說起軟件架構(gòu)總是一個很經(jīng)典的話題，軟件行業(yè)發(fā)展了很多年，從最早說的C/S，B/S，到IOC，AOP，設(shè)計模式這些概念，再到最近幾年的大數(shù)據(jù)，CAP理論，微服務(wù)化，容器化?？梢哉f近十多年來，隨著軟件行業(yè)，尤其是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展，軟件架構(gòu)在變得越來越復(fù)雜，從單機軟件架構(gòu)，逐漸發(fā)展到了一個大規(guī)模分布式的架構(gòu)，整個過程可以說是非常的精彩。
今天，軟件行業(yè)最火的三個概念毫無疑問是物聯(lián)網(wǎng)、AI和區(qū)塊鏈。相比互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，這三個行業(yè)的發(fā)展起步較晚，因此軟件架構(gòu)思想相對還不是那么成熟，也正因為此，給了從業(yè)技術(shù)人員一次探索和創(chuàng)造新技術(shù)的機會。我3年前有幸加入G7，隨著公司的快速發(fā)展也一起建設(shè)了G7的物聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)體系，一路走來心得體會不少，借此也做一次梳理。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有什么不同？
百度百科對于物聯(lián)網(wǎng)的詞條里有一段話，說的比較精煉，我在此引用下：「物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制?！?/p>
可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的主要場景是對通過各種傳感器對物體進行監(jiān)控，識別和控制。在物聯(lián)網(wǎng)之前，技術(shù)發(fā)展最成熟的無疑是互聯(lián)網(wǎng)，我自己也是從互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)出來的，因此在對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的探索過程中，少不了和互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)去做比較，在我看來，由于業(yè)務(wù)場景的不同，二者的技術(shù)關(guān)注點還是不太一樣的。
首先，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)面對的是人，而物聯(lián)網(wǎng)面對的是物。這是本質(zhì)的不同，人有人的特點，比如人的時間大多數(shù)是在看（獲取數(shù)據(jù)），而不是在寫（創(chuàng)造數(shù)據(jù)），這就決定了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)是一個相對讀多寫少的場景。此外人白天得上班，晚上得睡覺，這就決定了互聯(lián)網(wǎng)的流量波動會出現(xiàn)明顯的周期特征。
而物聯(lián)網(wǎng)呢，我們要做的是對物體的監(jiān)控和控制，那么對這個物體的當(dāng)前狀態(tài)，變化情況，都要變成數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，相比之下，人去看這些數(shù)據(jù)倒成了一個低頻行為。與此同時，這些物體產(chǎn)生的每個數(shù)據(jù)都和物體本身所在的時間和空間緊密相關(guān)，所以我們稱這些數(shù)據(jù)具備明顯的時空屬性。
其次，相比傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)是一個更長鏈條的協(xié)作過程。做一個傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)軟件，我們通常是先基于業(yè)務(wù)設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，然后開發(fā)對數(shù)據(jù)庫操作的代碼和界面，整個過程是很容易在一個小團隊里閉環(huán)的。而做一個物聯(lián)網(wǎng)平臺，需要從設(shè)備研發(fā)做起，通過各種傳感器來將周邊的現(xiàn)實狀態(tài)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，再通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_，平臺再這些數(shù)據(jù)進行加工處理，變成業(yè)務(wù)所需要的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，最終再來開發(fā)對這些數(shù)據(jù)的展示，或者我們要操作一個現(xiàn)實中的物體，也是要完成從界面到平臺到設(shè)備，最后再到控制系統(tǒng)的協(xié)作過程。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都包含什么東西？
之前畫的一個物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的簡圖，從下往上有5個層次，分別是感知層、接入層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和展現(xiàn)層，我下面簡單說下這5層分別需要什么能力。
