万物共享的物联网架构

  前言

  作为物联网领域最贴近用户的一个分支,智能家居行业在这两年持续火热。但是,除了智能家居外,物联网领域还有很多重要的组成部分:车联物流、智慧医疗、智慧社区、公共基础服务、智慧农业等。由于物联网的第一批先驱者往往都是从某个具体子行业转型过来的,对于物联网的认知也如盲人摸象,管中窥豹,很难有全局性的眼光。

  基于国外物联网大神Daniel Karzel, Hannelore Marginean, Tuan-Si Tran的文章《A Reference Architecture for the Internet of Things》http://www.infoq.com/articles/internet-of-things-reference-architecture ,结合作者在实际工作中的几个物联网项目,本文将描述一种物联网领域的层次结构,希望能帮助大家对物联网这个概念有更清晰的了解。

  什么是物联网?

  物联网的英文名称是”Internet of Things”,也就是我们经常看到的IOT,从字面意思上来看是“物物相连的互联网”。互联网解决的是人人互联的问题,而物联网解决的不仅是物物互联,还有人物互联。

  物(Thing)是一个抽象的概念,它既可以代表一个温度传感器、一个开关面板,也可以代表一部空调、一台挖掘机,甚至可以代表一个小区、一座城市:物的定义取决于我们的用例。

  在作者看来,物联网是一个现实世界与虚拟世界的交叉口,它从本质上解决的是虚拟操作和现实联动的行为映射关系。

  物联网的基本对象

  1. 从功能属性上来看,物联网的基本对象是物的行为:

  物(Thing) = n * 行为(Action)

  行为是用来衡量物能力的重要参数,它决定了物本身可以实现什么、可以为其他物提供什么、可以从外界获取什么。

  行为(Action) = n * 情境(Situation) + 目标(Goal)

  情境是在特定环境下,物表现出的自然属性,目标则表述了这个自然属性的意义,如2016年4月19日星期二,在杭州市西湖区XXX街道XXX号的王麻子家中,温度传感器显示25℃;而单纯一个温度传感器显示25℃的信息是没有任何的参考价值的。

  正是由于行为概念的引入,我们实现了虚拟和现实的第一次映射。

  2. 从自然属性上来看,物联网的基本对象是构成物的设备:

  物(Thing) = n * 设备(Device)

  设备大致分为传感器(Sensor)、控制器(Controller)、运算器(Calculator)、存储器(Memory)和标志(Tag)五种,它们以某种的方式进行组合,组成了一个完整的物。

  设备是物联网的起点和终点,所有行为的发生和完成都离不开设备——情境就是设备在一定条件下的表现。

  物联网的层次结构

  

 

  图描述的是一种“两头开放,纵向分层,横向管理”的物联网层次结构,可以描绘出非常多元化的业务场景。

  设备接入层、设备管理层和数据仓库一般发生在网关或者是PAAS服务器上,主要用途是数据采集;行为管理层、物物互联层一般位于SAAS服务器上,用来实现某些具体的数据模型;服务集成层是对数据进行变现,可以是一个APP也可以是一个O2O服务。

  为了方便理解,可以将这个模型嵌套在智能家居行业上,人->物的流程可以认为是单控,物->物物互联层->物的流程可以认为是场景联动。

  1. 设备接入层

  

 

  设备管理层主要是解决最底层的接入和通讯问题,包含设备发现、设备驱动和设备通讯三大组件。

  设备发现又分为两个部分:主动发现,接到高层次下发的搜索设备指令,在当前环境下搜索附近的设备;被动发现,设备通过某种协议向设备接入层发送入网请求。智能家居系统的添加设备基本是两种方式的混编:设备上电或者重置后向系统发送入网请求,并等待用户确认;网关或者手机也主动或定时扫描附近设备。

  设备驱动是负责定义特定的通讯协议和控制协议,以保证设备可以正常运行。在某些使用云端透传技术的系统中,设备驱动只需要定义通讯协议。

  设备通讯起到了设备接入层和设备管理层交互的桥梁作用,同时需要与设备组建交互,对通讯内容进行解析。