如何开发物联网应用程序_物联网软件开发

物联网开发应用最重要的是各种接口的兼容性。

首先物联网终端设备数量比手机大得多，而且本身没有显示界面，通常只是能够通过特定网络协议回传数据的传感器（直接连入互联网或者通过网关设备），也就是说在物联网大数据汇聚的前端，数据的汇入是自动化进行的，应用开发的重点是后端的汇聚层。

物联网应用后端汇聚层需要有一个智能化软件系统（通常运行于数据中心），来管理物联网设备（包括固件升级等）、网络、处理海量数据，并提供给用户。

在设备层、汇聚层之外，物联网应用还需要一个分析层，负责处理物联网设备产生的大数据。

最后，是最终用户层，负责将有用的数据分析结果以可视化的方式展示到用户的终端设备中，这个层面的开发，可以是移动web网站也可以是一个手机APP。

由于设备层和汇聚层第三方专业产品和服务的完善，实际上今天的物联网应用开发，主要指的是分析层和用户层这两个层面，换而言之，未来物联网开发生态主要建立在成熟的云计算物联网平台上。成熟的物联网平台通常都提供汇聚层需要的大数据存储、实时信息总线以及于前端应用通讯的API。

实际上今天已经有大量面向物联网应用开发的平台，例如Xively、Mnubo、BugLabs和ThingWorx等，这些平台通常能够兼容大量物联网产品厂商的设备。

提到 *** 作系统，大多人第一印象是电脑端的Windows、Linux系统和手机端的安卓和iOS系统。这些程序直接运行在“裸机”设备的最低层，搭建起其他软件、应用运行的环境与基础。得益于 *** 作系统的兴起、完善，才促成了软件与应用的兴起，铸就了辉煌的PC时代与移动互联网时代。
物联网的 *** 作系统调度“物体”本身，因此它很可能将融合人类 *** 作系统与PC时代 *** 作系统的两种形态，物联网 *** 作系统对“物体”的调度过程通过层层分发、层层下达，通过调度云、边、端，不同层级中不同设备的计算资源而实现。
因此，物联网中的 *** 作系统涉及到芯片层、终端层、边缘层、云端层等多个层面。单一层次的物联网 *** 作系统与安卓在移动互联网领域的地位和作用类似，实现了应用软件与智能终端硬件的解耦。就像在安卓的生态环境中，开发者基本不用考虑智能终端的物理硬件配置，只需根据安卓的编程接口编写应用程序，就可以运行在所有基于安卓的智能终端上一样，物联网 *** 作系统的作用也是如此。
在物联网 *** 作系统开发企业中，由爱投斯开发的物联网 *** 作系统具备得天独厚的优势。
IOTOS®物联网 *** 作系统定位可以类比成Windows *** 作系统。Windows *** 作系统是对单一设备进行硬件集成，比如显卡、声卡、屏幕、网卡等，提供驱动开发、应用开发套件和系统自带应用。
IOTOS®物联中台则是面向项目级的 *** 作系统对智慧项目涉及的传感器、设备以及业务子系统，进行采集、集成、融合打通，向下提供设备接入SDK，向上提供应用开发API，同时提供场景通用的内置应用，以此引领智慧项目实现标准化。
因此在物联网的环境下，尤其需要 *** 作系统来屏蔽物联网底层硬件碎片化差异，提供统一的编程接口，降低物联网应用开发的门槛、成本和时间。
为了应对严重的碎片化现状，采用IOTOS®物联网 *** 作系统，该 *** 作系统主要是对设备进行抽象，快速集成、采集，提供统一的设备和数据管理服务，以及统一的上层应用接口，对应用层屏蔽接入设备或系统的差异，极大降低物联网项目应用成本。

无线通信技术：物联网设备可以通过蜂窝网络、Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术与移动通信网络进行通信。例如，一个智能家居设备可以通过Wi-Fi连接到家庭路由器，然后通过互联网与用户的手机或平板电脑进行通信。
物联网平台：物联网平台是一个软件系统，用于管理和监控物联网设备，并将设备数据发送到其他系统。移动通信运营商可以提供物联网平台，让物联网设备和移动通信网络进行交互。例如，物联网设备可以将数据发送到移动通信运营商的物联网平台，然后由运营商将数据转发给用户的手机。

