設(shè)備硬件及其互操作性，以便物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展并充分發(fā)揮其潛力。仍在建設(shè)中的其他物聯(lián)網(wǎng)元素與互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)。連接和安全性仍然需要成熟。

例如，短距離無線網(wǎng)絡(luò)是另一個(gè)需要工作的主要物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建模塊。它用于本地網(wǎng)絡(luò)，例如：

藍(lán)牙

Zigbee

6LoWPAN

Thread

WirelessHART等工業(yè)協(xié)議

使用最新版本的藍(lán)牙和Zigbee，這兩種協(xié)議現(xiàn)在都可以傳輸IP數(shù)據(jù)包，正如IDC所代表的那樣，它允許一個(gè)唯一可識別的端點(diǎn)。仍需要網(wǎng)關(guān)/集線器/集中器從短程無線域移動(dòng)到互聯(lián)網(wǎng)域。例如，使用藍(lán)牙，智能手機(jī)或平板電腦可以成為此網(wǎng)關(guān)。

局域網(wǎng)的主要研發(fā)工作主要集中在無線電硬件和功耗上，這樣我們就可以避免為無線設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛙浖褩Ｊ褂秒娫淳€或電池。6LoWPAN及其在谷歌方向上的最新發(fā)展，Thread，正在推動(dòng)這一領(lǐng)域的極限。由于消費(fèi)者習(xí)慣于定期更換技術(shù)，例如每隔幾年更新一次電腦和智能手機(jī)，因此消費(fèi)市場是這一發(fā)展的良好實(shí)驗(yàn)室。

物聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)也需要成熟。事物的連接依賴于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)。對于移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和難以到達(dá)的區(qū)域，IP網(wǎng)絡(luò)主要通過蜂窩系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。但是，有多個(gè)地方?jīng)]有蜂窩覆蓋。此外，盡管蜂窩電話是有效的，但隨著終端設(shè)備的數(shù)量開始達(dá)到大量，它變得太昂貴。用戶可以為單個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)劃付費(fèi)(例如，在汽車中使用蜂窩調(diào)制解調(diào)器來提供Wi-Fi)，但是當(dāng)操作大型機(jī)隊(duì)時(shí)，這種成本很快就會變得過高。

對于沒有穩(wěn)定電源的終端設(shè)備 - 例如在農(nóng)業(yè)應(yīng)用或管道監(jiān)控中 - 蜂窩電話的使用也不是一個(gè)好的選擇。蜂窩調(diào)制解調(diào)器相當(dāng)耗電。

因此，我們開始在遠(yuǎn)程無線連接中看到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備流量的新競爭者。一種稱為低功率廣域網(wǎng)(LPWAN)的新型無線技術(shù)已經(jīng)開始出現(xiàn)。以前您可以選擇距離有限的低功率(802.15.4)或更高距離的高功率，LPWAN提供了一個(gè)很好的折衷方案：電池供電操作，距離可達(dá)30KM。

LPWAN有許多競爭技術(shù)，但兩種方法特別重要的是LoRa和SIGFOX。

LoRa為協(xié)議提供了一個(gè)開放的規(guī)范，最重要的是，提供了一個(gè)開放的業(yè)務(wù)模型。后者意味著任何人都可以建立一個(gè)LoRa網(wǎng)絡(luò) - 從個(gè)人或私人公司到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商。

SIGFOX是一種超窄帶技術(shù)。它需要廉價(jià)的端點(diǎn)無線電和更復(fù)雜的基站來管理網(wǎng)絡(luò)。電信運(yùn)營商通常攜帶最大量的數(shù)據(jù); 通常是高頻(例如5G)，而SIGFOX打算通過使用較低頻率來做相反的事情。SIGFOX宣稱其消息可以傳輸長達(dá)1,000公里(620英里)，每個(gè)基站可以處理多達(dá)100萬個(gè)對象，消耗標(biāo)準(zhǔn)蜂窩系統(tǒng)能量的1/1000。如果從端點(diǎn)到基站，SIGFOX通信往往會更好，因?yàn)槎它c(diǎn)上的接收靈敏度不如昂貴的基站。它具有雙向功能，但其從基站返回端點(diǎn)的容量受到限制，

