IoT網(wǎng)關(guān)平臺(tái)與應(yīng)用

　　摘要—有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)將能實(shí)現(xiàn)資源利用高效化、智能化的論述提高了科技界以及消費(fèi)者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的期待。物聯(lián)網(wǎng)(IoT)需要給我們周圍的日用物品(物)增加感知和聯(lián)網(wǎng)功能，將其變成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。不過(guò)，受到功率大小和運(yùn)算能力限制，直接將物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連接到公共網(wǎng)絡(luò)有時(shí)是行不通的。IoT網(wǎng)關(guān)能夠利用適合的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把資源有限的“物”連接到規(guī)模更大的網(wǎng)絡(luò)。有多種技術(shù)可用于“物”與網(wǎng)關(guān)之間的連接通信。同樣，IoT網(wǎng)關(guān)與云端的通信也有多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可用。IoT網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)面臨很多挑戰(zhàn)和難題，例如，數(shù)據(jù)安全、身份驗(yàn)證和設(shè)備開(kāi)通。對(duì)于一個(gè)具體應(yīng)用，做出正確的選擇，不是一件小事。本文介紹一個(gè)“無(wú)線網(wǎng)橋”的IoT網(wǎng)關(guān)平臺(tái)架構(gòu)，該網(wǎng)關(guān)平臺(tái)靈活可變，支持不同的無(wú)線通信技術(shù)。我們還將探討“物”與“云”通過(guò)IoT網(wǎng)關(guān)平臺(tái)交換信息所需的多種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。本文有助于設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)安全、靈活、可擴(kuò)展的IoT網(wǎng)關(guān)。

　　關(guān)鍵詞 — 物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，無(wú)線網(wǎng)橋，RF傳感器節(jié)點(diǎn)， 6LoWPAN，Wi-Fi，藍(lán)牙，NFC , Sub GHz

　　前言

　　物聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)物品互聯(lián)網(wǎng)，這里的物品(物)內(nèi)部有電子系統(tǒng)，具有感知和上報(bào)功能，支持遠(yuǎn)程控制，有時(shí)還能做出簡(jiǎn)單的決策。與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的其它常用術(shù)語(yǔ)包括M2M(機(jī)器間通信)和IoE(萬(wàn)物互聯(lián))。將內(nèi)部有電子系統(tǒng)的物品連接到網(wǎng)絡(luò)的概念由來(lái)已久。大致瀏覽一下相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)似乎不是什么新概念。不過(guò)，物聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)的機(jī)器間通信還是略有不同的。物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是將所有能夠與用戶互動(dòng)的設(shè)備(物)都連接在一起，包括通常不聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。第二個(gè)不同之處是，物聯(lián)網(wǎng)打算沿用現(xiàn)有的基于IP的網(wǎng)絡(luò)，建立一個(gè)全球規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)，而這一代機(jī)器間通信技術(shù)則是建立專用通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。物聯(lián)網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)的概念可提高物聯(lián)網(wǎng)延伸距離，同時(shí)也使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨一些獨(dú)特的挑戰(zhàn)。其中一個(gè)挑戰(zhàn)是，受限于系統(tǒng)內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和計(jì)算能力，很多物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)無(wú)法直接連接基于IP的網(wǎng)絡(luò)。IoT網(wǎng)關(guān)可以填補(bǔ)這塊空白，在基于IP的公共網(wǎng)絡(luò)與本地物聯(lián)網(wǎng)之間架起一座網(wǎng)絡(luò)橋梁，同時(shí)還能提供數(shù)據(jù)安全、存儲(chǔ)和處理服務(wù)，盡可能地提高物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)終端設(shè)備的成本效益和能效。此外，網(wǎng)關(guān)還能讓網(wǎng)內(nèi)設(shè)備使用不同的通信技術(shù)相互對(duì)話。不幸地是，影響設(shè)計(jì)的不確定因素太多，設(shè)計(jì)一個(gè)面向未來(lái)的IoT網(wǎng)關(guān)是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)碎片化嚴(yán)重，廠商數(shù)以萬(wàn)計(jì)，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范過(guò)多，每家科技企業(yè)都各自為陣，只推廣自有技術(shù)。本文旨在于概述目前市場(chǎng)所有的可用技術(shù)，不深入介紹廠商的具體通信協(xié)議。

