1. 摘要
本文基于我们对 IoT 供应商进行的详细分析,对当前 IoT 软件平台环境进行了总体调查。我们首先创建一个关键功能列表,这些功能对于任何 IoT 软件平台都很重要。接下来,我们将比较这些关键功能在当前 IoT 软件平台中实现的程度。最后,我们根据我们的观察结果列出了物联网软件平台所需的功能。
2. 简介
物联网 (IoT) 自 1999 年由凯文·阿什顿首次使用以来,经历了快速变革。近年来,连接到互联网的设备种类和数量呈指数级增长,物联网已成为一种主流技术,具有促进现代社会生活方式的巨大潜力。
在物联网的技术和工程方面,目前硬件和软件平台之间存在明显的分离,大多数供应商都专注于硬件。目前,业内很少有供应商提供 IoT 软件平台:例如,在 Mattermark 排名前 100 家 IoT 初创公司中(根据它们获得的资金总额),只有大约 13 家初创公司提供 IoT 软件平台 [5]。
本文的目的是根据我们对 IoT 供应商进行的详细分析,对当前的 IoT 软件平台环境进行总体调查。本文的 IoT 供应商入围完全基于供应商是否提供允许处理来自 IoT 设备/传感器的信息的软件解决方案的标准。请注意,尽管我们尽量全面,但本文可能并不反映对列出的 IoT 软件平台所做的一些最新改进。
3. 物联网软件平台预期的重要功能
根据最近的几项调查[2][7],我们选择以下功能作为物联网软件平台的关键:设备管理、集成、安全性、数据收集协议、分析类型以及可视化支持作为示例功能进行比较。在本文的下半部分,我们将简要介绍这些特征。
3.1 设备管理和集成支持
设备管理是任何 IoT 软件平台预期的最重要功能之一。IoT 平台应维护连接到其的设备列表并跟踪其操作状态;它应该能够处理配置、固件(或任何其他软件)更新,并提供设备级错误报告和错误处理 [2]。在一天结束时,设备的用户应该能够获取单个设备级别统计信息。
支持集成是 IoT 软件平台预期的另一个重要功能。API 应提供对需要从 IoT 平台公开的重要操作和数据的访问。通常使用 REST API 来实现此目标。
3.2 信息安全
操作物联网软件平台所需的信息安全措施远远高于一般软件应用程序和服务。数百万台设备与 IoT 平台连接,这意味着我们需要预测比例数量的漏洞 [3]。通常,IoT 设备和 IoT 软件平台之间的网络连接需要使用强大的加密机制进行加密,以避免潜在的窃听。
然而,现代物联网软件平台中涉及的大多数低成本、低功率设备无法支持此类高级访问控制措施[3]。因此,物联网软件平台本身需要实施替代措施来处理此类设备级别问题。例如,将 IoT 流量分离到专用网络,在云应用程序级别 [3] 提供强大的信息安全,需要定期进行密码更新,并通过身份验证、签名的软件更新 [4] 等支持可更新的固件可以遵循,以提高 IoT 软件平台中的安全级别3 数据收集协议
需要注意的另一个重要方面是物联网软件平台组件之间用于数据通信的协议类型。IoT 平台可能需要扩展到数百万甚至数十亿个设备(节点)。应使用轻量级通信协议来实现低能耗和低网络带宽功能。
请注意,虽然(在本文中)我们使用协议作为一个总括术语,但用于数据收集的协议可以分为几个类别,如应用程序、负载容器、消息传递和旧协议 [2]。
3.4 数据分析
需要以智能方式分析从连接到 IoT 平台的传感器收集的数据,以便获得有意义的见解。
可以对 IoT 数据执行四种主要类型的分析:实时、批处理、预测和交互式分析 [6]。实时分析对流数据进行在线(动态)分析。示例操作包括基于窗口的聚合、筛选、转换等。
批处理分析对一组累积的数据运行操作。因此,批处理操作在计划时间段运行,并可能持续几个小时或几天。预测分析侧重于基于各种统计和机器学习技术进行预测。交互式分析对流数据和批处理数据运行多个探索性分析。最后一个是实时分析,在任何 IoT 软件平台上都重。
4. 当前物联网软件平台
对当前 IoT 软件平台格局的仔细调查表明,上述每个功能都已实现 – 在不同程度上。我们列出了以下相关平台,并总结了功能比较:
|
物联网软件平台 |
设备管理? |
集成 |
安全 |