SIGFOX和LoRa多年來一直是LPWAN領(lǐng)域的競爭對手。然而，即使使用不同的商業(yè)模式和技術(shù)，SIGFOX和LoRa也有相同的目標(biāo)：在城市和全國范圍的LPWAN上采用物聯(lián)網(wǎng)部署。對于物聯(lián)網(wǎng)，LPWAN解決了連接問題，無需復(fù)雜網(wǎng)格或人口密集的星形網(wǎng)絡(luò)，即可完全覆蓋整個(gè)建筑物，校園或城市。

LPWAN的優(yōu)點(diǎn)是蜂窩運(yùn)營商所熟知的; 事實(shí)上，諾基亞，愛立信和英特爾正在合作開發(fā)窄帶LTE(NB-LTE)。他們認(rèn)為這是使用LTE為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電的最佳途徑。NB-LTE代表LTE的優(yōu)化變體。據(jù)他們說，它非常適合物聯(lián)網(wǎng)市場，因?yàn)樗子诓渴?，易于使用并提供?qiáng)大的電源效率。這三個(gè)合作伙伴面臨著一系列支持替代技術(shù)的競爭利益。其中包括華為和其他支持現(xiàn)有窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)提案的公司。

這些技術(shù)是解決一些以云為中心的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)的解決方案的一部分。它正在發(fā)生，但我們不能說這是今天的主流技術(shù)。

互聯(lián)網(wǎng)問題

除了互聯(lián)網(wǎng)的無線連接問題之外，還有關(guān)于互聯(lián)網(wǎng)本身的問題。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)。在IPSO聯(lián)盟成立于2008年，以促進(jìn)IP收養(yǎng)。去年，該聯(lián)盟公開宣稱所有行業(yè)都清楚地知道在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中使用知識產(chǎn)權(quán)?，F(xiàn)在的問題是，“如何最好地利用IP?”

例如，當(dāng)前的IP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛯哟谓Y(jié)構(gòu)是否能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)要求?當(dāng)我們開始考慮在網(wǎng)絡(luò)中使用網(wǎng)關(guān)/集線器/集中器時(shí)，它也會引發(fā)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用和數(shù)據(jù)處理位置的問題。從端點(diǎn)獲取數(shù)據(jù)并將其一直發(fā)送到后端系統(tǒng)(云)是否有意義，或者某些本地處理是否會提供更好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

全球業(yè)界現(xiàn)在的想法是，分布式處理是一種更好的解決方案，但互聯(lián)網(wǎng)不是那種方式構(gòu)建的。預(yù)測的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的廣度和規(guī)模需要在多個(gè)層面進(jìn)行協(xié)作，包括硬件，邊緣和云端軟件，以及使所有“事物”能夠進(jìn)行通信和互操作的協(xié)議和數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)。世界網(wǎng)絡(luò)專家知道，由受限設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)組成的當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施根本無法跟上物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量，也無法滿足某些系統(tǒng)所要求的低延遲響應(yīng)時(shí)間。鑒于預(yù)測的物聯(lián)網(wǎng)增長，這個(gè)問題只會變得更糟。

在他的文章“物聯(lián)網(wǎng)需要霧計(jì)算”中，Prismtech的首席技術(shù)官Angelo Corsaro 提出了很多關(guān)于我們今天所知的互聯(lián)網(wǎng)不足的原因。他表示，它必須從云變?yōu)殪F，以支持新的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理要求。

現(xiàn)有的以云為中心的網(wǎng)絡(luò)對于廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)是：

連接(每個(gè)設(shè)備一個(gè)連接)

帶寬(大量設(shè)備將超過人類通信的數(shù)量)

延遲(反應(yīng)時(shí)間必須與應(yīng)用程序交互的物理實(shí)體或過程的動(dòng)態(tài)兼容)

成本(對于系統(tǒng)所有者，每個(gè)連接的成本乘以設(shè)備數(shù)量可能會降低系統(tǒng)的ROI)

