物联网开发最佳实践

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2015-10-10 15:20 by 副主编 mengyidan1988 评论(1) 有6487人浏览

物联网 IoT

假设您已经决定开发一个 IoT 产品。首先，您可以了解许多从移动开发演变而来的实践。具体地讲，考虑以下这些实践：

从服务中分离 API
迭代式地设计解决方案的原型
预测连接问题

化身 (avatar)、服务和解耦的 API

如果您创建过任何类型的 Web 应用程序，那么您可能已经熟悉服务的概念。服务是应用程序提供的能力，是一个系统的传统视图，比如天气数据服务。

使用此服务的是化身，它们是连接 Internet 的 “事物”（可以是软件或实体的智慧事物）。然后，这些化身与此服务的一部分或整个服务进行交互。每个化身独立地与该服务交互，它们联合在一起会让服务变得很强大。

我们以天气数据服务为例。化身可以是一个用户网站或一个显示当前天气读数的移动应用程序。化身也可以是一个连网的气象站，它每分钟都向天气服务报告数据，共享当前温度、湿度和风速。

因为当前一代移动服务非常强大（Google 和具体的 Google Now、Facebook、Twitter，以及其他一些用户应用程序），所以这些服务可通过各种各样的方式来访问，比如桌面应用程序、移动网站、特定的应用程序、第三方应用程序，甚至浏览器插件。每个化身都可以根据需要使用尽可能多或尽可能少的服务，以满足它们一个服务所在的上下文场景的需要。因此，可以将一个 “转发此链接” 按钮（一个服务）嵌入在任何网页（一个化身）上，或者从 Android 上的主屏幕（一个化身）查看一个搜索结果列表（另一个服务）。

促成此方法的关键是设计拥有容易访问的 API 的服务，使每个化身都可有效地根据上下文与之交互。

此方法在硬件领域的一个不错的现代示例是 FitBit。FitBit 拥有一个产品线，它们旨在让健康情况变得更加可度量。尽管某些产品（例如计步器与楼梯跟踪器）之间存在着区别，但核心服务是相同的。这些产品聚合来自传感器的与活动相关的数据，并将聚合的数据提供给用户，使其能根据自己的健康情况制定明智的决策。

从服务角度讲，FitBit 提供了以下服务：

跟踪活动数据（类型、持续时间、消耗的卡路里、发生的时间和心率）
跟踪睡眠数据（睡眠和清醒的持续时间）
跟踪卡路里和水的摄入
跟踪体重数据
向系统中报告数据

从化身的角度讲，不同的化身在 FitBit 设备上表现出不同的行为：

身体健康跟踪器记录信息并将其传回给服务
一个移动应用程序提供聚合的数据的基本视图
一个 Web 应用程序提供更详细的历史趋势视图
第三方系统可将数据推送到该平台中（比如摄食量）
第三方系统可以读取聚合数据（比如步数），将它们添加到自己的服务中

可以看到，解耦服务和生成优秀的 API 为 FitBit 提供了以下这些好处：

服务可以通过不同的化身来表达，从而在不同的位置（您手腕上、口袋里、桌面上）提供值
第三方系统可以通过自己的服务向 FitBit 添加额外的值。
随着移动领域的碎片化（因为更多的公司在与 Apple 竞争），FitBit 可以通过针对任何需要化身的设备（甚至是 Windows Phone）的应用程序来快速且轻松地应对。

这种解耦方法越来越常见，因为应用程序必须同时提供移动和桌面 Web 体验。如果以类似方式设置您的 IoT 服务，随着市场机会的出现，您可以将它用于新的方向。

IoT 产品需要软件和硬件原型

任何构建物理产品的人都知道，您将会从非常简单的原型着手，根据反馈和它们在真实世界中的性能来不断地改进它们。IoT 产品更加复杂，还需要设计软件和网络元素的原型。

考虑可能使用您的 IoT 产品的无数场景时，此挑战会被放大。它可能是一个传感器，但您如何与它交互？是否通过使用移动或 Web 应用程序？配置是否与报告不同？这些接口有多实用？问题清单似乎列不完。

由于移动环境可能导致上下文更改，从而影响服务实用性的性质，移动产品在应对此挑战上已有很长的历史。因此，移动开发通常会从基本的原型开始，随着原型不断完善来提供越来越多的真实功能。这个过程通常包含 4 个阶段：

1.创建一个简单的交互式 Web 应用程序，它使用一个开发框架来快速说明交互的核心方面。模拟服务对占位符内容的所有调用，以便足以模拟需要呈现信息和与之交互的方式。
2.随着原型的完善，开始集成服务的简单方面，以便能够确定响应是否合适，以及是否与上下文相关。
3.开始设计超越功能原型的接口，确保考虑了交互方法、引导需求和反馈
4.继续完善和集成功能，直到发布该产品
通过迭代式地设计 IoT 产品的原型，可以确保它具有实用价值，而且整合了您服务的正确方面。请注意，不是每个上下文都需要您服务的每个方面。查看一个现代移动银行应用程序，您会看到，除了帐户余额和一些支付/转账交互之外，通常无法自由使用整个银行平台。在移动银行使用的上下文中，用户通常只检查他们是否有足够的钱来就餐或快速支付账单。

