破解物聯網落地困境-阿里雲硬件接入最佳實踐
《劍指物聯》第五期中，阿里雲IoT事業部總經理庫偉曾提到物聯網實施過程當中的困境。好比在設備廠家層面：智能設備鏈接不穩定，網絡安全差；在ISV層面：標準不統一，集成各廠商的智能設備成本高，時間長，數據打通困難；在用戶層面：與產品捆綁緊密，提供的服務割裂，致使用戶體驗不佳。編程
庫老是從整個物聯網全網鏈路來看物聯網實施困境的，而個人着眼點僅是其中一個環節，就是硬件接入層這個環節，因爲涉及到軟硬結合，對很多人來時是一個難點。此外咱們基於設備接入這層，也概括出以下三條物聯網落地難點：安全
（1） 須要接入的傳感器及智能儀表種類繁多，物理通訊鏈路多樣，通訊協議也各有不一樣微信
（2） 施工現場條件各異，有線和無線部署差別大，設備安裝、調試難網絡
（3） 設備安裝量大，又缺乏專門的維護隊伍，長期穩定性、可靠性難保證架構
在這裏我先講講物聯網硬件層須要接入的一些傳感器、設備、通訊鏈路及通訊協議，向不太瞭解硬件的網友掃掃盲，而後再介紹一下咱們的方案是如何實現「一分鐘設備快速接入網關，一分鐘網關快速上雲」的。編程語言
1 物聯網領域常見智能硬件
1.1 傳感器
如圖所列僅是衆多傳感器中的滄海一粟。而且一樣是溫溼度傳感器，接口能夠是多種多樣，好比能夠I2C接口，也能夠是單總線，還能夠是RS232或RS485。接口不一樣，協議也各異。工具
1.2 智能設備
一樣和傳感器同樣，上圖所列的智能設備也是衆多智能設備中的九牛一毛。而且好比智能水錶，接口也依然多種多樣，好比是Mbus或RS485接口，協議有多是Modbus或118協議。性能
1.3 控制設備/智能網關
控制設備和智能網關雖然沒有傳感器和智能儀表那麼海量，但仍是很是衆多，其通訊接口，編程語言，操做系統等等都有所差別。測試
2 物聯網領域常見通訊類型
2.1有線通訊
l RS485：兩線制，差分信號傳輸，半雙工通訊，最大通訊距離公里以上。阿里雲
l RS232：三線制，全雙工通訊，通常通訊距離小於 10 米。
l 以太網：4 線或 8 線，多主通訊，高性能。普通網線通訊距離 100 米之內。
l CAN：兩線制，多主通訊，高性能，高可靠性，每次最多傳輸 8 個字節的數據。通訊距離公里以上。
l M-Bus：兩線制，半雙工，專爲遠程抄表系統專門設計的總線，傳送速度爲 300 至 9600 Baud。
l 單總線：單線制，主設備口能夠直接驅動200米範圍的從設備，傳輸速率通常爲16．3Kbit/s，最大可達142 Kbit/s。
l 電力載波：利用現有電力線，經過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。
2.2無線通訊
l Wifi：2.4G/5G射頻頻段，民用最經常使用無線通訊方式，通訊距離100米內。
l 藍牙：2.4G短距離無線通訊，常見的通訊距離爲10米左右。
l Zigbee：低功耗無線通訊協議，低功率通常傳輸距離 100 米之內，高功率的 1000 米左右。
l LoRa：基於擴頻技術的超遠距離無線傳輸方案。低功耗，多節點。通訊距離 1公里~8公里。
l GPRS：通用分組無線服務技術，廣域網通訊。
l NB-IoT：IoT 領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據鏈接，亦稱低功耗廣域網(LPWA)。
l 433M/470M無線通訊：小功率經濟型無線數傳通訊，通訊距離通常1000米左右。
l 數字無線電臺：藉助DSP技術和無線電技術實現的高性能專業數據傳輸電臺，免申請頻段爲2.4G，通訊波特率爲9600~19200Bps，根據功率不一樣，通常通訊距離1公里~15公里
2.3芯片級通訊
l TTL串口：三線制，和RS232或RS485同樣，都屬於串行通訊，只是爲TTL電平，大部分是芯片對芯片，近距離通訊。
l SPI：四線制，高速全雙工，同步的通訊總線。
l I2C：兩線制，由Philips公司開發的一種簡單、雙向同步串行總線。
l SDIO：主要爲SD卡模塊定義的外設接口，有些wifi模塊也採用了SDIO接口和MCU通訊。
2.4其餘通訊方式
l 模擬量信號輸入：0~20mA/0~5V/0~20V
l 開關量信號輸入：0~24V
l 繼電器信號輸出： 通斷，幹接點
3 物聯網領域常見通訊協議
l Modbus RTU：施耐德公司制定的基於 RS485/RS232 的串行通訊總線協議。
l Modbus TCP： 施耐德公司制定的基於以太網的通訊總線協議。
l CJ/T188-2004：中國城鎮建設行業標準，主要在抄表系統中經常使用。
