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如何全面規(guī)劃物聯(lián)網(wǎng)應用的開發(fā)

51CTO發(fā)布時間:2020-04-10 10:06:38  作者:Akash Takyar
  當前,單個4G網(wǎng)絡已經(jīng)可以承載多達5500至6000個窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)設備了。有研究表明:從2020年到2030年,隨著4G到5G的重大改進,物聯(lián)網(wǎng)設備將從750億增至1000億以上。

  在市場上,基于物聯(lián)網(wǎng)的應用類型可謂林林總總,其中包括:智慧城市、農(nóng)田管理、大型工廠、居家房屋、以及汽車駕駛等方面。在此,我們重點關注消費類物聯(lián)網(wǎng)應用,畢竟此類移動應用最需要定位服務。而在農(nóng)業(yè)和企業(yè)業(yè)務等其他領域,物聯(lián)網(wǎng)設備可能并不需要移動接口。它們可以直接連接到云端,并且通過Web應用來進行管理??偟恼f來,需要移動接口來連接設備的消費應用領域包括:

  智能家居

  汽車相關

  衛(wèi)生保健

  農(nóng)業(yè)管理

  兒童和寵物護理

  如您所見,連接設備的種類正在爆炸式地增長,而移動應用也逐漸成為各種物聯(lián)網(wǎng)設備的連接點,發(fā)揮著各種控制性的作用。因此在本文中,我們將和您探討如何全面規(guī)劃和準備那些面向未來的物聯(lián)網(wǎng)應用程序。

  一、智能連接產(chǎn)品可以做什么?

  

 

  通常,智能連接產(chǎn)品具有監(jiān)視,控制,優(yōu)化和自治四方面的職能。其中,監(jiān)視功能往往是產(chǎn)品控制、優(yōu)化和自治的基礎。

  監(jiān)視:智能連接產(chǎn)品可以通過傳感器和外部數(shù)據(jù)源,全面地掌控產(chǎn)品的運行狀況和外部環(huán)境。據(jù)此,智能產(chǎn)品可以及時警告用戶、以及維護人員有關環(huán)境與性能方面的變化。

  控制:我們可以通過內置于設備中,或駐留在產(chǎn)品云端的遠程命令、或算法,來控制智能連接的產(chǎn)品。

  優(yōu)化:基于那些來自智能連接產(chǎn)品的監(jiān)視數(shù)據(jù),我們可以通過各種前所未有的方式來最大化產(chǎn)品的性能。同時,我們也可以將算法、以及分析更新到使用的產(chǎn)品中,以大幅提高數(shù)據(jù)的輸出、使用率和有效性。

  自治:我們將前面提到的監(jiān)視、控制和優(yōu)化等功能合并到一起,就可以使智能連接產(chǎn)品達到前所未有的自治水平。

  二、您應了解的物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)知識

  您也許會問:我們該如何開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用程序呢?其實,這一般取決于我們的產(chǎn)品創(chuàng)意。對于智能家居應用、以及互聯(lián)網(wǎng)汽車應用而言,它們的功能側重點顯然會有所不同。在開始進行物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)之前,讓我們首先來了解一下物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的標準結構。

  通常,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會包含如下四個主要部分:

  硬件

  軟件

  云

  連接性

  1. 硬件

  物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用到的硬件包括:用于遠程儀表板、控制服務器、路由或橋接設備、以及傳感器的設備。這些設備管理著諸如:系統(tǒng)激活、操作規(guī)范、安全性、通信和檢測等方面的基本任務和功能,以支持特定的管控目標和操作。

  2. 傳感器

  物聯(lián)網(wǎng)中最關鍵的硬件當屬傳感器。這些設備包括:能源模塊、電源管理模塊、射頻(RF)模塊、以及感應模塊。其中,射頻模塊是通過其信號處理、WiFi、ZigBee、藍牙、無線電收發(fā)器、雙工器和BAW,來管理通信的。傳感器的類型包括如下幾種:

  溫度感應器

  壓力傳感器

  接近傳感器

  加速度計和陀螺儀傳感器

  紅外傳感器

  光學傳感器

  氣體傳感器

  煙霧感應器

  3. 軟件

  無論是運行在Web上,還是在移動設備上,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟件往往是基于云端,且主要用于管理和調節(jié)與其相連接的所有IoT設備的儀表板。這些儀表板通過收集來自傳感單元的信息,以提供給如下組件:

  移動應用

  Web應用程序

  自定義儀表板

  4. 云

  顯然,云是物聯(lián)網(wǎng)最重要的創(chuàng)新之一。其最大好處在于用戶不需要自行構建物理設施,便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的保存。

  5. 連接性

  物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過不同類型的網(wǎng)絡協(xié)議,保持著前端設備與后臺管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接。

  6. 藍牙

  藍牙是使用最為廣泛的近距離無線技術之一。通過配對,您可以用它來快速地將各種前端設備,包括那些可穿戴技術,與應用程序相連接。

  7. ZigBee

  專為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的ZigBee運行在2.4 GHz頻段。它對于通常在建筑物或工業(yè)站點之間以微速率傳輸?shù)臄?shù)據(jù)而言,是一種完美的選擇。

  8. 射頻識別

  它利用磁場來識別物體。通常而言,簡短多樣的超高頻識別碼的有效半徑為10厘米;而遠程超高頻則可達到200毫米。

  9. LoRaWAN

  遠程廣域定位網(wǎng)絡(Long Ranged Wide Location Network,LoRaWAN)是針對大型物聯(lián)網(wǎng)的定位網(wǎng)絡之一。它能夠為數(shù)百萬個低功耗設備提供強大的網(wǎng)絡資源。許多智慧城市的應用都會用到該協(xié)議。

  三、物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)

  在真正著手開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用之前,您同樣需要了解該行業(yè)目前尚未解決的各種挑戰(zhàn)。

  1. 安全與隱私

  我們在此談論的安全性不僅是網(wǎng)絡安全性,還包括物聯(lián)網(wǎng)應用中涉及的所有組件的安全性。由于應用程序通過網(wǎng)絡連接了各種軟、硬件元素,而大量的數(shù)據(jù)在各種聯(lián)網(wǎng)設備的傳輸過程中,勢必會將個人隱私信息帶到網(wǎng)絡各處。

  此外,我們在開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用時應當考慮如下關鍵問題:

  數(shù)據(jù)交換安全性:客觀信息從物聯(lián)網(wǎng)傳感單元和前端設備傳輸?shù)较到y(tǒng)之中,然后被保存到云端。那么我們需要在應用開發(fā)的過程中,確保嚴格遵循數(shù)據(jù)文件的相關加密協(xié)議。

  物理安全性:由于物聯(lián)網(wǎng)前端設備不再是傳統(tǒng)的物理管控范圍內,我們很難對其進行實時檢測,因此很可能會出現(xiàn)被篡改、甚至被替換的情況。

  云存儲安全性:雖然云存儲的方式有效地保障了數(shù)據(jù)的可用性,但是我們很難保證云服務對于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的訪問權限和授權是否到位。

  隱私更新:在獲取數(shù)據(jù)方面,物聯(lián)網(wǎng)設備始終需要遵循特定的法律法規(guī)。例如:所有的健身追蹤設備都需要根據(jù)HIPAA的準則來收集用戶信息,以確保信息的私密性。

  2. 連接挑戰(zhàn)

  為了提供有價值的前端信息,我們對于物聯(lián)網(wǎng)應用的一項重要要求就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。然而,由于設備所處的環(huán)境十分復雜,我們需要調用物聯(lián)網(wǎng)相關傳感單元來監(jiān)視、處理、提供數(shù)據(jù)與信息。例如,對于智能汽車而言,由于它們需要在快速移動的過程中保持聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)。因此,我們在開發(fā)應用之前需要對設備、功能和特性等方面進行全面的考慮。

