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物联网 The Web of Things
Brian Frank<美> 1、引言 该文章讨论如何将日常的事物编织进入 Web 的网络世界里，先来看一看当今设备网络的状况，IP 和 Web 技术是如何推动和引领那些数量庞大的，潜在智能设备的。 2、设备联网 Networking of Things 很多垂直行业早已经将智能设备联网十多年，但问题是每一个垂直行业都只是在发展自己的封闭的解决方案，下面的图表列举了垂直行业中一小部分正在应用的解决方案。  
这个图表只是涉及当今正在使用的设备网络技术的一点点，每一个行业往往都有上百种的协议，这些协议中大部分的所有权都属于制造厂家。这些网络往往使用低成本的媒介，如EIA-485为载体，并且大多由非IT专业的部门来安装，调试和管理。如今已经有很多的设备联网，但是几乎没有多少是基于IP网络的。 3、物联Internet 围绕着IP的标准化，在过去的二十年间，世界发生了翻天覆地的变化。 Email和Web已经成为了“杀手级的应用”，使IP技术作为唯一的网络技术在极大程度上接管了整个世界。IP技术的美妙之处在于定义了一个通用接口，用于连接各种应用协议和传输这些应用协议的各种网络技术，这个模型的建立使得Internet很容易被扩展。当新的网络技术诞生，如WiFi，旧有的协议依然可以使用。而新的协议一旦发明，它们就可以应用在现有的网络上：如下图所示 
将如今设备联网的状况和Internet做一下对比就可以看到，各种网络和协议相互独立，没有互操作的能力。过去一直认为开发支持IP的设备成本太高，甚至到今天，也没有一种标准支持如何在EIA-485（在设备网络中最常用的一种媒介）上运行IP协议。但是两种无线技术正改变着整个行业：Cellular蜂窝无线通信和6LoWPAN。 遥测行业如船队、车队管理已经应用蜂窝无线通信很多年。建立蜂窝通信解决方案的价值链非常复杂，通常涉及多方面的供应商，需要Modem提供商，运营商和服务集成商才能够实现基本的互联。但是作为业内成熟的技术，开发基于蜂窝通信的设备正变得越来越简单，而且性价比也越来越高。这将对物联网产生巨大的影响——制造厂家可以使设备进入支持互联的自动化领域。例如在家居领域，不再需要安装公司帮助业主连接设备到家居网络。蜂窝通信可以很容易的让设备一旦上电，就自动发现网络并报告自己。在商业和工业市场，将设备接入IT部门管理的网络是非常困难的。蜂窝通信设备能够绕开并跳过这些复杂而繁琐的流程，直接通过空中接入Internet。 同样有意思的是6LoWPAN的出现，它提供了一个IETF（Internet Engineering Task Force ，Internet工程任务组）标准，支持如何在802.15.4上运行IP协议，IEEE802.15.4被认为是当今最理想的传感器网络。通过制造低成本，电池供电的6LoWPAN传感器，可以很容易的让数量庞大的设备接入互联网。 如今，把IP应用到设备上唯一的、关键的问题是缺乏在低成本有线媒介上运行IP的标准，6LoPWAN在压缩报头方面做了很多的工作，这些研究实际上可以很好的应用在有线媒介上。Tridium目前正在这个方向上努力，在802.15.4和MSTP/48的混合媒介上运行6LoPWAN。但关键是缺少一个IEIF的标准填补这个空缺。 在可预见的未来，许多不同类型的智能设备将没有以太网口。WiFi的成本会持续走低，越来越多的内嵌到各种设备中。但是物联Internet的迅猛发展将会更有可能来自基于蜂窝通信、6LoPWAN和有线串行通信的IP技术。如今已经有众多的行业在应用非IP的设备联网，一旦有一套优于现有技术的清晰的IP解决方案出现，这些行业一定会转移过来。但是更多的机会可能来源于未来的市场。就如Google不可能20年前就存在，因为20年前还没有Web。物联Internet依然还处于婴儿期——如今市场上只有少部分处理器支持IP。 4、Web技术驱动着Internet 在七十年代到九十年代中期，Internet不过是另一种网络。事实上，在九十年代初，没有任何明显的迹象表明Internet会成为“信息高速公路”。像CompuServe和AOL这些公司，运行着庞大的封闭网络，许多非TCP/IP的协议被普遍的使用。在1990年，只有30万台Internet主机，但是到2000年已经有超过720万台，到现在几乎有7000万台。 
