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IoT通讯技术选型及模型设计的思考

2017/5/29    来源:极客头条    作者:刘彦玮      
关键字:IoT通讯技术  物联平台  
近几年随着大型物联平台的出现,智能设备数量和种类持续增长以及芯片厂商不断的技术突破,新的使用领域和互联场景不断出现,IoT进入到一个快速增长和爆发的时代。网络通讯作为物联网的基础,IoT项目如何进行通讯技术选型至关重要。

    Bluetooth物联模式 
 
    蓝牙设备一般都作为外设,和智能手机建立一对一的连接之后,通过智能手机作为媒介,间接与云端进行数据同步。通常情况,BLE 智能手机设备和智能手机的通讯非常重要(通道1),设备操控和数据同步都是通过这层连接完成的,相比之下通道2经常只是智能手机的普通API请求,用做Bluetooth 智能手机设备的数据持久层使用。
 
    IoT模型优化
 
    上一节介绍了WWAN/WiFi和Bluetooth的物联模型,IoT模型在设计的时候,有很多需要考虑的地方,常见的有:通道的安全、物联协议、动态化等。
 
    通道的安全 
 
    通道安全往往是通过对连接通道认证和数据对称/非对称加密这两件事情保障的。对于安全性较高的设备,一定要在建立连接通道时,确保通道的安全性,在数据和命令上下行时,尽可能不要使用明文传输。安全通道的建立可以使用一些成熟的方案或者成熟的加密算法去实现,选择算法时要考虑到设备端的计算能力。设备端因为成本和体积,计算能力较弱,如果算法过于复杂会严重影响到设备端的处理能力和稳定性。
 
    物联协议 
 
    物联协议是大型IoT平台必须考虑的问题,因为接入的设备类型多,很多场景需要多个设备互联互动,良好的物联协议设计可以减低设备接入的成本,提高稳定性和处理能力。现在每个物联平台都有自己的物联协议。
 
    物联协议可以细分为通用协议和领域定制协议。通用协议可以做物联通道的兜底方案,对设备有一个统一的收口,而具体领域定制协议可以根据品类和业务深入定制行业解决方案,优化领域和领域设备的接入速度,优化业务流程和场景质量。一个优秀的领域协议需要综合平台、方案商、设备制造商多方经验才能制定,忌讳由平台制定后强推。
 
    下面用蓝牙来举例说明一下平台的物联协议和业务协议。
 
    微信物联的蓝牙协议要求:广播包中包含ServiceUUID:FEE7作为统一标识,FEA1为数据出口,FEA2为数据入口,把蓝牙协议扁平化形成一种请求,相应的数据模式。这是一个通道的固定,并没有涉及业务。 
 
    业务协议举例:蓝牙体重秤,协议如图3。
 
蓝牙体重秤协议
 
图3 蓝牙体重秤协议
 
    业务协议根据具体的通道,规定了二进制流中每一位数据的含义、数据长度、单位、大小端模式等。业务协议和智能设备具体的功能和要做的业务紧密相关。
 
    动态化 
 
    物联平台因为接入的设备各种各样,芯片有各种不同的方案,如果要兼容多种设备和方案,就必须要求这个架构有着非常好的灵活性,而动态化可以极大提高灵活性。
 
    客户端通过HTML5、React-Native等动态化渲染技术,解决业务层的动态化;数据协议的动态化可以在客户端或者服务端,通过动态化脚本方案实现;设备端的动态化可以考虑OTA固件升级实现。
 
    上面只是动态化的一些具体实现方向,对于大型的物联平台,往往是通过一整套架构和模型去解决的,阿里IoT平台就有自己的一整套解决方案,因为会涉及到商业机密,这里不再详述。
 
    总结
 
    本文浅尝辄止地介绍了IoT方向的一些无线通信技术以及IoT模型选择的思考,欢迎大家入坑。这些方案是近年来的主流方案,而随着IoT的飞速发展,也许几年后就会出现一些杀手级的方案完全改变IoT的现状和格局。也有许多已知技术正在孕育当中,比如Bluetooth5和NB-IoT,Bluetooth5相比4.2,在组网和传输距离上有了很大提升,连接范围扩大了4倍,速度提高了2倍,无连接数据广播能力提高了8倍,同时提升了组网能力。笔者和TI,Nordic工程师有聊到过,设备厂商的5.0芯片都已经开发完成,等待生产。量产后,预计会对ZigBee有很大的冲击。
 
    而NB-IoT的提出就是针对IoT的使用场景,其最大特色是覆盖面广,价格便宜。NB-IoT现在联盟的力量很强大,大部分芯片商、通讯商、电信运营商都参与其中,积极推进NB-IoT的公共网络建设,预计就在这一年两内NB-IoT的网络会覆盖国内很多地区,未来潜力非常值得关注。 
 
责任编辑:李欢
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