一體化IoT開發(fā)平臺實現(xiàn)合而為一的智能家居“魔盒”

21ic訊 人們似乎總是會對各種各樣的盒子感興趣，仿佛每一個盒子都充滿了神秘的色彩，在吸引我們?nèi)ゴ蜷_，即使打開潘多拉的盒子會帶來厄運!呵呵，這里只是筆者開個玩笑。不過，在日前由易維訊舉辦的“2014產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望媒體研討會”上，飛思卡爾亞太區(qū)微控制器業(yè)務(wù)拓展與市場經(jīng)理王維先生描繪了物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和作為一個關(guān)鍵節(jié)點的家庭網(wǎng)關(guān)的未來開發(fā)趨勢，一個可以實現(xiàn)智能家居等各種IoT應(yīng)用服務(wù)的“魔盒”——“一體化盒子(one box)”，將所有盒子合而為一的時代正在開啟!

圖1. 飛思卡爾亞太區(qū)微控制器業(yè)務(wù)拓展與市場經(jīng)理王維先生在 “2014產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望媒體研討會”上做演講IoT絕不只是M2M

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)大概念下的一種應(yīng)用場景。其他包括樓宇自動化、智慧城市、智能照明、智能電網(wǎng)、智能健康、工業(yè)自動化，這些領(lǐng)域也正無時無刻不被卷入物聯(lián)網(wǎng)的整個發(fā)展浪潮里面來。但假如目前您對物聯(lián)網(wǎng)的理解還是只局限在M2M(Machine to Machine)的互連上，那需要馬上更新下您的認識。

不同的人有著不同的物聯(lián)網(wǎng)定義，大家較為熟悉的可能是以手機或其他智能設(shè)備為中心，控制家中的家電、插座以及供暖、空調(diào)等設(shè)備并提供個性化服務(wù)的智能家居模式或者其他機器與機器通信控制的形態(tài)模式，但顯然，在飛思卡爾眼中，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不僅僅是M2M(機器對機器的通信)。

圖2. IoT不只是M2M。

如上圖2舉例所示，物聯(lián)網(wǎng)不只是M2M，它還可以是機器對基礎(chǔ)設(shè)施(Machine to Infrastructure)，例如安裝于大橋等建筑設(shè)施上監(jiān)測其狀態(tài)的傳感器反饋網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用，也可以是機器對環(huán)境(Machine to Environment)，例如農(nóng)業(yè)應(yīng)用中監(jiān)測水分、濕度、氣溫等環(huán)境狀況的網(wǎng)絡(luò)，還可以是機器對人體保健(Machine to Human)，例如可穿戴設(shè)備、生物傳感器等可以檢測人體各種生理數(shù)據(jù)的設(shè)備，這些產(chǎn)品與大數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，將會對醫(yī)療保健產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。

IoT 的典型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

除了將IoT的概念擴展以外，飛思卡爾還對IoT 的典型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架做了解釋?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商(ISP)所推崇的模型是所有的“東西”都通過WiFi的方式來互聯(lián)，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)的形式作為一個中心的節(jié)點。如下圖3所示。

圖3. 現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商ISP推崇的模型。

“在這個網(wǎng)絡(luò)模型中加入網(wǎng)關(guān)(盒子)的概念，就是飛思卡爾所認為的網(wǎng)絡(luò)模型。在整個系統(tǒng)中，WiFi會和低帶寬、低功耗的其他通信方式共存。除了現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施蜂窩網(wǎng)絡(luò)之外，我們以后更多的會在每個家庭里面有一個網(wǎng)關(guān)(BOX)的概念，我們將其稱之為‘一體化盒子’”。王維表示。如下圖4所示。

圖4. IoT 的典型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

“一體化盒子”將所有盒子合而為一

邊緣節(jié)點、網(wǎng)關(guān)、云端構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的三個層次。如下圖5所示，IoT的系統(tǒng)架構(gòu)模型。在這個模型中的大部分設(shè)備使用不同的技術(shù)、工具、開發(fā)環(huán)境，對網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)安全有不同的要求和所需資源，甚至連編程語言也是不同的，這是在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)里面所面臨的主要的問題與挑戰(zhàn)。

圖5. IoT的系統(tǒng)架構(gòu)模型。

而其中網(wǎng)關(guān)的挑戰(zhàn)是最為巨大的，因為節(jié)點端到網(wǎng)關(guān)的連接方式多種多樣，例如在智能家居中，從節(jié)點端到網(wǎng)關(guān)(盒子)的連接方式就有藍牙、ZigBee、Wi-Fi;工業(yè)應(yīng)用中可能是ISA100、無線HART、EnOcean、無線MBus、工業(yè)以太網(wǎng)等。而從網(wǎng)關(guān)到云端也有多種通信方式，蜂窩/衛(wèi)星通信、以太網(wǎng)/光纖、Weightless、802.11ah、Sub Gig以及PLM/PLC等。

王維指出：“業(yè)界普遍認為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要障礙是沒有統(tǒng)一的互連標準，而我認為沒有標準的原因是‘標準’太多。如何做一個平臺讓這么多的標準共存，才是關(guān)鍵所在，未來需要將所有‘盒子’整合成一個，一個網(wǎng)關(guān)就能控制未來的智能家居。”