数据收集协议 |
分析类型 |
对可视化的支持? |
|
2lememet – 物联网分析平台* |
是的 |
销售队伍, 赫鲁库, ThingWorx API |
链路加密 (SSL),标准(ISO 27001,SAS70 II 型审核) |
MQTT, CoAP, |
实时分析(阿帕奇风暴) |
不 |
|
应用速度 |
不 |
休息 API |
链路加密(SSL、IPsec、AES-256) |
MQTT, HTTP |
实时分析(钛 [1]) |
是(钛 UI 仪表板) |
|
AWS 物联网平台 |
是的 |
休息 API |
链路加密 (TLS),身份验证 (SigV4, X.509) |
MQTT, HTTP1.1 |
实时分析(规则引擎、亚马逊运动、AWS Lambda) |
是(AWS IoT 仪表板) |
|
博世物联网套件 – MDM 物联网平台 |
是的 |
休息 API |
*未知 |
MQTT、CoAP、AMQP、STOMP |
*未知 |
是(用户界面集成器) |
|
爱立信设备连接平台 (DCP) – MDM 物联网平台 |
是的 |
休息 API |
链路加密(SSL/TSL),身份验证(基于 SIM) |
CoAP |
*未知 |
不 |
|
EVRYTHNG – 物联网智能产品平台 |
不 |
休息 API |
链路加密 (SSL) |
MQTT, CoAP, |
实时分析(规则引擎) |
是(艾瑞特物联网仪表板) |
|
IBM 物联网基础设备云 |
是的 |
REST 和实时 API |
链路加密 (TLS)、身份验证 (IBM 云 SSO)、身份管理 (LDAP) |
MQTT, HTTPS |
实时分析(IBM 物联网实时洞察) |
是(Web 门户) |
|
ParStream – 物联网分析平台* |
不 |
R,UDX API |
*未知 |
Mqtt |
实时分析、批处理分析(ParStream DB) |
是(ParStream 管理控制台) |
|
平台 |
• AWS IoT 已收购 2lemetry
ParStream 已被思科收购
从上面列出的 IoT 初创公司中可以明显看出,没有多少公司拥有完全成熟的设备管理功能。这是一个需要解决的重大空白,需要由 IoT 软件平台供应商解决。
此外,在计算和可视化方面分析生成的 IoT 数据的支持相对较少。其中大多数支持实时分析 – 任何 IoT 框架中必备的功能。但是,只有少数 IoT 软件平台为其他三种类型的分析提供支持。在可视界面方面,大多数都侧重于 Web 门户的简单模式。这些仪表板允许管理 IoT 生态系统,但很少提供可视化数据分析功能。
在不同 IoT 软件平台中常见的一些功能包括基于 REST API 的集成、支持 MQTT 协议作为数据收集手段以及使用 SSL 进行的链接加密。虽然表 1 中未提及,但仅 ParStream 在其文档中报告了 300 万到 400 万行/秒的吞吐量。这表明大多数 IoT 软件平台在设计时没有过多考虑 IoT 部署的系统性能方面,这在现实世界中的操作中至关重要。
5. 需要改进的功能
很显然,有几个场馆需要改进。在本节中,我们首先提供需要改进的功能列表。其中一些项目已由物联网软件平台供应商实施;有几个新功能不是。接下来,我们提供了此类新功能的列表,这些功能目前尚未被任何 IoT 软件平台供应商解决。
5.1 现有功能
数据分析
大多数当前的 IoT 软件平台都支持实时分析,但批处理和交互式数据分析可能同样重要。
关于这一点,人们可能会争辩,认为此类分析类型在其他知名的数据处理平台中可用,而这只是为分析场景配置此类软件系统的问题。然而,说起来容易做起来难;著名的实时数据处理系统(Storm、Samza 等)、批处理(Hadoop、Spark 等)、预测(Spark MLLIB 等)和交互式(Apache Drill 等)不能直接应用于 IoT 用例。
基准
IoT 软件平台需要可扩展,并且应包括用于描述和评估系统性能的设施。需要设计定义良好的性能指标来建模和衡量 IoT 系统的性能,同时考虑到网络特征、能耗特征、系统吞吐量、计算资源消耗和其他操作特性。