這些問題促成了OpenFog聯(lián)盟(OFC)的成立。OFC的創(chuàng)建是為了定義可組合性架構(gòu)和霧/邊緣/分布式計(jì)算方法，包括創(chuàng)建一個(gè)參考設(shè)計(jì)，提供接近終端設(shè)備的互操作性。OFC的工作將定義分布式計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)，存儲，控制和資源的架構(gòu)，以支持物聯(lián)網(wǎng)邊緣的智能，包括自主和自我感知的機(jī)器，物體，設(shè)備和智能對象。OFC是另一個(gè)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分正在開發(fā)中的例子。這支持了Gartner的信念，即物聯(lián)網(wǎng)需要5到10年才能實(shí)現(xiàn)主流采用。

然而，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的大多數(shù)媒體報(bào)道仍然以云為中心，分享了IT觀點(diǎn)。在我看來，IT驅(qū)動(dòng)的云計(jì)劃是一個(gè)重大錯(cuò)誤。對于許多物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建模塊，IT正試圖將其技術(shù)推向頻譜的另一端 - 設(shè)備。將IT專有技術(shù)應(yīng)用于嵌入式設(shè)備需要更多的硬件和軟件，這些軟件和軟件目前會增加物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的成本。為了使物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)，邊緣設(shè)備單位成本需要比我們今天所能達(dá)到的要低很多。如果我們嘗試將IT技術(shù)和流程應(yīng)用于OT設(shè)備，我們就會忽略這一點(diǎn)。

IT假設(shè)大型處理器具有大量存儲和內(nèi)存。IT的編程語言和其他軟件技術(shù)依賴于這些資源的可用性。將IT成本基礎(chǔ)架構(gòu)應(yīng)用于OT設(shè)備并不是正確的方法。不僅需要在硬件方面，而且在系統(tǒng)管理方面需要更多的開發(fā)。管理數(shù)千或數(shù)百萬計(jì)算設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)增長的另一個(gè)障礙：安全性。沒有一天我沒有閱讀有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)安全要求的文章。該行業(yè)仍在分析其含義。我們了解IT安全性，但I(xiàn)T只是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。物聯(lián)網(wǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)，特別是在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備種類方面。

例如，最近的研究表明，當(dāng)我們包含安全性時(shí)，設(shè)備到設(shè)備的交互復(fù)雜性不會擴(kuò)展。憑借高度多樣化的供應(yīng)商社區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)顯然需要互操作性。我們還了解到，設(shè)備信任(包括設(shè)備身份驗(yàn)證和證明)對于保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。但設(shè)備制造商發(fā)布的證明密鑰會損害用戶隱私。第三方證明可能存在專有解決方案，但同樣，它們不會擴(kuò)展。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的安全性必須從終端設(shè)備開始。設(shè)備必須具有不可變的標(biāo)識。

不幸的是，今天這種情況沒有答案。一些芯片供應(yīng)商確實(shí)有解決方案。但是，它們是專有解決方案，這意味著必須為每個(gè)芯片供應(yīng)商定制設(shè)備上運(yùn)行的軟件。

封閉式專有系統(tǒng)的安全性是可以實(shí)現(xiàn)的，特別是當(dāng)攻擊面較小時(shí)。然而，一旦我們將系統(tǒng)打開到公共網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并且正在考慮來自多個(gè)來源的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的指數(shù)增益，安全性就成為一個(gè)不會很快解決的組合問題。利用在系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)所需的語義互操作性和應(yīng)用層協(xié)議互操作性，轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)引入了可信第三方和新/不同數(shù)據(jù)模型/序列化格式，這進(jìn)一步使組合系統(tǒng)的復(fù)雜性復(fù)雜化。

IT領(lǐng)域的優(yōu)勢在于運(yùn)行在英特爾或類似架構(gòu)上，并以Windows或Linux作為主要操作系統(tǒng)。在嵌入式領(lǐng)域中，除了核心之外沒有其他東西(除了核心 - 大部分時(shí)間都是ARM-但外圍設(shè)備都是不同的，即使在相同的硅供應(yīng)商產(chǎn)品組合中也是如此)。對于嵌入式系統(tǒng)中使用的微控制器和微處理器，還有許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，從開源系統(tǒng)到商用RTOS。為了降低嵌入式系統(tǒng)成本并實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，該行業(yè)將需要標(biāo)準(zhǔn)化所使用的硬件和軟件。否則，“事物”的開發(fā)和生產(chǎn)成本將保持很高，并且危及達(dá)到預(yù)期的數(shù)十億設(shè)備。

