从“雾”层到“云”层：物联网形势简介

摘要：年前，网络边界的界定清晰并且相当狭窄，连接互联网的设备类型主要是个人计算机，或者是笔记本电脑或台式机，要么就是终端平台。如今，网络边界则已经变得更加深入和多样化，随着不断增加广泛且迅速扩展的各种全新种类互联性“事物”，人们通常将其称之为物联网（IoT）。

　　年前，网络边界的界定清晰并且相当狭窄，连接互联网的设备类型主要是个人计算机，或者是笔记本电脑或台式机，要么就是终端平台。如今，网络边界则已经变得更加深入和多样化，随着不断增加广泛且迅速扩展的各种全新种类互联性“事物”，人们通常将其称之为物联网（IoT）。
　　据上海.羿歌所认识，现今，“云”通常被用来描述由边界路由器、交换机、应用交付控制器和服务器组成的一套多样化硬件，而且在数据中心中还托管着基于服务器的各种应用、数据库和服务等。采用类似的方式，“雾”（“the fog” ）如今被人们用于描述网络领域的边界，物联网（IoT）的所有新“事物”都存在其中。为了说明构成这个“雾”层的设备规模，统计表明到2016年据预测将会增长到超过60亿台设备，其中包括超过9000万个网络节点，涵盖了简单的可穿戴传感器、智能计量表和楼宇自动化控制器到环境管理、安全监控和接入控制设备。到2025年，全球互联化设备的用户量预计将会达到500亿台设备，这相当于每个人拥有6.5台设备。
　　大多数监视、管理和控制激增的物联网（IoT）“雾层”设备的应用和服务将会以云作为基础。物联网（IoT）网关将会支持运行在“雾层”和云范围内物联网（IoT）设备之间的网络连接性。为了有效达到目的，物联网（IoT）网关必须能够支持各种物联网（IoT）设备使用的局域网连接性媒介和协议，以及连接广域网（随后连接到互联网云应用）所需的连接性和协议。让我们进一步深入探讨一下这些物联网（IoT）网关的关键设计考虑因素：
　　物理连接性
　　根据物联网（IoT）设备的类型，用于支持M2M网络连接性的“雾”层连接性可以呈现为无线物理层，例如ZigBee、Sub-gigaHertz、Z-Wave、低功耗蓝牙、低功耗Wi-Fi或近场通信等。短期受限的设备可以采用有线物理层（例如Home Plug Green PHY）。为了适应“雾”层设备所用的各种连接性解决方案，物联网（IoT）网关必须提供适用类型的足够连接端口，以支持连接“雾”层设备所需的调制解调器。“雾”层调制解调器通常所用的连接端口典型属于低数据速率、串行输入/输出（IO）端口，例如UART、SPI或者I2C。
　　协议支持
　　除了支持“雾”层设备所用的各种物理层连接性之外，物联网（IoT）网关必须能够支持每种类型物联网（IoT）设备所用的协议。这些协议包括家庭自动化（Home Automation）、智能能源（Smart Energy）、802.11n、6LoPAN和多种其它协议。每种类型的协议需要一定数量的处理工作负载，以便管理每一种协议相关的协议堆栈。
　　安全性
　　网络间传输数据的保护需求获得了一致的认可，如今提供多种机制，可以在接入点、笔记本电脑、使用Wi-Fi或者以太网安全协议等实现这一目标。除了数据加密的功能之外，还要防止引进恶意软件以降低数据安全性，或者在加密数据之前防止采集未授权数据。这些功能物联网（IoT）应用中都十分关键，在其中许多边界网络设备和传感器都会在各个节点之间捕捉和传输特定用户的数据。因为这种数据直接关系到个人用户或与其密切联系，加密数据十分必要。这种行为日益受到法规的监管和监控，在不断扩展采用加密标准和协议技术规范。结果不可避免的是，这要求在M2M或物联网（IoT）中使用的通信处理器必须能够执行加密运行功能，例如哈希算法、签名和加密数据，以及安全密钥存储单元，以便满足法规要求。如果希望提供这种类型的安全性，需要全面综合的数据保护机制，其中包括安全启动、支持可靠架构（例如ARM? TrustZone?），能够检测设备外壳或线路板的物理篡改。
　　可靠性
　　希望支持通信平台的持续运行，需要防止对存储器阵列造成阿尔法粒子效应。随着硅片工艺技术不断进步，设计节点的规格越来越小，由于阿尔法粒子效应导致存储器阵列的出错概率就会明显增长。通过在所有存储器中集成错误检查和纠错（ECC）技术可以避免，包括第1层和第2层缓存以及SRAM和外部DDR存储器，以及看门狗计时器，从而获得最大可靠性。
　　物理连接性、协议支持、安全性和可靠性是物联网（IoT）网关所有关键的设计考虑因素。随着“雾”层物联网（IoT）设备的数量在多种设备和网关之间不断增加各种上述因素的互操作性问题，这会很快变成另一个关键因素，让消费者需要将各种“雾”层设备连接到云环境。