应用程序编程接口（API）：移动通信运营商可以提供API，使开发人员能够将移动通信网络与物联网设备进行集成。例如，一个智能城市应用程序可以使用移动通信运营商的API获取城市中的交通传感器数据，以便实时更新交通情况。

5G技术：5G技术提供更高的带宽和更低的延迟，可以更好地支持物联网设备和移动通信网络之间的交互。例如，一个自动驾驶汽车可以使用5G技术与移动通信网络进行通信，以便实时获取路况和交通信号数据。

IOT网关，接收sensor数据的总入口，主要是日志，安全防护，流控，协议转换等功能，

图1 IOT网关

之前有提到IOT网关是基于python的twisted框架实现的，初期的时候该IOT网关主要实现的功能是 数据接收和转换功能 和 安全防护 。

数据接收和转换功能 ，这里很简单，拟定好数据交互格式后，IOT网关按照约定好的格式进行解析，然后转发给后端服务进行进一步的处理

安全防护 ，设备的区分主要是依靠烧录到硬件的SN号来实现，SN号包含的信息比较多，如生产批次，设备型号等，受制于厂商我安全防护不能做的非常完善，同时sensor与IOT网关的交互不能非常复杂。安全防护这一块理论上是设备接入要一型一密或者一机一密，协议上还应该启用tls/ssl安全通信协议。

图2 鉴权

安全防护要做ssl这类的安全通信协议的话，要考虑设备厂商实现通信模块能力，设备功耗，设备性能（低端设备cpu性能可能比较差，可考虑对称加密形式），IOT网关也需要引入相应模块。

另外认证从性能方面考虑，后期在设备比较多的情况下，可以加入redis等内存型key-value数据库，缓存设备信息，提高鉴权模块性能。

实践中，我们的sensor基本都是依靠电池供电，因此我们的IOT网关基本是面向短链接（后期我们有监测设备，依靠外部电源直接供电，为长连接），因此在每次发起连接我们都要进行一次鉴权，鉴权通过后，设备方可上传传感器监测数据和设备自身状态。

图3 数据交互流程

这一块的调试工作长达半年左右，才基本稳定下来，主要集中在设备商处除了硬件稳定性，还有在调试中发现传输的字符串乱码（c语言处理问题），沾包（厂商开发人员tcp协议不熟），优化传输效率，关闭cork或者 Nagle 算法（传输包很小）。

因为IOT网关不能主动断连接，理论 *** 作中，IOT网关应该和sensor有心跳协议，保证连接的有效性。设备商在数据流程交互完成后，竟然没有close 连接，直接休眠，导致网关所在服务器的连接的文件描述符一直没有正常释放，后面为了预防这种现象，我开启了 *** 作系统层面的keepalve定时器，回收失效连接（系统默认时间是2小时左右，我缩短了失效时间），理论上来说应该是应用层面去实现心跳协议。

整个IOT网关的设计，是无状态，可伸缩的，单网关在普通型ecs上可轻松达到数百tps。

物联网的体系结构可以分为感知层，网络层和应用层三个层次。

感知层。是物联网发展和应用的基础，包括传感器或读卡器等数据采集设备、数据接入到网关之前的传感器网络。感知层以RFID、传感与控制、短距离无线通信等为主要技术，其任务是识别物体和采集系统中的相关信息，从而实现对“物”的认识与感知。

网络层。是建立在现有通信网络和互联网基础之上的融合网络，网络层通过各种接入设备与移动通信网和互联网相连，其主要任务是通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现信息的传输、初步处理、分类、聚合等，用于沟通感知层和应用层。目前国内通信设备和运营商实力较强，是我国互联网技术领域最成熟的部分。

应用层。是将物联网技术与专业技术相互融合，利用分析处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务。应用层是物联网发展的目的。物联网的应用可分为控制型、查询型、管理型和扫描型等，可通过现有的手机、电脑等终端实现广泛的智能化应用解决方案。

资料拓展：

物联网的整个结构可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成，两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后，通过internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统的中间件，然后通过ONS解析获取产品的对象名称，继而通过EPC信息服务的各种接口获得产品信息的各种相关服务。整个信息系统的运行都会借助internet的网络系统，利用在internet基础上的发展出的通信协议和描述语言。

