從程序員的角度，來拆解物聯網系統中的開發工作
物聯網的概念已經被炒了好多年了，奇怪的是：市場中對這個概念的反應總是不慍不火。
隨著5G 的迅速普及，不知道是否能夠再次把這個領域帶火起來。
但是不管怎樣，很多大學已經把物聯網這個專業給坐實了。
前幾天，一位大一的小伙伴私信我：進入物聯網專業已經快一年時間了，卻不知道以后出去干什么?
這篇文章，我們就從開發者的角度，來簡單看一下物聯網這個領域使用了哪些技術棧、有哪些開發工作。
物聯網系統
這張圖從開發者的角度，展示了一個物聯網系統中的各種角色，包括它們之間的通信。
如果從軟件開發崗位的角度來對這幾個模塊進行劃分的話，這個系統中主要包括：
- 前端、后端開發：負責物聯網平臺和業務應用的開發;
- 嵌入式軟件：主要是設備端的開發，這部分根據使用的不同技術(或者說硬件模塊)，又可以分為很多不同的子領域;
- 移動端開發：Android APP, iOS APP, H5 小程序，還有目前的鴻蒙系統APP。
設備端的開發
這里描述的設備，還是屬于比較狹隘的范疇，僅僅包含了具有通信功能的物理硬件實體。
如果從廣義的物聯網來看，任何物品，只要能夠接入網絡，都可以稱之為設備，或者稱之為 thing。
比如：把一件衣服附上一個電子標簽，也是物聯網的一個小分子。
我們這里，仍舊以傳統意義上的設備來講解，比如：智慧路燈，智能手表，智能家居里的門磁、報警器等等。
對設備端的開發進行分類的話，從通信方式這個角度來進行劃分比較清晰。
一個設備要想接入到網絡，肯定需要通信功能，包括：有線通信，無線通信。
在一些傳統行業，或者對通信質量要求比較高的場景下，部署有線網絡還是比較常見的，例如一些工業場景中。
對于一些民用領域，大部分還是以無線通信為主。
1. 不需要網關的設備
這一類設備，利用 2G/3G/4G 基站來進行數據的傳輸，產品的形態是：
也就是 單片機+通信模塊的方式。
通信模塊包括：GPRS 模塊、4G 模塊、NB-IoT 等等。
在開發這一類產品的時候，單片機負責產品的功能部分;通信模塊負責通信部分。
單片機與通信模塊之間，在硬件上通過 UART 口通信居多，在協議上可以通過 AT 指令，或者其他的一些專有協議。
近幾年，在傳統的消費類電子產品上，添加一個通信模塊，讓產品達到連網的功能，還是比較流行的。
這一類的產品的軟件開發工作，與一般的單片機開發并無兩樣。無非是增加了一些通過網絡來上報數據，或者從網絡接收控制指令。
只要熟悉所使用的通信協議即可。
上面的這種產品形態，需要對硬件進行重新設計，比較適合從零開始的產品開發。
那么對于那些已有的產品，如果想連接到物聯網平臺上，但是又不想重新設計，又該怎么辦呢?
有需求就有供給!
比如：一些掃地機、吸塵器的廠商，由于找不到其他可以創新、突破的點，于是就開始內卷，紛紛加上連網的功能。
他們直接在產品中，添加一個 ESP8266 或者 ESP32 模組，就立刻升級成一個智能產品，多么高大上。當然了， 價格也同樣高大上起來了!