感知層
感知層能力就是硬件能力，是物聯(lián)網(wǎng)最基礎(chǔ)的一層，是真正在創(chuàng)造原始數(shù)據(jù)的層面。如果沒有好的原始數(shù)據(jù)，意味著我們的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)是不可靠的。在一個不牢靠的基礎(chǔ)上，進行的業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析也是不可靠的。因此，如何保證穩(wěn)定準確的數(shù)據(jù)感知和上報，是這一層的重中之重。這其實是一個挺多維度的問題，包括采用的感知方案是否合理，安裝實施工藝是否簡易，信號接收是否穩(wěn)定，功耗情況是否合理等。硬件本身，從芯片選擇到主板設(shè)計，每一個領(lǐng)域都需要精雕細琢。同時，硬件之上的軟件設(shè)計，如何快速，穩(wěn)定的在一個相對局限的資源里進行計算，進行數(shù)據(jù)的過濾，都是需要考慮的事情。
接入層
接入層能力是架構(gòu)和適配能力，關(guān)注的重點首先是可用性。接入層要連接大量的設(shè)備，這些設(shè)備每時每刻都在上報數(shù)據(jù)，而且如前文談到的，設(shè)備是不會休息的，因此這種場景是24小時高強度的寫入。這就對接入層的穩(wěn)定性提出很大的挑戰(zhàn)，需要通過很好的架構(gòu)和實現(xiàn)，去支撐這種海量的數(shù)據(jù)上傳場景。
另一個需要關(guān)注的重點是適配能力。我們會接入很多不同種類的設(shè)備，很多設(shè)備的功能是類似的。這個適配就要分為兩個問題去看：一個問題是如何快速的適配這些設(shè)備的協(xié)議，讓設(shè)備進入我們的平臺；另一個問題是，要如何把不同的設(shè)備協(xié)議，基于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換成標準的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為后面的分析和挖掘工作打好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
數(shù)據(jù)層
如果說感知層和接入層是在創(chuàng)造標準化的數(shù)據(jù)，那么到這一層的重點，就變成了要存儲和應(yīng)用這些數(shù)據(jù)。因此我們首先要考慮，如何存儲如此海量而且在不斷增加的數(shù)據(jù)量。我們的存儲架構(gòu)要考慮可擴展性，數(shù)據(jù)安全性，數(shù)據(jù)的易用性，以及存儲這些數(shù)據(jù)的成本。同時，我們?nèi)绾螌Ａ繑?shù)據(jù)進行計算，是一個典型的大數(shù)據(jù)問題。因此我們需要通過大數(shù)據(jù)架構(gòu)來支撐這些計算。對數(shù)據(jù)的分析，如果要變成對未來的預(yù)言和決策，機器學(xué)習(xí)算法也是必不可少的。換句話說，數(shù)據(jù)層是物聯(lián)網(wǎng)公司的技術(shù)核心層。這一層的技術(shù)積累深度，決定了我們能夠把數(shù)據(jù)價值發(fā)揮出多少。
業(yè)務(wù)層
業(yè)務(wù)層的主要工作是考慮如何利用數(shù)據(jù)和算法，解決具體的業(yè)務(wù)問題。業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層應(yīng)該是一個相互驅(qū)動的關(guān)系。業(yè)務(wù)會基于用戶的需求，對數(shù)據(jù)層的技術(shù)提出更高的要求。技術(shù)也需要不斷提升，反向為業(yè)務(wù)去提供更好的架構(gòu)基礎(chǔ)、算法能力。因此，單純的技術(shù)驅(qū)動和產(chǎn)品驅(qū)動都是不夠的，只有技術(shù)和產(chǎn)品相結(jié)合才能發(fā)揮最大的價值。
如果從技術(shù)層面看，業(yè)務(wù)層面對的技術(shù)壓力是來自于直接的用戶訪問。因此，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)公司的微服務(wù)化，緩存策略，消息訂閱等技術(shù)在這一層是很適用的。同時，物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)還是很有自身的特點：比如會有大量的實時計算需求，去快速的給客戶反映當(dāng)前的情況。我們生成的各種事件報警，都離不開要設(shè)計實時流式處理的算法，需要不斷對一段時間的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，也是一大特點。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)有明顯的時間序列性和位置相關(guān)性。因此，基于這兩個特點的業(yè)務(wù)會特別多，都需要用專門的技術(shù)方案來支持。
展現(xiàn)層