　　IoT網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　節(jié)點(diǎn)連接: 將網(wǎng)關(guān)連接到物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，需要選用一種近距離射頻(RF)通信技術(shù)。選擇射頻技術(shù)時(shí)需要比較各種參數(shù)，例如頻帶、調(diào)制方法、信道數(shù)量、數(shù)據(jù)速率、延遲、穩(wěn)健性等。此外，還要考慮本地行業(yè)法規(guī)的相關(guān)規(guī)定。如果是節(jié)點(diǎn)類型相同的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，射頻技術(shù)選擇就比較容易。相反，如果網(wǎng)內(nèi)有多種不同的節(jié)點(diǎn)，有不同的需求，射頻選擇就會(huì)復(fù)雜很多。

　　后臺(tái)連接: IoT網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)的連接可以使用近距離射頻技術(shù)，而網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)的連接則需要遠(yuǎn)距離通信技術(shù)。選擇這項(xiàng)技術(shù)時(shí)需要考慮帶寬需求和本地現(xiàn)有可用的連接技術(shù)，還要考慮是否是關(guān)鍵應(yīng)用。因?yàn)槊總€(gè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)都不盡相同，所以準(zhǔn)備多個(gè)后臺(tái)連接方法是一個(gè)不錯(cuò)的主意。

　　管理服務(wù)器: 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為獨(dú)立的實(shí)體，通常不接受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(通過(guò)網(wǎng)關(guān))的訪問(wèn)請(qǐng)求。較為普遍做法是通過(guò)中央服務(wù)器管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)IoT網(wǎng)關(guān)為服務(wù)器提供通信支持，因此，我們需要選擇網(wǎng)關(guān)與管理服務(wù)器之間的通信協(xié)議。

　　本地智能: 在真云架構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)將全部數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進(jìn)行處理和控制。不過(guò)，這種設(shè)定并不是很理想，因?yàn)楹翢o(wú)價(jià)值的數(shù)據(jù)也會(huì)發(fā)到云服務(wù)器，導(dǎo)致帶寬浪費(fèi)、服務(wù)器負(fù)荷增加，甚至連接斷開(kāi)時(shí)還會(huì)丟失數(shù)據(jù)。邊緣計(jì)算概念解決了這個(gè)問(wèn)題。如果IoT網(wǎng)關(guān)在本地承擔(dān)大部分決策工作，只向云端發(fā)送過(guò)慮后的有價(jià)值的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)行將會(huì)變得更加高效。出于靈活性考慮，網(wǎng)關(guān)決策邏輯可以由服務(wù)器設(shè)定。本地智能程度和類型取決于實(shí)際應(yīng)用，如果會(huì)影響網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)決策，應(yīng)給予深度考慮。

　　需要考慮的功率因素: 網(wǎng)關(guān)電源也會(huì)影響我們的設(shè)計(jì)定案。因?yàn)閺V泛用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，所以傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能從環(huán)境中汲取能量。

　　數(shù)據(jù)安全: 這是決定大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)能成敗的關(guān)鍵要素。隨著網(wǎng)絡(luò)成更多應(yīng)用(某些應(yīng)用實(shí)際上是關(guān)鍵應(yīng)用)的重要組成部分，數(shù)據(jù)安全變得更加重要。安全問(wèn)題應(yīng)落實(shí)到每一個(gè)設(shè)計(jì)階段，而在設(shè)計(jì)任務(wù)全部完成后再增加安全功能的做法是錯(cuò)誤的。

　　可維護(hù): 這是一個(gè)經(jīng)常被忽視的需求。歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，沒(méi)有系統(tǒng)是完美無(wú)缺的。不管部署前做過(guò)多少測(cè)試，部署后還會(huì)發(fā)現(xiàn)安全缺陷、隱患和漏洞。IoT網(wǎng)關(guān)和節(jié)點(diǎn)必須支持現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和更新功能。設(shè)備維護(hù)不應(yīng)只依賴遠(yuǎn)程維護(hù)，還應(yīng)有更多的聯(lián)網(wǎng)方法可選。

