物联网IOT系列之12：物联网云和服务

　　物联网在很大程度上是关于集成嵌入式电子产品和 IT 服务。没有云，这是不可能的。云是任何物联网系统的灵魂。云构成了物联网生态系统中的虚拟世界，而嵌入式设备共同构成了物联网系统的物理世界。这两个位于通过互联网互连的物联网的两端。在任何物联网应用中，云作为服务提供者都肩负着重大责任。基本上，云是一个远程服务器，它托管应用程序、服务和平台，以在物联网环境中提供服务和解决方案。

　　

　　物联网云挑战

　　本质上，任何云（服务器）都必须具备以下能力——

　　3) 云必须能够提供服务间和设备间通信。负责管理设备和管理设备之间的数据共享和交换的是云。它还负责同步设备之间的数据通信，以便成功执行 IOT 应用程序。它还可能需要与其他云、云服务和应用程序连接和通信以执行应用程序。

　　4) 尽管存在所有复杂性，但云必须具有成本效益。大数据和大数据分析需要丰富的IT资源和高效的软件。云必须能够优化 IT 基础架构的要求，以便以最具成本效益的方式实现物联网系统的目的。

　　物联网云架构——

　　因此，当物联网云面临的挑战现已为人所知时，就该讨论云的底层架构了。该架构强调了通常保持隐藏和抽象的所有后台进程。典型的云架构可以用下面的方框图表示——

　　

　　物联网云架构和流程

　　任何云都旨在执行以下基本过程——

　　1）数据摄取

　　2）流水线

　　3）数据存储

　　4) 数据分析

　　5) 申请与展示

　　流水线——收集数据后，物联网云负责以适当的方式管理数据。流水线化过程包括以下几个任务 -

　　设备注册——为了管理云上的数据，有一个部分用于使用其唯一 ID 注册设备，以便用户和云都可以唯一地识别设备并访问这些设备。

　　转换数据——数据到达云端后，可能需要将其转换为其他格式。例如，从温度和湿度传感器获取的信号电压可能需要转换为温度和湿度的校准单位。

　　聚合数据和计算——在转换和组合数据之后，可以对其应用某种分析，比如将数据分布到多个设备上，以避免在单个设备上进行操作。

　　丰富数据——设备生成的数据可以与设备的元数据或其他数据集相结合。例如，温度数据可用于进一步分析以获得有用的见解。

　　移动数据——处理后的数据可以传递到一个或多个存储位置或缓存中。

　　实时数据分析——数据存储后，云平台可以对该数据进行某种分析，并将其转化为可供人类使用的可行行动。云平台使用某种数学或逻辑分析信息并处理信息，即将数据转换为信息以执行自动化任务。

　　应用和展示——云在处理数据后，可以将数据发送到其他物联网设备，以执行一些基于此的任务，或者可以将数据提供给其他计算引擎。

　　这些是物联网云执行的基本流程。物联网云在后台执行所有这些过程，以便最终用户和设备隐藏实际的实施细节。最终，物联网云的目的是将数据转换成小块并理解数据的每个部分，深入处理数据并从整个过程中推动高效、经济高效的行动。云充当基于互联网的服务的大脑。

　　物联网云作为服务提供商

　　云是物联网环境中的服务提供者。云计算有许多即服务角色。所有这些即服务角色都是由云平台提供的云服务。

　　

　　物联网云服务

　　IaaS 提供商提供的开发工具是根据用户的需要定制的。使用 PaaS 服务的主要优势在于它允许在用户端进行更高级别的编程，同时极大地降低了复杂性，因为它具有内置的基础架构堆栈，这使得软件端更易于管理和易于访问。PaaS 解决方案的一些示例是“Google App Engine”系统、在 Amazon Web Services 之上运行的“Heroku”和作为 SalesForce.com 软件即服务产品的一部分构建的“Force.com”。

　　软件即服务 (SaaS) – 云计算的顶层是 SaaS，其中最终用户仅操作软件应用程序，如电子邮件、文字处理等。用户无需安装和维护软件，只需通过 Internet 访问这些软件即可。他们无需担心复杂的软件开发和硬件管理。这些应用程序在 SaaS 提供商的服务器上运行。用户仅请求访问它们。提供商管理应用程序的访问及其安全性、可靠性和性能。一些最著名的 SaaS 提供商是“Google Apps”、微软的商业生产力在线套件等。

　　流行的物联网云服务 –

　　一些流行的公共云服务如下 -

　　1）谷歌云物联网（PaaS）

　　2）亚马逊AWS（平台即服务）

　　3）物语（软件即服务）

　　a) 端到端安全——它通过基于证书的身份验证和 TLS 1.2 传输安全实现端到端安全。

　　b) 集成服务——跨谷歌云服务无缝移动物联网数据。

　　c) 高级数据分析——它使用 Google BigQuery 执行临时分析，使用 Cloud Data Studio 可视化数据，并使用 Cloud Machine Learning 获取情报。

　　亚马逊 AWS 物联网——亚马逊 AWS 是一个托管云平台，提供对物联网设备的访问，以安全地连接云应用程序和其他设备并与之交互。AWS IOT 可以以低延迟和低开销安全地处理多达数十亿台设备和数万亿条消息。AWS IoT 支持 HTTP、MQTT 和 websockets 等通信协议和标准。使用 TLS/SSL 安全性保护通信。

　　请注意——其他一些 PaaS 云平台，如 Microsoft azure IoT 套件、IBM Watson IoT、Salesforce IoT 云、Carriots 也值得一提。

　　物联网操作系统

　　有许多专门为物联网设计的操作系统。其中一些如下 -

　　a) 有限的资源——Tiny OS 操作系统旨在与具有较少 RAM、低成本和较小尺寸的设备一起使用。

　　c) 灵活性——操作系统在硬件和软件之间提供灵活的模块化。

　　Contiki OS – Contiki 也是一个专门为物联网应用程序设计的操作系统。Contiki OS 完全支持 IPv6 和 IPv4 以及 6LowPAN、RPL 和 CoAP 等低功耗无线协议。Contiki OS 是用 C 语言编写的。Contiki被设计为运行在低功耗、低内存和低通信带宽的硬件设备上。它支持每个进程可选的抢占式多线程。

　　Tiny OS 和 contiki 操作系统之间的区别在于，TinyOS 更适合在资源非常有限且节省的每一点内存或计算能力都可以提供帮助的情况下。当灵活性最重要时，Contiki 可能是更好的选择。例如，当需要为大量节点经常更新节点软件时。

　　RIOT – RIOT 也是物联网设备的操作系统。它基于微内核，专为节能、硬件自主开发和高度模块化而设计。它支持 6LoWPAN、IPv6、RPL、TCP 和 UDP。它专为实现最高能效和低资源要求而构建，例如运行在最小 RAM 约 1.5 Kb 和最大 ROM 约 5Kb 的情况下。它能够在多个平台（嵌入式设备和普通 PC）上运行。它允许使用 C 或 C++ 进行标准编程，并且可以运行 16 位和 32 位平台。由于超低中断延迟（约 50 个时钟周期）和基于优先级的调度，它具有实时能力。

　　为了在物联网中集成云，数据的安全性、隐私性和可靠性是一个重要的考虑因素。必须保护数据免受互联网上任何类型的攻击。在下一个教程中，将讨论 IOT 安全性。