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使用 IoT 平台简化 IoT 应用程序的开发

帮助您理解为什么应该使用 IoT 平台的指南

标签: IoT

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Anna Gerber

更新: 2020-01-31 | 发布: 2017-08-02

学习路径: 开始使用物联网开发

本文是 IoT 101 学习路径的一部分，是物联网开发人员的快速入门指南。

开发和部署 IoT 系统很复杂 — 涉及到协调各种各样的连接设备、网络、云服务，以及移动和 Web 应用程序。

IoT 平台提供了中间件来连接和管理硬件设备，以及它们使用面向用户的移动和 Web 应用程序收集的数据。这些 IoT 平台通常设计为能在设备、应用程序和服务之间建立安全通信。它们还使得开发和部署 IoT 应用程序变得更快、更容易。IoT 平台被设计为可扩展和可靠的平台。例如，由于 IoT 系统实现了容错，所以它们在发生设备、网络或云服务故障时会继续运行。通过利用标准和提供具有详细记录的 API 和 SDK，IoT 平台可帮助您将完全不同的设备、应用程序和服务集成到 IoT 系统中，让您能根据需求变化来灵活地自定义和替换组件。

物联网正在快速演化，所以您需要快速且高效地开发 IoT 应用程序，以便最大限度缩短上市准备时间并保持竞争力。尽管每个 IoT 计划都具有自己的一组独特需求，但是对于连接设备的管理，以及它们生成的数据的传输、存储和分析，大部分 IoT 项目都有一些共同需求。IoT 平台解决了这些基本需求，它们不仅提供了通用的、可自定义的工具和服务，还提供了 抽象，您可以在这些抽象的基础上开发自定义 IoT 解决方案。

通过探索 IoT 平台的重要功能，分析最顶级的多个用途的端到端 IoT 平台，您会意识到为什么应该采用 IoT 平台来快速开发 IoT 解决方案，并快速从 IoT 数据中获取最大价值。

IoT 平台功能

考虑以下重要的 IoT 平台功能：

  • 设备管理
  • 数据通信协议
  • 数据存储
  • 规则和分析
  • 快速应用程序开发和部署
  • 集成
  • 安全性
  • 开发和维护使用 IoT 平台构建的解决方案的成本。

每项功能的相对重要性取决于您的具体用例。例如，考虑一个小型家庭自动化系统。设备管理不是主要问题，因为要管理的设备很少。由于家庭自动化用例是一个非常被动的用例，所以不太需要 IoT 平台提供数据存储和数据分析功能来存储和分析历史传感器读数。但是，IoT 平台必须支持快速可靠的数据通信协议，以确保没有错过传感器检测到的事件，并能得到近实时的响应。但是在工业 IoT 应用程序中，涉及到数千个传感器，它们监视着工厂设备，以检测设备故障和预测何时对设备执行维护，这时 IoT 平台的设备管理和分析功能显然重要得多。

设备管理

要了解 IoT 设备管理的详细信息，请阅读我的文章“ 为您的下一个 IoT 项目选择最佳硬件”。

IoT 平台的一项核心功能就是管理 IoT 硬件设备。设备管理会在每个 IoT 设备的整个生命周期中发生，包括配备新设备，监视和维护操作设备，以及最终在设备达到使用期限时让它们退役。IoT 平台提供了管理设备注册、配置和无线更新的功能。借助 IoT 平台，您可以收到设备状态警报，监视设备健康或使用情况的统计信息。IoT 平台还会在发生故障时提供远程调试。资产管理也属于设备管理的范畴，包括列出和搜索连接设备，查询和管理设备元数据的能力。

寻找对设备不可知并能与现有企业资源规划 (ERP) 系统集成的 IoT 平台。

数据通信协议

要了解 IoT 网络协议的详细信息，请参阅我的文章“ 连接物联网中的所有事物”。

IoT 设备、网关以及基于云的应用程序和服务之间的安全可靠的通信，对于实现远程管理、更新连接设备和传输数据是不可或缺的。尽管一些数据可存储在本地并通过边缘分析加以处理，但从传感器和其他 IoT 设备收集的一些数据需要传送到上游的云服务或应用程序，以便实现聚合、进一步处理或可视化。一个 IoT 系统中通常连接着数千个设备，所以许多 IoT 平台都包含消息代理服务，使设备和网关能够低延迟地大范围发送和接收消息。这些消息代理服务通常会使用标准通信协议，比如 MQTT、CoAP 或 XMPP。一些平台还支持使用 Web 套接字来实现实时通信。

数据存储

鉴于数十亿个连接设备正在以前所未有的速度生成数据，将海量数据存储在何处是选择 IoT 平台时要考虑的另一个方面。数据湖（Data lakes）可用来存储各种不同格式的数据，包括原始数据、结构化数据、半结构化数据或非结构化数据。这些数据湖通常构建于 NoSQL 或 Hadoop 技术之上，以实现最高的灵活性和可扩展性。数据湖和 IoT 平台提供的其他数据存储通常高度可用，支持并发读写，而且包含可配置的索引来提高 IoT 应用程序访问和查询数据时的性能。

规则和分析

以可靠方式存储数据后，接下来要考虑的是如何从 IoT 数据中获取洞察。许多 IoT 平台提供了包括实时处理和批处理在内的分析功能。规则引擎证明了实时数据分析生成可操作的洞察的能力，可以使用规则对用于触发操作的条件进行编码。一些平台提供了立即可用的分析应用程序，但是支持对内置报告、分析仪表板和数据可视化进行自定义的平台是更灵活的选择。

