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选择物联网管理软件时需要了解的通信协议

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原文:What Engineers Need to Know about Communication Protocols When Choosing IoT Management Software
翻译:赵屹华
审核:刘帝伟
责编:周建丁(zhoujd@csdn.net)

物联网通信的失败之处

工程师们能设计出最完美的产品,把它接入物联网。然而,如果这款产品与其它产品的交互没有做好,那就很难在市场中立足。

据PlumChoice的报道,三分之二的物联网设备的潜在用户总是被各种原由所阻碍。每七个物联网设备购买者中就会有一人退货 —— 其中超过半数的人表示再也不会购买该品牌的产品。

“尽管创新联网家居和物联网设备带来了巨大的机会,但是企业并没有帮助用户把这些产品很好地整合到现有的复杂技术环境中去”,PlumChoice的物联网产品研发副总裁Steve Thompson说到。

物联网将物体串联到了一起。然而,AVnu联盟董事会主席、Cisco物联网解决方案架构师Paul Didier解释说,很多物联网设备由于网络协议兼容性和权限限制的原因,在未连接的网络中仍处于割裂的状态。“有了物联网之后,大量核心系统设备应用不再会这样被隔离了,比如大数据分析”,他说,“关键在于网络的聚合。”

为了连接这些割裂的物联网网络,工程师们往往需要某种整体管理软件来驾驭这一切。但是,物联网便捷聚合并不如听起来这么轻松。

“无需预购买产品和持续的支持,‘物品’制造商正在探索一条漫长的道路,涉及到大量难以满足的客户和许多非质量问题的退货”,Thompson说,“我们需要帮助人们从这些投资中获得真正的价值 —— 回报则来自品牌的成功”。

网络的网络

“物联网管理软件包含了大量复杂的功能,”Autodesk的物联网总监Bryan Kester说,“大多数功能都是理想的,但并不都是必需的。”

当真正去实现物联网时,工程师面对的是一团糟的概念、工具和技术。包括但不限于以下:

  • 用于收集数据的远程固件和固件管理软件
  • 物联网设备监控软件
  • 云或服务器上的数据存储
  • 用于评估和优化系统的大数据分析
  • 用于推动更新的物联网设备的版本控制

“物联网控制是非常广泛的概念,”AVnu联盟主席、国家仪器高级经理托德沃尔特补充说,“管理软件、管理软件之间存在一些共性,它们对终端节点有管理的概念,以及支持它们的庞大社区。但如今还没有独立管理协议 —— 没有能够包揽一切的。我认为这将取决于市场,看看是否有需求。”

正如前面提到的,许多物联网产品将有自己的专用软件将设备连接到互联网,管理数据和控制产品。Didier解释说,如果能够兼容的话,物联网管理软件在这些分离的网络上又加了一层通信。

这层网络的网络仍旧让每个软件控制各自的物品。主要的区别在于这个网络的网络将允许用于大数据,优化和系统控制的通信协议被使用。

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微软Azure IoT架构(图片来自微软)

亚马逊、微软和PTC配置

例如,微软Azure和亚马逊网络服务(AWS)期待通过云平台进行连接和管理。与枢纽的通信是通过HTTPS和MQTT协议完成,必要时会用到自定义网关。微软Azure也可以使用AMQP协议。然而,如果你的设备不兼容这些协议,那么它们也将不兼容Azure和AWS。

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AWS眼里的物联网

“你部署了事件枢纽,添加了设备,并且将各式各样的识别接入枢纽,”微软Azure的技术专家Ken Patterson说。“也有一些可供你使用的第三方工具,比如树莓派。然后你可以用开发环境和Arduino与之相连。这样,你的Apple、Android和Windows移动设备都被整合在一起,用来控制或者作为传感器。”

另一个领先的物联网管理软件是PTC的ThingWorx。ThingWorx是把自己定位为物联网管理软件的一种无关协议的选择。“ThingWorx平台的核心是一个综合的建模环境,同时为模型里的‘物品’生成REST API,”ThingWorx的物联网技术副总裁Joe Biron说,“REST API不仅允许对物联网设备的管理,也允许基于不同的云系统之间的通信,使物联网的应用可以扩展到其它领域,如CRM (Salesforce)、cellular (Jasper) 等等。

