1.6 物联网——想法与可能性
Kevin Ashton于1999年创造了“物联网”这个术语，并由此成为近10年来最有影响力的开拓者之一。虽然有M2M形式的物联网前驱和工业自动化仪表控制，但物联网和连接智能设备的时代已经到来，这是前所未有的事情。图1-9从俯瞰视角帮助读者了解物联网应用的广泛性和多样性。
图1-9
智能互联设备已经进入千家万户，它们具备感知、处理和传输的功能，甚至能够根据处理结果采取行动。几年前科幻小说中的机器时代已经走入现实。如果车主拿着钥匙走进或者远离联网的车，就可以方便地对车进行解锁/锁定。超市里有近距离感应信标，它能感应到顾客和货架的距离，并把报价传送并显示到顾客的手机上。智能办公室通过在空荡荡的会议室里关掉电灯和交流电源来节约电力。这样的例子数不胜数，而且时刻都在增加。
物联网的核心是由联网设备组成的生态系统，这些设备能够在互联网上进行通信。在这里，设备可以是任何东西，像传感器设备、拥有可穿戴设备的人、一个地方、一棵植物、一只动物或一台机器。时至今日，几乎任何我们在这个星球上能想到的实体都可以连接起来。任何物联网平台都主要有7层，如图1-10所示。
图1-10
以下是对物联网所有7个应用程序层的概述。
●第1层：设备、传感器、控制器等。
●第2层：通信信道、网络协议和网络要素、通信、路由硬件-电信、Wi-Fi和卫星。
●第3层：基础设施——可以是内部的，也可以是云端的（公共的、私有的或混合的）。
●第4层：这里是大数据提取层。这是一个平台，收集来自实体/设备的数据，为下一步做准备。
●第5层：使用复杂处理、机器学习、人工智能等对数据进行清理、解析，消息生成和分析的处理引擎，以报告、警报和通知的形式生成见解。
●第6层：自定义应用程序、可插拔的二级接口（如可视化仪表板、下游应用程序等）构成这一层的一部分。
●第7层：这一层中的人员和流程实际上是根据以下系统的建议进行操作的。
在图1-11中，如果从自下而上开始，最底层是设备层，它们是传感器或由RaspberryPi、Ardunio等计算单元驱动的传感器。此时，通信和数据传输通常由轻量级选项控制，如消息队列遥测传输（MQTT）和约束应用程序协议（CoAP），它们正在快速取代HTTP等传统选项。该层实际上与聚合或总线层结合在一起，本质上它是一个Mosquitto代理，该层从数据源构建了事件传输层，即为从设备到处理集线器之间的部分。一旦到达处理集线器，就可以将计算引擎上的所有数据准备好进行操作，分析和处理数据以生成有用的可操作的命令。这些命令进一步集成到网络服务API可消耗层，以用于下游应用程序。除了这些水平层，还有交叉层，它们用于处理设备配置、设备管理、身份和访问管理层。
图1-11
现在读者了解了标准物联网应用程序的高级架构和层次，下一步是了解物联网解决方案受到限制的关键方面以及对整体解决方案的影响。
安全性：这是整个数据驱动解决方案领域中关键部分之一，连接到互联网的大数据和设备的理念使整个系统更容易受到黑客攻击且安全性方面更敏感，因此在为静态数据和动态数据设计所有层的解决方案时，要将其作为一个战略关注领域来处理。
功耗/电池寿命：由于是在为设备而不是人类设计解决方案，因此，应该具有非常低的功耗，且不会消耗电池寿命。
连通性和通信：与人类不同，这些设备总是相互连接，而且非常“健谈”。同样，我们在整体通信方面需要轻量级协议来实现低延迟数据传输。
从故障中恢复：这些解决方案处理数十亿的数据并且维持7×24小时的工作模式。该解决方案应该能够诊断故障、应用背压，然后从最小的数据丢失情况中进行自我恢复。如今，物联网解决方案旨在通过检测延迟/瓶颈并具有弹性自动扩展和缩小的能力来处理突然出现的数据峰值。
可扩展性：这个解决方案需要设计为线性可扩展模式，而无须重新构建基础框架或设计，这是因为该域正在使用前所未有且不可预测的设备数量进行扩张，这些设备与全部未来等待发生的用例相连。
接下来是物联网应用框架中先前约束的含义，其表面形式为通信信道、通信协议和处理适配器。
在通信信道供应商方面，物联网生态系统正在从电信信道和LTE演变为以下选项。它们分别是：直接以太网/Wi-Fi/3G、LoRA、蓝牙低能量（BLE）、RFID/近场通信（NFC）、中程无线网状网络（如Zigbee）。
对于通信协议，事实上的机载标准是MQTT，其广泛使用的原因是显而易见的。
●非常轻。
●就网络利用率而言，占用的空间很小，因此通信速度非常快，负担也更少。
●提供了一个有保证的传输机制，从而最终能够传输数据，即使是在脆弱的网络上也是如此。
●功耗低。
●对网络上的数据包流进行优化，以实现低延迟和较小的使用空间。
●是一种双向协议，因此既适合从设备上传输数据，也适合将数据传输到设备。
●更适合这样一种情况，即必须通过网络传输大量的短消息。
边缘分析
后进化、物联网革命和边缘分析是改变游戏规则的重要组成部分。如果要查看物联网应用程序，则需对来自传感器和设备上的数据进行整理，并将其传输到分布式处理单元中，该单元要么位于办公场所，要么位于云上。数据提升和转移导致了大量的网络开销，这使得整个解决方案存在潜在的传输延迟。这些因素催生了一种新的解决方案，并开拓了物联网计算的新领域——边缘分析。顾名思义，它将处理推向边缘，以便数据在其源处被处理。如图1-12所示，物联网分为边缘分析和核心分析。可以看到，物联网的计算现分为以下几个部分。
图1-12
●设备传感器边缘分析：其中处理的数据和一些洞见是在设备级得到的。
●边缘分析：这些是已处理数据的分析，并在网关级别获得洞见。
●核心分析：要求所有数据到达一个公共计算引擎（分布式存储和分布式计算），然后进行高复杂度的处理，以生成可行的洞见，服务于人或机器决策。
传感器/边缘分析的一些典型用例如下。
●工业物联网（IIoT）：传感器被嵌入在各种设备、机器，有时甚至是车间里。传感器产生数据，设备本身具有处理数据和产生警报/建议以提高性能或产量的能力。
●医疗领域的物联网：智能设备可以参与边缘处理，有助于发现早期预警信号，并对适当的医疗情况提出警报。
●在可穿戴设备的世界里，边缘处理可以使跟踪和安全变得很容易。
如今，环顾四周，你会发现联网设备在生活、工作中无所不在，如智能交流、智能冰箱和智能电视。这些智能设备都把数据发往中央集线器或者手机上（在那里它们易于控制）。实际上，物联网正在变得越来越智能，正在从互联发展到足以执行计算、处理和预测的智能化程度，例如，咖啡机智能到可以连接到主人的汽车、办公室，能推测主人的日程和到达时间，并随时准备新鲜的热咖啡。