　　下面我們?cè)敿?xì)討論現(xiàn)有聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及每種連接技術(shù)可用于哪些場(chǎng)景。

　　節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)

　　目前，藍(lán)牙、Wi-Fi、NFC、ZigBee是大家非常熟悉的無(wú)線通信技術(shù)。此外，新興聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，例如Sub GHz、Thread、ANT、Z-Wave，可直接用于智能家居、智慧城市、智能照明和智能表計(jì)。

　　根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，功耗、數(shù)據(jù)速率、工作頻率、電池續(xù)航能力是決定選擇哪一種或一些聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要因素。本文后面的表1比較了當(dāng)今主要無(wú)線通信技術(shù)的特性。

　　后臺(tái)連接:

　　網(wǎng)關(guān)與管理服務(wù)器(后臺(tái))的連接需要選擇回程連接技術(shù)以及通信協(xié)議。回程連接是IoT網(wǎng)關(guān)到ISP互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商端點(diǎn)之間的遠(yuǎn)距離連接。2G/3G/LTE等移動(dòng)通信技術(shù)是當(dāng)前最熱的回程鏈路技術(shù)。此外，智能路燈等應(yīng)用還可以使用電力線通信(PLC)技術(shù)。高帶寬應(yīng)用可以選用光纖通信技術(shù)。沒(méi)有被移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的邊遠(yuǎn)地區(qū)，可以選用衛(wèi)星通信或微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接技術(shù)。

　　通信協(xié)議

　　有很多通信協(xié)議可用于IoT網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器之間的通信。這里我們討論一些比較熱門的技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)。

　　Plain HTTP: 這是目前普及度最高的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，被服務(wù)器廠商廣泛接受，得到互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的支持，兼容性問(wèn)題最少，無(wú)縫支持RESTful API。不過(guò)，這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)是開(kāi)銷太大，體現(xiàn)在HTTP報(bào)頭和基于文本的格式方面。Plain HTTP雖然運(yùn)行在TCP之上，但還是一種無(wú)狀態(tài)協(xié)議，不適合即時(shí)通信應(yīng)用。客戶端必須發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)，才能收到服務(wù)器的應(yīng)答(命令)。為收到服務(wù)器的更新信息，客戶端必須不斷地輪詢服務(wù)器。

　　CoAP: 資源受限型應(yīng)用協(xié)議，可以認(rèn)為是二進(jìn)制版的HTTP，對(duì)HTTP協(xié)議的一些局限性做了改進(jìn)，擁有非常準(zhǔn)確的報(bào)頭，支持二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式，因此降低了開(kāi)銷;可運(yùn)行在TCP或其它傳輸層甚至SMS之上。CoAP數(shù)據(jù)包很容易轉(zhuǎn)換成HTTP包。不過(guò)，因?yàn)槿狈?duì)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的支持，此技術(shù)不能很好地兼容防火墻、代理服務(wù)器和路由器。因此，這項(xiàng)協(xié)議通常只適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的私有網(wǎng)絡(luò)。

　　Web sockets: 這是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)支持的新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，采用與HTTP相同的尋址和握手方法，兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。在完成握手對(duì)話后，立即轉(zhuǎn)換成TCP之上的雙工通信，適合即時(shí)雙向通信，特別適合主機(jī)共享的虛擬主機(jī)環(huán)境和代理服務(wù)器后面的網(wǎng)關(guān)。

　　MQTT: 也是一個(gè)深受市場(chǎng)歡迎的運(yùn)行在TCP層之上(可選)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，有一個(gè)主題訂閱模式，更適合向相關(guān)網(wǎng)關(guān)廣播信息，同時(shí)還適用于網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器通信，具有一些適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的功能，例如，最后一條消息永久存在和遺囑消息。

　　AMQP: 這或許是最適合網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。該協(xié)議的作用相當(dāng)于一個(gè)存儲(chǔ)隊(duì)列，即便臨時(shí)斷網(wǎng)，也確保數(shù)據(jù)包不會(huì)丟失。