对于Internet爆发式发展，显而易见的原因是在九十年代中期万维网（World Wide Web）的涌现。Web是“杀手级的应用”，扮演了催化剂的角色，建立了Internet的全球标准——TCP/IP协议集 在过去二十年，Web也将很多基于TCP/IP的网站技术变成事实上的标准：HTTP、URIs、HTML、MIME数据编码和JavaScript。IP对于Web来说是一项关键的技术，但是Web本身需要通过应用层的协议和规范来被更好的描述。 URI：用于命名和标志信息。 MIME：用于对信息进行编码。 HTTP：用来寻址传输信息。 HTML：用来显示信息。 这些Web技术现在已经成为事实上的全球标准，使得信息得以共享。 5、物联网Web of Things Internet是Web产生的关键。但是，真正的信息传输技术，并使之成为一个整体的，却是Web本身。同样的，物联Internet扮演的只是一个推动者的角色，我们真正需要的是：物联网（Web of Things）。物联Internet给了日常的设备一个IP地址，让它们接入互联网。但是物联网（Web of Things）把这些设备融入到Web和我们的生活。 物联网（Web of Things）可以真正释放设备联网的潜能，IP推动了网络互联，但是Web技术推动了信息分享。物联网（Web of Things）的目标是为所有被束缚在智能设备内部的信息提供URIs，使用标准的MIME来编码这些信息，并且通过HTTP来传输这些信息。 6、应用和服务 如今智能设备的应用大部分都是效仿“闭门造车”的封闭模式，这大大增加了创造新价值的机会，可以开发横跨这些垂直应用的水平解决方案。例如，建立智能电网要求联网设备跨越几个不同的垂直市场：家居、商业、工业、测量和变配电。在今天的市场上，很多的这样的机会并不经济，因为让设备互联技术上太复杂，而且成本过高。但是物联网（Web of Things）可以改变这一切，使得从一台设备查询信息如同从一个网站查询信息一样简单。 
正如IP成为衔接网络技术和应用协议的关键点，物联网（Web of Things）也会成为衔接各领域的设备和正在出现的应用和服务的关键点。它可以使得设备信息可以像普通Web服务一样使用，这将对整个产业链产生革命性的影响，彻底简化各种应用和服务使用联网设备的难度。 7、汇总起来看 尽管物联网（Web of Things）已经有了雏形，但是还是有一些部分有待解决。现有的使用以太网、WiFi或蜂窝通信的联网技术可以支持Web，但许多垂直市场还是喜欢现场总线而非IP技术，基于802.15.4和串行媒介使用Web技术依然不够成熟，缺乏许多关键的标准，如以下的方面： 基于串行通信的IP协议 现在缺乏的最重要的标准之一是在像双绞线这样的串行媒介上如何实现IP协议。最可能的解决办法是扩展6LoWPAN协议应用在另一个MAC层上。不管802.15.4技术有多么成功，串行通讯技术永远都不会消失。 ROLL（Low Power and Lossy Network） IETF在设立802.15.4网络的路由标准方面已经取得了很大的进展。然而，要成为成熟的标准看来还需要几年的时间。ROLL（低功耗网络）也有很大可能要研究如何将串行链路集成进PAN（个人局域网）。 基于6LoWPAN的HTTP 尽管HTTP是物联网（Web of Things）所需要的应用层协议，但是它还从来没有直接的在802.15.4和串行链路上面成功运行过。TCP和数据报头所需要的内存和数据包的大小，对于传感器网络和休眠设备来说是非常不合适的。这和完整的IPv6不能直接运行在802.15.4上是一样的道理。但是这并不意味着要否定现有存在的这些东西，需要做的是针对这些问题进行优化，使之可以继续保持HTTP的语法，URIs和MIME数据编码，并且无缝的整合到Web中。 Tridium已经向Chopan（Compressed HTTP Over PANs）提出建议解决这个问题。Chopan定义了一套机制，用来压缩HTTP请求和回文，使其变得更小，二进制UDP数据包。Chopan的这套理论用来压缩HTTP，就像6LoWPAN 用来压缩IP一样。模式是完全一样的，只是使用更了高效的编码。 更多草案的细节可以参考http://tools./html/draft-frank-6lowpan-chopan-00 信息模型 物联网（Web of Things）不可能按照现有人类Web基于HTML进行规范的方式进行数据规范并扩展，这就是为什么要把传输（HTTP）从数据格式和使用MIME编码中分离出来，既然数信息模型需要一种分离的方式，相信oBIX是一种理想的选择。 oBIX（Open Building Information Exchage） 事实上，在设备联网行业制定标准的过程中，一直试图为每一种已知的设备定义“模型”。