因此我们可以说物联网是架构在internet基础上的关于各种物理产品信息服务的总和。从应用角度来看，物联网中三个层次值得关注，也即是说，物联网由三部分组成：一是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现对“物”的识别。二是传输网络，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算。三是应用网络，即输入输出控制终端。

IoT安全中心是提供安全检测、安全合规、安全防护、安全分析能力，帮助物联网开发者和运营者，为多品类、分布广泛的设备或网关，构建端到端的数据安全可信体系，从而实现物联网的可信设备、可信环境、可信数据、可信业务目标，提升安全运营管理效率。

应用场景

安全开发流程中的安全自查，通过IoT安全中心提供的安全自查功能，可识别潜在的安全威胁，获取修复建议，完成安全防护。

等保合规安全自检和整改，通过IoT安全中心进行等保合规自检后，可根据自检结果，集成IoT安全中心对应的安全能力，完成整改。

设备接入时验证身份，物联网平台只允许接入合法授权的设备。IoT安全中心提供产线安全分发、唯一身份标识、身份认证能力，帮助您识别伪造或不受信的设备。

防止敏感数据、危险控制指令的篡改和重放攻击，在物联网设备接收云端的控制指令，并执行相应动作的过程中，可利用设备rootkey实现端到端的数据加密传输，有效防止数据篡改和重放攻击。

对物联网设备或网关进行安全巡检，IoT安全中心的设备行为分析功能，可实时预警设备或网关中潜在的安全威胁、攻击等行为，帮助您随时掌控物联网设备或网关的安全

基于EPC和RFID技术的物联网在现代物流领域的应用 物联网又称传感网，英文名称叫“Internet of Things”，简称 IOT。物联网的概念于 1999 年在美国召开的移动计算机和网络国际会议上首次被提出, 2005 年在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟( ITU)发布了《ITU互联网报告 2005：物联网》的报告，正式提出了物联网的概念。物联网是在计算机互联网基础上利用射频识别(RFID)技术、无线通信技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监测和管理的一种网络。 在这个网络中世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行信息交换。 物联网的问世，打破了传统思维。过去一直将机场、公路、建筑物等物理基础设施与数据中心、个人电脑、宽带等 IT 基础设施分开。而在物联网时代，所有的物品、电缆、芯片、宽带将整合为统一的基础设施，世界就在物联网上开展各种活动。 物联网应用广泛，遍及物流仓储、智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。但是，受技术水平和使用成本等因素的制约，物联网的应用在短期内还难以一下子在各个领域全面推广。而在更加追求效率及成本控制的物流行业，有望率先在这一新领域进行尝试。物联网与现代物流有着天然紧密的联系，其关键技术诸如物体标识及标识追踪、无线定位等新型信息技术应用，能够有效实现物流的智能调度管理、整合物流核心业务流程，加强物流管理的合理化，降低物流消耗，从而降低物流成本，减少流通费用，增加利润。 物联网借助互联网、RFID 等无线数据通信等技术，实现了单个商品的识别与跟踪。基于这些特性，将其应用到物流的各个环节，保证商品的生产、运输、仓储、销售及消费全过程的安全和时效。本文就物联网在现代物流各个环节的应用进行探讨，并对物联网在国内外物流的应用现状进行了概述。 1 物联网在物流各个环节的应用分析 物流是指物品从供应地向接收地的实体流动过程。当前的物流过程存在物流信息不对称、得不到及时的信息等弊端，难以实现及时的调节和协同。随着全球经济一体化进程的推进，调度、管理和平衡供应链的各环节(跨区、跨国)之间的资源变得日益迫切，以产品电子代码( EPC 码)和 RFID 为核心在互联网之上构造“物联网”，将在全球范围从根本上改变对产品生产、运输、仓储、销售各环节物品流动监控和动态协调的管理水平。 11 物流生产和运输领域 基于物联网的支持，电子标签承载的信息可以实时获取，从而清楚地了解到产品的具体位置，进行自动跟踪。对制造商而言，原材料供应管理和产品销售管理是其管理的核心，物联网的应用使得产品的动态跟踪运送和信息的获取更加方便，对不合格的产品及时召回，降低产品退货率，提高了自己的服务水平，同时也提高了
消费者对产品的信赖度。另外，制造商与消费者信息交流的增进使其对市场需求做出更快的响应，在市场信息的捕捉方面就夺得了先机，从而有计划地组织生产，调配内部员工和生产资料，降低甚至避免因牛鞭效应带来的投资风险。对运输商而言，通过电子产品代码EPC自动获取数据，进行货物分类，降低取货、送货成本。并且，EPC 电子标签中编码的唯一性和仿造的难度可以用来鉴别货物真伪。由于其读取范围较广，则可实现自动通关和运输路线的追踪，从而保证了产品在运输途中的安全。即使在运输途中出现问题，也可以准确地定位，做出及时的补救，使损失尽可能降到最低。这就大大提高了运输商送货的可靠性和效率，提高了服务质量。此外，运输商通过EPC可以提供新信息增值服务，从而提高收益率，维护其资产安全。 12 物流仓储领域 出入库产品信息的采集因为物联网技术的运用，而嵌入相应的数据库，经过数据处理，实现对产品的拣选、分类堆码和管理。若仓储空间设置相应的货物进出自动扫描纪录，则可防止货物的盗窃或因 *** 作人员疏忽引起的物品流失，从而提高库存的安全管理水平。现今，它已经广泛使用于货物和库存的盘点及自动存取货物等方面。 13 销售管理领域 物联网系统具有快速的信息传递能力，能够及时获取缺货信息，并将其传递到卖场的仓库管理系统，经信息汇总传递给上一级分销商或制造商。及时准确的信息传递，有利于上游供应商合理安排生产计划，降低运营风险。在货物调配环节，RFID 技术的支持大大提高了货物拣选、配送及分发的速度，还在此过程中实时监督货物流向，保障其准时准点到达，实现了销售环节的畅通。对零售商而言，实施 EPC 保证了合理的货物仓储数量，从而提高定单供货率，降低脱销的可能性和库存积压的风险。由于自动结算速度的大幅提高，卖场就可以降低最小安全存货量，增加流动资金。由于可以实现单品识别，每个产品都具有特殊代表性，他们在货架上的具体位置、所处状态，可通过信息阅读随时传递至互联网，在信息处理之后反馈给管理人员，可以有效防盗，避免销售损失。 14 商品消费领域 物联网的出现使得个性化购买、排队等候时间缩短变为现实。消费者随时掌握所购买产品及其厂商的相关信息，对有质量问题的产品进行责任追溯。事实上，由于产品在生产之初直至消费者手中的整个过程都经由实时的质量和数量追踪并依据情况做出补救，到消费者手中的残次产品几乎为零。这样，即保证消费者购买到满意商品，还可以防止残次产品因不及时有效处理而对周围环境带来威胁。特别是有毒有害的危险品，随意丢弃将可能造成严重的环境污染，酿成巨大的损失。