這個“盒子”需要與傳統(tǒng)標準共存，因為幾乎所有現(xiàn)有市場都有根深蒂固的傳統(tǒng)標準，而非新市場的演進必然有一個過渡期，在其間需要支持現(xiàn)有和未來的標準，其也需具備“協(xié)議轉(zhuǎn)換”功能，來支持各種拓撲結(jié)構(gòu)，其還需要模塊化的硬件和軟件，為更新標準提供降低成本的路徑;另外其還需要提供靈活的存儲方案，卸載一些數(shù)據(jù)中心功能;還需要具備本地數(shù)據(jù)分析的功能，一些數(shù)據(jù)無需傳回云端，在本地就可以處理。

飛思卡爾一體化盒子解決方案完美結(jié)合端到端軟件和融合的網(wǎng)關(guān)設(shè)計，也稱“應(yīng)用盒子(one box)”平臺，為安全的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)交付和管理建立一個通用開放的框架。內(nèi)置在平臺中的“盒子”(或服務(wù)網(wǎng)關(guān))可將多個物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的盒子融合到一個統(tǒng)一的設(shè)備中。應(yīng)用盒子平臺將有助于簡化和確保家庭、公司或其他位置的最終用戶物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的交付，支持大量創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的快速部署。

圖6. “一體化盒子”將所有盒子合而為一。

這個一體化平臺的“盒子”(智能服務(wù)網(wǎng)關(guān))能夠在一個統(tǒng)一設(shè)備中整合來自多個 IoT 服務(wù)提供商的盒子。

基于飛思卡爾 Kinetis 微控制器、i.MX 應(yīng)用處理器或 QorIQ 通信處理器，該一體化平臺運行 Oracle 的 Java 軟件，并集成了 ARM 的 Sensinode 軟件，通過 6LoWPAN、CoAP 和 OMA Lightweight M2M 等基于標準的技術(shù)，安全地將大量低功耗邊緣節(jié)點設(shè)備連接起來。飛思卡爾、ARM 和 Oracle 的多種技術(shù)協(xié)同工作，提供一個安全的端到端 IoT 網(wǎng)關(guān)平臺，可加快并簡化多種創(chuàng)新型 IoT 服務(wù)的部署。

“一體化盒子”軟硬件平臺

下圖7所示為“一體化盒子”軟硬件平臺。它基于廣泛采用的Oracle Java SE Embedded和飛思卡爾行業(yè)領(lǐng)先的安全和嵌入式性能的處理器，支持大量的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和邊緣節(jié)點。并具有極大的設(shè)計靈活性，能適應(yīng)不同的市場規(guī)模應(yīng)用，部署Oracle Java SE Embedded并根據(jù)需求集成飛思卡爾Kinetis微控制器、i.MX應(yīng)用處理器和QorIQ通信處理器。

圖7. 飛思卡爾“一體化盒子”軟硬件平臺。

安全是必須得考慮的一個問題，而飛思卡爾與Oracle攜手推出的世界首個基于開放平臺的安全服務(wù)交付基礎(chǔ)架構(gòu)將提供最佳的安全性。Java技術(shù)可用在整個系統(tǒng)，使物聯(lián)網(wǎng)各個環(huán)節(jié)統(tǒng)一化，即使是最底層、對資源要求限制最多的邊緣/傳感節(jié)點。

節(jié)點端，通過硬件抽象層技術(shù)，Java ME能夠無縫運行在飛思卡爾MQX嵌入式操作系統(tǒng)和大量的飛思卡爾微控制器上;而基于飛思卡爾芯片技術(shù)和Java SE的全新安全服務(wù)網(wǎng)關(guān)平臺，可將多個物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的“盒子”融合到一個一體化的“盒子”中，為服務(wù)提供商創(chuàng)建了標準化的安全平臺，使他們能夠快速高效的推出具有差異化優(yōu)勢的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù);云端服務(wù)則基于Java EE技術(shù)。

針對 IoT的全產(chǎn)品線解決方案

飛思卡爾豐富的產(chǎn)品系列覆蓋了從物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點到云端的整個鏈條，如下圖8所示，無論是業(yè)界擴展性最強、超低功耗的Kinetis微控制器系列，提供實時、高度集成的Vybrid控制器系列，提供多核可擴展性、適合多媒體和顯示應(yīng)用的i.MX應(yīng)用處理器系列，還是內(nèi)置Layerscape架構(gòu)的QorlQ處理器系列，都將為客戶提供多樣的產(chǎn)品選擇。

圖8. Freescale IoT解決方案。

“我們可以肯定的是，在整個物聯(lián)網(wǎng)的全部架構(gòu)鏈上，沒有任何一家公司的產(chǎn)品和服務(wù)會像飛思卡爾一樣貫徹始終。例如，一些可以在云端將服務(wù)做的很好的公司，卻沒有感知層的MCU產(chǎn)品。而飛思卡爾從感知層到網(wǎng)絡(luò)，再一直到應(yīng)用端，從軟件到硬件覆蓋了整個物聯(lián)網(wǎng)的全部產(chǎn)業(yè)鏈。”王維最后指出。