幸運(yùn)的是，技術(shù)社區(qū)已經(jīng)確定了幾種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)模式。設(shè)計(jì)模式是針對常見問題的通用可重用解決方案。雖然不是可以直接轉(zhuǎn)換為硬件或代碼的完成設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)模式是如何解決可在許多不同情況下使用的問題的描述或模板。

這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)模式在IETF RFC 7452和最近的Internet Society IoT白皮書中有所描述。一般來說，我們認(rèn)識到五類模式：

設(shè)備到設(shè)備

設(shè)備到云

網(wǎng)關(guān)

后端數(shù)據(jù)可移植性

基于IP的設(shè)備到設(shè)備

每種設(shè)計(jì)模式的安全解決方案正在開發(fā)中。但仍有大量工作要做。

最后，所有這些工作都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)隱私，遺憾的是，這不僅是一個(gè)技術(shù)問題，也是一個(gè)合法的問題。誰擁有這些數(shù)據(jù)，擁有者可以用它做什么?可以出售嗎?可以公開嗎?

正如您所看到的，在我們?yōu)檫@些安全問題提供解決方案之前，我們需要多年的工作。但問題正在被提出，并且根據(jù)這個(gè)說法，問問題已經(jīng)是答案的50%了!

結(jié)論

我的目標(biāo)不是阻止任何人開發(fā)和部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) - 事實(shí)上恰恰相反。存在開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)建塊。這些塊可能太昂貴，太笨重，可能達(dá)不到可接受的性能水平，并且可能不安全，但它們存在。

我們今天的立場類似于汽車時(shí)代初期的立場。第一輛車沒那么快，并且有無數(shù)的安全問題!一個(gè)世紀(jì)之后，我們正在考慮自動(dòng)駕駛汽車的問世。對于物聯(lián)網(wǎng)，它不會需要一個(gè)世紀(jì)。如前所述，Gartner認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)將需要五到十年才能實(shí)現(xiàn)主流采用。我同意，我個(gè)人也在努力開發(fā)一些實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的部分。

還有很多問題。大約10年前，業(yè)界一直在詢問IP是否是正確的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。今天很清楚。知識產(chǎn)權(quán)是必須的。現(xiàn)在的問題是，“我們?nèi)绾问褂盟?我們經(jīng)常聽到的另一個(gè)問題是，“物聯(lián)網(wǎng)的投資回報(bào)率是多少”?這種技術(shù)可帶來的成本和收入(或成本節(jié)約)是多少?在物聯(lián)網(wǎng)真正起飛之前，這些問題需要扎實(shí)的答案。

挑戰(zhàn)也很多。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，您可能會發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)所需的傳感器/執(zhí)行器，處理器，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，存儲，數(shù)據(jù)處理和分析方面的限制。沒有軟件就無法實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，并且在有軟件的地方，有錯(cuò)誤修復(fù)和功能增強(qiáng)。為了實(shí)現(xiàn)軟件可升級性，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)為允許此功能。系統(tǒng)硬件和操作成本可能更高，以達(dá)到計(jì)劃的系統(tǒng)壽命。

總而言之，今天可以開發(fā)和部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。隨著新技術(shù)的引入，越來越多的系統(tǒng)概念可以產(chǎn)生積極的影響。此類系統(tǒng)的良好示例包括車隊(duì)管理和許多消費(fèi)者計(jì)劃。物聯(lián)網(wǎng)由許多移動(dòng)部件組成，其中許多部件都有當(dāng)前主要的研發(fā)項(xiàng)目。在未來幾年，我們將看到許多領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。

那么物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的真正挑戰(zhàn)不是技術(shù)。他們存在。面臨的挑戰(zhàn)是它們的綜合成本和性能達(dá)到了部署預(yù)測的數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的水平。