ayla 物联网的可扩展性 探索新的未知世界 我们正在引领 物联网新纪元的到来 NOW Ayla Networks ©2016预计到2020年，物联网将覆盖数百亿的联网设备；未来的物联网市 场中，可扩展性将与安全性 一样成为每一家企业的首要考虑因素。 但是，什么是物联网的可扩展性？物联网的可扩展性远远不止增加设 备数量这么简单。对于物联网产品的制造商来说，他们不仅仅需要考 虑产品层面的可扩展性，而且还要考虑到云端、移动APP、数据、 甚至是商业层面的可扩展性。 如同物联网的其他特性一样，可扩展性是多维度的，也十分复杂。事 实上，可扩展性意味着探索一个广阔的未知新世界。物联网是一个全 新的概念，没有人能确切知道，当成千上亿的联网设备数量增长并彼 此交互时，它们将如何工作或者也可能就此无法工作。 本文从5个方面描述了制造商进入这个新领域时将要面对的一些问题 以及应对措施。 物联网的可扩展性: 探索新的未知世界3 IoT产品的扩展 制造商考虑物联网可扩展性时，往往首先立足于联网产品自 身，以及其中承担联网功能的嵌入式组件。因此，在物联 网产品的设计阶段，两个主要的问题是智能化程度和成本， 而这两者又常常趋于对立。产品越智能，成本越高昂；而减 少智能化程度，又无法达到产品设计效果。 平衡智能化与成本的最大问题在于，你能接受的“物”有 多“迟钝”？这个问题值得每一个制造商思索，因为没有 一个简单或一概而论的答案。在某种程度上这个问题的答案 取决于，哪些功能是真正必需添加到物联网产品，这些功能 的选择和配置将决定联网产品最终的智能化程度以及产品 的可持续发展。因此，针对物联网产品的可扩展性来说， 有一些原则永远是对的，包括： 充分考虑网络通用性。物联网产品能够兼容许多种网络协 议连接到云端，包括Wi-Fi、 蓝牙、蜂窝、Zigbee以及其他 各种协议。 选用专为物联网设计的嵌入式芯片。随着物联网的发展， 嵌入式芯片也将拥有更多专为物联网设计的处理器，毕 竟，第一代物联网芯片太小，无法应对许多问题，尤其是 安全问题。芯片供应商正在制造安全性更强、能耗更低、 成本更低的芯片。这将让物联网产品拥有更多可扩展的选 择。 应对电源与电池的挑战。这也是产品可扩展性的关键， 因为当通信模组嵌入到物联网产品中并传输数据时，它 们会十分耗电。因此，选用嵌入式物联网芯片时，尽量 要求芯片在不使用传输功能时，可以关闭部分功能；或 者只在传输时全功率运作。另外，物联网产品设计者可 以使用创新的压缩技术来减少电池耗电，更有效地使用 电源。 打造或外聘专家团队。设计、制造、部署以及维护物联 网 产品所需要的 专业人才往往是制造商目前所缺乏的。 生 产联网 产品，要求制造商要开始熟悉复 杂的网络和云 计 算概念；设 计硬件，编写软件代码 以便能在不同的网 络 类型中 稳定通信；确保端到端的网 络通信以及安全 性； 为终 端用户设计时尚的用户界面。 传统产品制造商 也 许并 没有处理过类似技术问题，所以需要大量的 时间 和金 钱来 建立或雇用一支专家团队。 考虑产品的升级和服务。物联网产品之所以不同于 传统产品，其本质在于物联网产品并不是静止的。 通过某些能力，比如空中下载技术（OTA），物联 网产品可以在安装完成的几年甚至几十年内持续升 级、连接到新服务、甚至添加新功能。这种灵活性 代表着另一种可扩展性，传统制造商需要认识到这 一点。 OTA技术带来的又是关于物联网产品的另一个重要话 题：面向未来的产品。譬如说，制造商设计了一款物 联网产品，在当下可以做5件事。几年之后，这款产 品可能通过OTA升级到胜任10多件事但是产品硬 件无法支持怎么办？ 为了确保物联网产品真正的可扩展性，制造商必须在设 计时事先考虑加入一些可能的、但是目前未知的功能 扩展与附件。