边缘分析
需要采取措施减少传感器设备和 IoT 服务器之间可能出现的巨大网络带宽消耗。使用轻量级通信协议是一个解决方案。另一种方法是边缘分析,它可以减少传输到 IoT 服务器的原始数据量。即使在简单的硬件嵌入式系统中(如 Arduino)也可以实现边缘分析。
其他问题
需要注意的是,本文未涉及与 IoT 软件平台相关的许多其他道德、道德和法律问题。解决这些问题固有重要,但已不分本文的范围。
5.2 要添加的功能
处理订单外处理
在任何 IoT 应用程序中,都可能发生出问题事件到达;IoT 传感器发出的事件流中的元数紊乱可能是由网络延迟、时钟漂移等引起的处理紊乱包括结果准确性和结果延迟之间的权衡。
有四种主要处理方法:基于缓冲区、基于标点、基于投机和基于近似的技术。IoT 解决方案应实现其中一个或多个,以便处理顺序不定的事件。
支持 IoT 上下文
上下文主要由个人的位置、他们陈述的偏好或过去的行为组成。例如,对于移动电话,由于当前移动电话中存在各种不同类型的传感器,因此我们可以访问丰富的上下文信息。IoT 分析应该能够考虑这些上下文数据。
6. 结论
物联网模式的快速增长需要强大的 IoT 软件平台来满足 IoT 用例提供的需求。在本文中,我们研究了当前最先进的 IoT 软件平台的功能。调查侧重于设备管理、集成、安全性、数据收集协议、分析类型、可视化支持等方面。从本研究中可以清楚地看到,设备管理、物联网数据分析和物联网软件系统可扩展性和性能特征等领域需要物联网软件平台社区给予特别关注。
引用
[1] appceler, Inc. (2015), appceler开源, http://www.appcelerator.org/
[2] 加齐斯,第五;戈尔茨,M.胡贝尔,M.莱奥纳迪,A;马蒂乌达基斯,K;威斯迈尔,A;泽格,F;
瓦西洛马克拉基斯, E. (2015),物联网技术调查,无线
通信和移动计算会议 (IWCMC), 2015 国际 , 卷, No.
第1090-1095页, 2015年8月24-28日
[3] 贾斯珀 (2014),实现物联网的端到端安全,
http://pages.jasper.com/White-Paper-Cellular-IoT-Security_Cellular-IoT-Security.html
[4] LogMeIn (2015),为物联网设计弹性产品指南,
日志
[5] 路易斯·哥伦布 (2015),马特马克列出前 100 个物联网初创公司
2015, http://www.forbes.com/sites/louiscolumbus/2015/10/25/the-top-100-internet-of-
2015年的事情-初创公司/
[6] 佩雷拉,S.(2015),物联网分析:利用大数据构建物联网解决方案,WSO2白色
纸张,http://wso2.com/whitepapers/iot-analytics-using-big-data-to-architect-iot-solutions/
[7] 进展(2015年),物联网状况,https://www.progress.com/docs/default-source/default
文档库/进度/文档/文档/iot_调查报告.pdf
[8] WSO2, Inc0, 交付
针对物联网进行综合分析,
http://wso2.com/about/news/wso2-unveils-open-source-wso2-data-analytics-server-3.0-
提供全面分析优化,针对 iot/
[9] WSO2, Inc. (2015),物联网开放平台,
http://wso2.com/landing/internet-of-things/
[10] 威杰万塔,D.(2014),物联网架构演示 – 分析,
WSO2 库文章, http://wso2.com/library/articles/2014/09/demonstration-on-
物联网架构-分析/