參照物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自然組成結(jié)構(gòu),以及信息產(chǎn)業(yè)格局和物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)視角的分層架構(gòu),物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)矩陣可分成六個(gè)層次。
技術(shù)矩陣的六個(gè)層次從下至上為:元素層、器件層、終端和節(jié)點(diǎn)層、(信息)資源匯聚層、平臺(tái)服務(wù)層、應(yīng)用層。
技術(shù)矩陣分成兩個(gè)“域”:“邊緣域”、“云端域”,兩“域”的邊界主要體現(xiàn)在終端和節(jié)點(diǎn)層、資源匯聚層、應(yīng)用層。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全矩陣圖景
一、物聯(lián)網(wǎng)的六層技術(shù)
1. 元素層
信息科學(xué)中的自然現(xiàn)象和效應(yīng),是各種基礎(chǔ)信息科學(xué)的集合,是構(gòu)建器件層的基礎(chǔ)(物聯(lián)網(wǎng)最基本的技術(shù)元素)。包括電學(xué)、電磁感應(yīng)、微波原理、電路理論等等。
2. 器件層
信息產(chǎn)業(yè)中的基本元器件,主要是各類電子元器件、電路模組和功能板件,包括芯片、電路板卡、電源、存儲(chǔ)器、信號(hào)輸出輸入設(shè)備,傳感器和執(zhí)行器。在這一層,“軟件”除了包括電路設(shè)計(jì)外,還包括嵌入式開發(fā)的程序,在電子器件出廠前,其內(nèi)部的“軟件”就基本固定了。
3. 終端和節(jié)點(diǎn)層
主要包括兩類物理實(shí)體:
物聯(lián)網(wǎng)的終端,包括非智能終端(也稱“啞終端”,一般沒有數(shù)據(jù)處理的能力,只能通過網(wǎng)絡(luò)上報(bào)傳感數(shù)據(jù),或接受操控?cái)?shù)據(jù))、智能終端設(shè)備(例如工業(yè)機(jī)器人)、用戶智能終端(手機(jī)、筆記本)。
專用的信息處理節(jié)點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備。雖然這些節(jié)點(diǎn)都具備網(wǎng)絡(luò)接口、計(jì)算和存儲(chǔ)器件,但是它們通常都提供某一種專用的信息能力。就比如:運(yùn)營商IP承載網(wǎng)中的路由器(網(wǎng)絡(luò))、云計(jì)算中的刀片服務(wù)器(計(jì)算)。
除了啞終端以外,其他設(shè)備都具有通用或?qū)S玫挠?jì)算能力。
該層的“軟件”,主要為各種終端程序,包括嵌入式程序、操作系統(tǒng)、中間件、通用或定制的應(yīng)用軟件等。
4. 資源匯聚層
各類信息資源在此層中匯聚。主要包括三種核心的信息處理的資源和能力:網(wǎng)絡(luò)(無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、IP骨干網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)及運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián))、計(jì)算(云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí))和存儲(chǔ)(云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫)。
該層的“軟件”,除了終端中運(yùn)行的各種程序以外,還包括各類信息互通的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、流程規(guī)范、服務(wù)接口等等。在這一層,信息化能力已經(jīng)具有了語義化的特征,具備了一定的開放性,并持續(xù)朝著更加開放、靈活、模塊化的方向發(fā)展。
舉例:在電信運(yùn)營商系統(tǒng)外部,虛擬運(yùn)營商可以和多個(gè)國家地區(qū)的運(yùn)營商簽署商業(yè)合同,在各國運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之上搭建自有網(wǎng)絡(luò),匯聚各國的運(yùn)營商資源后形成一張覆蓋全球的網(wǎng)絡(luò),成為“國際電信運(yùn)營商”。當(dāng)然,那些沒有資金構(gòu)建全球覆蓋網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司,可以租用虛擬運(yùn)營商的資源,為一些專用應(yīng)用構(gòu)建全球互通的SDN網(wǎng)絡(luò)。
這種可以在“網(wǎng)絡(luò)”上不斷疊加“網(wǎng)絡(luò)”的方式,正體現(xiàn)了信息技術(shù)的語義化特性。
5. 平臺(tái)服務(wù)層
在該層,不僅信息技術(shù)被語義化地定義,其它行業(yè)技術(shù)和實(shí)體也實(shí)現(xiàn)了語義化(例如工業(yè)領(lǐng)域中的“數(shù)字化映射”---“數(shù)字化雙胞胎”)。
為了承載各行業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,物聯(lián)網(wǎng)所包含的各類信息技術(shù)自身就必須做到語義化。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域之外,各行業(yè)的資源和能力,也在此處被模塊化封裝,通過標(biāo)準(zhǔn)化的信息接口向外界提供服務(wù),應(yīng)用的開發(fā)和運(yùn)營者可以隨取隨用。
同時(shí),該層也提供軟件開發(fā)、運(yùn)營的工具,便于各類行業(yè)系統(tǒng)對(duì)技術(shù)和設(shè)施的使用、組合、評(píng)測(cè)、維護(hù)。在平臺(tái)服務(wù)層,形成了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的詞典(詞匯集),各類物聯(lián)網(wǎng)的資源(設(shè)施)是“名詞”、各種信息處理功能是“動(dòng)詞”,開發(fā)人員將可以將主要精力放置在構(gòu)建“語句”和“段落”(應(yīng)用的邏輯功能)上,并最終書寫出完整篇章(應(yīng)用系統(tǒng)、商業(yè)體系)。
