構建基于云計算的物聯(lián)網設備管理平臺探究

黨東亮

（聯(lián)通物聯(lián)網有限責任公司，南京 210006）

1 總體結構

1.1 感知層

感知層是將信息世界和物理世界聯(lián)系起來的核心紐帶，是物聯(lián)網的重要基礎。感知層是由物聯(lián)網設備構成的，詳細包含具有感知、通信、識別能力的智能物體與感知網絡。網絡時代，傳感器隨處可見，物聯(lián)網設備借助于傳感器以及采集器對數(shù)據(jù)進行搜集?，F(xiàn)階段的傳感器一般包括壓力、溫度、光電、濕度等。對我們人類而言，是使用五官和皮膚，通過視覺、味覺、嗅覺、聽覺和觸覺感知外部世界[1]。而感知層是物聯(lián)網的五官和皮膚，用于識別外界物體和采集信息，感知層對物聯(lián)網至關重要，是物物相連的基礎，是實現(xiàn)物聯(lián)網的底層技術，也可以說感知層是物聯(lián)網發(fā)展的“通行證”。

1.2 網絡層

物聯(lián)網屬于萬物互聯(lián)，假如物體要有效連接，一定需要借助于網絡層，物聯(lián)網依賴于各種通訊技術的相互融合。網絡時代，需要各種各樣的聯(lián)網設備，還需要數(shù)據(jù)傳輸量大與連接速度快的設備，比如視頻以及電腦設備的進一步連接，就需要借助于可靠性高與速度快的通訊方式。也有大量及時響應性要求低，數(shù)據(jù)量不大的設備，這些設備以后可能連接超大的量，那么需要自動無線連接，也需要較低的功耗。

1.2.1 常用組網方式

以太網、Wi-Fi、移動通信、NB-IoT（Narrow BandInternet of Things，窄帶物聯(lián)網）、ZigBee、lora 等。

1.2.2 常見通信協(xié)議

（1）MQTT 協(xié)議。MQTT 是IBM 深入開發(fā)的一個通訊協(xié)議，MQTT 協(xié)議是為控制設備通訊以及遠程傳感器而進一步設計的一類協(xié)議[2]。MQTT 協(xié)議具有很多的好處，包含能夠支撐全部平臺，它基本能夠將互聯(lián)網與一切聯(lián)網物品開展進一步連接。它涵蓋了如下幾項關鍵特征：一是借助于訂閱/發(fā)布消息的模式，提供一對多的運用程序以及消息發(fā)布之間的解耦；二是傳輸消息的時候無需懂得相關負載內容；三是借助于IP/TCP 實現(xiàn)互聯(lián)網的有效連接。

（2）CoAP 協(xié)議。CoAP 是受約束的運用協(xié)議的代稱。因為目前物聯(lián)網里面大量設備的資源都比較有限，所以僅有定量的計算能力以及少許的內存空間，在物聯(lián)網中運用以前的HTTP 協(xié)議就會顯得太過巨大而不太適用。于是，IETF 的CoRE 工作組進一步提出了一種基于網絡層是6LowPAN、傳輸層是UDP、REST架構的CoAP 協(xié)議。CoAP 一般屬于一對一的協(xié)議：例如某一設備應該從服務器端對現(xiàn)階段的溫度信息進行仔細查詢。請求消息（CON）：GET/temperature，相關請求內容會進一步被包在CON消息中響應消息（ACK）：2.05Content“22.5C”，相關響應內容會被放進ACK 消息中。

（3）MQTT 和CoAP 的具體差異。CoAP 以及MQTT 都是可行的物聯(lián)網協(xié)議，可二者還是具有較大差異的，例如CoAP 協(xié)議是基于UDP，而MQTT 協(xié)議是基于TCP。從運用角度來看，核心差異包含如下幾個方面：

第一，MQTT 協(xié)議不支持其他幫助Clients 進一步了解的標簽信息，即全部MQTTClients 一定要清楚消息格式。而CoAP 協(xié)議則剛好反之，由于CoAP 內置發(fā)現(xiàn)支持與內容進行協(xié)商，如此就可以允許設備互相窺測以盡快找出數(shù)據(jù)的具體交換方式。

第二，CoAP 是無連接，而MQTT 是長連接。Broker 以及MQTTClients 之間維持TCP 長連接，這類情況在NAT 環(huán)境下也不會出現(xiàn)問題。假如在NAT 環(huán)境中運用CoAP 的話，那就應該使用部分NAT 穿透性方法。

第三，MQTT 是若干個客戶端借助于中央代理進一步傳遞消息的多對多協(xié)議。它一般經過讓客戶端代理決定消息復制、發(fā)布消息進一步解耦生產者以及消費者。MQTT 等同于消息傳遞的及時通訊核心線。CoAP 大體上就是一個在Client 以及Server 之間傳遞相關信息的單對單協(xié)議。

1.3 平臺層

平臺層具體功能包括：設備部署、設備連接、設備定義/組、監(jiān)視、邊緣監(jiān)視、邊緣管理、固件/軟件管理、遠程配置/操作、故障排除和診斷/故障排除等。

在部署物聯(lián)網設備管理平臺的過程中，需要按照以下步驟開展。首先，從網絡節(jié)點配置、監(jiān)控功能與無線傳輸通道方面出發(fā)，傳感器廠商與應用商互相配合，能夠為用戶提供功能強大的物聯(lián)。一定要利用云基礎設施進一步部署物聯(lián)網設備管理平臺[3]。只有這樣，確保虛擬技術，可進一步減少小規(guī)模建設成本。其次，找準突破口，擴展監(jiān)控功能和網絡節(jié)點配置。借助于云計算，能夠產生行業(yè)計算模型，并形成對外服務。在有關供應商的大力支持下能夠開發(fā)云應用，并把各項功能進一步集中至云平臺上，創(chuàng)建物聯(lián)網設備管理平臺。最后，延伸云應用范圍，完善云服務模型和平臺，提升物聯(lián)云管理能力。物聯(lián)網設備管理平臺在云計算的基礎上產生，已經變成一種大勢所趨，且云計算在這個進程中施展出更加顯著的作用，并促進物聯(lián)網的不斷發(fā)展。

圖1為感知層、網絡層與平臺層的關系：

圖1 感知層、網絡層與平臺層關系

2 結束語

一言以蔽之，如果物聯(lián)網算得上是下一代網絡發(fā)展的形式，那云計算能夠當作實現(xiàn)該目標的一種行之有效的技術手段。物聯(lián)網應用領域不斷延伸，應用技術逐漸趨于成熟的形勢下，各類海量設備不斷接入網絡，需要不斷加強對設備數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析以及開發(fā)應用能力。以云計算為核心基礎，進一步創(chuàng)建物聯(lián)網設備管理平臺，是一種大勢所趨。