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想在物联网界当BOSS,发展一个能管理所有硬件的平台是关键

在谈物联网发展时,许多新创倾向于发展软硬结合的硬件,不过真正的物联网并不是谈单点链接网络,而是多个硬件如何串成一条线,千百万条线又如何串成一个“面”。这中间的串接技术就是“物联网硬件管理平台”,懂得不同硬件间的沟通语言。不过目前这块投入者不甚多,但却是最能影响未来物联网发展的关键技术服务。

一个完整的物联网应用方案可能包含许多异质性的硬件,以智能工厂为例,一条生产线可能包含几个或几十个工作站,每个工作站可能包含几部不同功能的生产设备,每项机器设备上可能配备了电流、震动、压力等不同传感器。在这些机器设备上,各种传感器扮演收集不同数据的功能,甚至根据设定的情境规则,有时还必须根据收集到的数据,比如说震动过大,导致金属切削偏移,造成产品良率下降,而回过头来对特定机器设备或工作站下令停机检修。

再以智能家居的应用为例:当户外的温度传感器察觉户外温度已降到23度,室内的空调可能会根据温度传感器采集到的数据停止空调运作,改为启动电风扇,几分钟后窗帘与窗户自动开启通风。这种过往仰赖人类体感察觉环境温度改变时的行为反应,现在都可以因为物联网科技的引进而智慧化,从而带来行动不便老人的便利或是能源的节省。

智能工厂要发展,首重“让机器开始对话”

想要实现这样的情境应用,首先要让机器硬件之间可以"对话"。许多国际性组织,例如Open Connectivity Foundation, Homekit, Thread, LWM2M等各自制定物联网通讯协议,目的都是为了编写一种硬件之间可以沟通的”语言”,只要所有的物联网应用方案都采用相同的协议,硬件之间的数据搜集、传输、交换等等都有一个共同的语言。

只是当市场上为了智能家居或智能工厂这类命题,有数个巨头各自推出不同的协议,再加上过往许多产业为了产业内设备早已有许多既有的协议,例如电信业的TR-069等等,使得有志投入物联网硬件应用方案或开发的厂商在第一时间就面临选择哪一种协议的困扰。

纵然选定了某一种特定的协议,紧接着就开发团队就需要将设定好的使用情境中的各项硬件串连到同一个硬件管理平台(DM,或者说Device/Data Management Service – DMS)。假设每个硬件是一个点,把硬件/设备串连到管理中心就会形成一条线,但要让许多异质性硬件串连成一个”面”就需要一个物联网硬件管理平台。根据Industrial Internet Consortium发布的IIRA (Industrial Internet Reference Architecture ),硬件管理平台是物联网应用方案的硬件链接与数据集散中心,它往南向(south bound)肩负起串连传感器/制动器/网关,将收集到的资料抛转给同属平台层的数据筛选/分类/存储/分析系统,备供北向(north bound)的应用软件及商务管理系统取用,进行决策分析与制定;然后企业层的应用软件或商务管理系统做成(自动或半自动)决策制定后,还要对南向的硬件层相关硬件下达指定进行必要行动。

用一个比较具象的形容,硬件管理平台扮演着人体中枢神经系统中的脊髓。没有脊髓(及神经,在物联网中相当于传输网络),人类将无法在眼睛看到棒球飞过来的时候,肌肉自然反应躲避危险。

链接不同厂商的设备、硬件才是终极物联网目标

就像中枢神经可以知道我们感官对外在的察觉,驱动我们的四肢一样,硬件管理平台也可以连接传感器,收集传感器数据,与驱动设备。一个投手单纯的挥动手臂只是练习,但上场时他必须能察觉到捕手的信号、打击手的姿势、风向、风速,进而眼手脚交互,最后再投出球,以完成一个好的投球的动作,甚至在打击手击出滚地球时做为内野防守的第一人,接住眼前滚动的球。

所以遥控家电或自动化工厂的单一设备不是物联网的目标,而是将来自不同类别与来自不同厂商的硬件/设备链接起来,运用收集到的各项必要数据交叉分析或根据情境引擎默认的程序,管理、使用各项硬件/设备,达成提高生产效率、节能或增加便利性等等目的。

为了扮演好中枢神经的角色,一个硬件管理平台应该具备几个特色:

能链接不同硬件/设备:以文章开头的例子来说,世界上很难找到一个工厂里的所有工作站,其中的各项硬件/设备全部都向同一个供货商采购,不同的供货商通常有着不同的韧体或驱动程序,如何让这些硬件/设备了解互相之间想传达的数据,本身就是一个重大挑战;同样的,家中所有的家电设备,即便是以忠诚度最高著称的果粉,想来也没有几位可以贯彻所有的设备都来自Apple。所以硬件管理的第一个挑战就是将来自不同硬件制造商的硬件整合在一起。

