11款物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)比：功能孰優(yōu)孰劣？

導(dǎo)讀：創(chuàng)建一個(gè)對(duì)任意物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)都很重要的關(guān)鍵功能列表。然后，比較不同功能在不同平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)程度。最后，根據(jù)觀察得出物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的期望功能列表。

基于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的詳細(xì)分析，本文對(duì)當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的情況進(jìn)行了全面的綜述。

首先，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)任意物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)都很重要的關(guān)鍵功能列表。然后，比較不同功能在不同平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)程度。最后，根據(jù)觀察得出物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的期望功能列表。

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

1999年，凱文·阿什頓(Kevin Ashton)首次提出物聯(lián)網(wǎng)(IoT)這一專(zhuān)有名詞，從那之后，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)歷了快速的變革。近年來(lái)，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的種類(lèi)和數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，物聯(lián)網(wǎng)已成為一項(xiàng)很有潛力能夠推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)生活方式變革的主流技術(shù)。

目前，在物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)工程方面，硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)之間存在明顯分離，大部分平臺(tái)都專(zhuān)注于硬件，只有少數(shù)提供物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)：舉例來(lái)說(shuō)，在Mattermark排名(基于公司獲得的總資金)前100的物聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)公司中，只有大約13家提供軟件平臺(tái)。

本文旨在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)分析，然后對(duì)目前物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的現(xiàn)狀進(jìn)行概述。本文選取候選物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)完全是基于平臺(tái)是否能處理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的信息。注意，盡管本文試圖全面，但可能沒(méi)有包括所列物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的最新改進(jìn)。

物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的重要功能

基于最近的幾項(xiàng)調(diào)查，我們用以下幾個(gè)重要功能對(duì)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)進(jìn)行比較：設(shè)備管理，整合，安全，數(shù)據(jù)收集協(xié)議，類(lèi)型分析，支持可視化。本文的后半部分將簡(jiǎn)要介紹這些特性。

設(shè)備管理與整合支持

設(shè)備管理是物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)很重要的一個(gè)功能。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要維護(hù)一系列連接設(shè)備并跟蹤它們的運(yùn)行狀態(tài)，平臺(tái)還需要能夠處理配置、固件(或任何其他軟件)更新，并提供設(shè)備的錯(cuò)誤報(bào)告和錯(cuò)誤處理。在一天結(jié)束時(shí)，用戶(hù)要能夠獲取單個(gè)設(shè)備的統(tǒng)計(jì)信息。

整合支持是另一個(gè)很重要的功能。API接口需要獲取物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的重要操作和數(shù)據(jù)，用REST API很容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

信息安全

物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)要求的信息安全系數(shù)遠(yuǎn)高于其它軟件應(yīng)用和設(shè)備所需。眾多設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相連接就意味著要能夠預(yù)測(cè)出部分危險(xiǎn)。一般情況下，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)連接需要通過(guò)強(qiáng)大的加密機(jī)制進(jìn)行加密，以防竊聽(tīng)。

然而，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)中大多數(shù)低成本、低功耗設(shè)備都不支持這種先進(jìn)的訪(fǎng)問(wèn)控制措施，因此就需要物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)依靠其他的方法來(lái)解決這種設(shè)備級(jí)問(wèn)題。例如，將物流網(wǎng)流量分流到專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，在云應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的信息安全，定期更新密碼，并通過(guò)身份驗(yàn)證支持可更新固件，簽署軟件更新都可以加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的安全性。

數(shù)據(jù)收集協(xié)議

另一個(gè)需要注意的是用于物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)組件之間數(shù)據(jù)通信的協(xié)議類(lèi)型。一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可能會(huì)擴(kuò)展到數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億個(gè)設(shè)備(節(jié)點(diǎn))。輕量級(jí)通信協(xié)議應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)低能耗和低網(wǎng)絡(luò)帶寬功能。

注意雖然本文中使用協(xié)議作為一個(gè)總稱(chēng)，但是用于數(shù)據(jù)收集的協(xié)議可以分為幾個(gè)類(lèi)別——例如應(yīng)用程序、有效負(fù)載容器、消息傳遞和遺留協(xié)議。

數(shù)據(jù)分析

將與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相連的傳感器中所收集的數(shù)據(jù)以智能的方式進(jìn)行分析，能夠獲得有意義的結(jié)論。

可以對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行四類(lèi)的分析：實(shí)時(shí)分析、批量處理分析，預(yù)測(cè)分析還有交互式分析。實(shí)時(shí)分析是對(duì)流數(shù)據(jù)進(jìn)行在線(xiàn)(實(shí)時(shí))分析。示例操作包括基于窗口的聚合、過(guò)濾、轉(zhuǎn)換等。

批量處理分析是對(duì)累積的數(shù)據(jù)集運(yùn)行操作，因此，它按預(yù)定的時(shí)間周期(可能持續(xù)幾個(gè)小時(shí)或幾天)運(yùn)行。預(yù)測(cè)分析是基于各種統(tǒng)計(jì)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技法做出預(yù)測(cè)。交互式分析是在流數(shù)據(jù)和批數(shù)據(jù)上進(jìn)行多個(gè)探索性分析。最后一個(gè)是實(shí)時(shí)分析，它在每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上運(yùn)行的最多。