面向未来的物联网产品的设计可以包含物 理上独立的设备配置、网络通信能力、控制设备的 APP的安全性；能够适应多种网络类型以及安全条款 的应用程序处理器界面；或者在不同网络协议下，提 供可更新的软件版本。IoT 云的可扩展性 云计算的一个主要优点就是便于扩展在数据中心 的多终端服务器上添加或删除“空间”即可。介于 此，可扩展性在云基础建设层面可以被认为一种理 所当然的概念。但是在物联网领域，云的扩展又有 什么不同呢？ 搭建一个可扩展的网络服务很容易，但扩展物联网 却十分困难。物联网的复杂性要求扩展是360度全方 位的。 考虑一下: 随着物联网设备数量的增加，它们对于计算资源 的需求也在增加。 越来越多的物联网设备数量导致数据量激增，对 存储能力以及数据分析能力不断提出更高要求。 就像安全性一样，如何管理好可扩展性直接关系 到物联网产品制造商和解决方案提供商的品牌声 誉。 例如，物联网云的交互量之大远高于航空公司服务或 者iTunes系统的交互量。用户并不太可能一直在进 行银行交易或音乐下载但很可能一直开着物联网 设备向云端输送数据。 另外，传统云服务中强调读的功能远多于强调写的 功能，但是物联网云则反之。物联网传输主要在于 写，这要求更多的数据处理以及存储资源。 为了满足用户对于物联网产品响应速度的期望，这 些写的功能必须几乎没有延迟。人们通过手机APP 开灯，肯定希望即刻得到响应。这就意味着物联网 设备必须时刻监听，保持云端通信畅通，以便及时 反馈。谁也无法从水晶球中预测物联网市场未来的走向，物 联网云平台也需要具备一定的可配置性，这样无论未 来的要求如何，都能确保物联网的可扩展性。 在物联网云的可扩展性上，制造商应考虑如下因素： 选择合适的基础技术 在网络栈中选择合适的协议和技术对于扩展的平稳和 安全都十分重要。这些技术包括设备到云的协议，以 及数据库和云中的数据处理方式等等。 不同的云通信协议，其效率和成本也不一样。如何平 衡用户要求的实时反馈和制造商能承受的成本，对于 IoT云平台的基础架构提出严格要求。处理云连接和 通讯问题的方法有很多：包括轮询、确保TCP连接的 畅通、初次连接到云和持续监听使用不同的协议（例 如HTTPS和UDP）等等。 设计服务层与数据库层 选择合适的云服务基础设施例如亚马逊网络服务 （AWS）或者微软Azure使物联网云随着负载增 加而自动扩展，并处理好高峰访问时期的压力。物联 网平台在服务层面必须是无国界的，也就是无论对什 么样用户，每一次服务都是相同的。 如何构建数据库层在很大程度上决定了物联网的扩展 能力。例如，当资源增加到传统的关系型数据库管理 系统（RDBMS）时，数据库能够处理更少的交互。 相反，例如Apache Cassandra这样的NoSQL数 据库是线性扩展的当增加更多资源时，数据库能 处理更多交互。 5这两种数据库的设计在物联网中都有一席之地， 但要想获得性能的优化和扩展就要了解哪种设计 该在哪里使用。 应对不同的物联网产品类型 婴儿监视器与联网工业锅炉，两者对云的需求千 差万别。即使是同一个制造商，其产品线也可能 覆盖大量的产品类型，例如微波炉、咖啡机、冰 箱、工业类产品、通风设备、户外钻机或者 恒温调节器、暖通空调、安保系统、电梯和航天 航空设备 一个设计优秀的物联网云平台，几乎应该可以 扩展到无限种类的联网产品。 可持续扩展 物联网云的可扩展性要求不是简单用合适的基础 技术设计一个构架，来处理逐渐增加的物联网设 备。它还意味着，要在软件层面实现可配置，以 应对物联网不断变化的市场需求和环境。作为一 个新兴市场，物联网的终极方向和要求是不可知 的。 帮助物联网产品不断增加服务和功能的一个重要方 法就是空中下载技术OTA。无论是今天还是未来， 物联网云构架必须能够支持安全可扩展的OTA。 