涉及物联网应用开发的主要平台及接口

俞海

摘要：从现在到2025年，物联网未来市场每年达到1.75万亿元，面对如此巨大的市场，开发相关的物联网应用涉及众多开发接口或技术，该文就谈谈其核心技术及主要平台及接口协议，为物联网的开发选择合适的平台作为参考。

关键词：物联网；平台；loT；Sensor；SOAP；JMS；REST；MQTT

据咨询公司MCKINSEY预计，物联网在2025年之前的8年中每年中达到1.75万亿元的增长趋势，这样一个增长趋势对众多物联网开发企业来说，是一个极好的机会，面对这样的机会，业界采用哪些平台和接口来承载这些应用？

物联网应用中最大的挑战之一在于数据采集，传感器、无线技术、嵌入式计算将是数据感知的三个核心功能。有了这三个核心功能再加上现代物联网的网络基础建设趋于完善，半导体技术让指令周期优化、功耗和芯片微小化，微电子技术促使各类传感器普及，准确度也提升，智能手机普及也为物联网提供了表示层的终端设备。所以本文介绍涉及物联网应用开发的主要平台及接口。

1项目背景

物聯网的数据来自模拟世界，所以物联网的第一步是数字化（digital），其核心技术就是在感知层设置各类传感器，感知层作为智能化第一步，其应用开发的选择关键是采用智能传感器产品，智能传感器能把模拟变量如惯性、磁力、温度/湿度、压力、声光、距离等变换成电信号传感器，这类应用要处理大量的数据，是以测量或感知的组成部分。其核心是以数据为中心，程序则为各类APP或终端应用程序。而以虚拟显示VR设备设计的物联网应用则以程序为中心，进行必要的数据的处理及显示。而以智慧城市这类物联网应用开发则融合了以上二种方式，既以数据为中心，又涉及复杂的程序或使用APP为工具。所以物联网的开发中，要考虑项目的大小，可利用智能物联网产品厂商提供的软硬件平台开发产品能更高效地实现功能设计、产品原型设计。

另外涉及数据的传输，采用无线（zigbee或RFID/GPRS/CD—MA/WLAN/WIFI/BULETOOTH）或有线技术fRS232，FTPP，LAN等），采用特定的协议及软件算法，进行应用的开发及设计和部署。过去主要以分立器件形式出现的传感器不能满足当代物联网时代的需求，传感器厂商及微处理器厂商，以及通信芯片巨头厂商利用各自优势推出物联网传感器开发平台。厂商背景不同，其平台的侧重点不同（软硬件平台），解决方案也不同。

2IOT硬件传感器平台

下面分别介绍4种传感器厂家开发平台：

2.1运动跟踪的低功耗，蓝牙开发平台

美国DIALOG公司开发的具有无线通信、电源管理等低功耗、具有12个自由度的蓝牙智能传感器开发平台。该平台使用针对有电池供电的物联网设备，并通过其独有的传感器融合软件，帮助用户更容易地实现产品差异化设计。支持12个自由度（DoF）的传感器可将位置和运动感测信息与磁场和周围环境数据结合起来，提供较好的跟踪效果；可用于9轴系统应用的开发。适用领域包括可穿戴、VR、3D室内地图及导航、遥控装置以及其他物联网传感器应用中。可加快运动传感器模块的开发上市，能传输原始传感器数据，并输出设备的绝对方位。

