【51CTO.com快譯】當(dāng)前，單個4G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以承載多達5500至6000個窄帶物聯(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，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將從750億增至1000億以上。

在市場上，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，我們重點關(guān)注消費類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，畢竟此類移動應(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接口。它們可以直接連接到云端，并且通過Web應(yīng)用來進行管理?？偟恼f來，需要移動接口來連接設(shè)備的消費應(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
• 兒童和寵物護理

如您所見，連接設(shè)備的種類正在爆炸式地增長，而移動應(yīng)用也逐漸成為各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接點，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)品可以通過傳感器和外部數(shù)據(jù)源，全面地掌控產(chǎn)品的運行狀況和外部環(huán)境。據(jù)此，智能產(chǎn)品可以及時警告用戶、以及維護人員有關(guān)環(huán)境與性能方面的變化。
• 控制：我們可以通過內(nèi)置于設(shè)備中，或駐留在產(chǎn)品云端的遠程命令、或算法，來控制智能連接的產(chǎn)品。
• 優(yōu)化：基于那些來自智能連接產(chǎn)品的監(jiān)視數(shù)據(jù)，我們可以通過各種前所未有的方式來最大化產(chǎn)品的性能。同時，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)用開發(fā)知識

您也許會問：我們該如何開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序呢?其實，這一般取決于我們的產(chǎn)品創(chuàng)意。對于智能家居應(yīng)用、以及互聯(lián)網(wǎng)汽車應(yīng)用而言，它們的功能側(cè)重點顯然會有所不同。在開始進行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)之前，讓我們首先來了解一下物聯(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)會包含如下四個主要部分：

• 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，射頻模塊是通過其信號處理、WiFi、ZigBee、藍牙、無線電收發(fā)器、雙工器和BAW，來管理通信的。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

無論是運行在Web上，還是在移動設(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。這些儀表板通過收集來自傳感單元的信息，以提供給如下組件：

• 移動應(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)通過不同類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保持著前端設(shè)備與后臺管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接。

6. 藍牙

藍牙是使用最為廣泛的近距離無線技術(shù)之一。通過配對，您可以用它來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)開發(fā)的ZigBee運行在2.4 GHz頻段。它對于通常在建筑物或工業(yè)站點之間以微速率傳輸?shù)臄?shù)據(jù)而言，是一種完美的選擇。

8. 射頻識別

它利用磁場來識別物體。通常而言，簡短多樣的超高頻識別碼的有效半徑為10厘米;而遠程超高頻則可達到200毫米。

9. LoRaWAN

遠程廣域定位網(wǎng)絡(luò)(Long Ranged Wide Location Network，LoRaWAN)是針對大型物聯(lián)網(wǎng)的定位網(wǎng)絡(luò)之一。它能夠為數(shù)百萬個低功耗設(shè)備提供強大的網(wǎng)絡(luò)資源。許多智慧城市的應(yīng)用都會用到該協(xié)議。

三、物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)

在真正著手開發(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

我們在此談?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)備的傳輸過程中，勢必會將個人隱私信息帶到網(wǎng)絡(luò)各處。

此外，我們在開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時應(yīng)當(dāng)考慮如下關(guān)鍵問題：

• 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)用開發(fā)的過程中，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)，我們很難對其進行實時檢測，因此很可能會出現(xiàn)被篡改、甚至被替換的情況。
• 云存儲安全性：雖然云存儲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)對于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的訪問權(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)

為了提供有價值的前端信息，我們對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一項重要要求就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r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)傳感單元來監(jiān)視、處理、提供數(shù)據(jù)與信息。例如，對于智能汽車而言，由于它們需要在快速移動的過程中保持聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)。因此，我們在開發(fā)應(yīng)用之前需要對設(shè)備、功能和特性等方面進行全面的考慮。

3. 硬件和設(shè)備的跨平臺兼容性

由于針對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)正在蓬勃地發(fā)展之中，因此，開發(fā)人員需要確保能無縫地集成各種軟、硬件的功能，并保障運行的效率、設(shè)備的更新、以及錯誤的修復(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涉及到隱私與安全，因此物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)團隊需要配備專業(yè)的數(shù)據(jù)分析人員，事先針對目標(biāo)環(huán)境，以及數(shù)據(jù)的收集、處理與存儲方式進行良好的規(guī)劃與準(zhǔn)備。

四、如何開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

1. 選擇平臺

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

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

上述平臺各有不同的特性和側(cè)重點，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員可以使用不同平臺與程序，將不同供應(yīng)商的設(shè)備連接到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)之中。例如：被稱為Android Points的Google物聯(lián)網(wǎng)平臺，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)備廠商那里選購設(shè)備。在滿足項目需求的前提下，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、單板計算機(SBC)、以及專用于智能藍牙和WiFi的電路板之中進行選擇。下面是一些比較常見的開發(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. 事先考慮可擴展性

如今無論是產(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，您在開發(fā)過程中應(yīng)當(dāng)盡量保持可擴展性，以應(yīng)對將來在數(shù)據(jù)體量、以及設(shè)備數(shù)量上的增長。顯然，現(xiàn)有的云技術(shù)也非常適合于應(yīng)用的擴展。

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，個人隱私以及敏感信息更會暴露無遺。

以下便是一些我們在使用安全工具來構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時，值得借鑒的兩個方面。

• 仔細選擇硬件供應(yīng)商與平臺：那些能夠為其硬件設(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，同時也意味著更少的軟件漏洞。因此，對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言，您應(yīng)當(dāng)選擇那些值得信賴、且有著良好信譽的硬件方案和平臺提供商。他們通常能夠提供相應(yīng)的檢查工具、并持續(xù)進行更新。
• 對應(yīng)用程序綜合采取優(yōu)秀的安全實踐：對于那些無論是存儲在本地設(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)用級別的數(shù)據(jù)加密、文件混淆(obfuscation)、兩因素身份驗證、以及訪問控制，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，我們還應(yīng)當(dāng)通過VPN等方式，來保護數(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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