物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

設備端的開發(fā)

不需要網(wǎng)關的設備

需要網(wǎng)關的設備

WiFi類設備

物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)

業(yè)務應用開發(fā)

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

隨著5G 的迅速普及，不知道是否能夠再次把這個領域帶火起來。

但是不管怎樣，很多大學已經(jīng)把物聯(lián)網(wǎng)這個專業(yè)給坐實了。

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

這篇文章，我們就從開發(fā)者的角度，來簡單看一下物聯(lián)網(wǎng)這個領域使用了哪些技術棧、有哪些開發(fā)工作。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

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

如果從軟件開發(fā)崗位的角度來對這幾個模塊進行劃分的話，這個系統(tǒng)中主要包括：

前端、后端開發(fā)：負責物聯(lián)網(wǎng)平臺和業(yè)務應用的開發(fā);

嵌入式軟件：主要是設備端的開發(fā)，這部分根據(jù)使用的不同技術（或者說硬件模塊），又可以分為很多不同的子領域;

移動端開發(fā)：Android APP， iOS APP， H5 小程序，還有目前的鴻蒙系統(tǒng)APP。

設備端的開發(fā)

這里描述的設備，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體。

如果從廣義的物聯(lián)網(wǎng)來看，任何物品，只要能夠接入網(wǎng)絡，都可以稱之為設備，或者稱之為 thing。

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

我們這里，仍舊以傳統(tǒng)意義上的設備來講解，比如：智慧路燈，智能手表，智能家居里的門磁、報警器等等。

對設備端的開發(fā)進行分類的話，從通信方式這個角度來進行劃分比較清晰。

一個設備要想接入到網(wǎng)絡，肯定需要通信功能，包括：有線通信，無線通信。

在一些傳統(tǒng)行業(yè)，或者對通信質量要求比較高的場景下，部署有線網(wǎng)絡還是比較常見的，例如一些工業(yè)場景中。

對于一些民用領域，大部分還是以無線通信為主。

1. 不需要網(wǎng)關的設備

這一類設備，利用 2G/3G/4G 基站來進行數(shù)據(jù)的傳輸，產(chǎn)品的形態(tài)是：

也就是 單片機+通信模塊的方式。

通信模塊包括：GPRS 模塊、4G 模塊、NB-IoT 等等。

在開發(fā)這一類產(chǎn)品的時候，單片機負責產(chǎn)品的功能部分；通信模塊負責通信部分。

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

近幾年，在傳統(tǒng)的消費類電子產(chǎn)品上，添加一個通信模塊，讓產(chǎn)品達到連網(wǎng)的功能，還是比較流行的。

這一類的產(chǎn)品的軟件開發(fā)工作，與一般的單片機開發(fā)并無兩樣。無非是增加了一些通過網(wǎng)絡來上報數(shù)據(jù)，或者從網(wǎng)絡接收控制指令。

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)，需要對硬件進行重新設計，比較適合從零開始的產(chǎn)品開發(fā)。

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

有需求就有供給！

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

他們直接在產(chǎn)品中，添加一個 ESP8266 或者 ESP32 模組，就立刻升級成一個智能產(chǎn)品，多么高大上。當然了， 價格也同樣高大上起來了！

ESP8266 或者 ESP32 與一般的通信模組有一點不一樣：它是一個完整的單片機，只不過它們的主要用途就是專門用來解決通信問題，而不是一般的功能控制。

2. 需要網(wǎng)關的設備

如果提到智能家居，可能大部分的人會想到一個詞語 ZigBee，這是一個局域網(wǎng)的無線通信協(xié)議，大概在 2005 年左右就開始在智能家居中嶄露頭角了。

與 ZigBee 類似的無線通信協(xié)議還有：ZWave、RF433、BLE 等等。

它們的作用都是類似的：都是為了讓多個設備能夠組網(wǎng)，節(jié)點之間以多跳的方式傳輸數(shù)據(jù)，達到通信的目的。

這些數(shù)據(jù)最終會匯總到一個叫做網(wǎng)關的設備，然后與云端的服務器進行通信。

這一類產(chǎn)品的開發(fā)，包括：網(wǎng)關開發(fā) 和 設備開發(fā)這兩種。

網(wǎng)關的開發(fā)稍微復雜一些。從功能上來說，網(wǎng)關需要實現(xiàn)：

設備的管理（與物聯(lián)網(wǎng)平臺的設備管理不是一個概念）;

