操作方式都有著局限性”。

　　并不是所有的物聯(lián)網(wǎng)設備硬件都會有相同的處理器功率或內(nèi)存。因此，許多低功率的產(chǎn)品需要極簡單的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，否則它們將無法承受。而具有更多的計算能力的芯片卻需要更大的功率來支持。那么，若在芯片級別實現(xiàn)一種一勞永逸的標準化方案，其自身就有很多的弊病。

　　使用這種策略的一組有趣嘗試是Marvell和Google Weave，最近他們發(fā)布了一系列插拔式芯片套裝，稱為Google Weave-ready。盡管這個特殊的芯片可能無法獲得足夠大的推動力來征服市場，但它肯定會簡化物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期。

　　如果有一個連接到管理軟件的芯片能滿足你的需求，它可能會減少你產(chǎn)品進入市場的時間。但你應該確保這個解決方案符合你的終端用戶和物聯(lián)網(wǎng)的使用情況。

　　物聯(lián)網(wǎng)標準化 —— 拖延的代價

　　設計團隊的產(chǎn)品投入市場的時間越晚，管理軟件將會更便宜和更完美，尤其是隨著標準化不斷地完善。

　　這看起來可能很有吸引力，但它卻是一把雙刃劍。首先，并不能保證是標準化的。此外，在物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)過程中可能錯失良機。

　　“整合的過程中存在很多的機遇”，Walter說，“一旦等到塵埃落定，你再姍姍來遲，就失去了競爭力?！?/p>

　　原文：What Engineers Need to Know about Communication Protocols When Choosing IoT Management Software

　　翻譯：趙屹華 審核：劉帝偉