• 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

  
  

• 設(shè)備端的開(kāi)發(fā)

  
  

• 不需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

  
  

• 需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

  
  

• WiFi類(lèi)設(shè)備

  
  

• 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)

  
  

• 業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

  
  

物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)被炒了好多年了，奇怪的是：市場(chǎng)中對(duì)這個(gè)概念的反應(yīng)總是不慍不火。

隨著5G 的迅速普及，不知道是否能夠再次把這個(gè)領(lǐng)域帶火起來(lái)。

但是不管怎樣，很多大學(xué)已經(jīng)把物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)專(zhuān)業(yè)給坐實(shí)了。

前幾天，一位大一的小伙伴私信我：進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)已經(jīng)快一年時(shí)間了，卻不知道以后出去干什么？

這篇文章，我們就從開(kāi)發(fā)者的角度，來(lái)簡(jiǎn)單看一下物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)領(lǐng)域使用了哪些技術(shù)棧、有哪些開(kāi)發(fā)工作。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

這張圖從開(kāi)發(fā)者的角度，展示了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的各種角色，包括它們之間的通信。

如果從軟件開(kāi)發(fā)崗位的角度來(lái)對(duì)這幾個(gè)模塊進(jìn)行劃分的話(huà)，這個(gè)系統(tǒng)中主要包括：

1. 前端、后端開(kāi)發(fā)：負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和業(yè)務(wù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā);

   
   

2. 嵌入式軟件：主要是設(shè)備端的開(kāi)發(fā)，這部分根據(jù)使用的不同技術(shù)(或者說(shuō)硬件模塊)，又可以分為很多不同的子領(lǐng)域;

   
   

3. 移動(dòng)端開(kāi)發(fā)：Android APP, iOS APP, H5 小程序，還有目前的鴻蒙系統(tǒng)APP。

   
   

設(shè)備端的開(kāi)發(fā)

這里描述的設(shè)備，還是屬于比較狹隘的范疇，僅僅包含了具有通信功能的物理硬件實(shí)體。

如果從廣義的物聯(lián)網(wǎng)來(lái)看，任何物品，只要能夠接入網(wǎng)絡(luò)，都可以稱(chēng)之為設(shè)備，或者稱(chēng)之為 thing。

比如：把一件衣服附上一個(gè)電子標(biāo)簽，也是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)小分子。

我們這里，仍舊以傳統(tǒng)意義上的設(shè)備來(lái)講解，比如：智慧路燈，智能手表，智能家居里的門(mén)磁、報(bào)警器等等。

對(duì)設(shè)備端的開(kāi)發(fā)進(jìn)行分類(lèi)的話(huà)，從通信方式這個(gè)角度來(lái)進(jìn)行劃分比較清晰。

一個(gè)設(shè)備要想接入到網(wǎng)絡(luò)，肯定需要通信功能，包括：有線(xiàn)通信，無(wú)線(xiàn)通信。

在一些傳統(tǒng)行業(yè)，或者對(duì)通信質(zhì)量要求比較高的場(chǎng)景下，部署有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)還是比較常見(jiàn)的，例如一些工業(yè)場(chǎng)景中。

對(duì)于一些民用領(lǐng)域，大部分還是以無(wú)線(xiàn)通信為主。

1. 不需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

這一類(lèi)設(shè)備，利用 2G/3G/4G 基站來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，產(chǎn)品的形態(tài)是：

也就是 單片機(jī) 通信模塊的方式。

通信模塊包括：GPRS 模塊、4G 模塊、NB-IoT 等等。

在開(kāi)發(fā)這一類(lèi)產(chǎn)品的時(shí)候，單片機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)品的功能部分；通信模塊負(fù)責(zé)通信部分。

單片機(jī)與通信模塊之間，在硬件上通過(guò) UART 口通信居多，在協(xié)議上可以通過(guò)AT指令，或者其他的一些專(zhuān)有協(xié)議。

近幾年，在傳統(tǒng)的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品上，添加一個(gè)通信模塊，讓產(chǎn)品達(dá)到連網(wǎng)的功能，還是比較流行的。