  3. 硬件和設備的跨平臺兼容性

  由于針對物聯(lián)網(wǎng)領域的技術正在蓬勃地發(fā)展之中,因此,開發(fā)人員需要確保能無縫地集成各種軟、硬件的功能,并保障運行的效率、設備的更新、以及錯誤的修復。

  4. 數(shù)據(jù)收集與處理

  由于物聯(lián)網(wǎng)應用程序涉及到大量的信息,而且這些信息中往往會涉及到隱私與安全,因此物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)團隊需要配備專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員,事先針對目標環(huán)境,以及數(shù)據(jù)的收集、處理與存儲方式進行良好的規(guī)劃與準備。

  四、如何開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用

  1. 選擇平臺

  您可以在充分了解的平臺特征與費用的前提下,從如下優(yōu)秀應用開發(fā)平臺中選取適合自己的一款:

  HomeKit

  Android Things

  ThingWorx

  Xively

  Ubidots

  Azure IoT Suite

  IBM Watson

  Oracle IoT

  Kaa

  上述平臺各有不同的特性和側重點,物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員可以使用不同平臺與程序,將不同供應商的設備連接到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)之中。例如:被稱為Android Points的Google物聯(lián)網(wǎng)平臺,就能夠支持多家廠商的設備,并且可以連接到不同的低能耗傳感器上。

  2. 選擇硬件

  如果您不想為物聯(lián)網(wǎng)項目自行生產(chǎn)硬件的話,那么就需要從其他設備廠商那里選購設備。在滿足項目需求的前提下,我們應當選擇那些值得信賴的廠商所提供的傳感單元,以保證高質量的連接精度和可靠性。

  通常,開發(fā)人員可以從基于微控制器的電路板、片上系統(tǒng)(SOC)板、單板計算機(SBC)、以及專用于智能藍牙和WiFi的電路板之中進行選擇。下面是一些比較常見的開發(fā)板:

  Arduino Uno

  Raspberry Pi

  Intel Edison

  Udoo Neo

  LightBlue Bean

  Adafruit Flora

  Tessel

  Particle Photon

  Mediatek Linkit One

  C.H.I.P

  3. 事先考慮可擴展性

  如今無論是產(chǎn)品的推出速度,還是迭代速度都發(fā)展得十分迅速,物聯(lián)網(wǎng)領域亦然。為了保持應用的向后兼容性,您在開發(fā)過程中應當盡量保持可擴展性,以應對將來在數(shù)據(jù)體量、以及設備數(shù)量上的增長。顯然,現(xiàn)有的云技術也非常適合于應用的擴展。

  4. 注意安全

  由于大量連接設備同處一套網(wǎng)絡之中,因此物聯(lián)網(wǎng)應用在一定程度上非常容易遭受數(shù)據(jù)泄露的威脅。此外,由于人們最常用到物聯(lián)網(wǎng)設備的地方是他們的住所、汽車、以及醫(yī)院,因此攻擊一旦發(fā)生,個人隱私以及敏感信息更會暴露無遺。

  以下便是一些我們在使用安全工具來構建物聯(lián)網(wǎng)應用時,值得借鑒的兩個方面。

  仔細選擇硬件供應商與平臺:那些能夠為其硬件設備提供配套軟件程序的供應商,往往有著更好的安全態(tài)勢,同時也意味著更少的軟件漏洞。因此,對于物聯(lián)網(wǎng)應用而言,您應當選擇那些值得信賴、且有著良好信譽的硬件方案和平臺提供商。他們通常能夠提供相應的檢查工具、并持續(xù)進行更新。

  對應用程序綜合采取優(yōu)秀的安全實踐:對于那些無論是存儲在本地設備上,還是存放或傳輸在云端的數(shù)據(jù),我們都應當做好應用級別的數(shù)據(jù)加密、文件混淆(obfuscation)、兩因素身份驗證、以及訪問控制,以確保只有授權用戶才能安全地使用物聯(lián)網(wǎng)應用與設備。與此同時,我們還應當通過VPN等方式,來保護數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺琅c網(wǎng)絡。

  原文標題:IoT App Development: Impact, Challenges, and Process,作者:Akash Takyar

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