　　XMPP: 可擴(kuò)展消息處理與現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議，是聊天客戶端廣泛使用的即時(shí)通信協(xié)議，對(duì)很多功能進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，例如，用戶驗(yàn)證和消息ID。不過(guò)，因?yàn)榧夹g(shù)規(guī)范十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)交換采用冗長(zhǎng)的XML格式，所以不適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　圖1: 意法半導(dǎo)體的無(wú)線網(wǎng)橋解決方案

　　IoT網(wǎng)關(guān)平臺(tái)架構(gòu)

　　這里介紹一個(gè)我們自主開(kāi)發(fā)的靈活可變的傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)計(jì)方案。傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)控是一種普通應(yīng)用，對(duì)安全或可靠性沒(méi)有特殊的要求。

　　無(wú)線網(wǎng)橋IoT網(wǎng)關(guān): 無(wú)線網(wǎng)橋是基于STM32的IoT網(wǎng)關(guān)平臺(tái)方案，提供多種不同的通信連接技術(shù)，如圖1所示。通信系統(tǒng)由藍(lán)牙、Wi-Fi、Sub-GHz和NFC近距離通信組成。每種通信技術(shù)都有自身的優(yōu)勢(shì)。Wi-Fi用于在網(wǎng)關(guān)平臺(tái)與云端平臺(tái)之間傳輸物或節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，藍(lán)牙用于網(wǎng)關(guān)平臺(tái)與安卓應(yīng)用程序之間交換物或節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，而Sub-GHz技術(shù)用于在網(wǎng)關(guān)平臺(tái)與物或節(jié)點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)。在無(wú)線網(wǎng)橋平臺(tái)上，藍(lán)牙、Wi-Fi和Sub-GHz模塊通過(guò)UART線與STM32通信，而NFC收發(fā)器通過(guò)SPI線與STM32通信，如何確保STM32微控制器與不同的通信設(shè)備配合而不會(huì)延遲，高效處理所有請(qǐng)求，是這個(gè)平臺(tái)設(shè)計(jì)的一大挑戰(zhàn)。這個(gè)網(wǎng)關(guān)平臺(tái)架構(gòu)可以幫助我們利用不同的通信技術(shù)滿足不同的用例需求。我們?cè)谶@個(gè)網(wǎng)關(guān)方案上增加一個(gè)應(yīng)用層，充當(dāng)云應(yīng)用與物之間的網(wǎng)絡(luò)橋梁。這個(gè)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)是Contiki OS。手機(jī)應(yīng)用軟件通過(guò)藍(lán)牙接口與網(wǎng)關(guān)通信。

　　主要通信元件

　　Sub-GHz模塊: 網(wǎng)關(guān)通過(guò)SPIRIT1 Sub-GHz模塊與6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)中的“物”通信。SPIRIT1模塊是超低功耗的高集成度射頻模塊，支持868 MHz / 915 Mhz ISM雙頻工作。該模塊基于SPIRIT1 RF sub-GHz收發(fā)器(內(nèi)置SMPS電源)、STM32L1微控制器、內(nèi)部濾波器/平衡不平衡轉(zhuǎn)換器芯片天線。UART主機(jī)接口可通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)固件庫(kù)直接連接外部微控制器，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信和AT命令簡(jiǎn)化射頻配置、數(shù)據(jù)傳輸接收。

　　Wi-Fi模塊: Wi-Fi模塊將無(wú)線網(wǎng)橋網(wǎng)關(guān)連接到云端應(yīng)用。SPWF01Sx智能Wi-Fi模塊是一款獨(dú)立的即插即用的802.11 b/g/n解決方案，內(nèi)置功率放大器和32位STM32微控制器。模塊還集成時(shí)鐘芯片和穩(wěn)壓器。

　　近距離通信: 該網(wǎng)關(guān)平臺(tái)將CR95HF收發(fā)器用作NFC讀寫設(shè)備，與“物”上的NFC無(wú)源標(biāo)簽通信，配置設(shè)備。CR95HF是13.56-MHz多協(xié)議非接觸式收發(fā)器。

　　藍(lán)牙模塊: SPBT2632Cxx藍(lán)牙模塊是一個(gè)小尺寸的功能完成的射頻平臺(tái)，適用于家庭自動(dòng)化設(shè)備與藍(lán)牙設(shè)備和手機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　物架構(gòu)

