物联网平台要实现哪些功能?

产品老司机手把手教写文档,10天线上课程,零基础掌握产品经理必备7大文档撰写法。了解一下>

物联网平台正热,具体要实现哪些功能,遵照什么原则进行搭建,这些问题,都可以在本文找到答案。

近些年“物联网平台”这个词没少听,可它到底有哪些功能呢?

物联网平台在物联网架构的应用层,是一个PaaS平台,具体请参考上一篇:物联网产品入门之架构篇

一、物联网平台功能架构

物联网平台会根据自己的商业目标有不同的侧重,但大体都是在以下架构上进行增减:

这张图北向接应用,南向接设备,以下着重说一下我对设备接入、设备管理和规则引擎的理解。

二、设备接入

设备接入指的是将设备注册至平台并通信,需要设备与云端之间有安全可靠的双向连接。主要考虑几个方面:

1. 设备入网方式

入网方式其实是选择什么通讯技术,Wi-Fi、Lora、蓝牙还是Zigbee等等?平台需要根据自身定位(白电行业?智慧工厂?智慧园区?)选择支持的入网方式, 容纳的入网方式越多,可容纳设备类型就越多,平台的实现也越复杂。

举2个例子:

如果平台支持Zigbee(请参考:物联网的数据传输及联网方式)设备,那么平台是否也应该管理网关设备呢,是否应该支持网关与设备的拓扑结构呢?

Wi-Fi设备初始化的时候用平台的APP通过AP(Access Point)模式就可以让设备连网并通信,但Zigbee设备是自组网的方式,即会自动连接至网关,再通过网关和平台通信。

物联网平台功能介绍之一:物接入和物管理

ZigBee设备接入云端

这篇文章详细的介绍了不同通信方式的优点缺点,强烈推荐。如何选择物联网通讯技术?

2. 传输协议(Http、CoAP、MQTT等等)

平台层要兼容不同的协议才能连接尽可能多的设备,而具体支持哪些协议需要从通信安全、平台定位等方面权衡考虑。

MQTT是多个客户端通过一个中央代理传递消息的多对多协议。

CoAP基本上是一个在Client和Server之间传递状态信息的单对单协议。

HTTP是适合使用在性能好一些的终端上,相对以上一些比较重,对设备要求相对高一些。

3. 身份认证

目前市面上的认证方式大都通过将Token或者Secret烧录到硬件设备进行认证,但过程各有特点。

例如阿里云是先将Product Key、ProductSecret烧录到设备中,并通过动态注册的方式获得DeviceSecret后进行数据通信,而有的是通过将Token直接烧录到设备中进行认证和数据传输。

物联网平台功能介绍之一:物接入和物管理

阿里云设备认证过程

三、设备管理

物模型

物模型是个概念,不是实体,有的平台叫产品,是一类设备的总称,物模型和物的关系就像“男人”这个词和“身份证号码是123233198802340123这个男人”的关系一样,物模型的定义包括基本信息和属性的定义。

物联网平台功能介绍之一:物接入和物管理

物模型和物的关系

不同厂商物模型功能不尽相同,开源的Thingsboard都没有这个概念。所以物模型是从用户体验和平台自身业务角度出发提出的概念,为数据统计、用户体验、产品发展做了充足的准备。

实现物模型需要考量很多东西,比如阿里定义物模型基本信息的时候要选择行业、是否是网关、是否接入网关、连网方式等,定义功能时又有了事件、属性、服务的分类(事件、属性、服务这个说起来就更技术了)。

设备影子

设备影子用于缓存设备状态,设备在线时可以直接接收云端指令,离线时主动获取云端指令。设备影子将设备与应用解耦,解决不稳定无线网络下通信不可的靠痛点。

举个例子:

把云端比喻成我,设备比喻成男朋友。

  • 我不帅的男朋友在线,于是我发了一个“变帅”的指令,男朋友收到后马上执行,然后就变帅了。
  • 我不帅的男朋友离线了,联系不到,于是我发了一个“变帅”的指令存储到设备影子中,男朋友上线后主动看设备影子,执行“变帅”指令,然后就变帅啦。

物联网平台功能介绍之一:物接入和物管理

跑错地方的物影子介绍

从实现层面看:

  • 设备影子是一个 JSON 文档
  • 每台设备仅有一个影子

参考:设备影子概览https://help.aliyun.com/document_detail/53930.html

固件升级(OTA)

OTA全称是Over-the-Air,即空中加载的意思,在物联网平台指的是固件升级。

固件是数码设备最基础、最底层工作的软件,是设备内部保存的设备“驱动程序”,通过固件,操作系统才能按照标准的设备驱动实现特定机器的运行动作。

固件升级的前提是固件和平台都支持固件升级功能,平台层需要对设备的固件进行管理,并实现远程批量升级。

这个功能的意义是什么?试想一下投入使用后的一批设备出现了问题,难道要一个个处理,显然远程批量操作节省了大量的人力。

但OTA是一个超级大的功能,涉及到设备分组、固件分布、固件校验等等功能,每一个功能都值得反复讨论,一些厂商的OTA功能甚至是一个体系。

数据的上下行

数据的上下行指的是信息在设备和平台间流转,设备上报信息到平台是数据的上行,平台或者应用层下发命令到设备是数据的下行,是物联网平台的基础功能。

四、规则引擎

规则引擎是物联网平台的一个重要功能模块,是处理复杂逻辑的引擎,主要对感知层搜集的数据进行筛选、变型(物解析)、转发、操作等,实现数据逻辑和上层业务的解耦。一般平台会分为物解析、数据转发和场景联动三个子功能。

规则引擎

物解析

硬件设备受限于存储、空间大小、数据传输等问题,和平台进行交互时使用的是底层语言,为了互相识别语义,平台侧提供底层语言和平台语言的翻译脚本。脚本将底层语言翻译成平台语言和将平台语言翻译成设备底层语言的过程就是物解析。

数据转发

数据转发实现了将感知层的数据进行筛选并转发至其他设备或者存储、大数据等云服务的功能,减少了上层应用的数据处理量,继而提升上层数据处理效率。目前大部分通过SQL语句和转发订阅Topic方式实现数据的筛选和转发。使用Topic的好处在于可以灵活选择物模型或者设备的范围。

参考:阿里云的数据转发https://help.aliyun.com/document_detail/42734.html?spm=a2c4g.11186623.6.605.3ae32d8dkHIHFi

场景联动

联动的意思是多类设备间的相互影响。例如“在办公区域,红外设备感应到有人移动时开启所有灯”这个场景就实现了红外传感器和灯的联动。规则引擎负责影响规则的制定和影响范围的划分,也是通过SQL语句和转发订阅Topic等方式实现。

五、总结

以上是我对物接入、物管理、规则引擎的理解,不同的平台根据自身业务特点在实现时都有所添加或取舍,网上最全的参考文档莫过于各开放平台的操作手册了,感谢!

放两张别人家的产品架构图:

物联网平台功能介绍之一:物接入和物管理

百度智能云物联网产品架构

物联网平台功能介绍之一:物接入和物管理

阿里物联网平台产品架构

 

本文由 @娜娜 原创发布于人人都是产品经理,未经许可,禁止转载。

题图来自Unsplash,基于CC0协议

给作者打赏,鼓励TA抓紧创作!
评论
欢迎留言讨论~!
  1. 指标

    回复
  2. 研究了多久呢?总结的比较全

    回复
    1. 断断续续的几个月吧,其实还有很多东西没写,比如服务开放、边缘计算什么的 :cry:

      回复
  3. 赞一个

    回复
    1. 多谢

      回复