這一類(lèi)的產(chǎn)品的軟件開(kāi)發(fā)工作，與一般的單片機(jī)開(kāi)發(fā)并無(wú)兩樣。無(wú)非是增加了一些通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)上報(bào)數(shù)據(jù)，或者從網(wǎng)絡(luò)接收控制指令。

只要熟悉所使用的通信協(xié)議即可。

上面的這種產(chǎn)品形態(tài)，需要對(duì)硬件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，比較適合從零開(kāi)始的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

那么對(duì)于那些已有的產(chǎn)品，如果想連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，但是又不想重新設(shè)計(jì)，又該怎么辦呢？

有需求就有供給！

比如：一些掃地機(jī)、吸塵器的廠(chǎng)商，由于找不到其他可以創(chuàng)新、突破的點(diǎn)，于是就開(kāi)始內(nèi)卷，紛紛加上連網(wǎng)的功能。

他們直接在產(chǎn)品中，添加一個(gè)ESP8266或者ESP32模組，就立刻升級(jí)成一個(gè)智能產(chǎn)品，多么高大上。當(dāng)然了， 價(jià)格也同樣高大上起來(lái)了！

ESP8266或者ESP32與一般的通信模組有一點(diǎn)不一樣：它是一個(gè)完整的單片機(jī)，只不過(guò)它們的主要用途就是專(zhuān)門(mén)用來(lái)解決通信問(wèn)題，而不是一般的功能控制。

2. 需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備

如果提到智能家居，可能大部分的人會(huì)想到一個(gè)詞語(yǔ)ZigBee，這是一個(gè)局域網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，大概在2005年左右就開(kāi)始在智能家居中嶄露頭角了。

與ZigBee類(lèi)似的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議還有：ZWave、RF433、BLE等等。

它們的作用都是類(lèi)似的：都是為了讓多個(gè)設(shè)備能夠組網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)之間以多跳的方式傳輸數(shù)據(jù)，達(dá)到通信的目的。

這些數(shù)據(jù)最終會(huì)匯總到一個(gè)叫做網(wǎng)關(guān)的設(shè)備，然后與云端的服務(wù)器進(jìn)行通信。

這一類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，包括：網(wǎng)關(guān)開(kāi)發(fā) 和 設(shè)備開(kāi)發(fā)這兩種。

網(wǎng)關(guān)的開(kāi)發(fā)稍微復(fù)雜一些。從功能上來(lái)說(shuō)，網(wǎng)關(guān)需要實(shí)現(xiàn)：

1. 設(shè)備的管理(與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)備管理不是一個(gè)概念);

   
   

2. 規(guī)則引擎(在斷網(wǎng)的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)等功能);

   
   

3. 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換(把物理網(wǎng)平臺(tái)的通信協(xié)議轉(zhuǎn)成設(shè)備私有協(xié)議);

   
   

有些網(wǎng)關(guān)中，還會(huì)集成不同的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議模塊，比如：把ZigBee、BLE、紅外等功能，集成在一個(gè)網(wǎng)關(guān)中，這樣的話(huà)，不同通信方式的設(shè)備就可以在一個(gè)系統(tǒng)中共存了。

此時(shí)，網(wǎng)關(guān)就要做更多的工作：

1. 上行鏈路(連接到云平臺(tái))：需要做到協(xié)議的統(tǒng)一，也就是說(shuō)云平臺(tái)才不關(guān)系下面到底是什么樣的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，云平臺(tái)只會(huì)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式來(lái)表示每個(gè)設(shè)備;

   
   

2. 下行鏈路(連接到設(shè)備)：協(xié)議轉(zhuǎn)換，把云平臺(tái)發(fā)來(lái)的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換成不同的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議特有的數(shù)據(jù)格式;

   
   