規(guī)則引擎（在斷網(wǎng)的狀態(tài)下實現(xiàn)場景聯(lián)動等功能）;

通信協(xié)議轉換（把物理網(wǎng)平臺的通信協(xié)議轉成設備私有協(xié)議）;

有些網(wǎng)關中，還會集成不同的無線通信協(xié)議模塊，比如：把 ZigBee、BLE、紅外等功能，集成在一個網(wǎng)關中，這樣的話，不同通信方式的設備就可以在一個系統(tǒng)中共存了。

此時，網(wǎng)關就要做更多的工作：

上行鏈路（連接到云平臺）：需要做到協(xié)議的統(tǒng)一，也就是說云平臺才不關系下面到底是什么樣的無線通信技術，云平臺只會以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式來表示每個設備;

下行鏈路（連接到設備）：協(xié)議轉換，把云平臺發(fā)來的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，轉換成不同的無線通信協(xié)議特有的數(shù)據(jù)格式;

設備的開發(fā)工作就相對純粹一點了，它只需要處理某一種無線協(xié)議即可。

這一類設備的開發(fā)，一般都是使用相應的通信模組，底層的協(xié)議棧都是提供好的。

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

3. WiFi 類設備

這一類產(chǎn)品最常見的就是各種品牌的網(wǎng)絡攝像頭（IPCamera），比如：小米、360、螢石等等。

攝像頭如果作為一個單品來使用，只要把家中的 WiFi SSID 和 密碼配置到攝像頭中，就可以使用官方的 APP 來遠程查看實時畫面了。

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

攝像頭廠家一般都會提供 SDK，作為開發(fā)者需要做的事情就是：調用 SDK 中的 API 函數(shù)，獲取實時畫面、發(fā)送指令控制攝像頭云臺轉動。

這里有一個底層的技術很有意思：P2P 網(wǎng)絡穿透。

我們買來一個網(wǎng)絡攝像機，是不可能有一個獨立的 IP 地址的。也就是說：其他設備（手機）是沒辦法通過 IP:PORT 的編程方式，直接連接到攝像頭的。

但是為了實時畫面的傳輸質量，為了減輕服務器的轉發(fā)壓力，手機最好可以直接與攝像頭建立 TCP 通信。

此時，P2P 網(wǎng)絡穿透給這種需求提供了可能。

在早期的時候，深圳有大批的攝像頭廠商使用的都是 TUTK 這家公司的 P2P 網(wǎng)絡穿透服務。

在 P2P Master（就是一臺服務器）的協(xié)助下，實現(xiàn)移動端與攝像頭之間的網(wǎng)絡穿透，直接建立 TCP 連接。

物聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)平臺，作為連接業(yè)務應用和設備的中間層，屏蔽了各種復雜的設備接口，實現(xiàn)設備的快速接入。

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

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

它們的目標就是提供一個通用的通信標準和 SDK，快速的接入各種硬件設備，通過設備接入數(shù)量、通信數(shù)據(jù)的流量，以及提供各種業(yè)務層的服務來賺錢。

另外，還有一些下一梯隊的公司，開發(fā)了自己的、專門針對物聯(lián)網(wǎng)領域的平臺。由于知名度不高，只能以合作開發(fā)項目的形式來吸引硬件設備的接入。

從開發(fā)的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)平臺的開發(fā)技術棧主要是后臺開發(fā)。由于這部分技術棧我不太熟悉，就不去深入討論了。

物聯(lián)網(wǎng)平臺最寶貴的就是數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)，這就是業(yè)務應用的事情了。

業(yè)務應用開發(fā)

所謂的業(yè)務應用，簡單來說，就是通過調用物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的 API，實現(xiàn)設備管理、數(shù)據(jù)上報、命令下發(fā)等業(yè)務場景。

設備管理是在設備接入基礎上，提供了更豐富完備的設備管理能力，簡化海量設備管理復雜性，提升管理效率。

從物聯(lián)網(wǎng)平臺的設備和數(shù)據(jù)中，可以衍生出各種不同的業(yè)務應用場景，這就要根據(jù)實際的系統(tǒng)功能來進行按需開發(fā)了。

比如：智慧城市、智慧照明、智慧工業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)應用。

涉及到的技術棧是：前端和后端開發(fā)。

編輯：jq