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[导读]物联网系统设备端的开发不需要网关的设备需要网关的设备WiFi类设备物联网平台开发业务应用开发物联网的概念已经被炒了好多年了,奇怪的是:市场中对这个概念的反应总是不愠不火。随着5G的迅速普及,不知道是否能够再次把这个领域带火起来。但是不管怎样,很多大学已经把物联网这个专业给坐实了。...

  • 物联网系统


  • 设备端的开发


    • 不需要网关的设备


    • 需要网关的设备


    • WiFi类设备


  • 物联网平台开发


  • 业务应用开发



物联网的概念已经被炒了好多年了,奇怪的是:市场中对这个概念的反应总是不愠不火。


随着5G 的迅速普及,不知道是否能够再次把这个领域带火起来。


但是不管怎样,很多大学已经把物联网这个专业给坐实了。


前几天,一位大一的小伙伴私信我:进入物联网专业已经快一年时间了,却不知道以后出去干什么?


这篇文章,我们就从开发者的角度,来简单看一下物联网这个领域使用了哪些技术栈、有哪些开发工作。


物联网系统

从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作这张图从开发者的角度,展示了一个物联网系统中的各种角色,包括它们之间的通信。


如果从软件开发岗位的角度来对这几个模块进行划分的话,这个系统中主要包括:


  1. 前端、后端开发:负责物联网平台和业务应用的开发;


  2. 嵌入式软件:主要是设备端的开发,这部分根据使用的不同技术(或者说硬件模块),又可以分为很多不同的子领域;


  3. 移动端开发:Android APP, iOS APP, H5 小程序,还有目前的鸿蒙系统APP。


设备端的开发

从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作这里描述的设备,还是属于比较狭隘的范畴,仅仅包含了具有通信功能的物理硬件实体。


如果从广义的物联网来看,任何物品,只要能够接入网络,都可以称之为设备,或者称之为 thing。


比如:把一件衣服附上一个电子标签,也是物联网的一个小分子。


从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作我们这里,仍旧以传统意义上的设备来讲解,比如:智慧路灯,智能手表,智能家居里的门磁、报警器等等。


对设备端的开发进行分类的话,从通信方式这个角度来进行划分比较清晰。


一个设备要想接入到网络,肯定需要通信功能,包括:有线通信,无线通信。


在一些传统行业,或者对通信质量要求比较高的场景下,部署有线网络还是比较常见的,例如一些工业场景中。


对于一些民用领域,大部分还是以无线通信为主。


1. 不需要网关的设备

这一类设备,利用 2G/3G/4G 基站来进行数据的传输,产品的形态是:


从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作也就是 单片机 通信模块的方式。


通信模块包括:GPRS 模块、4G 模块、NB-IoT 等等。


在开发这一类产品的时候,单片机负责产品的功能部分;通信模块负责通信部分。


单片机与通信模块之间,在硬件上通过 UART 口通信居多,在协议上可以通过AT指令,或者其他的一些专有协议。


从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作近几年,在传统的消费类电子产品上,添加一个通信模块,让产品达到连网的功能,还是比较流行的。


这一类的产品的软件开发工作,与一般的单片机开发并无两样。无非是增加了一些通过网络来上报数据,或者从网络接收控制指令。


只要熟悉所使用的通信协议即可。


上面的这种产品形态,需要对硬件进行重新设计,比较适合从零开始的产品开发。


那么对于那些已有的产品,如果想连接到物联网平台上,但是又不想重新设计,又该怎么办呢?


有需求就有供给!


比如:一些扫地机、吸尘器的厂商,由于找不到其他可以创新、突破的点,于是就开始内卷,纷纷加上连网的功能。


从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作他们直接在产品中,添加一个ESP8266或者ESP32模组,就立刻升级成一个智能产品,多么高大上。当然了, 价格也同样高大上起来了!


