一体化IoT开发平台实现合而为一的智能家居“魔盒”

    人们似乎总是会对各种各样的盒子感兴趣，仿佛每一个盒子都充满了神秘的色彩，在吸引我们去打开，即使打开潘多拉的盒子会带来厄运！呵呵，这里只是笔者开个玩笑。不过，在日前由易维讯举办的“2014产业和技术展望媒体研讨会”上，飞思卡尔亚太区微控制器业务拓展与市场经理王维先生描绘了物联网（IoT）和作为一个关键节点的家庭网关的未来开发趋势，一个可以实现智能家居等各种IoT应用服务的“魔盒”——“一体化盒子（one box）”，将所有盒子合而为一的时代正在开启！

图1. 飞思卡尔亚太区微控制器业务拓展与市场经理王维先生在 “2014产业和技术展望媒体研讨会”上做演讲IoT绝不只是M2M

    智能家居是物联网（IoT）大概念下的一种应用场景。其他包括楼宇自动化、智慧城市、智能照明、智能电网、智能健康、工业自动化，这些领域也正无时无刻不被卷入物联网的整个发展浪潮里面来。但假如目前您对物联网的理解还是只局限在M2M（Machine to Machine）的互连上，那需要马上更新下您的认识。

    不同的人有着不同的物联网定义，大家较为熟悉的可能是以手机或其他智能设备为中心，控制家中的家电、插座以及供暖、空调等设备并提供个性化服务的智能家居模式或者其他机器与机器通信控制的形态模式，但显然，在飞思卡尔眼中，物联网已经不仅仅是M2M（机器对机器的通信）。

图2. IoT不只是M2M。

    如上图2举例所示，物联网不只是M2M，它还可以是机器对基础设施(Machine to Infrastructure)，例如安装于大桥等建筑设施上监测其状态的传感器反馈网络等应用，也可以是机器对环境(Machine to Environment)，例如农业应用中监测水分、湿度、气温等环境状况的网络，还可以是机器对人体保健(Machine to Human)，例如可穿戴设备、生物传感器等可以检测人体各种生理数据的设备，这些产品与大数据结合在一起，将会对医疗保健产业产生革命性的影响。

    IoT 的典型网络构架

    除了将IoT的概念扩展以外，飞思卡尔还对IoT 的典型网络构架做了解释。现在的网络服务提供商（ISP）所推崇的模型是所有的“东西”都通过WiFi的方式来互联，通过蜂窝网络的形式作为一个中心的节点。如下图3所示。

图3. 现在的网络服务提供商ISP推崇的模型。

    “在这个网络模型中加入网关（盒子）的概念，就是飞思卡尔所认为的网络模型。在整个系统中，WiFi会和低带宽、低功耗的其他通信方式共存。除了现有的基础设施蜂窝网络之外，我们以后更多的会在每个家庭里面有一个网关（BOX）的概念，我们将其称之为‘一体化盒子’”。王维表示。如下图4所示。

图4. IoT 的典型网络构架。

    “一体化盒子”将所有盒子合而为一

    边缘节点、网关、云端构成了物联网节点的三个层次。如下图5所示，IoT的系统架构模型。在这个模型中的大部分设备使用不同的技术、工具、开发环境，对网络互联安全有不同的要求和所需资源，甚至连编程语言也是不同的，这是在物联网产品开发里面所面临的主要的问题与挑战。

图5. IoT的系统架构模型。

    而其中网关的挑战是最为巨大的，因为节点端到网关的连接方式多种多样，例如在智能家居中，从节点端到网关(盒子)的连接方式就有蓝牙、ZigBee、Wi-Fi；工业应用中可能是ISA100、无线HART、EnOcean、无线MBus、工业以太网等。而从网关到云端也有多种通信方式，蜂窝/卫星通信、以太网/光纤、Weightless、802.11ah、Sub Gig以及PLM/PLC等。

    王维指出：“业界普遍认为物联网发展的主要障碍是没有统一的互连标准，而我认为没有标准的原因是‘标准’太多。如何做一个平台让这么多的标准共存，才是关键所在，未来需要将所有‘盒子’整合成一个，一个网关就能控制未来的智能家居。”