开发平台包括：Dialog的超低功耗DA14583 SMARTBOND片上系统（SoC），用于数据采集、自动校准和传感器数据融合。

2.2支持“无电池操作”的物联网传感器开发平台

安森美半导体和RFMicron合作开发的，支持无电池操作的物联网传感器平台，使无线传感技术现可部署到没有主电源或电池更换很困难及费用昂贵的应用场合。

通过“即插即用”的开发工具可加快部署无线无源传感器方案到任何物联网云平台，将系统大多的智能从传感器所在本地端移走而将之放置在云中，方案更精简灵活。

应用领域：需要在关注电源和空间受限的地方，高效部署无需电池的无线传感技术和物联网硬件的各种物联网应用。

开发平台包括：安森美RFID智能无源传感器。

2.3跨领域物联传感开发套件

跨领域物联网应用开发涉及多个系统的涵盖，比如在智慧城市、智慧能源、智慧物流、智能制造中涉及多个接口，包括各类传感器，如温度传感器的数据采集，光敏传感器的数据采集，烟雾传感器的采集，可燃气体传感器的数据采集，可燃气体传感器的采集，人体感应数据的采集，定位数据的采集，高速公路的RFID数据的采集汇总，而且支持无线通讯，如蓝牙，wifi，同时服务器端的软件还需支持不同的API接口，如C/C++/java/Py—thon等，这样开发的周期大为缩短，开发的成本及维护量小，这样就需要在开发跨领域物联系统应用中尽量选择那些易于集成，易于扩展，易于快速原型与产品开发，推进物联网应用开发周期，博世公司推出的跨领域开发套件（XDK），拥有丰富的硬件架构平台，支持各类传感器（sensors）接口.和通讯接口，支持蓝牙和WLAN，内置的锂电池，接口包括：GPIO，SPI，UART，PWM，USB，JLINK等，非常捷简易地将物联网设计引人生活，展示了博世在智慧交通、工业4.0和物流、智能楼宇和智能家居等多领域提供智能互联传感方案。应用领域包括：智能硬件、智慧城市、智慧能源、智慧物流、智能制造。

阻碍传感器在物联网设备中快速增长的主要挑战之一是缺乏一个可被广泛采用的开放平台，选择博世传感器平台作为开发开放平台，易于非常重要，这将成为促进传感器在物联网应用的一个强大推动。

2.4传感器载板单独开发的“标准”物联网感知平台

“标准”物联网感知平台研华（Advantech）、ARM、BoschSensortec、Sensirion和德州仪器（TI）几家领先公司宣布合作开发M2.COM的开放式标准物联网（IoT）感知平台满足IOT的多样化应用，为使不同平台和技术标准化，以促进物联网开发更便捷，由传感器制造商以及模块制造商一起建立了这样一个开放的物联网传感器和传感器节点平台。

M2.COM平台将采用22x30mm M.2连接接口，也被称为NGFF（Next Generation Form Factor）规格，具有75个插针接口，只要利用M2.COM内建微控制器支持的各式I/O端口即可轻易连接不同的传感器。M2.COM具备无线通讯技术、微控制器和连网整合功能，厂商可开发自有传感器接口，通过M2.COM板取得智慧和无线通讯连接。

厂商将不再需要将所有元件一个传感器内，而是分别开发传感器载板和M2.COM模组。传感器制造商可视需要选择不同的M2.COM模组传送数据，模组制造商则可开发支援更多传感器的M2.COM模组。这样的平台课满足物联网应用中最大的数据采集，传感器、无线技术、嵌入式计算等应用集成难题，这也是研华和产业合作伙伴密切合作建立M2.COM开放标准的原因。

标准的工业计算和传感器格式是满足不断变化的物联网需求的关键，ARM的mbed操作系统为这种新格式提供完美的基础，支持所需的通信协议和格式以安全简便地集成基于传感器的M2.COM和物联网云应用中。

收集数据并和智能系统和设备联网，并且互相操作且互相通信，通过定义标准的M2.COM来简化传感器物联网开发整合无疑是正确的选择。

标准化的传感器接口会显著节省开发时间和成本，就像M2.COM，开发者可以在连接任何东西，通过TI的低功耗SimDleHnk，Wi-Fi，CC3200無线微控制器，物联网开发人员可以使其设计更快面向市场。

未来的物联网应用不仅要关注传感器的开发套件，还要注重传感器的数据通讯协议，使数据传输更可靠，高效。

3主要的协议及其他平台技术

3.1SOAP

SOAP是简单对象访问协议的简称，其应用范围非常广泛，可简单地看做三一种对象访问协议，是一种轻量级的交换数据的一种协议规范，基于XML（标准通用标记语言下的一个子集）的协议，它被设计成在WEB上交换结构化的和固化的信息，正如其名称所声称的是一种轻量级的通讯协议，非常灵活，可扩展，和厂商和编程语言独立，独立于平台，可在任何操作系统正常运行。

3.2JMS

JMS（Java Messaging Service）是Java平台上的一种消息交换服务，主要采用面向消息的机制，利用Java应用程序进行消息交换包括产生、发送、接收消息，这样可简化企业应用的开发。许多厂商都支持JMS服务。

3.3 REST

REST（Representational State Transfer）REST的意思是表征状态转移，是一种基于HTFP协议的网络应用接口，并实现了统一风格接口的服务，HTTP定义了get，head，put等标准方法，根据REST设计模式，可采用GET（获取），POST（新增），PUT（更新），DELETE（删除）服务。