IoT数据的可扩展性 物联网数据的可扩展性面临包括数据 存储和数据分析等方面的许多挑战。 从最初生成开始，物联网数据就需要去向某处即数 据存储。当物联网数据量不断增加，就意味着要设置并 且管理一个“数据湖”。 涉及使用物联网产品产生的数据时，制造商需要设计一 种连贯的数据管理策略应对可能发生的问题，例如，多 少数据是可现场查询的？多少是用于存档的？谁有浏览 数据的权限？如何才能快速生成有用的报告？数据分析 架构如何能随着数据的增加而扩展？ 数据管理策略自身必须是可扩展的，来应对可能产生的 数据监管、数据安全以及数据隐私问题尤其是当数 据量增加时。物联网数据分析对扩展能力提出更多挑 战，要求能处理成批数据、实时数据，并且支持不同的 处理工具。 IoT 移动端或Web应 用程序的可扩展性 使用移动app还是Web应用来对联网设备进行控制 通常取决于不同的应用场景。Web应用最适用于制 造商仪表盘、工业物联网系统的控制及监控。而对于 大部分消费级物联网产品来说，移动应用则是一个更 好的选择。最好的移动应用绝不是简单地把Web应 用搬到智能手机上。 在所有物联网技术中，传统制造商最少接触的就是移 动应用方面的技术和经验。然而，在许多消费者脑海 里，移动app是物联网产品不可缺少的一个环节。 因此，现有的传统制造商需要转变他们对于产品定义 的观念，切记不要把移动应用设计当作产品设计过程 中的次要环节。 数据模型的考量 对于物联网移动app，可扩展性取决于其基础数据 模型的设计。设计者在搭建数据模型时需要简洁定义 出app的用途，还需要与云端和设备端的开发团队 紧密合作，为特定的产品创造一个理想的数据模型。 事实上，大多数制造商必须要学会的重要一课是如何 适当调整他们的数据规模。需要弄清楚移动app应 该包含多少属性和函数，哪些属性更适合放在设备， 那些更适合放在云端处理。 对于传统制造商而言，他们更趋向于把所有可能的数 据特性放入移动应用中去。他们在十分努力地用各种 功能武装联网产品，并且希望所有这些功能对于用户 而言都是可用的。 但请考虑这个简单的例子：一台家用热水器可能在其 数据模型中拥有100多种属性例如水温、指示灯 状态、水量、管道完整性也包括热水器是否垂 直、水的浑浊程度、流量、流速、加热到某温度的时 间等等。 虽然部分具体细节可能有住户关注，但是这些信息并 不是用户每时每刻都需要在移动应用中了解的。所 以，选择合适的数据模型规模，意味着您需要确定消 费者与制造商关注的不同功能点，并确定消费者频繁 使用和偶尔使用的不同功能点。 举个例子，在联网恒温器上设置假期日期，直接控制 墙上的恒温器要优于在移动应用中设置菜单。保持移 动应用数据模型的简洁不仅能增强用户体验，还有利 于扩展的持续性。 电池寿命的考量 另一个容易被众多制造商忽视的问题在于，要考虑移 动app与云的通信模式以及频率。数据是应该被提 取还是被推送？这里给一个提示：采用类似轮询的方 式提取数据，会造就一个电池杀手。 当移动app运行时，展现在智能手机屏幕上的是它 控制的物联网产品运行状态。设计轮询式移动APP 的制造商必须至少每一秒调用一次数据，这会对移动 设备造成巨大的通信负担，特别是当需要监控的属性 数量增加时。这样的通信负担将直接导致电池寿命快 速消耗。 有许多种方式来替代轮询，例如使用移动数据流服务 （DSS）或局域网模式。移动DDS使用网络套接 字，来将属性的改变推送到移动应用中。只推送改变 的属性，并且只在发生改变时推送，这将比轮询方式 减少大量的通信频率。 局域网模式提供另一种推送技术，终端直接与联网产 品进行通信，而不是经过物联网云的中转。局域网模 式会持续侦测是否有移动应用靠近无线局域网，并自 动切换到局域网连接。其他关于移动APP的考量 基于角色的访问控制（RBAC）可以支持移动应用 的扩展，但这并不是许多制造商所熟悉的技 术。