       工业物联网是一个快速发展的行业，占全球物联网支出的最大份额。据IDC和SAP称，2019年，全球60％的制造商使用连网设备产生的数据来分析流程并确定决策。他们不仅可以监控制造过程中的复杂流程，还可以实现这些流程的自动化，为管理者提供了更详尽的细节。
工业物联网平台的基本功能：

具备：监控大屏、设备地图、系统统计、设备监控、实时数据及曲线、Web组态、故障报警管理、数据报表、远程控制、视频监控、角色管理、人员管理、设备管理、空间管理。

1 数据远程监控： 可以通过网页或者手机APP实现设备数据监控，第一时间了解设备运行状态、修改参数等；

2 设备报警推送： 可以通过短信报警、微信报警、APP报警推送等方式，推送设备故障状信息态，及时掌握设备运行状态；

3 云组态： 通过电脑web网页、手机网页和手机APP直接查看设备的组态画面或数据列表；

4 视频监控： 集成视频监控功能，实现数据和视频的同步显示，实时监控工业现场画面；

5 数据采集存储与分析： 通过对底层设备采集的数据进行合理分类并进行数据存储的优化，实现海量数据的快速检索，同时提供面向企业经营的决策分析，为设备的有效利用提供支撑。

6 用户项目权限管理： 管理者可根据实际应用创建账号，前台可查看的设备组态，后台可对所有的设备、数据、用户进行管理。

    工业物联网平台将提供不同的功能组合，包括工业物联网端点管理与连接性，物联网数据的捕获、摄取与处理，数据的可视化与分析，以及将物联网数据整合到业务流程和工作流程中。

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