【51CTO.com快譯】當(dāng)前，單個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以承載多達(dá)5500至6000個(gè)窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)設(shè)備了。有研究表明：從2020年到2030年，隨著4G到5G的重大改進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將從750億增至1000億以上。

在市場(chǎng)上，基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用類型可謂林林總總，其中包括：智慧城市、農(nóng)田管理、大型工廠、居家房屋、以及汽車駕駛等方面。在此，我們重點(diǎn)關(guān)注消費(fèi)類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，畢竟此類移動(dòng)應(yīng)用最需要定位服務(wù)。而在農(nóng)業(yè)和企業(yè)業(yè)務(wù)等其他領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能并不需要移動(dòng)接口。它們可以直接連接到云端，并且通過(guò)Web應(yīng)用來(lái)進(jìn)行管理?？偟恼f(shuō)來(lái)，需要移動(dòng)接口來(lái)連接設(shè)備的消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域包括：

• 智能家居
• 汽車相關(guān)
• 衛(wèi)生保健
• 農(nóng)業(yè)管理
• 兒童和寵物護(hù)理

如您所見(jiàn)，連接設(shè)備的種類正在爆炸式地增長(zhǎng)，而移動(dòng)應(yīng)用也逐漸成為各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接點(diǎn)，發(fā)揮著各種控制性的作用。因此在本文中，我們將和您探討如何全面規(guī)劃和準(zhǔn)備那些面向未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。

一、智能連接產(chǎn)品可以做什么?

通常，智能連接產(chǎn)品具有監(jiān)視，控制，優(yōu)化和自治四方面的職能。其中，監(jiān)視功能往往是產(chǎn)品控制、優(yōu)化和自治的基礎(chǔ)。

• 監(jiān)視：智能連接產(chǎn)品可以通過(guò)傳感器和外部數(shù)據(jù)源，全面地掌控產(chǎn)品的運(yùn)行狀況和外部環(huán)境。據(jù)此，智能產(chǎn)品可以及時(shí)警告用戶、以及維護(hù)人員有關(guān)環(huán)境與性能方面的變化。
• 控制：我們可以通過(guò)內(nèi)置于設(shè)備中，或駐留在產(chǎn)品云端的遠(yuǎn)程命令、或算法，來(lái)控制智能連接的產(chǎn)品。
• 優(yōu)化：基于那些來(lái)自智能連接產(chǎn)品的監(jiān)視數(shù)據(jù)，我們可以通過(guò)各種前所未有的方式來(lái)最大化產(chǎn)品的性能。同時(shí)，我們也可以將算法、以及分析更新到使用的產(chǎn)品中，以大幅提高數(shù)據(jù)的輸出、使用率和有效性。
• 自治：我們將前面提到的監(jiān)視、控制和優(yōu)化等功能合并到一起，就可以使智能連接產(chǎn)品達(dá)到前所未有的自治水平。

二、您應(yīng)了解的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)知識(shí)

您也許會(huì)問(wèn)：我們?cè)撊绾伍_(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序呢?其實(shí)，這一般取決于我們的產(chǎn)品創(chuàng)意。對(duì)于智能家居應(yīng)用、以及互聯(lián)網(wǎng)汽車應(yīng)用而言，它們的功能側(cè)重點(diǎn)顯然會(huì)有所不同。在開(kāi)始進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)之前，讓我們首先來(lái)了解一下物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。

通常，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)包含如下四個(gè)主要部分：

• 硬件
• 軟件
• 云
• 連接性

1. 硬件

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使用到的硬件包括：用于遠(yuǎn)程儀表板、控制服務(wù)器、路由或橋接設(shè)備、以及傳感器的設(shè)備。這些設(shè)備管理著諸如：系統(tǒng)激活、操作規(guī)范、安全性、通信和檢測(cè)等方面的基本任務(wù)和功能，以支持特定的管控目標(biāo)和操作。

2. 傳感器

物聯(lián)網(wǎng)中最關(guān)鍵的硬件當(dāng)屬傳感器。這些設(shè)備包括：能源模塊、電源管理模塊、射頻(RF)模塊、以及感應(yīng)模塊。其中，射頻模塊是通過(guò)其信號(hào)處理、WiFi、ZigBee、藍(lán)牙、無(wú)線電收發(fā)器、雙工器和BAW，來(lái)管理通信的。傳感器的類型包括如下幾種：

• 溫度感應(yīng)器
• 壓力傳感器
• 接近傳感器
• 加速度計(jì)和陀螺儀傳感器
• 紅外傳感器
• 光學(xué)傳感器
• 氣體傳感器
• 煙霧感應(yīng)器