然而,ThingWorx将不会如你所愿那样简单。工程师或者专业人员仍需要实现物联网系统连接,创建仪表板,保证系统的正常运行。

如何选择物联网管理软件

许多试图整合物联网的顶级玩家的名字都耳熟能详。这是因为他们很可能已经是另一个垂直技术领域的主要参与者。

工程师希望他们的产品能兼容的物联网管理软件选项将会决定物联网设备的协议选择。在做出这个决定的时候,工程师应该注意他们的管理软件的使用场景和最终的用户,这些用户可能就是他们自己。下表列出了一些工程师常用物联网管理软件选择。

企业名称 物联网管理软件 物联网产品终端用户 常见物联网使用案例
PTC ThingWorx 产品设计组,企业 商务管理,大数据,分析,产品优化,失误管理
Autodesk SeeControl 产品设计组,企业 商务管理,大数据,分析,产品优化
Microsoft Azure IoT Hub 企业,消费者 商务管理,大数据,分析,失误管理,用户产品
AWS AWS IoT 企业,消费者 商务管理,大数据,分析,失误管理,用户产品
Google Weave 消费者 用户产品
Apple HomeKit 消费者 用户产品

例如,一个产品开发团队可能要跟踪他们的产品是如何与客户互动的。这个数据可以用来改善未来的产品设计。因此,他们可能想选择一个集成了设计软件的物联网管理软件,如PTC或Autodesk。

那么,你如何确定使用哪些物联网管理软件,或者你可以借助谁来自己创造一个呢?Didier认为一个不错的出发点就是过去的IT合作伙伴。

PTC和Autodesk的物联网发展

工程师们可能希望看到他们的设计软件供应商可能提供的物联网选项。例如,PTC已投资超过7亿5000万美元用于物联网。PTC因此也已经积累了大量的物联网技术。而Autodesk最近推出了SeeControl产品。显然,这两家设计公司肯定会发布很多新闻,他们的竞争对手肯定也会跟进。

然而,由于没有物联网管理软件是包罗万象的,“有时需要有两个系统,”Kester指出。“其中有一些产品提供了开发的、云端可用的接口,或是同类的功能。然而,目前还没有全套完善的物联网软件供应商,有些系统只是在数据共享方面做的更多些。”

物联网协议标准化可能如何影响我的管理软件呢?

认为物联网管理软件重要的一种主流原因是缺少物联网的标准化。许多产品设计师却倾向于生产自主控制的软件,所以问题越来越严重了。

“在云端,耗费很大的力气把数据整合在一起,但是物联网的发展却没有跟上”,Didier说,“我们还没想好如何使用各个供应商之间的不同系统和应用产品。”

然而,在物联网社区是有希望实现标准化的,并且正在以几种方式推进。紧跟物联网标准化的形势,能够确保你的设备实现弯道超车,主导市场。

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物联网协议标准化方案之一:行业协会

物联网行业标准化的首要来源是行业协会。协会确保所有成员单位生产的产品都相互兼容。一些领先的协会和标准化组织包括AVnu联盟、工业互联网协会(IIC)、ODVA和Z-Wave。

因此,加入行业协会并且确保使用的所有管理软件都支持他们的协议不失为扩大产品兼容性的好办法。而且,如果你选择创建自己的专有管理软件,他们的协议将是一个很好的出发点。

每个联盟制定的协议均对多种场景做了优化。如果某个协会制定的标准符合你的使用场景,你们最好去加入这个协会。

例如,AVnu联盟专注于确保工业物联网各个节点间控制和分析的时间同步。

“AVnu联盟的做法是将IEEE标准用于对时间敏感的网络(TSNs),确保设备之间的可操作性和可靠性,”Didier说到,“这类似于WIFI联盟对802.11协议多媒体访问控制的做法。他们创建的网络使你可以随时随地用任何设备连接。我们要在工业应用上对TSNs做同样的事情。”

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TSN结构图,图片来自国家仪器(NI)

