什么是物联网平台?边缘计算?MQTT传输协议?

什么是物联网平台?边缘计算?MQTT传输协议?,第1张

物联网平台为设备提供安全可靠的连接通信能力,向下连接海量设备,支撑设备数据采集上云;向上提供云端API,指令数据通过API调用下发至设备端,实现远程控制。

物联网平台也提供了其他增值能力,如设备管理、规则引擎、数据分析、边缘计算等,为各类IoT场景和行业开发者赋能。

如下是共享单车基于物联网平台的解决方案。
物联网平台提供边缘计算能力,支持在离设备最近的位置构建边缘计算节点处理设备数据。

在断网或弱网情况下,边缘计算可缓存设备数据,网络恢复后,自动将数据同步至云端。

提供多种业务逻辑的开发和运行框架,包括场景联动、函数计算和流式计算,各框架均支持云端开发、动态部署。

边缘计算能力允许在最靠近设备的地方构建边缘计算节点,过滤清洗设备数据,并将处理后的数据上传至云平台。
物联网应用可广泛应用于:智能生活、智能工业、智能楼宇、环境保护、农业水利、能源监控等环境。计算平台主要涉及:

开发者使用设备接入SDK,将非标设备转换成标准物模型,就近接入网关,从而实现设备的管理和控制。

设备连接到网关后,网关可以实现设备数据的采集、流转、存储、分析和上报设备数据至云端,同时网关提供规则引擎、函数计算引擎,方便场景编排和业务扩展。

设备数据上传云端后,可以结合云功能,如大数据、AI学习等,通过标准API接口,实现更多功能和应用。

物联网 (IoT) 设备必须连接互联网。通过连接到互联网,设备就能相互协作,以及与后端服务协同工作。互联网的基础网络协议是 TCP/IP。MQTT(Message Queue Telemetry Transport,消息队列遥测传输) 是基于 TCP/IP 协议栈而构建的,已成为 IoT 通信的标准。

现今世界网络和数据普及,不单止智能手机能连接网络,就连手表,闹钟,家电等日常用品,也能即时在网络中提取资讯,并配合环据数据作出分析,将最好的体验反馈给 用家。而透过网络来连接人,流程,资讯和装置这个概念,亦是我们平常所说的物联网(物联网,又名物联网)。

承接上文介绍了雾计算的简单的应用和由来,下文将会介绍物联网的一个重要技术 - 边缘计算(Edge computing)。下文将会阐述边缘计算的由来,并介绍它与物联网的关系,而且会利用无人驾驶作为用例,介绍云计算的短处和边缘计算的应用。

先定义一下边缘计算(wikepedia,2019):

这里提到很多艰涩的专业名词,例如是“分散式运算”,“节点”等,其实只是描述:边缘技术是一种技术将大型应用程式的一部分转移到(即分散式运算)日常设备中处理(即边缘节点中)。

在云计算的典型结构中(如上图),通常可分为“云(云层) - 网(雾层) - 端(边缘)”三层。“端”这一层覆盖所有终端的应用程式,亦通常是被管理的角色。当云计算一计算出结果,就会到透过“网”层,将指令发送到“端”层的应用程式执行,而应用程式收到数据后,则会发送到“云”层作计算。

而边缘计算则可以想像为给予“端”层一定程度的“自治”。在边缘计算的架构中,终点被赋予简单的存储和计算能力(与雾计算不同,这里重点是“简单”的功能) ,令它能偶尔脱离云的管理,并根据环境数据作出回应。

增加终端系统简单的计算和存取能力看似一小步,但其实这个布局有着莫大的好处,当中包括:

  - 低延迟:数据由近场产生,能快速回应

  - 独立性:在没有网络连接下,系统亦能运作

  - 合规性:无需传送用户资料,保护个人数据

  - 简化数据:终端先处理部份数据,数据简化后才向云服务器传输

  - 安全性:数据传输减少,减少网络安全风险

无人驾驶是边缘计算其中一个经典用例,亦是一个很好例子说明云计算的短处和为什么需要边缘计算。

下图展示的是常用的云计算架构,当中包括1)一架智能汽车(客户端),并且正在使用无人驾驶功能,2)互联网(Internet),用作传输数据,以及3)云服务(云计算)服务器),用作提供无人驾驶服务。

假设汽车正在以60ms-1的速度行驶,并在起始位置感测到前方3m有阻碍物。由于汽车正在使用云计算的架构,汽车本身并没有分析的功能,汽车会将感测到的影像 传送到云服务器中作分析(步骤1)。

很不幸地,由于汽车现在在北区甚远,信息在005s后才能到云服务 无上停驶,但也要经过005s才能将指令发送到汽车上执行(步骤2)。

在这段发送信息到回收指令的过程中(~01s),汽车会继续以均速行驶(60ms-1),并到6m后(= 60ms-1×01s)才会收到指令停下来 。而且会撞到在3m前的路人,酿成车祸。