ESP8266 或者 ESP32 與一般的通信模組有一點不一樣：它是一個完整的單片機，只不過它們的主要用途就是專門用來解決通信問題，而不是一般的功能控制。
2. 需要網關的設備
如果提到智能家居，可能大部分的人會想到一個詞語 ZigBee，這是一個局域網的無線通信協議，大概在 2005 年左右就開始在智能家居中嶄露頭角了。
與 ZigBee 類似的無線通信協議還有：ZWave、RF433、BLE 等等。
它們的作用都是類似的：都是為了讓多個設備能夠組網，節點之間以多跳的方式傳輸數據，達到通信的目的。
這些數據最終會匯總到一個叫做網關的設備，然后與云端的服務器進行通信。
這一類產品的開發，包括：網關開發 和 設備開發這兩種。
網關的開發稍微復雜一些。從功能上來說，網關需要實現：
- 設備的管理(與物聯網平臺的設備管理不是一個概念);
- 規則引擎(在斷網的狀態下實現場景聯動等功能);
- 通信協議轉換(把物理網平臺的通信協議轉成設備私有協議);
有些網關中，還會集成不同的無線通信協議模塊，比如：把 ZigBee、BLE、紅外等功能，集成在一個網關中，這樣的話，不同通信方式的設備就可以在一個系統中共存了。
此時，網關就要做更多的工作：
- 上行鏈路(連接到云平臺)：需要做到協議的統一，也就是說云平臺才不關系下面到底是什么樣的無線通信技術，云平臺只會以統一的數據格式來表示每個設備;
- 下行鏈路(連接到設備)：協議轉換，把云平臺發來的統一的數據格式，轉換成不同的無線通信協議特有的數據格式;
設備的開發工作就相對純粹一點了，它只需要處理某一種無線協議即可。
這一類設備的開發，一般都是使用相應的通信模組，底層的協議棧都是提供好的。
開發者需要做的工作主要就是熟悉應用層的通信協議，完成指令的解析和數據上報工作。
3. WiFi 類設備
這一類產品最常見的就是各種品牌的網絡攝像頭(IPCamera)，比如：小米、360、螢石等等。
攝像頭如果作為一個單品來使用，只要把家中的 WiFi SSID 和 密碼配置到攝像頭中，就可以使用官方的 APP 來遠程查看實時畫面了。
如果把攝像頭集成在一個智能家居的系統中，就需要二次開發。
攝像頭廠家一般都會提供 SDK，作為開發者需要做的事情就是：調用 SDK 中的 API 函數，獲取實時畫面、發送指令控制攝像頭云臺轉動。
這里有一個底層的技術很有意思：P2P 網絡穿透。
我們買來一個網絡攝像機，是不可能有一個獨立的 IP 地址的。也就是說：其他設備(手機)是沒辦法通過 IP:PORT 的編程方式，直接連接到攝像頭的。
但是為了實時畫面的傳輸質量，為了減輕服務器的轉發壓力，手機最好可以直接與攝像頭建立 TCP 通信。
此時，P2P 網絡穿透給這種需求提供了可能。
在早期的時候，深圳有大批的攝像頭廠商使用的都是 TUTK 這家公司的 P2P 網絡穿透服務。
在 P2P Master(就是一臺服務器)的協助下，實現移動端與攝像頭之間的網絡穿透，直接建立 TCP 連接。
物聯網平臺開發
物聯網平臺，作為連接業務應用和設備的中間層，屏蔽了各種復雜的設備接口，實現設備的快速接入。
目前，做的比較大的就是那么幾家巨頭：亞馬遜的 AWS 平臺，阿里云、騰訊、華為的物聯網平臺。
以上這幾家的物聯網平臺，僅僅是他們的云平臺中的一個組成部分。
它們的目標就是提供一個通用的通信標準和 SDK，快速的接入各種硬件設備，通過設備接入數量、通信數據的流量，以及提供各種業務層的服務來賺錢。
另外，還有一些下一梯隊的公司，開發了自己的、專門針對物聯網領域的平臺。由于知名度不高，只能以合作開發項目的形式來吸引硬件設備的接入。
從開發的角度來看，物聯網平臺的開發技術棧主要是后臺開發。由于這部分技術棧我不太熟悉，就不去深入討論了。
物聯網平臺最寶貴的就是數據，如何利用這些數據，這就是業務應用的事情了。
業務應用開發
所謂的業務應用，簡單來說，就是通過調用物聯網平臺提供的 API，實現設備管理、數據上報、命令下發等業務場景。
設備管理是在設備接入基礎上，提供了更豐富完備的設備管理能力，簡化海量設備管理復雜性，提升管理效率。
從物聯網平臺的設備和數據中，可以衍生出各種不同的業務應用場景，這就要根據實際的系統功能來進行按需開發了。
比如：智慧城市、智慧照明、智慧工業、車聯網等行業應用。
涉及到的技術棧是：前端和后端開發。