3. 軟件

無(wú)論是運(yùn)行在Web上，還是在移動(dòng)設(shè)備上，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟件往往是基于云端，且主要用于管理和調(diào)節(jié)與其相連接的所有IoT設(shè)備的儀表板。這些儀表板通過(guò)收集來(lái)自傳感單元的信息，以提供給如下組件：

• 移動(dòng)應(yīng)用
• Web應(yīng)用程序
• 自定義儀表板

4. 云

顯然，云是物聯(lián)網(wǎng)最重要的創(chuàng)新之一。其最大好處在于用戶不需要自行構(gòu)建物理設(shè)施，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息的保存。

5. 連接性

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)不同類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保持著前端設(shè)備與后臺(tái)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接。

6. 藍(lán)牙

藍(lán)牙是使用最為廣泛的近距離無(wú)線技術(shù)之一。通過(guò)配對(duì)，您可以用它來(lái)快速地將各種前端設(shè)備，包括那些可穿戴技術(shù)，與應(yīng)用程序相連接。

7. ZigBee

專為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)的ZigBee運(yùn)行在2.4 GHz頻段。它對(duì)于通常在建筑物或工業(yè)站點(diǎn)之間以微速率傳輸?shù)臄?shù)據(jù)而言，是一種完美的選擇。

8. 射頻識(shí)別

它利用磁場(chǎng)來(lái)識(shí)別物體。通常而言，簡(jiǎn)短多樣的超高頻識(shí)別碼的有效半徑為10厘米;而遠(yuǎn)程超高頻則可達(dá)到200毫米。

9. LoRaWAN

遠(yuǎn)程廣域定位網(wǎng)絡(luò)(Long Ranged Wide Location Network，LoRaWAN)是針對(duì)大型物聯(lián)網(wǎng)的定位網(wǎng)絡(luò)之一。它能夠?yàn)閿?shù)百萬(wàn)個(gè)低功耗設(shè)備提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)資源。許多智慧城市的應(yīng)用都會(huì)用到該協(xié)議。

三、物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)

在真正著手開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之前，您同樣需要了解該行業(yè)目前尚未解決的各種挑戰(zhàn)。

1. 安全與隱私

我們?cè)诖苏務(wù)摰陌踩圆粌H是網(wǎng)絡(luò)安全性，還包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中涉及的所有組件的安全性。由于應(yīng)用程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接了各種軟、硬件元素，而大量的數(shù)據(jù)在各種聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的傳輸過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)將個(gè)人隱私信息帶到網(wǎng)絡(luò)各處。

此外，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮如下關(guān)鍵問(wèn)題：

• 數(shù)據(jù)交換安全性：客觀信息從物聯(lián)網(wǎng)傳感單元和前端設(shè)備傳輸?shù)较到y(tǒng)之中，然后被保存到云端。那么我們需要在應(yīng)用開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，確保嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)文件的相關(guān)加密協(xié)議。
• 物理安全性：由于物聯(lián)網(wǎng)前端設(shè)備不再是傳統(tǒng)的物理管控范圍內(nèi)，我們很難對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，因此很可能會(huì)出現(xiàn)被篡改、甚至被替換的情況。
• 云存儲(chǔ)安全性：雖然云存儲(chǔ)的方式有效地保障了數(shù)據(jù)的可用性，但是我們很難保證云服務(wù)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的訪問(wèn)權(quán)限和授權(quán)是否到位。
• 隱私更新：在獲取數(shù)據(jù)方面，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備始終需要遵循特定的法律法規(guī)。例如：所有的健身追蹤設(shè)備都需要根據(jù)HIPAA的準(zhǔn)則來(lái)收集用戶信息，以確保信息的私密性。

2. 連接挑戰(zhàn)

為了提供有價(jià)值的前端信息，我們對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一項(xiàng)重要要求就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。然而，由于設(shè)備所處的環(huán)境十分復(fù)雜，我們需要調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)傳感單元來(lái)監(jiān)視、處理、提供數(shù)據(jù)與信息。例如，對(duì)于智能汽車而言，由于它們需要在快速移動(dòng)的過(guò)程中保持聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)。因此，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)應(yīng)用之前需要對(duì)設(shè)備、功能和特性等方面進(jìn)行全面的考慮。

3. 硬件和設(shè)備的跨平臺(tái)兼容性

由于針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)正在蓬勃地發(fā)展之中，因此，開(kāi)發(fā)人員需要確保能無(wú)縫地集成各種軟、硬件的功能，并保障運(yùn)行的效率、設(shè)備的更新、以及錯(cuò)誤的修復(fù)。