設(shè)備的開(kāi)發(fā)工作就相對(duì)純粹一點(diǎn)了，它只需要處理某一種無(wú)線(xiàn)協(xié)議即可。

這一類(lèi)設(shè)備的開(kāi)發(fā)，一般都是使用相應(yīng)的通信模組，底層的協(xié)議棧都是提供好的。

開(kāi)發(fā)者需要做的工作主要就是熟悉應(yīng)用層的通信協(xié)議，完成指令的解析和數(shù)據(jù)上報(bào)工作。

3. WiFi 類(lèi)設(shè)備

這一類(lèi)產(chǎn)品最常見(jiàn)的就是各種品牌的網(wǎng)絡(luò)攝像頭(IPCamera)，比如：小米、360、螢石等等。

攝像頭如果作為一個(gè)單品來(lái)使用，只要把家中的WiFiSSID 和 密碼配置到攝像頭中，就可以使用官方的APP來(lái)遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)畫(huà)面了。

如果把攝像頭集成在一個(gè)智能家居的系統(tǒng)中，就需要二次開(kāi)發(fā)。

攝像頭廠(chǎng)家一般都會(huì)提供SDK，作為開(kāi)發(fā)者需要做的事情就是：調(diào)用SDK中的API函數(shù)，獲取實(shí)時(shí)畫(huà)面、發(fā)送指令控制攝像頭云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。

這里有一個(gè)底層的技術(shù)很有意思：P2P 網(wǎng)絡(luò)穿透。

我們買(mǎi)來(lái)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，是不可能有一個(gè)獨(dú)立的IP地址的。也就是說(shuō)：其他設(shè)備(手機(jī))是沒(méi)辦法通過(guò) IP:PORT 的編程方式，直接連接到攝像頭的。

但是為了實(shí)時(shí)畫(huà)面的傳輸質(zhì)量，為了減輕服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)壓力，手機(jī)最好可以直接與攝像頭建立TCP通信。

此時(shí)，P2P網(wǎng)絡(luò)穿透給這種需求提供了可能。

在早期的時(shí)候，深圳有大批的攝像頭廠(chǎng)商使用的都是TUTK這家公司的P2P網(wǎng)絡(luò)穿透服務(wù)。

在P2P Master(就是一臺(tái)服務(wù)器)的協(xié)助下，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端與攝像頭之間的網(wǎng)絡(luò)穿透，直接建立TCP連接。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，作為連接業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備的中間層，屏蔽了各種復(fù)雜的設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速接入。

目前，做的比較大的就是那么幾家巨頭：亞馬遜的 AWS 平臺(tái)，阿里云、騰訊、華為的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

以上這幾家的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，僅僅是他們的云平臺(tái)中的一個(gè)組成部分。

它們的目標(biāo)就是提供一個(gè)通用的通信標(biāo)準(zhǔn)和SDK，快速的接入各種硬件設(shè)備，通過(guò)設(shè)備接入數(shù)量、通信數(shù)據(jù)的流量，以及提供各種業(yè)務(wù)層的服務(wù)來(lái)賺錢(qián)。

另外，還有一些下一梯隊(duì)的公司，開(kāi)發(fā)了自己的、專(zhuān)門(mén)針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的平臺(tái)。由于知名度不高，只能以合作開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的形式來(lái)吸引硬件設(shè)備的接入。

從開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)技術(shù)棧主要是后臺(tái)開(kāi)發(fā)。由于這部分技術(shù)棧我不太熟悉，就不去深入討論了。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)最寶貴的就是數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)，這就是業(yè)務(wù)應(yīng)用的事情了。

業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

所謂的業(yè)務(wù)應(yīng)用，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)提供的API，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、數(shù)據(jù)上報(bào)、命令下發(fā)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

設(shè)備管理是在設(shè)備接入基礎(chǔ)上，提供了更豐富完備的設(shè)備管理能力，簡(jiǎn)化海量設(shè)備管理復(fù)雜性，提升管理效率。

從物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的設(shè)備和數(shù)據(jù)中，可以衍生出各種不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景，這就要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)功能來(lái)進(jìn)行按需開(kāi)發(fā)了。

比如：智慧城市、智慧照明、智慧工業(yè)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用。

涉及到的技術(shù)棧是：前端和后端開(kāi)發(fā)。

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