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

　　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(méi)有做好，那就很難在市場(chǎng)中立足。

　　據PlumChoice的報道，三分之二的物聯(lián)網(wǎng)設備的潛在用戶(hù)總是被各種原由所阻礙。每七個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設備購買(mǎi)者中就會(huì )有一人退貨 —— 其中超過(guò)半數的人表示再也不會(huì )購買(mǎi)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(lái)了巨大的機會(huì )，但是企業(yè)并沒(méi)有幫助用戶(hù)把這些產(chǎn)品很好地整合到現有的復雜技術(shù)環(huán)境中去”，PlumChoice的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)副總裁Steve Thompson說(shuō)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(huì )主席、Cisco物聯(lián)網(wǎng)解決方案架構師Paul Didier解釋說(shuō)，很多物聯(lián)網(wǎng)設備由于網(wǎng)絡(luò )協(xié)議兼容性和權限限制的原因，在未連接的網(wǎng)絡(luò )中仍處于割裂的狀態(tài)。“有了物聯(lián)網(wǎng)之后，大量核心系統設備應用不再會(huì )這樣被隔離了，比如大數據分析”，他說(shuō)，“關(guān)鍵在于網(wǎng)絡(luò )的聚合。”

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

　　“無(wú)需預購買(mǎi)產(chǎn)品和持續的支持，‘物品’制造商正在探索一條漫長(cháng)的道路，涉及到大量難以滿(mǎn)足的客戶(hù)和許多非質(zhì)量問(wèn)題的退貨”，Thompson說(shuō)，“我們需要幫助人們從這些投資中獲得真正的價(jià)值 —— 回報則來(lái)自品牌的成功”。

　　網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )

　　“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Bryan Kester說(shuō)，“大多數功能都是理想的，但并不都是必需的。”

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

　　用于收集數據的遠程固件和固件管理軟件

　　物聯(lián)網(wǎng)設備監控軟件

　　云或服務(wù)器上的數據存儲

　　用于評估和優(yōu)化系統的大數據分析

　　用于推動(dòng)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(shuō)，“管理軟件、管理軟件之間存在一些共性，它們對終端節點(diǎn)有管理的概念，以及支持它們的龐大社區。但如今還沒(méi)有獨立管理協(xié)議 —— 沒(méi)有能夠包攬一切的。我認為這將取決于市場(chǎng)，看看是否有需求。”

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

　　這層網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )仍舊讓每個(gè)軟件控制各自的物品。主要的區別在于這個(gè)網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )將允許用于大數據，優(yōu)化和系統控制的通信協(xié)議被使用。

　　微軟Azure IoT架構（圖片來(lái)自微軟）

　　亞馬遜、微軟和PTC配置

　　例如，微軟Azure和亞馬遜網(wǎng)絡(luò )服務(wù)（AWS）期待通過(guò)云平臺進(jìn)行連接和管理。與樞紐的通信是通過(guò)HTTPS和MQTT協(xié)議完成，必要時(shí)會(huì )用到自定義網(wǎng)關(guān)。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(shù)專(zhuān)家Ken Patterson說(shuō)。“也有一些可供你使用的第三方工具，比如樹(shù)莓派。然后你可以用開(kāi)發(fā)環(huán)境和Arduino與之相連。這樣，你的Apple、Android和Windows移動(dòng)設備都被整合在一起，用來(lái)控制或者作為傳感器。”

　　另一個(gè)領(lǐng)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(wú)關(guān)協(xié)議的選擇。“ThingWorx平臺的核心是一個(gè)綜合的建模環(huán)境，同時(shí)為模型里的‘物品’生成REST API，”ThingWorx的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)副總裁Joe Biron說(shuō)，“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之間的通信，使物聯(lián)網(wǎng)的應用可以擴展到其它領(lǐng)域，如CRM （Salesforce）、cellular （Jasper） 等等。

　　然而，ThingWorx將不會(huì )如你所愿那樣簡(jiǎn)單。工程師或者專(zhuān)業(yè)人員仍需要實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)系統連接，創(chuàng )建儀表板，保證系統的正常運行。

　　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(gè)垂直技術(shù)領(lǐng)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(huì )決定物聯(lián)網(wǎng)設備的協(xié)議選擇。在做出這個(gè)決定的時(shí)候，工程師應該注意他們的管理軟件的使用場(chǎng)景和最終的用戶(hù)，這些用戶(hù)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(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團隊可能要跟蹤他們的產(chǎn)品是如何與客戶(hù)互動(dòng)的。這個(gè)數據可以用來(lái)改善未來(lái)的產(chǎn)品設計。因此，他們可能想選擇一個(gè)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(shuí)來(lái)自己創(chuàng )造一個(gè)呢？Didier認為一個(gè)不錯的出發(fā)點(diǎn)就是過(guò)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(guò)7億5000萬(wàn)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(shù)。而Autodesk最近推出了SeeControl產(chǎn)品。顯然，這兩家設計公司肯定會(huì )發(fā)布很多新聞，他們的競爭對手肯定也會(huì )跟進(jìn)。

　　然而，由于沒(méi)有物聯(lián)網(wǎng)管理軟件是包羅萬(wàn)象的，“有時(shí)需要有兩個(gè)系統，”Kester指出。“其中有一些產(chǎn)品提供了開(kāi)發(fā)的、云端可用的接口，或是同類(lèi)的功能。然而，目前還沒(méi)有全套完善的物聯(lián)網(wǎng)軟件供應商，有些系統只是在數據共享方面做的更多些。”