4. 數(shù)據(jù)收集與處理

由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序涉及到大量的信息，而且這些信息中往往會(huì)涉及到隱私與安全，因此物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)需要配備專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員，事先針對(duì)目標(biāo)環(huán)境，以及數(shù)據(jù)的收集、處理與存儲(chǔ)方式進(jìn)行良好的規(guī)劃與準(zhǔn)備。

四、如何開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

1. 選擇平臺(tái)

您可以在充分了解的平臺(tái)特征與費(fèi)用的前提下，從如下優(yōu)秀應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)中選取適合自己的一款：

• HomeKit
• Android Things
• ThingWorx
• Xively
• Ubidots
• Azure IoT Suite
• IBM Watson
• Oracle IoT
• Kaa

上述平臺(tái)各有不同的特性和側(cè)重點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)人員可以使用不同平臺(tái)與程序，將不同供應(yīng)商的設(shè)備連接到一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)之中。例如：被稱為Android Points的Google物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，就能夠支持多家廠商的設(shè)備，并且可以連接到不同的低能耗傳感器上。

2. 選擇硬件

如果您不想為物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目自行生產(chǎn)硬件的話，那么就需要從其他設(shè)備廠商那里選購(gòu)設(shè)備。在滿足項(xiàng)目需求的前提下，我們應(yīng)當(dāng)選擇那些值得信賴的廠商所提供的傳感單元，以保證高質(zhì)量的連接精度和可靠性。

通常，開(kāi)發(fā)人員可以從基于微控制器的電路板、片上系統(tǒng)(SOC)板、單板計(jì)算機(jī)(SBC)、以及專用于智能藍(lán)牙和WiFi的電路板之中進(jìn)行選擇。下面是一些比較常見(jiàn)的開(kāi)發(fā)板：

• Arduino Uno
• Raspberry Pi
• Intel Edison
• Udoo Neo
• LightBlue Bean
• Adafruit Flora
• Tessel
• Particle Photon
• Mediatek Linkit One
• C.H.I.P

3. 事先考慮可擴(kuò)展性

如今無(wú)論是產(chǎn)品的推出速度，還是迭代速度都發(fā)展得十分迅速，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域亦然。為了保持應(yīng)用的向后兼容性，您在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡量保持可擴(kuò)展性，以應(yīng)對(duì)將來(lái)在數(shù)據(jù)體量、以及設(shè)備數(shù)量上的增長(zhǎng)。顯然，現(xiàn)有的云技術(shù)也非常適合于應(yīng)用的擴(kuò)展。

4. 注意安全

由于大量連接設(shè)備同處一套網(wǎng)絡(luò)之中，因此物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在一定程度上非常容易遭受數(shù)據(jù)泄露的威脅。此外，由于人們最常用到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地方是他們的住所、汽車、以及醫(yī)院，因此攻擊一旦發(fā)生，個(gè)人隱私以及敏感信息更會(huì)暴露無(wú)遺。

以下便是一些我們?cè)谑褂冒踩ぞ邅?lái)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，值得借鑒的兩個(gè)方面。

• 仔細(xì)選擇硬件供應(yīng)商與平臺(tái)：那些能夠?yàn)槠溆布O(shè)備提供配套軟件程序的供應(yīng)商，往往有著更好的安全態(tài)勢(shì)，同時(shí)也意味著更少的軟件漏洞。因此，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言，您應(yīng)當(dāng)選擇那些值得信賴、且有著良好信譽(yù)的硬件方案和平臺(tái)提供商。他們通常能夠提供相應(yīng)的檢查工具、并持續(xù)進(jìn)行更新。
• 對(duì)應(yīng)用程序綜合采取優(yōu)秀的安全實(shí)踐：對(duì)于那些無(wú)論是存儲(chǔ)在本地設(shè)備上，還是存放或傳輸在云端的數(shù)據(jù)，我們都應(yīng)當(dāng)做好應(yīng)用級(jí)別的數(shù)據(jù)加密、文件混淆(obfuscation)、兩因素身份驗(yàn)證、以及訪問(wèn)控制，以確保只有授權(quán)用戶才能安全地使用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與設(shè)備。與此同時(shí)，我們還應(yīng)當(dāng)通過(guò)VPN等方式，來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺琅c網(wǎng)絡(luò)。

原文標(biāo)題：IoT App Development: Impact, Challenges, and Process，作者：Akash Takyar

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