有关物联网，你需要了解这些平台和网络技术

目前物联网热潮狂袭全球，各种各样的产品层出不穷，但归根到底，物联网的根本在于“联网”，具体到这些领域就需要回归到网络层和应用层。各大厂商为了卡位物联网，推出各种方便的平台，以供开发者开发。例如，三星推出了SmartThings，贝尔金推出了WeMo，Lowe’s和Staples等零售商也有自己的平台，智能家庭专家Insteon则推出了一系列智能家庭中心和设备。

虽然有各种平台，但我们需要明确两点需求：

首先，家庭物联网设备应当采用分层的架构。用户面临的大部分选择都包括两个方面：网络层和应用层。前者决定数据包的传输方式，而后者则处理设备如何相互通信。

为了让两款设备配合工作，它们需要在这些不同分层上采用同样的语言。如果采用的语言不同，那么用户就需要引入其他设备，例如智能家庭中心或专门的软件。

其次，统一智能家庭中心的未来仍不明朗。基于统一标准开发的产品应当可以完美地兼容，而2016年这样的产品将会越来越多。目前还无法判断，是否有某一标准将会胜出。目前也不清楚，通过插件或其他方法实现兼容性是否真的可行。

我们来了解一下物联网的一些应用层平台和无线技术（WIFI和蓝牙由于大家太熟悉了，就不再做介绍）：

AllJoyn 高通的一个针对IoT的开源项目，主要是基于高通开发的软件，AllJoyn已发展成为开源的框架，并由AllSeen Alliance管理。这一组织的成员包括微软、思科、松下和索尼。该组织已开始对产品进行认证，并确保产品可以相互兼容，到目前为止只有4款设备通过了认证。AllSeen物联网高级主管菲利普德斯奥特斯(Philip DesAutels)表示，其他一些设备对AllJoyn的支持只有几个月时间，而这些设备的厂商正在升级至最新版本，并申请通过认证。

它要解决的问题是物联网中互联互通的问题，一个好大平台。

从它介绍的PPT的两张图比较一下就会比较清楚了。

第一张图中它描绘的是现状，各个设备厂商虽然都对外提供了物联网接口，云接口，但各个设备没有互联互通，各自为政，群雄割据。用户的手机上要装好多的APP。

第二张图中描绘的已经是一个简洁的世界，各个设备间可以通过某种统一的接口进行通信，这就是AllJoyn Framework，看起来简洁，高效。一个APP统一搞定。

通过两张图简单的一比，AllJoyn要解决什么问题就比较清楚了。

至于这个开源项目到底要什么，文档中也给出了一定的解释。据高通官方介绍：

首先这是一个开放的，活跃的，技术丰富的开源社区来为物联网的产品，系统和服务提供支持。而且它是非盈利的。

其次这是一种通信方式，使得硬件厂商，软件开发者可以开发出可互动的产品，可以相互连接，并通信，不受品牌的限制。

再者AllJoyn 厂商和开发者可以相互合作的开源项目，开发出工业级的软件和服务平台。

这一软件架构由苹果开发，能帮助用户通过iPhone，以及蓝牙或WiFi连接去控制家居设备。当用户的iPhone不在身边时，也可以通过Apple TV机顶盒来进行控制。通过类似Insteon Smart Hub Pro的系统，其他智能家居平台也可以连接至HomeKit。不过，苹果控制着HomeKit生态系统，并决定哪些设备可以进入这一平台。

这是一个开发工具包（Development Kit），和其他的软件开发包类似，Homekit是介于操作系统和应用程序中间的一组接口和开发工具，对硬件厂商来说，他开放了IOS的驱动接口，方便厂商开发兼容的设备；对APP开发者来说，他提供智能家用设备的操作接口和数据库，并且提供模拟器，使开发者即使不去了解各种硬件细节，也能开发出控制各种智能家居设备的应用软件。

Homekits另外一个着力点就是安全，安全问题现在是整个智能家居产业要克服的一个大问题，如果没有安全保障，用户是不大可能会把各种智能设备搬回家的。被黑客发现谈话记录还可以忍，但如果被黑客控制家里的灯具冰箱门锁电视机实在不能忍。在Homekit中，苹果宣传采用了一些保障安全的设计，比如采用点对点加密通讯，比如APP必须在前台才能调用Homekit等等，这都是为了便于用户在IOS上可以安心的使用各种智能家居控制软件。

另外Homekits对整个智能家居行业也有一定的催化剂作用，苹果放弃了对硬件大包大揽的做法，采用开放态度，和传统厂商合作，这对于双方来说都是好消息，对硬件厂商来说，他们拿到了操作系统的接入接口，而且借助苹果对消费市场的影响力，相信硬件设备的推广会有莫大的好处; 而对苹果来说，IOS设备籍此成为了家庭智能家居的交互中心，双方各自站位，均能获益。