　　在本解決方案中，物基于多傳感器-RF平臺(tái)，共有兩個(gè)組件(STEVAL-IDI002V2和STEVAL-IDI003V2)。STEVAL-IDI002V2是主板，集成了STM32L1 Cotex-M3微控制器、雙接口EEPROM和Sub Ghz通信接口。STM32L1運(yùn)行基于Contiki3x的6LoWPAN協(xié)議棧。選擇這款微控制器是考慮到超低功耗的要求。雙接口EEPROM使多傳感器射頻平臺(tái)能夠存儲(chǔ)傳感器送來(lái)的數(shù)據(jù)，讓用戶可以選擇在NFC手機(jī)上查看數(shù)據(jù)。

　　STEVAL-IDI003V2電路板集成多個(gè)傳感器，例如MEMS加速度傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS濕度傳感器、MEMS麥克風(fēng)和光傳感器。給整個(gè)系統(tǒng)供電的是一枚鋰電池。

　　圖2: 射頻傳感器節(jié)點(diǎn)(物)

　　在6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，多傳感器射頻平臺(tái)是‘物’，無(wú)線網(wǎng)橋(網(wǎng)關(guān))上的Sub-GHz射頻模塊是根節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)讀取傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送到根節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)還有GPIO端口，用于控制致動(dòng)器。

　　IoT網(wǎng)關(guān)提供本地和遠(yuǎn)程連接選項(xiàng)，以訪問(wèn)傳感器數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)上的致動(dòng)器(圖4)

　　Web訪問(wèn): 遠(yuǎn)程用戶可以使用管理服務(wù)器提供的Web界面查看傳感器數(shù)據(jù)，向致動(dòng)器發(fā)送命令。

　　安卓應(yīng)用軟件: 本地用戶可以用藍(lán)牙手機(jī)訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)。在完成手機(jī)與無(wú)線網(wǎng)橋平臺(tái)配對(duì)后，手機(jī)應(yīng)用軟件可以使用節(jié)點(diǎn)的功能。

　　NFC支持: 無(wú)線網(wǎng)橋支持NFC讀寫功能。這個(gè)通信功能可用于配置節(jié)點(diǎn)(射頻信道等)和網(wǎng)關(guān)(Wi-Fi和藍(lán)牙設(shè)置等)。

　　管理服務(wù)器應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)叫做ST Cloud Bridge的云端應(yīng)用，在內(nèi)置傳感器/致動(dòng)器的“物”或節(jié)點(diǎn)與終端用戶之間搭起一座互動(dòng)橋梁。圖3是該云端應(yīng)用的框圖。物或節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)上傳到ST Cloud Bridge云應(yīng)用，然后獲取命令和配置信息。終端用戶可以監(jiān)視傳感器數(shù)據(jù)流，針對(duì)各種情況設(shè)置提醒通知。該平臺(tái)還能開(kāi)通、控制和配置節(jié)點(diǎn)。Cloud Bridge云應(yīng)用主要由兩個(gè)部件組成：設(shè)備模塊和web模塊。設(shè)備模塊與傳感器/致動(dòng)器節(jié)點(diǎn)互動(dòng)，而web模塊處理用戶所用的web客戶端和移動(dòng)客戶端。這兩個(gè)模塊通過(guò)共享物體或云端服務(wù)總線交互操作，該解決方案運(yùn)行在Azure網(wǎng)站平臺(tái)上，提供數(shù)據(jù)安全功能，只與注冊(cè)過(guò)的節(jié)點(diǎn)交互，所以數(shù)據(jù)完整性不會(huì)受到影響。該云應(yīng)用準(zhǔn)許“物”通過(guò)網(wǎng)關(guān)使用基于REST的標(biāo)準(zhǔn)API。

　　對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)管理應(yīng)用來(lái)說(shuō)，支持多個(gè)協(xié)議十分重要。我們必須有設(shè)備管理模塊、監(jiān)視模塊、上報(bào)模塊和開(kāi)通模塊。