快速应用程序开发和部署

加快特定用途应用程序的开发和交付，是采用 IoT 平台的主要推动因素之一。因此，合理的做法是选择一个提供了代码样板生成工具、模板或小部件来支持快速开发，并提供了工具来简化和自动化部署的 IoT 平台。

集成

由于各种各样的连接设备和 IoT 相关服务已投入生产，更别提未来几年预计上线的数十亿个设备，所以互操作性是 IoT 中的一个重要考虑因素。鉴于 IoT 演化速度如此之快，让 IoT 系统顺应未来就显得至关重要。IoT 平台实现此互操作性的方法是采用一些标准，并在底层技术之上提供额外的抽象层和标准化层。例如，如果升级 IoT 设备来使用具有更高分辨率的传感器，在事物发生变化时，您的应用程序被破坏的可能性就更低。IoT 平台可以通过 SDK 和 API（其中 REST API 尤为常见）与其他平台、设备、Web 服务、工具和应用程序集成。

安全性

安全性是任何 IoT 解决方案设计的一个重要组成部分。安全性包括保护设备和网络通信，以及实施云和应用程序级别的安全保护。选择一个提供了身份验证和授权服务的 IoT 平台，而且该平台最好集成了用于身份管理（比如 LDAP）的现有系统，以及采用了设备身份验证标准（比如 X.509）的现有系统。要实现安全通信，IoT 平台应采用 TLS 等标准来加密内容，确保数据完整性。IoT 平台也可以对用户、设备、网关和服务实施基于角色的访问控制，并提供安全监控和审计工具。

成本

加速 IoT 解决方案的开发是采用 IoT 平台的一个主要优势，但 IoT 平台也可以帮助降低开发成本。与开发和维护定制的内部解决方案相比，持续成本（比如访问托管 IoT 平台的订阅费或自托管平台的托管成本）通常更少。许多 IoT 平台提供了免费试用期或较低的使用门槛，您可以利用这一点几乎没有前期开支地开始使用 IoT 平台，但是一定要考虑到这些成本会在初期试用结束后发生变化。

比较 IoT 平台

一些供应商提供了数百个 IoT 平台。一些平台非常专业化，例如仅迎合某个垂直市场，比如 GE Predix ( https://www.predix.io/) 就是一个专门针对工业 IoT 的 PaaS IoT 平台。其他 IoT 平台仅专注于提供您的 IoT 系统可能需要的功能子集，而不是端到端 IoT 平台解决方案，例如 Cisco and SAS Edge-to-Enterprise IoT Analytics Platform 仅专注于 IoT 分析。最终，您可能选择采用多个 IoT 平台。

以下是 5 个适合许多不同应用的流行的多用途的端到端 IoT 平台，可以使用它们作为起点：

  • IBM Watson IoT >

    IBM Watson IoT 构建于 IBM 的 Bluemix PaaS 平台之上，是一个成熟的、对开发人员友好的 IoT 平台，实时分析和认知计算是它的强项。 该平台还支持设备管理、身份验证和授权、安全数据存储和通信、标准通信协议（比如 MQTT 和 HTTPS）、规则、REST API 和 SDK。根据市场研究公司 IDC 的研究， Watson IoT 产品组合和 Watson IoT Platform 被评为“平台的 IoT 平台”。

  • Amazon Web Services IoT

    AWS IoT 是一个高度可扩展的 IoT 平台。它包含一个 SDK、身份验证和授权、设备注册表、一个使用 MQTT、WebSocket 或 HTTP 与设备通信的设备网关，以及一个与 DynamoDB 等现有 AWS 服务集成的规则引擎。AWS IoT 的一个重要特性是“设备卷影 (device shadow)”，这是每个包含最后已知状态的设备的持久虚拟版本。

  • Microsoft Azure IoT Suite

    Microsoft Azure IoT Suite 是另一个综合 IoT 平台，它使用 Azure IoT Hub 支持设备管理和孪生设备（比如设备卷影），还支持标准通信协议（包括 MQTT、AMQP 和 HTTP）、安全存储、规则，以及分析引擎（支持预测分析和数据可视化）。

  • ThingWorx

    PTC ThingWorx 是一个企业级 IoT 平台，它支持模型驱动的快速应用程序开发。特性包括设备管理、应用程序建模，支持标准协议（包括 MQTT、AMQP、XMPP、CoAP 和 WebSocket）、预测分析，以及 REST API 和 SDK 以提供集成支持。

  • Kaa

    Kaa 是一个免费的开源 IoT 平台，它是依据 Apache 2.0 许可来发布的，这使得该平台可以自行托管。Kaa 包含用于 Java、C++ 和 C 的 REST API 和 SDK，具有设备管理、数据收集、配置管理、通知、负载平衡和数据分析功能。

结束语

面对如此多可供选择的不同 IoT 平台，选择一个平台乍一看似乎有点困难。您可以考虑自己对每种平台的功能的需求，选择与您的业务最匹配的平台。采用 IoT 平台可以简化、加速和改善您的下一个 IoT 项目的开发。通过使用 IoT 平台，您可以专注于您的用例所独有的需求，快速向客户提供价值。

本文翻译自： Streamlining the development of your IoT applications by using an IoT platform（2020-01-31）