这两大软件是谷歌为应对HomeKit而推出的产品。Brillo是一款基于Android、节能的物联网操作系统，而Weave则是一款类似AllJoyn和OIC的中间件，帮助设备相互识别身份和功能。Weave可以支持除Brillo以外的其他操作系统，并支持3种不同的网络协议，包括WiFi、蓝牙LE和Thread。目前Nest正在推广这一系统。

据谷歌官方介绍，Brillo 是一个轻量型的嵌入式操作系统，它基于 Android 并提供核心服务、开发者工具和开发者控制台。它让硬件上的软件开发更加简单、快速。你有各种硬件功能和定制选项可供选择，快速地从原型到产品，并且可以通过 OTA 更新、测量和崩溃报告进行可伸缩的管理。

当你构建好一种可连接的设备之后，你就需要找到一种方法来让它能够和其它设备进行通信以及让用户能够和它进行交互。这就是 Weave 的定位。有了 Weave ，你可以直接在你的设备中构建可交互的通信。Weave 提供了一种消息服务，它能够使手机和设备进行本地通信，也可以通过云进行远程通信。Weave 的云服务可以安全、可伸缩地处理远程通信，并访问你的具有 web 连接能力的设备。Weave 还提供一组服务，让你可以安全地建立设备并提供访问控制。另外，Weave 直接内建于 Brillo 中，但也可以在你现存的基于 Linux 的系统上使用 Weave 库。

Weave 为 iOS 和 Android 提供了移动设备 SDK，这样你可以为移动用户构建应用来控制和增强连接设备的使用体验。如果你是一个应用开发者，想让你的应用延伸到物理世界的设备上，你可以使用 Weave mobile 和 web API 在单一的应用中控制多个跨品牌的 Weave 设备。

Brillo 和 Weave 都是开放、可扩展并且安全的，它支持广泛的设备和使用场景。Brillo 和 Weave 提供了平台、工具和服务，所以尽你所能做出最好的设备和应用体验吧。

mbed是一个面向ARM处理器的原型开发平台，它具体包括免费的软件库（SDK），硬件参考设计（HDK）和在线工具（Web）三部分内容，各个部分的具体介绍如下：

SDK：mbed设计了一个硬件抽象层，从而屏蔽了不同mcu厂商提供了微处理之间的差异，对于用户来说，他只需要和这个硬件抽象层打交道即可，也就是说，用户基于mbed开发的应用可以很方便地更换使用不同厂商的arm微处理器，从而留给用户更多的选择。

HDK：HDK是mbed提供的硬件参考设计，它是面向用户开发设计的，所以HDK提供了统一了程序上载接口，单步调试接口，串口调试接口，用户无需购买其它硬件就可以开始软件开发工作。

WEB：为了省去用户开发环境安装的麻烦，mbed提供了一个完备的基于浏览器的微处理器软件开发环境，包括代码编写，程序编译，版本控制等功能，用户只要上网就可以开发，编译结果只要下载保存到mbed开发板上即可工作，非常方便。

mbed的由来

平台的创建以及他们的广泛创新带来了web2.0和智能手机的变革。物联网得跳跃性与复杂性再加上他们对规模的要求，嵌入式开发必须也进入平台时代。ARM公司近日推出了全新的软件平台和免费操作系统，简化和促进物联网（IOT）设备的创建和部署。 ARM mbed物联网设备平台围绕着开放性标准基础搭建，将会带来互联网协议、安全和标准化的统一管理解决方案，并尽可能的降低设备成本和功耗。

mbed 设计准则为

可连接性(Connectivity), 也就是mbed 装置至少都会有如Bluetooth Smart, WiFi 等连接性的功能

低耗电(Efficiency), 将耗电量视为第一重要的因素

安全性(Security), 让点对点传输具备安全性, 但又不会很复杂

具备生产力(Productivity), 针对嵌入式软体, 提供web/app 开发工具的学习

mbed 包含了以下三个部分:

mbed OS

基于ARM Cortex-M, 一个全端的作业系统

针对耗电量, 连接性, 安全性, 可复用性优化的软体元件

适合用于IoT, 且免费

mbed Device Server

类似浏览器或手机和Web Server 建立连线, Device Server 则是处理IoT 装置来的连线

支援IoT 所需要的通讯协定, 行为, 安全等需求

可以透过REST API 来存取企业软体, Web 应用程式, 以及云端平台

mbed Tools

藉由Web 开发的启发, 将嵌入式系统开发也导入Web 开发方式

提供command-line 的build, 元件管理以及测试工具

提供Web IDE, 以及开发者Web 服务, 协助你的开发可以有accessibility 和productivity, 就跟你预期在其他领域可以有的一样。

ZigBee的推出已有一段时间，并被集成在多款产品中。面向多种设备的ZigBee标准近期出现在ZigBee 3.0规范中。Parks Associates分析师汤姆科博尔(Tom Kerber)表示，目前ZigBee和Z-Wave是市场领先者，提供了全栈式解决方案，确保设备能相互兼容。不过这样的兼容性可能需要智能家庭中心的支持。ZigBee联盟表示，在这一平台与AllJoyn或OIC之间可以开发专用的网桥，从而实现兼容性。此外，该联盟还在讨论对Thread的支持。