　　考慮到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用固有的負(fù)載易變性，IaaS是企業(yè)托管云應(yīng)用的首選方式。現(xiàn)在很多云服務(wù)提供商開(kāi)始提供物聯(lián)網(wǎng)專用服務(wù)，使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)維護(hù)變得更加方便快捷。

　　圖3: 節(jié)點(diǎn)管理云應(yīng)用

　　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　家庭自動(dòng)化

　　智能家居：這些應(yīng)用讓用戶能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控安防設(shè)備和家電，還可以提高能源使用效率，例如，當(dāng)用戶外出時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉家電電源。

　　智慧城市:

　　智能路燈: 通過(guò)監(jiān)視環(huán)境光和交通流量等參數(shù)，市政管理者可以控制路燈亮度和開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，節(jié)省大量電能。如果路燈出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)修，降低意外事故風(fēng)險(xiǎn)或犯罪率。

　　智能表計(jì): 無(wú)線連接的表計(jì)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和一些應(yīng)用，例如，階梯式電價(jià)和雙向計(jì)量電能表。智能電表還能偵測(cè)并上報(bào)盜電、電路漏電等事件。

　　智能停車場(chǎng): 基于接近檢測(cè)傳感器的智能停車場(chǎng)是另一種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，能夠?yàn)轳{駛員提前發(fā)送空車位信息，避免交通擁堵問(wèn)題，使按停車時(shí)間收費(fèi)的計(jì)價(jià)也更加準(zhǔn)確。

　　智慧農(nóng)業(yè)：通過(guò)對(duì)濕度和營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行精確監(jiān)視，系統(tǒng)可提示澆灌和施肥時(shí)間，從而節(jié)省水和化肥成本，同時(shí)大幅提高產(chǎn)量。實(shí)踐證明，當(dāng)與天氣預(yù)報(bào)配合使用時(shí)，該系統(tǒng)可讓農(nóng)民切實(shí)受益。

　　健康

　　這是即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，將會(huì)給終端用戶的健康護(hù)理帶來(lái)革命性變化。各種穿戴傳感器收集病患的體溫、血壓等重要生理參數(shù)，然后通過(guò)IoT網(wǎng)關(guān)發(fā)送到病患線上健康檔案，為用戶建立一個(gè)準(zhǔn)確的生理參數(shù)檔案。對(duì)于醫(yī)護(hù)專業(yè)人士來(lái)說(shuō)，與病患病健康史相關(guān)的數(shù)據(jù)是一個(gè)有效的診斷工具，可以實(shí)時(shí)分析這些數(shù)據(jù)，在緊急情況下，可以快速行動(dòng)，立即搶救病患。

　　工業(yè)

　　在監(jiān)視和優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程方面，物聯(lián)網(wǎng)同樣可以發(fā)揮重要作用。低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)的問(wèn)世在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域開(kāi)辟一條新的途徑。低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)在以前還是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，除用于工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域外，還能進(jìn)入對(duì)人類有害或不能進(jìn)入的危險(xiǎn)環(huán)境替代人類工作。

　　結(jié)論

　　我們提出了一個(gè)能夠連接6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)中的“物”且支持手機(jī)和云應(yīng)用的通用IoT網(wǎng)關(guān)平臺(tái)方案?！拔铩彼B接的網(wǎng)關(guān)是IPv6網(wǎng)絡(luò)中的IoT無(wú)線網(wǎng)關(guān)。該系統(tǒng)解決方案可以定制，以適用于不同的用例。高品質(zhì)開(kāi)源網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的出現(xiàn)，例如，Contiki，有助于物聯(lián)網(wǎng)加快進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域。對(duì)于所有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，安全性依然是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的問(wèn)題，這無(wú)需言明。雖然現(xiàn)有安全技術(shù)還能撐住，但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)不斷普及，我們將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多安全挑戰(zhàn)。業(yè)界依然在努力尋找更好的低成本/低功耗的解決方案，建立一個(gè)安全的物聯(lián)網(wǎng)。半導(dǎo)體制程進(jìn)步、成本降低、更好的電源管理技術(shù)以及能源回收技術(shù)將會(huì)為物聯(lián)網(wǎng)世界打開(kāi)另一扇大門。

　　圖4: IoT網(wǎng)關(guān)接口