在這一層中,“軟件”包括了物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)、中間件、接口標(biāo)準(zhǔn)、信息服務(wù)規(guī)范等等,也融合了各行業(yè)中的一些基礎(chǔ)性的技術(shù)服務(wù)(比如平臺(tái)可以提供氣象預(yù)測(cè)的服務(wù))。
雖然,物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)服務(wù)層使得“對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和各專業(yè)技術(shù)的設(shè)計(jì)和組合”更為便捷,但底層技術(shù)對(duì)應(yīng)用的開發(fā)者并不是完全“透明”的,開發(fā)者在構(gòu)建應(yīng)用邏輯、運(yùn)用數(shù)據(jù)資源和工具的時(shí)候,需要厘清底層關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的適用范圍、成本、特性等等。
只有深入理解物聯(lián)網(wǎng)“詞匯”運(yùn)用的“語境”,才能編織出一篇“嚴(yán)謹(jǐn)而優(yōu)美”的“好文章”(物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用)。
在這一層,各行業(yè)的一些已經(jīng)模塊化的技術(shù),能夠通過信息產(chǎn)業(yè)的(程序化)封裝,向外界提供開放式的服務(wù),以形成各行業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)中的公共性語言(詞匯)。
不過,這種語言并不是服務(wù)于“人”的語言,而是“物”與“物”,即設(shè)備、系統(tǒng)之間用以信息交流的語言工具。只要掌握了某種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的“語言”,那么任何設(shè)備都可以理解該應(yīng)用數(shù)據(jù)的涵義,使用此應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù),操作遠(yuǎn)端設(shè)備并獲得反饋。
6. 應(yīng)用層
對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用的設(shè)計(jì)、搭建、運(yùn)營。開發(fā)者和運(yùn)營者在應(yīng)用層,選取所需的資源和功能(包括信息技術(shù)和行業(yè)技術(shù)),通過對(duì)下層服務(wù)的調(diào)用,構(gòu)建自己的行業(yè)應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層級(jí)的體系中,應(yīng)用層之下的五層,都可以理解為應(yīng)用層的“硬件”;“軟件”則是應(yīng)用開發(fā)者自己編寫的應(yīng)用邏輯。
如果應(yīng)用軟件承載于SAAS(軟件即服務(wù))之上,系統(tǒng)底層設(shè)備由云計(jì)算服務(wù)商提供,那么在應(yīng)用中可能就看不到任何物理實(shí)體的“硬件”,取而代之的,是下層模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的信息服務(wù)和行業(yè)功能。
應(yīng)用層和平臺(tái)服務(wù)層,也可以理解為物聯(lián)網(wǎng)的“創(chuàng)新層”,一個(gè)由應(yīng)用開發(fā)者自由發(fā)揮、“八仙過海”的層次,在這里,各行業(yè)的技術(shù)融合復(fù)用,實(shí)現(xiàn)“組合進(jìn)化”并引發(fā)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。
二、物聯(lián)網(wǎng)的兩個(gè)域
信息流“接入”和“匯聚”的兩種需求,將物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)自然地分成了“邊緣”和“云端”兩個(gè)“域”:有無數(shù)設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng),接近物理實(shí)體現(xiàn)場(chǎng)的“邊緣域”;遠(yuǎn)離現(xiàn)實(shí)物件,但信息集中匯聚的“云端域”。在應(yīng)用層面,不同的功能需求進(jìn)一步促進(jìn)了兩域的分隔。
“邊緣域”的應(yīng)用和功能是更傾向于需要實(shí)時(shí)性的反饋操作,而“云端域”的應(yīng)用則是更傾向于抽象化的預(yù)測(cè)分析、海量數(shù)據(jù)檢索等等。
在終端和節(jié)點(diǎn)層、資源匯聚層中,兩個(gè)域所包含的硬件和軟件是有差別的。例如,邊緣網(wǎng)絡(luò)中有各類終端配備傳感器——用以感知物理世界;但云端網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備則只有標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出輸入接口。
邊緣網(wǎng)絡(luò)會(huì)部署各種類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,包括了有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)、“對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”和“非對(duì)等網(wǎng)絡(luò)”(備注:“TCP/IP”是一種對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,而RFID技術(shù)在無線側(cè)則不是對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議);而“云端域”只有對(duì)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,例如IPv4、IPv6。
本文是51CTO專欄作者王峰的原創(chuàng)文章