RBAC允许移动应用设计者编写不同层级的权 限，来获取移动应用的特殊功能或者收集其产生的 特殊数据。RBAC也能限制某个联网产品的控制等 级。控制访问权限的等级是基于个人角色的，例如 家长、儿童、房屋宾客、租户、服务技术人员、产 品销售者或者制造商自己的高层、销售员、会 计、售后服务代表、修理工或管理人员。 移动app与可扩展性相关的另一个问题是延迟，尤 其是对于面向全球发布的产品。移动应用可以设计自 动探测物联网云的功能，并连接到地理位置最接近的 云，而不是与远在数千公里之外的云通信。远距离的 连接将导致大量延迟，让响应变慢并激怒用户。 最后，实地测试也是制造商不可忽略的重要一环。 当所有部件都扩展更新时，您不可能仅仅通过简单 的模拟或者预测来确定整个物联网系统能否运作正 常。从经验上，您需要进行至少3个月的实地测试 如果可能的话，最好是6个月并且，当出现 或者可能出现重大扩展项目时，应该反复测试。 IoT 商业层面的可 扩展性 除了物联网产品、云、数据以及移动应用之外，在商 业层面上的扩展也应该好好管理。因为这部分内容可 能直接关乎IoT时代制造商新的盈利模式。 厂商在扩展物联网产品的部署时，需要从商业角度仔 细考虑以下事项： 产品支持 相较于静态产品（即卖出去安装好，如果坏了就修 理一下的产品）的售后支持，物联网产品则面临着 完全不同的挑战。物联网产品的制造商需要增加软 件支持、远程维护、主动维护等多种新型维保服 务。 客户支持 相对于传统产品，人们对于物联网产品有着不同 的期望，他们关心网络、云和移动APP等问题 所有这些问题对于传统制造商而言都是新问 题。 软件升级 这也是一个在物联网出现之前，传统制造商很少面 对的领域。 生产预测 一个联网产品的生命周期要远大于一个静态产品 的生命周期，这也将为生产制造的预测带来重大 挑战。 定价 从一次性产品销售到持续服务的销售模型，意味着 您要重新考虑物联网产品该如何定价。 版本控制 一个产品需要支持多少版本或迭代？每个版本持 续多久？ 云服务 第三方 开发门户 管理和配置联网设备 大数据分析 登录 通知 嵌入式代理 应用程序开发库 地域扩张 相对于静态传统产品来说，物联网产品并没有一定的 地域限定。制造商可能需要新开或关闭地区办公室， 来更好地支持他们的物联网业务 。 员工 与传统产品相比，打造物联网产品需要不同的员工 技能，包括网络安全、移动用户体验设计等等。事 实上，一个全新的职业将随之诞生物联网工程 师他们将来管理和协调打造物联网产品的能力 和流程。IoT平台的作用 在物联网领域，技术选择很重要而如何使用技术也 很重要。一个优秀的物联网平台必须从一开始就做好 架构，来支持数以百万计的联网设备。物联网平台必须 提供全面的解决方案（从设备到云到移动应用），并且 同时实现灵活性和可配置性，来支持不同种类的产品。 物联网平台必须为制造商提供全面的物联网解决方案： 端到端、安全、可靠、可扩展。每个组件都必须无间 隙的运作，而整体平台必须足够灵活，以进化更新来应 对未知的风险。 能够达到以上标准的物联网平台屈指可数。您一定想了 解什么样的物联网平台才是市场上的真正领导者，是 物联网未知领域中的成功开拓者，请登陆Ayla网站下 载技术白皮书制造商最重要的物联网决定：自建还是 购买物联网平台？ayla Ayla Networks艾拉物联是全球领先的企业级物 联网云平台服务提供商，专注于智能家居、智能家 电、暖通空调、智能照明等多领域的物联网解决方 案。现在，Ayla已与全球各行业领军品牌合作，利 用Ayla的IoT技术，将制造商的传统产品变身智能 产品，并提取出有价值的大数据信息，让制造商在 物联网浪潮袭来之时乘势而起。 Ayla Networks ©2016