　　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(wèn)題越來(lái)越嚴重了。

　　“在云端，耗費很大的力氣把數據整合在一起，但是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展卻沒(méi)有跟上”，Didier說(shuō)，“我們還沒(méi)想好如何使用各個(gè)供應商之間的不同系統和應用產(chǎn)品。”

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

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

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

　　因此，加入行業(yè)協(xié)會(huì )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(zhuān)有管理軟件，他們的協(xié)議將是一個(gè)很好的出發(fā)點(diǎn)。

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

　　例如，AVnu聯(lián)盟專(zhuān)注于確保工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)各個(gè)節點(diǎn)間控制和分析的時(shí)間同步。

　　“AVnu聯(lián)盟的做法是將IEEE標準用于對時(shí)間敏感的網(wǎng)絡(luò )（TSNs），確保設備之間的可操作性和可靠性，”Didier說(shuō)到，“這類(lèi)似于WIFI聯(lián)盟對802.11協(xié)議多媒體訪(fǎng)問(wèn)控制的做法。他們創(chuàng )建的網(wǎng)絡(luò )使你可以隨時(shí)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(lái)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(méi)有哪家協(xié)會(huì )提出了一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)標準方案。

　　“盡管他們兩家都沒(méi)有確定完整的架構形式以及關(guān)鍵的技術(shù)，但他們已經(jīng)有了規劃綱要”，他解釋說(shuō)，“Industrie 4.0朝著(zhù)TSN方向匯聚網(wǎng)絡(luò )，并且開(kāi)放通訊平臺用于大空間跨度下的數據傳輸和更大的業(yè)務(wù)流程運行。此外，IIC發(fā)表了一篇論文來(lái)概述一種參考架構，文中包括了關(guān)鍵的技術(shù)及標準。但他們仍然需要確定今年的發(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(luò )的融合。”

　　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(huì )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(lái)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(lái)傳輸數據”，Patterson解釋說(shuō)。“對于物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議本身的標準化，都在求同存異地進(jìn)行整合。例如，物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)關(guān)可以將多個(gè)傳輸協(xié)議整合到多個(gè)位置。”

　　Walter認為物品聯(lián)網(wǎng)之后會(huì )逐漸地標準化。他認為以太網(wǎng)可能是一個(gè)解決方案。他說(shuō)：“這些產(chǎn)品接入標準的以太網(wǎng)是完成聚合的關(guān)鍵一步。然后我們可以來(lái)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(gè)物聯(lián)網(wǎng)設備。

　　物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議標準化方案之三：來(lái)自用戶(hù)和市場(chǎng)的壓力

　　用戶(hù)希望自己的物聯(lián)網(wǎng)設備能夠實(shí)現他們的預期設想。所以，“你會(huì )看到更多交互友好的物聯(lián)網(wǎng)接口”，N3的Chuck McDaniel說(shuō)，“從消費者的角度來(lái)看，他們會(huì )想要一個(gè)簡(jiǎn)單的東西來(lái)完成這些分析。”

　　不幸的是，市場(chǎng)并不總是一味地迎合用戶(hù)的需求。“資本一直反對任何的標準化以及任何管理機構的掌控”，Kester說(shuō)。“如果你看看一個(gè)開(kāi)放和自由的標準系統，比如安卓操作系統，你會(huì )看到它出現了多個(gè)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(gè)分枝。他們可以被任意修改來(lái)實(shí)現獨特的目的，在設備上捆綁他們想推銷(xiāo)的應用和服務(wù)，使得其競爭者的產(chǎn)品無(wú)法適用于他們自己的產(chǎn)品。”

　　這是一個(gè)有趣的觀(guān)點(diǎn)。當明確指定一種標準，比如安卓操作系統，和用戶(hù)對兼容性的需求，市場(chǎng)仍然會(huì )決定拆分成許多標準，以滿(mǎn)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(gè)更大的市場(chǎng)”，Kester哀嘆，“這就是為什么在過(guò)去的20年里，科技行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展都是如此的驚人。工業(yè)生產(chǎn)商還沒(méi)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格戰爭，工程師們應該密切關(guān)注這場(chǎng)戰爭的鐘擺擺動(dòng)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(shí)現標準化。“這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和工具來(lái)決定”，他說(shuō)，“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(zhù)局限性”。

　　并不是所有的物聯(lián)網(wǎng)設備硬件都會(huì )有相同的處理器功率或內存。因此，許多低功率的產(chǎn)品需要極簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，否則它們將無(wú)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(lái)支持。那么，若在芯片級別實(shí)現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(chēng)為Google Weave-ready。盡管這個(gè)特殊的芯片可能無(wú)法獲得足夠大的推動(dòng)力來(lái)征服市場(chǎng)，但它肯定會(huì )簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

　　如果有一個(gè)連接到管理軟件的芯片能滿(mǎn)足你的需求，它可能會(huì )減少你產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。但你應該確保這個(gè)解決方案符合你的終端用戶(hù)和物聯(lián)網(wǎng)的使用情況。

　　物聯(lián)網(wǎng)標準化 —— 拖延的代價(jià)

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

　　這看起來(lái)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(shí)現過(guò)程中可能錯失良機。

　　“整合的過(guò)程中存在很多的機遇”，Walter說(shuō)，“一旦等到塵埃落定，你再姍姍來(lái)遲，就失去了競爭力。”

　　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