從“霧”層到“云”層：物聯(lián)網(wǎng)形勢(shì)簡(jiǎn)介

年前，網(wǎng)絡(luò)邊界的界定清晰并且相當(dāng)狹窄，連接互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備類型主要是個(gè)人計(jì)算機(jī)，或者是筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)，要么就是終端平臺(tái)。如今，網(wǎng)絡(luò)邊界則已經(jīng)變得更加深入和多樣化，隨著不斷增加廣泛且迅速擴(kuò)展的各種全新種類互聯(lián)性“事物”，人們通常將其稱之為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)。

據(jù)上海.羿歌所認(rèn)識(shí)，現(xiàn)今，“云”通常被用來(lái)描述由邊界路由器、交換機(jī)、應(yīng)用交付控制器和服務(wù)器組成的一套多樣化硬件，而且在數(shù)據(jù)中心中還托管著基于服務(wù)器的各種應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)等。采用類似的方式，“霧”(“the fog” )如今被人們用于描述網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的邊界，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的所有新“事物”都存在其中。為了說(shuō)明構(gòu)成這個(gè)“霧”層的設(shè)備規(guī)模，統(tǒng)計(jì)表明到2016年據(jù)預(yù)測(cè)將會(huì)增長(zhǎng)到超過(guò)60億臺(tái)設(shè)備，其中包括超過(guò)9000萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，涵蓋了簡(jiǎn)單的可穿戴傳感器、智能計(jì)量表和樓宇自動(dòng)化控制器到環(huán)境管理、安全監(jiān)控和接入控制設(shè)備。到2025年，全球互聯(lián)化設(shè)備的用戶量預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到500億臺(tái)設(shè)備，這相當(dāng)于每個(gè)人擁有6.5臺(tái)設(shè)備。

大多數(shù)監(jiān)視、管理和控制激增的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)“霧層”設(shè)備的應(yīng)用和服務(wù)將會(huì)以云作為基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)將會(huì)支持運(yùn)行在“霧層”和云范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接性。為了有效達(dá)到目的，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)必須能夠支持各種物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備使用的局域網(wǎng)連接性媒介和協(xié)議，以及連接廣域網(wǎng)(隨后連接到互聯(lián)網(wǎng)云應(yīng)用)所需的連接性和協(xié)議。讓我們進(jìn)一步深入探討一下這些物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素：

物理連接性

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的類型，用于支持M2M網(wǎng)絡(luò)連接性的“霧”層連接性可以呈現(xiàn)為無(wú)線物理層，例如ZigBee、Sub-gigaHertz、Z-Wave、低功耗藍(lán)牙、低功耗Wi-Fi或近場(chǎng)通信等。短期受限的設(shè)備可以采用有線物理層(例如Home Plug Green PHY)。為了適應(yīng)“霧”層設(shè)備所用的各種連接性解決方案，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)必須提供適用類型的足夠連接端口，以支持連接“霧”層設(shè)備所需的調(diào)制解調(diào)器。“霧”層調(diào)制解調(diào)器通常所用的連接端口典型屬于低數(shù)據(jù)速率、串行輸入/輸出(IO)端口，例如UART、SPI或者I2C。

協(xié)議支持

除了支持“霧”層設(shè)備所用的各種物理層連接性之外，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)必須能夠支持每種類型物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備所用的協(xié)議。這些協(xié)議包括家庭自動(dòng)化(Home Automation)、智能能源(Smart Energy)、802.11n、6LoPAN和多種其它協(xié)議。每種類型的協(xié)議需要一定數(shù)量的處理工作負(fù)載，以便管理每一種協(xié)議相關(guān)的協(xié)議堆棧。

安全性

網(wǎng)絡(luò)間傳輸數(shù)據(jù)的保護(hù)需求獲得了一致的認(rèn)可，如今提供多種機(jī)制，可以在接入點(diǎn)、筆記本電腦、使用Wi-Fi或者以太網(wǎng)安全協(xié)議等實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。除了數(shù)據(jù)加密的功能之外，還要防止引進(jìn)惡意軟件以降低數(shù)據(jù)安全性，或者在加密數(shù)據(jù)之前防止采集未授權(quán)數(shù)據(jù)。這些功能物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用中都十分關(guān)鍵，在其中許多邊界網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳感器都會(huì)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間捕捉和傳輸特定用戶的數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@種數(shù)據(jù)直接關(guān)系到個(gè)人用戶或與其密切聯(lián)系，加密數(shù)據(jù)十分必要。這種行為日益受到法規(guī)的監(jiān)管和監(jiān)控，在不斷擴(kuò)展采用加密標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議技術(shù)規(guī)范。結(jié)果不可避免的是，這要求在M2M或物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中使用的通信處理器必須能夠執(zhí)行加密運(yùn)行功能，例如哈希算法、簽名和加密數(shù)據(jù)，以及安全密鑰存儲(chǔ)單元，以便滿足法規(guī)要求。如果希望提供這種類型的安全性，需要全面綜合的數(shù)據(jù)保護(hù)機(jī)制，其中包括安全啟動(dòng)、支持可靠架構(gòu)(例如ARM? TrustZone?)，能夠檢測(cè)設(shè)備外殼或線路板的物理篡改。

可靠性

希望支持通信平臺(tái)的持續(xù)運(yùn)行，需要防止對(duì)存儲(chǔ)器陣列造成阿爾法粒子效應(yīng)。隨著硅片工藝技術(shù)不斷進(jìn)步，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的規(guī)格越來(lái)越小，由于阿爾法粒子效應(yīng)導(dǎo)致存儲(chǔ)器陣列的出錯(cuò)概率就會(huì)明顯增長(zhǎng)。通過(guò)在所有存儲(chǔ)器中集成錯(cuò)誤檢查和糾錯(cuò)(ECC)技術(shù)可以避免，包括第1層和第2層緩存以及SRAM和外部DDR存儲(chǔ)器，以及看門(mén)狗計(jì)時(shí)器，從而獲得最大可靠性。

物理連接性、協(xié)議支持、安全性和可靠性是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)關(guān)所有關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮因素。隨著“霧”層物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的數(shù)量在多種設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間不斷增加各種上述因素的互操作性問(wèn)題，這會(huì)很快變成另一個(gè)關(guān)鍵因素，讓消費(fèi)者需要將各種“霧”層設(shè)備連接到云環(huán)境。