Zensys在2008年被Sigma Designs收购之前开发了Z-Wave私有无线标准。Sigma Designs的产品是IC和电力线通信（PLC）和无线相关设备。Z-Wave标准不像很多无线标准那样开放，但Zensys、Sigma Design的客户都可以使用。最近，国际电信联盟（ITU）把Z-Wave PHY和MAC层作为其新标准G.9959的选择，该标准为1GHz下的窄带无线设备提供了一套指南。

Z-Wave是一种基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的新兴短距离无线通信技术。工作频带为908.42MHz(美国)~868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6 kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。

Z-Wave技术设计用于住宅、照明商业控制以及状态读取应用，例如抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。Z-Wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备，从而可以实现控制和无线监测。Z-Wave技术在最初设计时，就定位于智能家居无线控制领域。采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应对，早期甚至使用9.6kb/s的速率传输。与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。

Z-Wave无线网状网络技术让任何节点都能直接或间接地和通信范围内的其它临近节点通信。如果两个不在通信范围内的节点想要通信，则可以通过连接另外一个节点获取或交换信息。Z-Wave网络最多支持232个节点，还支持设置多个控制器，以区分开所需的各种功能。

Z-Wave主要针对家庭和小型商用建筑的监控和控制，广泛适用于照明控制、安全和气候控制。其它应用包括烟雾探测器、门锁、安全传感器、家电和远程控制。Z-Wave还可以用于智能电表，为家用暖通空调监控和控制提供消耗数据。

Z-Wave联盟由160家公司组成，专业设计和销售基于Z-Wave标准的无线家庭控制产品，在Z-Wave系统中扮演主要角色，在22个国家有超过575款可互操作的产品。

IEEE 802.11工作组正在定义称为802.11ah的新标准。该标准工作在不到1GHz的免许可频段，可提供长得多的传输距离，也可以用于大规模传感器网络，具有适合数百万物联网(IoT)或机器到机器(M2M)设备连接的低功耗特性。802.11ah以降低了时钟速率的802.11ac标准为基础，在PHY和MAC层中增加了一些增强功能，比如节能、大数量站点支持、更好的覆盖和移动接收等。这个标准目前还处于草案阶段，最终版本有望在2016年发布。WiFi联盟也已经开始定义基于802.11ah的认证程序。

IEEE 802.11无线局域网(WLAN)主要工作在2.4GHz和5GHz频段。然而，这些高频频段限制了802.11n和802.11ac的传输范围，使得它们不适合室外环境使用。本文介绍了802.11ah的基本原理以及一些测试挑战。
用例
一般来说,802.11ah有三种用例种类：传感器网络，用于传感器和计量数据的回传网络，Wi-Fi扩展范围网络。大覆盖范围、低功耗、原生IP支持以及大数量设备支持是802.11ah的主要优点。它的特性包括：
1.802.11ah可以通过1MHz和2MHz强制模式扩展覆盖范围；
2.802.11ah PHY和MAC层实现了一些性能增强，可以使大规模传感器网络实现超低功耗和很多年的电池寿命，并针对短的数据包长度和长睡眠时间做了优化；
3.802.11ah传感器原生支持IP；
4.通过层次化标识结构，一个接入点(AP)可以关联的设备数量多达8191个。

作为一种扩展覆盖范围的WiFi，802.11ah可以用在家庭、校园、体育馆、大型商场和其它地方。与工作在2.4GHz和5GHz的传统WLAN技术相比，802.11ah可以提供更大的覆盖范围，可到达车库、后花园和地下室。举例来说，校园WLAN解决方案使用三波段的接入点(2.4GHz/5GHz/900MHz)，因此可以在校园任何地方提供无线接入。办公室和教室用802.11ac覆盖，室外区域用802.11ah AP，为大楼、停车场和体育场之间的空旷场地提供扩展覆盖范围。借助802.11ah扩展覆盖范围性能还有助于蜂窝业务的卸载。802.11ah接入点支持更宽的覆盖区域和更多数量的学生。