3.4MQTT

MQTT（MessageQueueing Telemetry Transpoa Protocol）的全称是消息队列遥感传输协议的缩写，是由IBM公司推出的一种基于轻量级代理的发布/订阅模式的消息传输协议，运行在TCP协议栈之上。MQTT是一个轻型协议，专门用于机器对机器（M2M）通信。MQTT使用基于TCP/IP协议的发布/订阅消息转发模式，使其联网更容易。MQTT协议的中心是MQTT服务器或代理，支持发布程序和订阅程序进行访问。用户可以使用MQTT构建一个传感器网络，其中各种传感器都能够以其传感器独有的消息形式发布传感器值。制动器能够订阅不同的消息，以据此采取措施。MQTT代理将处理从发布程序到订阅程序的转发消息。

3.5 HUAlVCEI平台方案

华为是通信设备商，关注ICT技术，ICT技术的本质就是连接世界，ICT技术涵盖了信息技术，计算机技术及通信技术，而物联网关开发，正好符合ICT的目标，物联网的应用特点是物联网是碎片化市场，不同的行业有不同的应用需求，也有不同的标准，为解决这些问题，要把各类应用的共性提到一个很高的高度，这样既能满足工业互联网需求的边缘智能设备，支持丰富的物联接口和协议，集计算、存储于一体，从底层框架上解决物联网的互联互通问题，打破不同产品、协议、行业之间的壁垒，为整个loT产业发展提供解决方案。华为提供的NB-IoT（窄带蜂窝物联网）解决方案，提供无处不在的蜂窝物联网，在智能抄表，智能停车、物流跟踪和智慧城市等领域，另外通过华为提供云化的loT联接管理平台，具备数据管理、联接管理、运营管理、安全和API开放的特性；同时华为提供的HuaweiHteOS轻量级开源物联网操作系统，智能物联网开发平台，使物联网终端开发简单化、互联的便捷性、业务智能化、体验顺畅化、数据的安全性方面都进行了全盘考虑，另外Huawei LiteOS通过开源模式，并提供统一开放的AH，帮助开发者快速开发智能家居、车联网、智能制造等物联网产品。

3.6高通QCA4002及QCA4004

移动及物联网时代最大的优势厂商高通创锐讯新近推出了用于物联网的芯片QCA4002及QCA4004，区别于以往的IoE的芯片，它是一款单芯片解决方案，不再像以往那样，物联网芯片是需要依赖主芯片的MCU来进行应用处理的，QCA4004自身带有MCU组件，扩展的存储部分和加强的CPU，满足简单的物联网应用场景（senaraios），可以由该款芯片独立处理。其特色是它不再是简单的芯片，也不仅仅具备通讯功能，而是一个硬件平台，其上不仅集成MCU、CPU、存储，还集成了各种丰富的接口，是一款SoC芯片系统；同时它提供软件接口平台，软件开发上不仅有DSP、WiFi Driver、TCP/IP、各种协议栈，还考虑了安全等问题，也可以说是一款功能强大的软件平台。同时在物联网所需要的低功耗上，如芯片在睡眠状态的最低功耗可低至5毫安，而处在惊醒状态的通知功耗也不高于130毫安，高通将其称之为GreenTX。

物联网的设备千差万别，所以采用中间件架构，开发者不必再去关心芯片底层的东西，是使用Wi-Fi协议，还是使用蓝牙技术，他们需要考虑的，则聚焦于各类特殊的联网应用，如开源软件All Jvon平台，使开发更容易；同时，不同的设备厂商使用同样的中间件，能够互通互联，这对于万物互联是至关重要的。

QCA4002/4004平台是一个开源架构的软件平台，基于这个开源的平台，用户可独立部署自己的上层App以实现对自己产品更好的管理。AllJoyn支持丰富的物联网应用。

4结论

万物互联（Intemet 0fEverthing）是用户和厂商共同为之奋斗的目标，如何方便的、快速的、并极大改善并深入到生活每个角落，将是令人向往、值得为之努力的。

但30多年过去了，IoE与理想目标仍有巨大差距，有观点认为，直到2013年，才可以说进入了物联网元年，其特征是接人互联网的各类“东西”数量有了显著提升。但这仅仅是联网的数量，IoE目标的真正实现，主要是靠某些行业的应用突破，这个突破可能在改善人们的生活或安全或智能化方面取得更好发展，并对真正的物联需求进行深度挖掘才得以实现，比如垃圾的无害化处理，环境监测点的联网，使雾霾天气减少，使我们喝的水更清，无污染等。最后应用场景（scenarios）越发清晰，物联网应用更有针对性。物联网使用领域的不断扩大，使人们的生活、工作、教育、娱乐等等向物联网靠近。

同时技术层面上，采用更多面向应用的轻量级协议，使系统的开发周期更短，成本更低，更低的功耗；其次，这些联网设备可能需要的数据传输速率更低、联网的次数更低，在某些场景下，一天只是接入网络几次，接人速度也只要几十K或几K，成本大大降低。