從“霧”到“云”：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計需考慮哪些因素？ - 全文

　　五年前，網(wǎng)絡(luò)邊界的界定清晰并且相當狹窄，連接互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備類型主要是個人計算機，或者是筆記本電腦或臺式機，要么就是終端平臺。如今，網(wǎng)絡(luò)邊界則已經(jīng)變得更加深入和多樣化，隨著不斷增加廣泛且迅速擴展的各種全新種類互聯(lián)性“事物”，人們通常將其稱之為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。

　　現(xiàn)今，“云”通常被用來描述由邊界路由器、交換機、應用交付控制器和服務器組成的一套多樣化硬件，而且在數(shù)據(jù)中心中還托管著基于服務器的各種應用、 數(shù)據(jù)庫和服務等。采用類似的方式，“霧”（“the fog” ）如今被人們用于描述網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的邊界，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的所有新“事物”都存在其中。為了說明構(gòu)成這個“霧”層的設(shè)備規(guī)模，統(tǒng)計表明到2016年據(jù)預測將 會增長到超過60億臺設(shè)備，其中包括超過9000萬個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，涵蓋了簡單的可穿戴傳感器、智能計量表和樓宇自動化控制器到環(huán)境管理、安全監(jiān)控和接入控制 設(shè)備。到2025年，全球互聯(lián)化設(shè)備的用戶量預計將會達到500億臺設(shè)備，這相當于每個人擁有6.5臺設(shè)備。

　　大多數(shù)監(jiān)視、管理和控制激增的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）“霧層”設(shè)備的應用和服務將會以云作為基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)關(guān)將會支持運行在“霧層”和云范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接性。為了有效達到目的，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)關(guān)必須能夠支持各種物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備使用的局域網(wǎng)連接性媒介和協(xié)議，以及連接廣域網(wǎng)（隨后連接到互聯(lián)網(wǎng)云應用）所需的連接性和協(xié)議。讓我們進一步深入探討一下這些物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵設(shè)計考慮因素：

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)8月《無線通信特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請注明出處！
　　

　　物理連接性

　　根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的類型，用于支持M2M網(wǎng)絡(luò)連接性的“霧”層連接性可以呈現(xiàn)為無線物理層，例如 ZigBee、Sub-gigaHertz、Z-Wave、低功耗藍牙、低功耗Wi-Fi或近場通信等。短期受限的設(shè)備可以采用有線物理層（例如Home Plug Green PHY）。為了適應“霧”層設(shè)備所用的各種連接性解決方案，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)關(guān)必須提供適用類型的足夠連接端口，以支持連接“霧”層設(shè)備所需的調(diào)制解調(diào) 器?！办F”層調(diào)制解調(diào)器通常所用的連接端口典型屬于低數(shù)據(jù)速率、串行輸入/輸出（IO）端口，例如UART、SPI或者I2C。

　　協(xié)議支持

　　除了支持“霧”層設(shè)備所用的各種物理層連接性之外，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)關(guān)必須能夠支持每種類型物聯(lián)網(wǎng) （IoT）設(shè)備所用的協(xié)議。這些協(xié)議包括家庭自動化（Home Automation）、智能能源（Smart Energy）、802.11n、6LoPAN和多種其它協(xié)議。每種類型的協(xié)議需要一定數(shù)量的處理工作負載，以便管理每一種協(xié)議相關(guān)的協(xié)議堆棧。

　　安全性

　　網(wǎng)絡(luò)間傳輸數(shù)據(jù)的保護需求獲得了一致的認可，如今提供多種機制，可以在接入點、筆記本電腦、使用Wi-Fi或者 以太網(wǎng)安全協(xié)議等實現(xiàn)這一目標。除了數(shù)據(jù)加密的功能之外，還要防止引進惡意軟件以降低數(shù)據(jù)安全性，或者在加密數(shù)據(jù)之前防止采集未授權(quán)數(shù)據(jù)。這些功能物聯(lián)網(wǎng) （IoT）應用中都十分關(guān)鍵，在其中許多邊界網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳感器都會在各個節(jié)點之間捕捉和傳輸特定用戶的數(shù)據(jù)。因為這種數(shù)據(jù)直接關(guān)系到個人用戶或與其密切聯(lián) 系，加密數(shù)據(jù)十分必要。這種行為日益受到法規(guī)的監(jiān)管和監(jiān)控，在不斷擴展采用加密標準和協(xié)議技術(shù)規(guī)范。結(jié)果不可避免的是，這要求在M2M或物聯(lián)網(wǎng)（IoT） 中使用的通信處理器必須能夠執(zhí)行加密運行功能，例如哈希算法、簽名和加密數(shù)據(jù)，以及安全密鑰存儲單元，以便滿足法規(guī)要求。如果希望提供這種類型的安全性， 需要全面綜合的數(shù)據(jù)保護機制，其中包括安全啟動、支持可靠架構(gòu)（例如ARM? TrustZone?），能夠檢測設(shè)備外殼或線路板的物理篡改。

　　可靠性

　　希望支持通信平臺的持續(xù)運行，需要防止對存儲器陣列造成阿爾法粒子效應。隨著硅片工藝技術(shù)不斷進步，設(shè)計節(jié)點的 規(guī)格越來越小，由于阿爾法粒子效應導致存儲器陣列的出錯概率就會明顯增長。通過在所有存儲器中集成錯誤檢查和糾錯（ECC）技術(shù)可以避免，包括第1層和第 2層緩存以及SRAM和外部DDR存儲器，以及看門狗計時器，從而獲得最大可靠性。

　　物理連接性、協(xié)議支持、安全性和可靠性是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)關(guān)所有關(guān)鍵的設(shè)計考慮因素。隨著“霧”層物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的數(shù)量在多種設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間不斷增加各種上述因素的互操作性問題，這會很快變成另一個關(guān)鍵因素，讓消費者需要將各種“霧”層設(shè)備連接到云環(huán)境。