在过去的二十年中，一直努力在建立各种不甚理想的模型，这些模型并不能抓住智能设备的本质：各种设备的是极其不同的，因为各个制造厂家和生产线都有极大的不同，产品被快速、不断的更新。更复杂的问题是许多的设备在要求按照个性化的“单设备”模型进行编程的现场，需要从零开始。 oBIX抓住了这个本质，它使用了一个简单、灵活的模型，而且是计算机技术支持的模型。oBIX关注几个关键的问题： *定义了一个核心模块，基于少量原始类型的关键字，例如 整型、字符型等。这就如同像Java一样的编程语言，只是定义少量原始的类型。 *定义了一个彻底开放的类型系统，可以让标准化组织、独立的厂商和系统集成商建立自己的定制模型。这就如同像Java一眼的的编程语言，允许用户创建他们自己的类库。 *定义了一个简洁的机制，基于原型继承技术，整合不同组织的模型成为一个系统。这是oBIX与类似技术的关键不同点。 *使用URIs标记所有的信息，URIs是一种基于REST（Representational State Transfer）的稳定设计，是成为组建物联网（Web of Things）的理想选择。 编码 oBIX提供了一种简单的对象模型，用于交换基本数据，如温度数据，同时也可用于构建各种特定领域的类型系统。如今，oBIX使用XML作为编码，XML也是现在Web所用的格式。然而，XML和HTTP一样，对于传感器网络来说都过于冗长。为了解决这个问题，隶属于OASIS（结构信息标准化促进组织）的oBIX工作组已经承诺将增加一个新的关于二进制编码的规范。二进制的oBIX编码能针对简单的传感器数据，用大约几个字节进行有效编码。就如同Chopan能够从传感器网络解压出完整的HTTP信息一样，oBIX也可以还原XML。这就意味着对所有人来说，物联网（Web of Things）就是普通的IP、HTTP和XML——只是在传感器网络，使用压缩后的6LoWPAN、Chopan和二进制oBIX。 协议栈 下面的图表示了完整的物联网（Web of Things）的堆栈： 
安全 安全方面的隐患对物网站的发展构成了潜在的威胁。困扰传感器网络的最大问题是用来运行TCP的资源的缺乏。大部分智能设备没有资源来运行TCP协议，所以即使它们拥有了IP功能，它们也只能使用UDP协议。但是今天广泛使用的安全技术和协议都是基于TCP的。许多加密和防止交互攻击的技术都是基于有顺序的数据包的，所以还有很多问题有待解决。 脚本语言 能够在网页上运行脚本语言可能是推动人类的Web持续进步的最重要的原因。相似的，能够为设备创建脚本将会是推动物联网（Web of Things）的关键。对于设备的脚本语言，没有事实上的标准会出现。尽管JavaScript称霸人类的Web，但是它也要一直和Flash，Java和SilverLight来竞争。 Tridium推出Sedona Framework，作为物联网（Web of Things）的脚本语言的一个解决办法，Sedona解决了许多在设备脚本遇到的挑战： *占用极小的空间：在6LoWPAN栈上运行Sedona代码，只需要100K的空间 *可移植的运行环境：容易移植到新的设备；只需要ANSI C编译器。可运行于无OS的设备中 *可移植的代码：Sedona代码可以移植到任何Sedona设备：编写一次，任何地方运行 *图形化编程：Sedona的应用程序被设计成可以用图形工具来开发，这使得每个人都可以对物网站（Web of Things）进行编程 *开源：Tridium对于Sedona采取非常自由的开放源代码方式，任何希望自身设备支持Sedona的厂家都可以免费获得 8、总结 就像人类的Web在过去的15年间做到的一样，物联网（Web of Things）也有潜力改变我们整个世界。物联网（Web of Things）的大部分基础设施已经具备，但是还有一些工作要做： *为在串行网络上运行6LoWPAN，定义一个IETF的标准。相信BACnet的MSTP规范是一个理想的出发点； *为受限制的网络，如6LoWPAN上运行HTTP定义一个IETF的标准； *重新定义或从已有的解决方案中提炼出针对UDP协议的安全策略； *在OASIS下完善oBIX1.1规范 一旦技术的积累完成，重要的是建立众多参与者的动力，物联网（Web of Things）正处于婴儿期，如果能够在统一的远景下团结各方重要的力量，就可以加速市场的发展，避免如垂直市场般的分裂状况。 |
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