在一個(gè)平常的不能再平常的周末下午，幾個(gè)小伙伴聚在了一起，一起暢想“萬(wàn)物互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)。小伙伴中有硬件開(kāi)發(fā)者、嵌入式開(kāi)發(fā)者、軟件開(kāi)發(fā)者;有互聯(lián)網(wǎng)公司的全棧工程師、也有核電廠的工控系統(tǒng)維護(hù)者、還有路由器廠商的wifi協(xié)議開(kāi)發(fā)者。我們發(fā)現(xiàn)，世面上沒(méi)有開(kāi)源且可商用的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)或系統(tǒng)。這里的可商用，不是搭建幾個(gè)demo把硬件連上網(wǎng)、app操作兩下這么簡(jiǎn)單!

有以下幾點(diǎn)都是必須著重考慮的：

必須有完備的硬件、嵌入式、云端一體的協(xié)議及架構(gòu)設(shè)計(jì)

能夠?qū)崿F(xiàn)真正的硬件智能化，能夠基于數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)并自主工作

必須有很高的性能、穩(wěn)定性及擴(kuò)展性

必須能夠適應(yīng)成千上萬(wàn)種不同資源的硬件設(shè)備，從PC到手機(jī)、從計(jì)算資源極其有限的單片機(jī)到網(wǎng)絡(luò)帶寬極其有限的控制器

必須能適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，包括有線、wifi、3g/4g、gprs等

必須有很可靠的安全性

需要盡可能降低研發(fā)和生產(chǎn)成本

在媒體和科技工作者都抱著物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)的觀點(diǎn)并翹首觀望時(shí)，我們決定做點(diǎn)什么，而不是當(dāng)看客!這個(gè)平常的不能再平常的周末下午，也許對(duì)我們不太平凡。

我們決定啟動(dòng)全套可商用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)，并在不久的將來(lái)，全部開(kāi)源。

于是大家利用業(yè)余時(shí)間，開(kāi)始了協(xié)議設(shè)計(jì)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將項(xiàng)目慢慢啟動(dòng)了起來(lái)。幾個(gè)月后，第一個(gè)商用版本的研發(fā)成功完成。這期間，好幾個(gè)小伙伴辭去了工作，全職進(jìn)行研發(fā)。我們?cè)跊](méi)有融資、沒(méi)有資源的情況下一路走到現(xiàn)在，其中辛酸就不多言了。謹(jǐn)以此文記錄我們?cè)谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)中的走過(guò)的路，以饗同樣是物聯(lián)網(wǎng)愛(ài)好者的你。

整體設(shè)計(jì)

一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)涉及硬件、軟件、云端、app各個(gè)環(huán)節(jié)，必須從整體進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，只倚重某個(gè)單一的環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都不具備良好的適用性和擴(kuò)展性。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)為了避免這種情況，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景(甚至包括工業(yè)場(chǎng)景)，每次的架構(gòu)設(shè)計(jì)討論都是所有團(tuán)隊(duì)成員參與。大體的系統(tǒng)架構(gòu)如下：

協(xié)議

在一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，協(xié)議是串通上下層的關(guān)鍵紐帶。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，我們將協(xié)議分為兩大層：通信層和業(yè)務(wù)層。

通信層基本上是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)中的傳輸

業(yè)務(wù)層分為兩層，底層是負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下數(shù)據(jù)交換格式的規(guī)范，上層是物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景需要具體傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)數(shù)據(jù)規(guī)范。

通信層互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)目前已經(jīng)非常成熟且通用，但是業(yè)務(wù)層協(xié)議目前還是種類繁多?？梢源_定的一點(diǎn)是，最終能在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中稱霸的協(xié)議，一定也像互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的TCP/IP一樣是開(kāi)放的、免費(fèi)的。目前符合此特性并使用比較多的有XMPP、MQTT、COAP等。關(guān)于具體的對(duì)比，可以參考我之前的另一篇文章《物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議介紹》。

我們最終選擇基于mqtt來(lái)作為業(yè)務(wù)傳輸層主要協(xié)議。但是mqtt協(xié)議本身的設(shè)計(jì)是針對(duì)開(kāi)放設(shè)備，對(duì)于可商用的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不得不保證設(shè)備的安全性和完善的授權(quán)機(jī)制。所以我們?cè)趯?shí)現(xiàn)mqtt協(xié)議時(shí)進(jìn)行了一些定制和限制。

在業(yè)務(wù)層的上層(business層)，目前的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都是各自針對(duì)自己的業(yè)務(wù)場(chǎng)景設(shè)計(jì)協(xié)議規(guī)范。有沒(méi)有可能根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景統(tǒng)一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的規(guī)范呢?我們認(rèn)為是可行的，并且也是必要的。如果把通信協(xié)議比作聲音，光有通信協(xié)議，任何人之間還是無(wú)法交流。只有統(tǒng)一語(yǔ)言，大家才能順暢溝通。所以我們抽象出物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中傳感器和執(zhí)行器的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，并設(shè)計(jì)出含有物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)語(yǔ)義的業(yè)務(wù)層協(xié)議。目前已經(jīng)將業(yè)務(wù)層協(xié)議開(kāi)源，希望對(duì)廣大愛(ài)好者和從業(yè)者帶來(lái)一定參考價(jià)值。