l DL/T645-2007：國家電力行業電測量標準化技術委員會頒佈的多功能電能表通訊協議。
l TCP/IP：網絡通信協議，是Internet最基本的協議，由網絡層的IP協議和傳輸層的TCP協議組成（TCP是有鏈接的協議，UDP是無鏈接的協議）。
l Http：超文本傳輸協議，全部的WWW文件都必須遵照這個標準。協議構建在TCP之上。
l MQTT：消息隊列遙測傳輸，IBM開發的一個即時通信協議。目前已經成爲主流物聯網平臺默認使用的通訊協議。
l CoAP：能夠理解爲精簡的Http協議，主要在資源受限的物聯網設備上使用。
l PPI：西門子公司專爲 S7-200 系列 PLC 開發的通信協議。
l Profibus：是一種國際化、開放式、不依賴於設備生產商的現場總線標準。
l CANopen：是一種架構在 CAN 上的高層通訊協協議，包括通訊子協議及設備子協議。
l KNX ：是被正式批准的住宅和樓宇控制領域的開放式國際標準。
l Alink：阿里巴巴推出的一種物聯網通訊協議。
4 困境破解之物聯網設備端平臺
以上咱們能夠知道，傳感器、智能儀表和控制設備衆多，而且接口各異，通訊協議也不同，若是分別開發接入，那工做量將是巨大的，而且因爲涉及到代碼開發，因爲沒有通過測試，其穩定可靠性也是很難保證的。
咱們的思路是借鑑工控領域的作法，引入了「組態軟件」的概念，只是咱們把組態軟件作小，作成了芯片級的組態。能夠以最小的代價，最方便的方式，僅經過配置的方式就能夠輕鬆接入各類傳感器和設備。
4.1 平臺構成
下能夠對接各類接口和協議的傳感器和設備（經過各類驅動程序實現），上能夠經過各類策略，對接各類公有和私有的雲平臺，而且還能夠寫各類控制邏輯（經過各類策略實現）。而且具有遠程升級和遠程調試的能力。
4.2 深度硬件整合能力
考慮到物聯網垂直行業的特色，咱們還能夠作到各類產品的深度整合，這樣不只硬件成本大大下降，實施部署的成本也同時下降了。
針對養殖行業作的九合一智能設備。
針對水處理行業作的水質綜合檢測儀
4.3 物聯網數據組態（YFIOs）
輕量級組態軟件，能夠在一個單芯片中運行。支持遠程升級，遠程調試。支持驅動、策略用戶二次開發
咱們已經實現經常使用設備的驅動。
4.4 設備快速接入
4.5 平臺優點
l 最輕量級組態軟件
n 單芯片運行支持，免編程或少編程就能夠實現大部分物聯網應用場景構建，同時支持遠程升級，遠程調試。
l 組態粒度最小
n 可基於I2C、SPI和單總線等芯片級接口進行項目組態構建
l 相似產品功耗最低
n 基於ARM Cortex-M芯片構建物聯網組態系統，在保證強大功能基礎上，功耗能夠作到最低。
l 直接入雲
n 目前網關已經過微軟Azure認證，也支持阿里雲、百度雲等物聯網雲平臺的直接接入
l 十多年技術積澱
n 2004起開始構建工控組態相關項目，歷經WinCE版，Windows版，.NET Micro Framework版和Html5版。
5 困境破解之物聯網雲端平臺
5.1 物聯網雲平臺的優點
l 傳統物聯網類項目最容易費時間的地方在於通訊環節 -- 通用IoT平臺專業開發支持、項目多、迭代快，更容易作到穩定可靠。
l 傳統物聯網類項目最容易費時間的地方在於多方對接 -- 通用IoT平臺標準統一，接口統一，有專門的工具對通訊過程評測，減小對接內耗。
l 傳統物聯網類項目最容易費時間的地方在於通訊方式多樣 -- 通用IoT平臺涵蓋通訊方式多，而且阿里雲IoT面向智慧城市構建，更專業，更多樣，更接地氣，適合更多的接入場景。
5.2 阿里雲物聯網平臺
l 物聯網開發套件
u 基礎版
u 高級版
u 邊緣計算版
l 物聯網一站式開發平臺
u 通用版
u 地方版（飛鳳平臺）
l 阿里雲嵌入式OS
u AliOS-Things
5.3 阿里雲一站式開發平臺
l   設備開發、接入、調試、固件升級 -- 一站式
l   Web、移動開發、市場服務 -- 一站式
5.4 Alink協議簡介
Alink是阿里雲物聯網平臺一個端到雲的基於Json格式的通訊協議（MQTT & HTTPS）
5.5 雲端設備建立&調試
雲端能夠對設備進行建模，添加各類屬性或件。
若是對接成功，還能夠很直觀的看到相關的實時數據、歷史數據和曲線。
5.6 網關快速上雲
填寫對應的網關和設備三元組，勾選要上傳的數據，便可實現網關數據到雲。
6 已對接阿里雲的項目
l   物聯網消防系統監控（基礎版）
l   新但願豬場水錶監控（高級版）
l   公寓房物聯網遠程監控（高級版）
附：《劍指物聯》第五期：對話這家中國巨頭物聯網掌舵人，物聯網時代進入倒計時。連接：
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