除了设计 IoT 服务和化身的原型之外，还可以采用迭代方式设计您在产品中使用的硬件的原型：
1.从简单、现成的硬件开始。尽管每个人都认为 Arduino 是一个业余爱好者平台，但实际上它很便宜，而且使用效果很好，足够可靠地快速生成您可以交互的东西。只需几美元，您就可以确定您的想法是否有任何价值，无需投资创建自定义系统主板设计。
2.使用尽可能多的现成组件来完善原型。将它保持在一定的范围内，以便可以快速拆开重建它。这非常适合通过孔零组件（hole component）和可插拔的模块来设计系统板的原型。使用众所周知的组件，以便您可以设计原型，而不是迷失在实现细节中。
3.将您的关键组件与它们连接到的系统板分开。利用采用了标准协议（比如 I2C 和 SPI）的组件，这意味着您可以将 Arduino 更换为BeagleBone 或 Raspberry Pi。
4.在决定更换硬件之前，尽可能长时间地依靠现有硬件，然后再考虑更换它。
值得注意的是，您可以使用 Raspberry Pi、Arduino、ESP8266 或类似的组件作为 IoT 产品的核心。是的，您有一些很好的理由在需要时使用特定的芯片或系统板。但是，如果创建一个连接 Internet 的花园传感器，ATMEGA328（Arduino 的核心）或 ESP8266 将为您提供足够的自由空间。通过使用现成组件，您可以获得已有的规模优势，以及基本问题已解决的优势。

如今的硬件很容易实施逆向工程。在 IoT 产品中，价值在服务中，而不在各个化身中。因此，昂贵的、定制设计的硬件组件会提高化身的成本，而不会以有意义的方式增加服务的价值（而且可以拉低您产品的价格）。保持您的组件和控制器板模块化。然后，如果需要迁移到更强大或更昂贵的系统板上，您无需再次从头构建所有部分。

原型设计的最后一点是，确保您记录了使用和错误细节。此日志有助于理解系统内有用部分和无用部分，还有助于更快地调试功能，这在原型设计阶段是关键的需求。此日志可以一直保留到生产阶段，记下最终用户在此日志中遇到的明显的隐私问题，以及您需要适当解决的问题。

离线优先设计可以解决连接问题

许多生活在大城市（尤其是美国西部城市）的工程师都认为移动和 wifi 网络的普及是理所当然的。这种错误假设可能导致您的产品完全无用。现代移动和 Web 开发拥有一种称为 “离线优先” 的实践，它旨在构建将能在网络断开时尽可能正常运行的应用程序。所有特性都可能不可用，但断开连接和恢复连接需要是一种不会影响到最终用户的无缝流程。

从移动角度讲，这些一般原则用于促进离线优先设计：

假设网络可能在任何时刻消失 – 甚至（以及特别是）在传输中途消失。
更频繁地使用简短的消息，而不是单条庞大的请求和响应。
使用本地存储来缓冲需要通过网络传输的消息。存储在本地的消息可在离线时排队，或者可在发生故障时再次发送。
确保应用程序评估了连接性，而不要期望用户已经知道连接情况。
在幕后提供数据同步机制，比如首先执行系统状态更新，在以后再同步带版本的数据（使用户可以继续执行自己的任务）。

从 IoT 角度讲，上述许多情况都是存在的，但许多传感器设备都假设永远连接到 wifi。当然，如果您在人口密度很高的地方（比如香港等大城市中心的住宅建筑），可能有 50 – 100 个 wifi 网络在争用同一个信号空间（并相互干扰）。任何参加开发人员大会的人都知道，在 200 位开发人员都使用笔记本电脑、平板电脑和移动电话创建了热点时，wifi 有多可怕。我曾清楚地看到，由于噪音和争用，很多无线模块拒绝在大会上关联。

那么从 IoT 的角度讲，您从这些实践中学到了什么？考虑这些设计要点：

要进一步了解 MQTT，可以阅读 developerWorks 教程 “探索IBM Bluemix上的MQTT 和物联网服务”。

假设网络随时可能中断。
首先在本地编写，然后发送数据。
在服务端，使用 RabbitMQ 等消息排队系统来处理您的消息。
使用轻量型和弹性的消息协议，比如 CoAP 和 MQTT，而不是更重量型的 HTTP。

向服务中构建提醒系统，以便可以诊断某个节点何时断开网络一定时间。此提醒必须是仅供参考的，且不会干扰用户（可能因为设备的电池没电了而出现提醒）。

随着更多设备进入网络空间，网络可靠性无法保证，甚至在家庭网络环境中也是如此。您必须确保离线功能和网络恢复能力是 IoT 开发的关键组件。

结束语

在本文中，我介绍了将 API 与服务解耦，如何能帮助创建强大的 IoT 应用程序。另外，通过使用简单的、模块化的硬件，比如 Arduino 主板，您可以更轻松地开发 IoT 解决方案。最后，通过使用离线优先的移动开发概念，更容易确保您的 IoT 设备在网络上取得成功。您现在已经很好地了解了如何将移动开发最佳实践应用到物联网 (IoT) 开发中，让您的 IoT 更有可能取得成功。

本文转自：developerworks

来自: developerworks

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