    这个“盒子”需要与传统标准共存，因为几乎所有现有市场都有根深蒂固的传统标准，而非新市场的演进必然有一个过渡期，在其间需要支持现有和未来的标准，其也需具备“协议转换”功能，来支持各种拓扑结构，其还需要模块化的硬件和软件，为更新标准提供降低成本的路径；另外其还需要提供灵活的存储方案，卸载一些数据中心功能；还需要具备本地数据分析的功能，一些数据无需传回云端，在本地就可以处理。

    飞思卡尔一体化盒子解决方案完美结合端到端软件和融合的网关设计，也称“应用盒子（one box）”平台，为安全的物联网服务交付和管理建立一个通用开放的框架。内置在平台中的“盒子”（或服务网关）可将多个物联网服务提供商的盒子融合到一个统一的设备中。应用盒子平台将有助于简化和确保家庭、公司或其他位置的最终用户物联网服务的交付，支持大量创新的物联网服务的快速部署。

图6. “一体化盒子”将所有盒子合而为一。

    这个一体化平台的“盒子”（智能服务网关）能够在一个统一设备中整合来自多个 IoT 服务提供商的盒子。

   基于飞思卡尔 Kinetis 微控制器、i.MX 应用处理器或 QorIQ 通信处理器，该一体化平台运行 Oracle 的 Java 软件，并集成了 ARM 的 Sensinode 软件，通过 6LoWPAN、CoAP 和 OMA Lightweight M2M 等基于标准的技术，安全地将大量低功耗边缘节点设备连接起来。飞思卡尔、ARM 和 Oracle 的多种技术协同工作，提供一个安全的端到端 IoT 网关平台，可加快并简化多种创新型 IoT 服务的部署。
“一体化盒子”软硬件平台

    下图7所示为“一体化盒子”软硬件平台。它基于广泛采用的Oracle Java SE Embedded和飞思卡尔行业领先的安全和嵌入式性能的处理器，支持大量的物联网传感器和边缘节点。并具有极大的设计灵活性，能适应不同的市场规模应用，部署Oracle Java SE Embedded并根据需求集成飞思卡尔Kinetis微控制器、i.MX应用处理器和QorIQ通信处理器。

图7. 飞思卡尔“一体化盒子”软硬件平台。

    安全是必须得考虑的一个问题，而飞思卡尔与Oracle携手推出的世界首个基于开放平台的安全服务交付基础架构将提供最佳的安全性。Java技术可用在整个系统，使物联网各个环节统一化，即使是最底层、对资源要求限制最多的边缘/传感节点。

    节点端，通过硬件抽象层技术，Java ME能够无缝运行在飞思卡尔MQX嵌入式操作系统和大量的飞思卡尔微控制器上；而基于飞思卡尔芯片技术和Java SE的全新安全服务网关平台，可将多个物联网服务提供商的“盒子”融合到一个一体化的“盒子”中，为服务提供商创建了标准化的安全平台，使他们能够快速高效的推出具有差异化优势的物联网服务；云端服务则基于Java EE技术。

    针对 IoT的全产品线解决方案

    飞思卡尔丰富的产品系列覆盖了从物联网边缘节点到云端的整个链条，如下图8所示，无论是业界扩展性最强、超低功耗的Kinetis微控制器系列，提供实时、高度集成的Vybrid控制器系列，提供多核可扩展性、适合多媒体和显示应用的i.MX应用处理器系列，还是内置Layerscape架构的QorlQ处理器系列，都将为客户提供多样的产品选择。

图8. Freescale IoT解决方案。

    “我们可以肯定的是，在整个物联网的全部架构链上，没有任何一家公司的产品和服务会像飞思卡尔一样贯彻始终。例如，一些可以在云端将服务做的很好的公司，却没有感知层的MCU产品。而飞思卡尔从感知层到网络，再一直到应用端，从软件到硬件覆盖了整个物联网的全部产业链。”王维最后指出。<