Didier表示IIC和德国的Industrie 4.0都已经投入了相当大的努力,但目前还没有哪家协会提出了一个完整的物联网标准方案。

“尽管他们两家都没有确定完整的架构形式以及关键的技术,但他们已经有了规划纲要”,他解释说,“Industrie 4.0朝着TSN方向汇聚网络,并且开放通讯平台用于大空间跨度下的数据传输和更大的业务流程运行。此外,IIC发表了一篇论文来概述一种参考架构,文中包括了关键的技术及标准。但他们仍然需要确定今年的发展计划。AVnu联盟将帮助他们确保工业设备与这些网络的融合。”

物联网协议标准化方案之二:依托互联网的标准

因为所有的事情最终都会落在互联网上,一些机构正在试图借助互联网协议来标准化。

“在很多情况下,物联网设备都使用标准化的协议来传输数据”,Patterson解释说。“对于物联网协议本身的标准化,都在求同存异地进行整合。例如,物联网协议网关可以将多个传输协议整合到多个位置。”

Walter认为物品联网之后会逐渐地标准化。他认为以太网可能是一个解决方案。他说:“这些产品接入标准的以太网是完成聚合的关键一步。然后我们可以来利用这些标准的以太网通信。我们认为这将有助于在工业物联网通信的聚合。”

如果他们最终都被纳入标准的位置或通讯协议,那么物联网标准化需要做到什么程度呢?毕竟,微软Azure和AWS已经使用HTTPS和MQTT协议连接了多个物联网设备。

物联网协议标准化方案之三:来自用户和市场的压力

用户希望自己的物联网设备能够实现他们的预期设想。所以,“你会看到更多交互友好的物联网接口”,N3的Chuck McDaniel说,“从消费者的角度来看,他们会想要一个简单的东西来完成这些分析。”

不幸的是,市场并不总是一味地迎合用户的需求。“资本一直反对任何的标准化以及任何管理机构的掌控”,Kester说。“如果你看看一个开放和自由的标准系统,比如安卓操作系统,你会看到它出现了多个分叉,分为手机制造商分枝、电视剧制造商分枝,甚至将其用于物联网控制器的工业制造商也作为一个分枝。他们可以被任意修改来实现独特的目的,在设备上捆绑他们想推销的应用和服务,使得其竞争者的产品无法适用于他们自己的产品。”

这是一个有趣的观点。当明确指定一种标准,比如安卓操作系统,和用户对兼容性的需求,市场仍然会决定拆分成许多标准,以满足自己的垄断需求。

“在科技行业,公司之间经常既是竞争者又是合作者,因为他们知道合在一起可以做一个更大的市场”,Kester哀叹,“这就是为什么在过去的20年里,科技行业的进步和发展都是如此的惊人。工业生产商还没有这种意识。”

由于这种物联网标准化的方法似乎更像是一种规格战争,工程师们应该密切关注这场战争的钟摆摆动方向。

物联网协议标准化方案之四:标准化物联网芯片

Kester提出的另一种建议是在芯片的级别上实现标准化。“这可能是最佳选择之一 —— 物联网协议由使用的嵌入式系统和工具来决定”,他说,“然而,市面上有各式各样的物品,使用不同的微处理器,他们的操作方式都有着局限性”。

并不是所有的物联网设备硬件都会有相同的处理器功率或内存。因此,许多低功率的产品需要极简单的物联网协议,否则它们将无法承受。而具有更多的计算能力的芯片却需要更大的功率来支持。那么,若在芯片级别实现一种一劳永逸的标准化方案,其自身就有很多的弊病。

使用这种策略的一组有趣尝试是Marvell和Google Weave,最近他们发布了一系列插拔式芯片套装,称为Google Weave-ready。尽管这个特殊的芯片可能无法获得足够大的推动力来征服市场,但它肯定会简化物联网产品开发周期。

如果有一个连接到管理软件的芯片能满足你的需求,它可能会减少你产品进入市场的时间。但你应该确保这个解决方案符合你的终端用户和物联网的使用情况。

物联网标准化 —— 拖延的代价

设计团队的产品投入市场的时间越晚,管理软件将会更便宜和更完美,尤其是随着标准化不断地完善。

这看起来可能很有吸引力,但它却是一把双刃剑。首先,并不能保证是标准化的。此外,在物联网的实现过程中可能错失良机。

“整合的过程中存在很多的机遇”,Walter说,“一旦等到尘埃落定,你再姗姗来迟,就失去了竞争力。”

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