展現(xiàn)層就是用戶界面。在G7這一層會更加偏重于數(shù)據(jù)的展現(xiàn)?；氐絼偛耪f到的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)兩大特性：時間序列性和位置相關(guān)性。實際上這兩個特性在從數(shù)據(jù)層開始，再到業(yè)務(wù)層和展現(xiàn)層，都在影響著我們的設(shè)計。因此，展現(xiàn)層需要去考慮：如何針對兩個特點去進行數(shù)據(jù)UI組件的設(shè)計。另外，物聯(lián)網(wǎng)中有很多大數(shù)據(jù)分析，對大數(shù)據(jù)的直觀展現(xiàn)，也是展現(xiàn)層需要考慮的問題。
如何支持業(yè)務(wù)快速創(chuàng)新
如上文所說，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)是一個長鏈條，高復(fù)雜度的過程，而G7又是一家不斷的在進行業(yè)務(wù)創(chuàng)新的公司，如何通過良好的架構(gòu)設(shè)計來支持快速的業(yè)務(wù)創(chuàng)新，是我們必須要去深入思考的問題。
我們也在這個問題上經(jīng)過一段時間的探索，并得到了兩個基本認知：
小團隊自包含是支持快速創(chuàng)新的唯一保證
需要通過一個強大的平臺來提供小團隊自包含所需要的各項能力
第一點很容易理解，無論有多好的過程管理，跨團隊協(xié)作也比不上一只自包含的團隊，我們需要思考的是如何讓這個團隊真正的能做到自包含，需要為這個小團隊提供什么能力來提高他們的速度。
我們給出的答案是IoT PaaS平臺和IoT業(yè)務(wù)中臺，下面分別解釋一下這兩個平臺的作用。
IoT PaaS
PaaS不是新的概念，但基于IoT的PaaS應(yīng)該如何打造，我們認為IoT的PaaS應(yīng)該具備5個能力：
設(shè)備接入能力：通過可自動伸縮的容器化技術(shù)，提供統(tǒng)一的的連接管理和監(jiān)控能力，僅僅把協(xié)議解析的核心代碼部分暴露出來給到業(yè)務(wù)方自行開發(fā)。
數(shù)據(jù)獲取能力：通過一個統(tǒng)一的消息隊列來讓業(yè)務(wù)方能夠自行獲取數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)可按照自己需要的方式來進行處理。
數(shù)據(jù)存儲能力：提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫存儲方案，集中為業(yè)務(wù)解決物聯(lián)網(wǎng)的海量時序數(shù)據(jù)存儲問題。
實時計算能力：提供統(tǒng)一的流式計算平臺，讓業(yè)務(wù)方可以在此之上自行進行實時計算，不用考慮資源問題。
離線計算能力：提供統(tǒng)一的離線計算平臺，使大數(shù)據(jù)處理和任務(wù)調(diào)度也變得容易。
為此，我們提供了5個平臺來提供上面所說的5個能力，分別是Eacoon, GMQ, CubeDB , GLink和GStove。
所有平臺提供統(tǒng)一的運維保障，而業(yè)務(wù)可以基于這一套平臺實現(xiàn)從接入到處理到存儲的一站式處理，真正實現(xiàn)小團隊自包含。
IoT業(yè)務(wù)中臺
上一節(jié)中的IoT PaaS體系實現(xiàn)了創(chuàng)新業(yè)務(wù)的自包含開發(fā)，但與此同時，我們還要去抽取這些業(yè)務(wù)的共性部分，進一步簡化業(yè)務(wù)開發(fā)的工作量，IoT業(yè)務(wù)中臺因此應(yīng)運而生。
IoT業(yè)務(wù)中臺是對IoT業(yè)務(wù)的高度抽象，從抽象程度的由低到高包含三層即：設(shè)備抽象，車輛抽象和物流業(yè)務(wù)抽象。
設(shè)備抽象：目的是把遠程的設(shè)備變成在平臺上的一個設(shè)備實體，可以簡單的對其進行操控和數(shù)據(jù)的獲取。
車輛抽象：在這個層面上我們開始忽略設(shè)備本身，設(shè)備只是去獲取車輛數(shù)據(jù)的方式，通過這個抽象我們能夠以車輛的維度來控制和獲取數(shù)據(jù)，而無需關(guān)心上面裝了什么設(shè)備。
物流業(yè)務(wù)抽象：在這個層面上我們通過對車上數(shù)據(jù)的理解，把其轉(zhuǎn)換成物流業(yè)務(wù)的維度，包括當(dāng)前站點，任務(wù)狀態(tài)，司機狀態(tài)，道路偏離等。
因此，G7的IOT業(yè)務(wù)中臺，就是要把這幾層抽象不斷的完善，做到極致，通過這幾個層面的抽象，也能夠使得業(yè)務(wù)在開發(fā)的時候，能夠很多的現(xiàn)有的抽象可以使用，而不需要從頭做起，從而極大的提高業(yè)務(wù)開發(fā)的效率。
總結(jié):
本文總體介紹了物聯(lián)網(wǎng)平臺的技術(shù)特點，也簡單闡述了一個成熟的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基本思想和架構(gòu)方法，希望能夠使大家更加清楚一個合理的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的形態(tài)，里面的細節(jié)我們后續(xù)再展開討論。
作者簡介：趙云濤，從事軟件技術(shù)十多年，經(jīng)歷了企業(yè)開發(fā)、互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)＋AI多個技術(shù)大潮。曾任職于搜狐，聯(lián)想，阿里巴巴，現(xiàn)為G7技術(shù)合伙人，負責(zé)G7 IoT平臺和管車軟件平臺研發(fā)。
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