汽车在起始位置感测到前方3m有阻碍物,会立刻执行停车指令(步骤1)。然后再发送影像和决策内容到云服务器中作进阶分析(步骤2),以改善无人驾驶性能。 (注:这里看似与雾计算方式相似,但在过程中,应用程式没有作任何的数据分析,只根据感应器内容作出回应。若然是雾计算的话,感应器信息会发送到雾服务中,再作分析,然后通知终端设备作出回应。)

由此可见,云服务器距离数据产生的位置较远,因此会造成较大的延迟。而无人驾驶这些需要实时作出决策的活动,则很大机会需要使用边缘计算,使计算的服务靠近产生数据的源头,做到计算更接近实际行动。

随着科技的进步,数据传输速度的快速提升,不少日常物品,例如是家用电器,车辆等,都已经嵌入感测器,并透过网络接结与互联网交换资讯,形成了庞大的物件网络(即物联网)。

物件会在运行时会收集到大量的环境数据。有些人会问,为什么不把数据都在本地(local drive)处理,其他数据再传到云服务做储存。这可能是其中一个可以实行的方法,但如果所有数据都在本地处理,物件本身要设有很多的存储装置和处理服务器。这会大大增加电力消秏和物件重量,增加成本。

因此,最好的方法是结合云计算和边缘计算的优势做出最佳的配置。在一些决定物件重大安全性的事件(例如如上文无人驾驶例子的刹车)可将决定的主导权放到边缘上,其他没有急切性的事情,则放到云服务器低成本集中处理。透过云与边缘的良好分工,大大减少成本,亦能提高运算效率。

物联网安全的特征是:感知网络的信息采集、传输与信息安全问题。

感知节点呈现多源异构性,感知节点通常情况下功能简单(如自动温度计)、携带能量少(使用电池),使得它们无法拥有复杂的安全保护能力,而感知网络多种多样,从温度测量到水文监控,从道路导航到自动控制,它们的数据传输和消息也没有特定的标准,所以没法提供统一的安全保护体系。

物联网的主要特征是:

物联网的主要特征有全面感知、可靠传递、智能处理。物联网是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,通过各类可能的网络接入,实现物与物、物与人的泛在连接,实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。

大数据时代的到来,用户的私人信息越来越不安全。好多人每天都被骚扰电话,广告推销所折磨,越来越多的人知道你的电话,姓名,职业,朋友圈。严重的后果是,某些不法分子利用这些信息对你或者你的亲友进行诈骗。现在各种网站,各种应用注册的时候可能会捆绑手机,QQ,邮箱等信息,商家拿到这些信息,一定要保护用户的私人信息,保证用户的信息安全,这方面好多公司还做得很不到位。

周鸿祎提过用户信息安全三原则,具体内容如下:

第一,用户的信息是用户的个人资产。很多互联网大公司可能比较抵制我这个观点,因为互联网大公司在用户协议里说:因为用户号码是我给的,所以用户是我的,用户的好友列表也是我的,用户产生的内容也是我的。但是,它又发表一个免责声明,说用户产生的任何法律问题,都与自己无关。先不说这种自相矛盾的逻辑,我的观点是,用户使用厂商的服务产生的信息,是属于用户自己的个人资产。用户使用各种设备、各种软件产生的数据,虽然存储在厂商的服务器上,但是从所有权方面讲,它应该明确地属于用户,是用户的财产。

二是平等交换的原则。在大数据时代,通过云端的数据交换,厂商为用户提供服务。只要用户使用了厂商的服务,就会有相关的数据产生。你用微信的时候,为了匹配朋友,你的地址本自然要上传。为了与朋友聊天,你的聊天记录自然会保存在厂商的服务器上。但是,用户的信息和厂商之间,应该遵循平等交换的原则。什么叫平等交换?用户享受服务,厂商获取信息,但在这个过程中,用户要有知情权,厂商要得到用户授权才能使用用户信息,也就是说,用户要有选择权,有拒绝权。 举个例子,如果是一个类似大众点评这样的应用,因为要根据用户的地点给他找饭馆,自然它需要用户的位置信息,我认为这是合理的。这就是平等交换。但如果是一个小说阅读软件,也要获取用户的位置信息,我认为这个服务就不再是一个平等的交换,实际上它要了不该要的东西。平等交换原则也符合《消费者权益保护法》的基本原则,就是消费者要有知情权、选择权。

三是安全处理原则。有的人认为安全就是互联网安全公司干的事,就是杀毒软件的事,我觉得这个观点是错的。任何一家互联网公司,包括现在做可穿戴硬件的公司,都会变成一个互联网服务公司,用户会使用这些硬件产生大量的数据。所以,任何一家互联网公司都有责任保护用户信息的安全,要在云端对用户数据进行足够强度的加密,包括安全存储和安全传输。


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