ESP8266或者ESP32与一般的通信模组有一点不一样:它是一个完整的单片机,只不过它们的主要用途就是专门用来解决通信问题,而不是一般的功能控制。


2. 需要网关的设备

从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作如果提到智能家居,可能大部分的人会想到一个词语ZigBee,这是一个局域网的无线通信协议,大概在2005年左右就开始在智能家居中崭露头角了。


与ZigBee类似的无线通信协议还有:ZWave、RF433、BLE等等。


它们的作用都是类似的:都是为了让多个设备能够组网,节点之间以多跳的方式传输数据,达到通信的目的。


这些数据最终会汇总到一个叫做网关的设备,然后与云端的服务器进行通信。


从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作这一类产品的开发,包括:网关开发 和 设备开发这两种。


网关的开发稍微复杂一些。从功能上来说,网关需要实现:


  1. 设备的管理(与物联网平台的设备管理不是一个概念);


  2. 规则引擎(在断网的状态下实现场景联动等功能);


  3. 通信协议转换(把物理网平台的通信协议转成设备私有协议);


有些网关中,还会集成不同的无线通信协议模块,比如:把ZigBee、BLE、红外等功能,集成在一个网关中,这样的话,不同通信方式的设备就可以在一个系统中共存了。


从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作此时,网关就要做更多的工作:


  1. 上行链路(连接到云平台):需要做到协议的统一,也就是说云平台才不关系下面到底是什么样的无线通信技术,云平台只会以统一的数据格式来表示每个设备;


  2. 下行链路(连接到设备):协议转换,把云平台发来的统一的数据格式,转换成不同的无线通信协议特有的数据格式;


设备的开发工作就相对纯粹一点了,它只需要处理某一种无线协议即可。


这一类设备的开发,一般都是使用相应的通信模组,底层的协议栈都是提供好的。


开发者需要做的工作主要就是熟悉应用层的通信协议,完成指令的解析和数据上报工作。


3. WiFi 类设备

从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作这一类产品最常见的就是各种品牌的网络摄像头(IPCamera),比如:小米、360、萤石等等。


摄像头如果作为一个单品来使用,只要把家中的WiFiSSID 和 密码配置到摄像头中,就可以使用官方的APP来远程查看实时画面了。


如果把摄像头集成在一个智能家居的系统中,就需要二次开发。


摄像头厂家一般都会提供SDK,作为开发者需要做的事情就是:调用SDK中的API函数,获取实时画面、发送指令控制摄像头云台转动。


这里有一个底层的技术很有意思:P2P 网络穿透。


我们买来一个网络摄像机,是不可能有一个独立的IP地址的。也就是说:其他设备(手机)是没办法通过 IP:PORT 的编程方式,直接连接到摄像头的。


但是为了实时画面的传输质量,为了减轻服务器的转发压力,手机最好可以直接与摄像头建立TCP通信。


此时,P2P网络穿透给这种需求提供了可能。


在早期的时候,深圳有大批的摄像头厂商使用的都是TUTK这家公司的P2P网络穿透服务。


从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作在P2P Master(就是一台服务器)的协助下,实现移动端与摄像头之间的网络穿透,直接建立TCP连接。


物联网平台开发

物联网平台,作为连接业务应用和设备的中间层,屏蔽了各种复杂的设备接口,实现设备的快速接入。


目前,做的比较大的就是那么几家巨头:亚马逊的 AWS 平台,阿里云、腾讯、华为的物联网平台。


以上这几家的物联网平台,仅仅是他们的云平台中的一个组成部分。


它们的目标就是提供一个通用的通信标准和SDK,快速的接入各种硬件设备,通过设备接入数量、通信数据的流量,以及提供各种业务层的服务来赚钱。


另外,还有一些下一梯队的公司,开发了自己的、专门针对物联网领域的平台。由于知名度不高,只能以合作开发项目的形式来吸引硬件设备的接入。


从开发的角度来看,物联网平台的开发技术栈主要是后台开发。由于这部分技术栈我不太熟悉,就不去深入讨论了。


物联网平台最宝贵的就是数据,如何利用这些数据,这就是业务应用的事情了。


业务应用开发

从程序员的角度,来拆解物联网系统中的开发工作所谓的业务应用,简单来说,就是通过调用物联网平台提供的API,实现设备管理、数据上报、命令下发等业务场景。


设备管理是在设备接入基础上,提供了更丰富完备的设备管理能力,简化海量设备管理复杂性,提升管理效率。


从物联网平台的设备和数据中,可以衍生出各种不同的业务应用场景,这就要根据实际的系统功能来进行按需开发了。


比如:智慧城市、智慧照明、智慧工业、车联网等行业应用。


涉及到的技术栈是:前端和后端开发。



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