擴(kuò)展 IoT 通常會(huì)讓人聯(lián)想到云的圖像以及彈性創(chuàng)建新資源以滿足不斷增長(zhǎng)的 IoT 網(wǎng)絡(luò)需求的能力。云是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，但物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展不僅僅是云。擴(kuò)展是一個(gè)端到端的概念，它涉及整個(gè)鏈條以及整個(gè)設(shè)計(jì)、開發(fā)和部署周期。讓我們探討在設(shè)計(jì)大型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)要考慮的一些關(guān)鍵問題。

通用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)通常由三個(gè)基本層組成（盡管在實(shí)踐中，這些層可能要復(fù)雜得多）。

IoT 設(shè)備：邊緣的 IoT 設(shè)備與環(huán)境（設(shè)備、人、設(shè)備等）交互并與 IoT 網(wǎng)關(guān)通信。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)：物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)充當(dāng)設(shè)備的聚合點(diǎn)。

云：設(shè)備通信的數(shù)據(jù)通常在云中結(jié)束，數(shù)據(jù)在云中進(jìn)行管理、分析并呈現(xiàn)給相關(guān)方（消費(fèi)者、工業(yè)應(yīng)用程序等）。

現(xiàn)在，讓我們探索這些層并確定在 IoT 設(shè)計(jì)過程中要考慮的關(guān)鍵問題。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的那些對(duì)象。它們是終端產(chǎn)品，其中網(wǎng)關(guān)和云是維持物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的必要元素。

作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的前線，有幾個(gè)關(guān)鍵問題需要回答：

一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生多少數(shù)據(jù)？

典型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備存儲(chǔ)多少數(shù)據(jù)？

典型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備消耗多少數(shù)據(jù)（在運(yùn)行參數(shù)、配置、固件更新等方面）？

需要什么樣的安全性，這會(huì)產(chǎn)生哪些要求（例如密鑰服務(wù)器）？

接下來，讓我們看看物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)及其在擴(kuò)展中扮演的角色。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在設(shè)備端點(diǎn)和云之間調(diào)解控制和數(shù)據(jù)。這些網(wǎng)關(guān)可以靜態(tài)定位（例如在制造車間）或動(dòng)態(tài)定位（例如在掃描水表的漫游車輛中）。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的中點(diǎn)，必須滿足終端和云端的要求，其架構(gòu)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。要回答的關(guān)鍵問題包括：

網(wǎng)關(guān)將服務(wù)多少物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備？

網(wǎng)關(guān)服務(wù)總共有多少數(shù)據(jù)？

網(wǎng)關(guān)是否會(huì)處理數(shù)據(jù)（在邊緣）以支持云？

網(wǎng)關(guān)是否會(huì)壓縮或加密數(shù)據(jù)（權(quán)衡處理帶寬）？

網(wǎng)關(guān)是否支持統(tǒng)一接入設(shè)備，是否存在流量高峰期？

下一個(gè)問題：云如何解決物聯(lián)網(wǎng)中的擴(kuò)展問題？

云端

云是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)者。它與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通信以接收來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)、傳達(dá)固件更新和配置信息，以及處理和分析數(shù)據(jù)。如果您的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是集中式的，那么云就是數(shù)據(jù)管理和控制的中心。

要回答的關(guān)鍵問題包括：

每臺(tái)設(shè)備需要處理多少數(shù)據(jù)？

對(duì)分析或數(shù)據(jù)科學(xué)的期望是什么？

從端點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集數(shù)據(jù)的頻率如何？

端點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備多久管理一次（固件更新、監(jiān)控等）？

云的其他關(guān)鍵問題涉及云架構(gòu)。您的系統(tǒng)會(huì)依賴于亞馬遜等公共云，還是會(huì)使用您自己的私有云基礎(chǔ)設(shè)施？對(duì)于更具彈性和成本意識(shí)的工作負(fù)載，是否會(huì)使用混合云基礎(chǔ)設(shè)施（私有云和公共云共同管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)）？

結(jié)論

這里提出的許多問題都說明了可擴(kuò)展性的范圍。其根本是要管理的設(shè)備數(shù)量，但這種管理有一個(gè)倍增因素。擴(kuò)展 IoT 系統(tǒng)不僅僅是管理來自 IoT 設(shè)備的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)處理和分析的規(guī)模是成功所必需的，包括可管理性和安全性。

無論您是依靠彈性云來擴(kuò)展存儲(chǔ)和處理，還是通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行分散以減少云需求，都必須仔細(xì)考慮您的端到端需求以確保平衡。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和設(shè)備的管理依賴于處理、存儲(chǔ)和帶寬之間的謹(jǐn)慎平衡才能成功部署。

M. Tim Jones 是一位資深的嵌入式固件架構(gòu)師，擁有超過 30 年的架構(gòu)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。Tim 是多本書籍和多篇文章的作者，涉及軟件和固件開發(fā)領(lǐng)域。他的工程背景從地球同步航天器的內(nèi)核開發(fā)到嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)和協(xié)議開發(fā)。

審核編輯黃宇