云端平臺(tái)

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的用戶上網(wǎng)終端主要是PC和手機(jī)等設(shè)備，可以想象，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，上網(wǎng)終端會(huì)呈多樣化、海量化趨勢(shì)。保守估計(jì)每人擁有數(shù)十套聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，數(shù)據(jù)規(guī)模必然也是幾何倍增長(zhǎng)。所以物聯(lián)網(wǎng)云端平臺(tái)注定是一個(gè)大規(guī)模的海量分布式系統(tǒng)。

目前很多愛(ài)好者或者廠商通過(guò)搭建簡(jiǎn)單的web系統(tǒng)(如php、nodejs、python實(shí)現(xiàn)的web接口)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，但是可以想象，在真正的商用場(chǎng)景中，穩(wěn)定性、性能、擴(kuò)展性都必然遭受沖擊，無(wú)法應(yīng)對(duì)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)云端時(shí)采用microservice分布式架構(gòu)，并使用docker降低運(yùn)維成本。大體的云端架構(gòu)如下圖

對(duì)于海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的場(chǎng)景，系統(tǒng)的可用性和擴(kuò)展性將面臨巨大的挑戰(zhàn)。目前我們的系統(tǒng)基于go語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，已經(jīng)發(fā)布到0.8.0版本，后續(xù)會(huì)在安裝和運(yùn)維的便捷性上進(jìn)行優(yōu)化，并計(jì)劃在1.0版本時(shí)開(kāi)源發(fā)布。

嵌入式

物聯(lián)網(wǎng)硬件的嵌入式軟件除了傳統(tǒng)部分，必須加入聯(lián)網(wǎng)邏輯以及傳感器、控制器的管理。為了提高開(kāi)發(fā)效率、方便復(fù)用，我們?cè)O(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了輕量級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開(kāi)發(fā)框架，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行了抽象，以便移植到不同的硬件平臺(tái)。我們希望做到的是，在不需要更改任何業(yè)務(wù)層代碼的情況下，一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式應(yīng)用可以在不同的硬件平臺(tái)運(yùn)行。

當(dāng)前很多大企業(yè)(華為、惠普、google等)都紛紛推出了物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)多種操作系統(tǒng)共存的局面。不同的操作系統(tǒng)能運(yùn)行的最低系統(tǒng)資源以及具體應(yīng)用場(chǎng)景都不盡相同，但我們相信，物聯(lián)網(wǎng)的上層業(yè)務(wù)是通用的，這也是我們?cè)O(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開(kāi)發(fā)框架的原因。

安全

近些日子，各種廠商的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備紛紛傳出被黑的消息。從TCL到特斯拉，黑客都成功實(shí)現(xiàn)破解和隨意操控。和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代一樣，安全在物聯(lián)網(wǎng)目前的早期階段注定是容易被忽略的問(wèn)題。為此我們也在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)也沒(méi)有掉以輕心：

所有接入層通信都采用tls進(jìn)行加密，包括對(duì)app、業(yè)務(wù)服務(wù)器的開(kāi)放接口。

用戶、設(shè)備關(guān)鍵信息進(jìn)行加密保存

針對(duì)設(shè)備有完善的用戶鑒權(quán)機(jī)制

針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)安全場(chǎng)景的其他安全措施

安全不是一朝一夕的事情，需要從系統(tǒng)開(kāi)始構(gòu)建時(shí)就考慮，并不斷完善安全手段和規(guī)則。

開(kāi)發(fā)板

為了降低物聯(lián)網(wǎng)硬件的開(kāi)發(fā)成本，我們基于esp8266設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)板Tisan，并在Tisan實(shí)現(xiàn)了我們的嵌入式開(kāi)發(fā)框架及物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。開(kāi)發(fā)板相關(guān)的代碼已經(jīng)全部開(kāi)源，目前在淘寶進(jìn)行眾籌。

為什么推出開(kāi)發(fā)板?我們認(rèn)為這是一種互相學(xué)習(xí)、交流及沉淀技術(shù)的工具，希望更多的愛(ài)好者能一起做出好產(chǎn)品。感興趣的朋友可以加入qq群交流討論：230508748。

以開(kāi)源之名

光陰荏苒，白駒過(guò)隙。一路走來(lái)，我們執(zhí)著地將所有設(shè)計(jì)慢慢付諸實(shí)現(xiàn)，為未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)貢獻(xiàn)自己的力量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及的方向眾多，我們的力量畢竟是有限的，這也是我們從一開(kāi)始就以開(kāi)源形式開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的原因。