IETF组织于2004年11月正式成立了IPv6 overLR-WPAN(简称6LowPan)工作组，着手制定基于IPv6的低速无线个域网标准，即IPv6over IEEE 802.15.4，旨在将IPv6引入以IEEE 802.15.4为底层标准的无线个域网。其出现推动了短距离、低速率、低功耗的无线个人区域网络的发展。IEEE 802.15.4是LR-WPAN的典型代表，其应用前景非常广阔，以其为基础的研究方兴未艾。

但是，IEEE802 15.4只规定了物理层(PHY)和媒体访问控制(MAC)层标准，没有涉及到网络层以上规范，而IEEE 802 15.4设备密度很大，迫切需要实现网络化。同时为了满足不同设备制造商的设备间的互联和互操作性，需要制定统一的网络层标准。IPv6以其规模空前的地址空间及开放性，对LR-WPAN产生7极大的吸引力。

6LowPan工作组的研究重点为适配层、路由、报头压缩、分片、IPv6、网络接入和网络管理等技术，目前已提出了适配层技术草案．其他技术还在探讨中。
6LowPan技术底层采用IEEE 802.15.4规定的PHY层和MAC层，网络层采用IPv6协议。由于IPv6中，MAC支持的载荷长度远大干6LowPan底层所能提供的载荷长度，为了实现MAC层与网络层的无缝链接，6Low-Pan工作组建议在网络层和MAC层之间增加一个网络适配层，用来完成包头压缩、分片与重组以及网状路由转发等工作。
2．2 6LowPan技术的优势
(1)普及性：IP网络应用广泛，作为下一代互联网核心技术的IPv6，也在加速其普及的步伐，在LR-WPAN网络中使用IPv6更易于被接受。
(2)适用性：IP网络协议栈架构受到广泛的认可，LR-WPAN网络完全可以基于此架构进行简单、有效地开发。
(3)更多地址空间：IPv6应用于LR-WPAN最大亮点就是庞大的地址空间。这恰恰满足了部署大规模、高密度LR-WPAN网络设备的需要。
(4)支持无状态自动地址配置：IPv6中当节点启动时。可以自动读取MAC地址，并根据相关规则配置好所需的IPv6地址。这个特性对传感器网络来说，非常具有吸引力，因为在大多数情况下，不可能对传感器节点配置用户界面，节点必须具备自动配置功能。
(5)易接入：LR-WPAN使用IPv6技术，更易于接入其他基于IP技术的网络及下一代互联网，使其可以充分利用IP网络的技术进行发展。
(6)易开发：目前基于IPv6的许多技术已比较成熟，并被广泛接受，针对LR-WPAN的特性对这些技术进行适当的精简和取舍，简化了协议开发的过程。
由此看见，IPv6技术在LR-WPAN网络上的应用具有广阔发展的空间，而将LR-WPAN接入互联网将大大扩展其应用，使得大规模的传感控制网络的实现成为可能。

2014年7月Google旗下的Nest联合三星、ARM 、Silicon Labs等推出的一个新的网络协议。Thread是一种基于简化版IPv6的网状网络协议，旨在实现家庭中各种产品间的互联，以及与互联网和云的连接。Thread基于低成本、低功耗的802.15.4芯片组开发。

Thread协议简介

THREAD SOLVES RELIABILITY, SECURITY, POWER, AND COMPATIBILITY ISSUES FOR CONNECTING PRODUCTS AROUND THE HOME. ONCE AND FOR ALL.

Thread解决了家用产器连接的一些问题提供了可靠、安全、功耗和兼容性等问题。对兼容性一词表示各种不爽，他们明明提出了一种新的标准。

不过，看上去他们的目标都是智能家居。

Thread采用了6LoWPAN技术，所以能够支持IPv6协议。它可以同时连接250部或更多设备，如果你统计你家里的每个电灯泡、每一个插座、每一个开关，你会发现上面提到的数字是有意义的。

将一个新的无线标准带进一个拥挤的市场，这将面临两个挑战。首先是说服设备制造商将802.15.4芯片置入从手机到集线器等一切设备，第二是确保这个新标准确实是一个标准。

为了解决第一个问题，使用现有的无线硬件是一个良好的开端。说服设备制造商进行软件升级以使现有的ZigBee设备同时支持Thread，这比说服他们从头开始采用一个新的无线标准更容易。但是，Thread需要面对的一个困难是，到目前为止，ZigBee并不是平板电脑或手机的流行标准，而平板电脑和手机是智能家居的主要控制平台。

幸运的是，市场上大多数集线器可以接收ZigBee射频，而康卡斯特（Comcast）等宽带服务提供商甚至将ZigBee植入了它们的机顶盒。所以，虽然一开始你可能需要集线器或某种形式的网关来控制你的Thread设备，但等到Thread变得流行起来的时候，三星、苹果、华硕或其他手机和平板电脑制造商也许就会在它们生产的设备中增 一个新的无线标准。