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)

仔細(xì)研究當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)，可以發(fā)現(xiàn)上述功能都不同程度地得到了實(shí)現(xiàn)。列出相關(guān)平臺(tái)并對(duì)其特性進(jìn)行了總結(jié)比較：

Unknown標(biāo)記的說(shuō)明在資料中找不到相關(guān)信息

AWS 物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)獲得了2lemetry

Cisco已經(jīng)獲得了ParStream

從上方列舉的物聯(lián)網(wǎng)公司來(lái)看，很多平臺(tái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)成熟的設(shè)備管理。這是物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)需要解決的很重要的一個(gè)問(wèn)題。

此外，這些平臺(tái)也很少對(duì)生成的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和可視化分析。大多數(shù)都支持實(shí)時(shí)分析——這是物聯(lián)網(wǎng)框架必須具備的功能。然而，只有少數(shù)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)支持其他三種類(lèi)型的分析。在視覺(jué)界面方面，它們大多集中于web門(mén)戶(hù)的簡(jiǎn)單模式。這些儀表板可以管理物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，但很少能提供可視化數(shù)據(jù)分析功能。

這些平臺(tái)還有其他一些共同點(diǎn)：基于REST API的集成、支持MQTT協(xié)議作為數(shù)據(jù)收集手段以及使用SSL進(jìn)行鏈接加密。表中沒(méi)有提及只有ParStream有每秒三到四百萬(wàn)的通量。這表明，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)都沒(méi)有考慮到物聯(lián)網(wǎng)部署在實(shí)際操作中的系統(tǒng)性能方面。

有待提升的功能

很明顯有幾個(gè)地方需要提升。本節(jié)我們先列舉可以用于提升的功能。其中有一些已經(jīng)實(shí)施了，有一些新功能還未應(yīng)用。然后列出了目前還沒(méi)有任何物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)提供的一些新功能。

已有的功能

數(shù)據(jù)分析

大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)都支持實(shí)時(shí)分析，但批量處理分析和交互式分析也同等重要。

在這一點(diǎn)上，可能有人會(huì)說(shuō)，在其他的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)上可以進(jìn)行這兩種類(lèi)型的分析，這只是對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析場(chǎng)景配置的問(wèn)題。但是，說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。著名的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(Storm、Samza等)、批量處理系統(tǒng)(Hadoop、Spark等)、預(yù)測(cè)系統(tǒng)(Spark MLLIB等)、交互系統(tǒng)(Apache Drill等)不能像物聯(lián)網(wǎng)那樣直接應(yīng)用。

基準(zhǔn)

物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)需要可伸縮，并包含描述和評(píng)估系統(tǒng)性能的設(shè)施。需要設(shè)計(jì)定義良好的性能指標(biāo)來(lái)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的性能進(jìn)行建模和度量，需要考慮到網(wǎng)絡(luò)特性、能源消耗特性、系統(tǒng)通量、計(jì)算資源消耗和其他操作特性。

邊緣分析

需要采取措施減少傳感器設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器之間存在的巨大網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗。使用輕量級(jí)通信協(xié)議是一種解決方案，另一種方法是邊緣分析，它可以減少傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)服務(wù)器的原始數(shù)據(jù)量。邊緣分析甚至可以在(如Arduino)簡(jiǎn)單的硬件嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

其他問(wèn)題

注意，本文并沒(méi)有涉及與物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)相關(guān)的倫理、道德和法律問(wèn)題，這些很重要，但已經(jīng)超出了本文解決的問(wèn)題范疇。

需要增加的新功能

無(wú)序處理

任何物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序都可能出現(xiàn)無(wú)序事件; 網(wǎng)絡(luò)延遲、時(shí)鐘漂移等原因可能會(huì)造成物聯(lián)網(wǎng)傳感器內(nèi)事件流中元組的無(wú)序。無(wú)序物聯(lián)網(wǎng)事件處理可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障，處理這種混亂需要在結(jié)果準(zhǔn)確性和結(jié)果延遲之間進(jìn)行權(quán)衡。

有四種主要的解決方法：基于Buffer技術(shù)、基于Punctuation技術(shù)、基于Speculation技術(shù)和基于Approximation技術(shù)。解決物聯(lián)網(wǎng)中的無(wú)序問(wèn)題需要綜合運(yùn)用這些技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)的上下文支持

上下文主要由個(gè)人的位置、所陳述的偏好或過(guò)去的行為構(gòu)成。以手機(jī)為例，通過(guò)手機(jī)中存在的各種不同類(lèi)型的傳感器，可以訪(fǎng)問(wèn)豐富的上下文信息。物聯(lián)網(wǎng)分析需要考慮這些上下文數(shù)據(jù)。

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)范式的快速發(fā)展需要強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)來(lái)滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)使用的需求。本文研究了當(dāng)前最先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)的功能。調(diào)查的重點(diǎn)是設(shè)備管理、集成、安全、數(shù)據(jù)收集協(xié)議、分析類(lèi)型、可視化支持等方面。

從本研究中可以看出，設(shè)備管理、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和性能特征等領(lǐng)域都需要物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)多加關(guān)注。