接受不同通讯软件协议的数据流:如前所述,市场上因为种种原因存在着数量极多的通讯协议。除非整个应用方案的规划初期,限定采用支持同一种通讯协议的硬件,否则有的硬件可能在设计之初采用MQTT这种通讯协议,同一个物联网应用方案中采用的其他硬件可能支持XMPP或LWM2M,这时硬件管理平台就必须同时支持两种以上的通讯协议。而且,不同的物联网应用方案如果又有需要沟通合作,硬件管理平台平台必须处理的状况会更加复杂。试想,在农业0的情境下,身为初级产业的农场可能采用了某一套物联网应用方案提升农业生产效率,中间扮演运送保鲜的物流公司也有一套物流业的物联网方案,再到终端的零售商可能采用了零售业通用的物联网应用方案。当政府想实现生产履历全程贯连,确保消费者健康时,这三套物联网应用方案之间可能各自采用某几种通讯协议,因此可能需要一个更大的硬件管理平台平台,才能让这三个阶段的信息流与决策相互串连。

统一的管理接口:相信许多朋友都有相同的困扰,大多家庭里都有电视、家庭剧院、机顶盒、冷气机、音响等家电,这些设备都各有遥控器,当所有遥控器摆在一起的时候,可能有时会搞不清楚哪个遥控器对应哪一个家电设备。再带入智能家居的应用后,每个家庭里面可能还会包括安全监控摄影机、温度感应的传感器、链接冰箱的传感器、各种智能插座、灯控硬件等几十个或上百个传感器及制动器。若是不能呈现在单一的管理接口上,我们的手机里面将必须下载无数个app分别控制,不但众多遥控器同时存在的噩梦加倍放大,我们将很难实现不同硬件间为了同一个使用情境连动,发挥上文章开头举例,因为户外气温下降,市内各项温度调控硬件配合做动的理想,最佳的解决方案自然就是将所有屋内硬件/设备全部串连在同一个硬件管理平台上。

提供快速订制的接口:与手机、计算机的需求量可能是一年几千万或是几亿台标准硬件相比,物联网的应用在不同行业,使用的硬件/设备各不相同,甚至不同的工厂之间,需要的智能工厂方案也必须因人而异、因地制宜,因此订制化程度相对高非常多。硬件管理平台作为承上启下的平台,必须让系统整合或应用方案开发商轻易地上手,并且迅速为不同的行业客户设计开发出各类型的应用软件。 因此两个诉求支持相同数量通讯协议的硬件管理平台,但提供更强大的订制化、视觉化开发接口的硬件管理平台当然会节省更多的开发时间。

智能连动:通过数据收集与情境规则设定,硬件管理平台可让应用方案开发者轻易设定执行一连串动作。以智能消防为例,当火灾发生时,测烟器感知到温度异常上升速度过快时,警报器会随之启动,智能的逃生指示牌也会依人流传感器感测到的特定空间人员数量,通过强大的算法在极短的时间内将人们平均导引至远离火场的不同逃生出口疏散,当然系统也会同时打电话报警及启动灭火系统。所以一个好的硬件管理平台必须能接受足够数量的连动情境。

远程自动维护软件/软件升级、远程改变设定、失能检测:以智能大楼为例,一栋大楼可能有成千上万个传感器及制动器,哪些设备的电池电力不足、哪个测烟器的已经损坏、是否需要保养?大楼物业管理公司很难用人力随时、逐个巡检。如果这些硬件/设备都串连到同一个硬件管理平台,这个平台就可以默默进行监控、管理、监测所有设备,当设备异常时或达到某个峰值时,实时提供警告。甚至,特定的硬件有时会有软件升级或设定更改需求时,管理者只需要在管理平台上一键搞定,免去逐一操作的困扰。

物联网的发展受到举世期待,硬件管理平台做为承上启下的管理平台,可以将整个物联网应用方案串连成为一个完整的面,而不是一段段不相连的线,避免了实际使用的物联网服务营运商或管理者必须同时使用多重接口才能达成单一使用情境的窘境。因为唯有让物联网应用方案真正提供设想中的便利与智能,物联网才能真正地走入我们的生活。所以,物联网应用方案开发者在投入初期选定硬件管理平台平台时,实在不能不审慎评估,避免进行到一半时发觉怎么开发速度落后竞争者时的后悔莫及。

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