說起軟件架構(gòu)總是一個(gè)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(jì)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(jī)軟件架構(gòu)，逐漸發(fā)展到了一個(gè)大規(guī)模分布式的架構(gòu)，整個(gè)過程可以說是非常的精彩。
今天，軟件行業(yè)最火的三個(gè)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(gè)行業(yè)的發(fā)展起步較晚，因此軟件架構(gòu)思想相對(duì)還不是那么成熟，也正因?yàn)榇?，給了從業(yè)技術(shù)人員一次探索和創(chuàng)造新技術(shù)的機(jī)會(huì)。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(tái)架構(gòu)體系，一路走來心得體會(huì)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(duì)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(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)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(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制?！?/p>
可以看出，物聯(lián)網(wǎng)的主要場景是對(duì)通過各種傳感器對(duì)物體進(jìn)行監(jiān)控，識(shí)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(duì)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(diǎn)還是不太一樣的。
首先，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)面對(duì)的是人，而物聯(lián)網(wǎng)面對(duì)的是物。這是本質(zhì)的不同，人有人的特點(diǎn)，比如人的時(shí)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(gè)相對(duì)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(dòng)會(huì)出現(xiàn)明顯的周期特征。
而物聯(lián)網(wǎng)呢，我們要做的是對(duì)物體的監(jiān)控和控制，那么對(duì)這個(gè)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(gè)低頻行為。與此同時(shí)，這些物體產(chǎn)生的每個(gè)數(shù)據(jù)都和物體本身所在的時(shí)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(shí)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(gè)更長鏈條的協(xié)作過程。做一個(gè)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(jì)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，然后開發(fā)對(duì)數(shù)據(jù)庫操作的代碼和界面，整個(gè)過程是很容易在一個(gè)小團(tuán)隊(duì)里閉環(huán)的。而做一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，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(shí)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_(tái)，平臺(tái)再這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)這些數(shù)據(jù)的展示，或者我們要操作一個(gè)現(xiàn)實(shí)中的物體，也是要完成從界面到平臺(tái)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(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的簡圖，從下往上有5個(gè)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(gè)不牢靠的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(zhǔn)確的數(shù)據(jù)感知和上報(bào)，是這一層的重中之重。這其實(shí)是一個(gè)挺多維度的問題，包括采用的感知方案是否合理，安裝實(shí)施工藝是否簡易，信號(hào)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(jì)，每一個(gè)領(lǐng)域都需要精雕細(xì)琢。同時(shí)，硬件之上的軟件設(shè)計(jì)，如何快速，穩(wěn)定的在一個(gè)相對(duì)局限的資源里進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)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(diǎn)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(shí)每刻都在上報(bào)數(shù)據(jù)，而且如前文談到的，設(shè)備是不會(huì)休息的，因此這種場景是24小時(shí)高強(qiáng)度的寫入。這就對(duì)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(shí)現(xiàn)，去支撐這種海量的數(shù)據(jù)上傳場景。
另一個(gè)需要關(guān)注的重點(diǎn)是適配能力。我們會(huì)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(gè)適配就要分為兩個(gè)問題去看：一個(gè)問題是如何快速的適配這些設(shè)備的協(xié)議，讓設(shè)備進(jìn)入我們的平臺(tái)；另一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)，那么到這一層的重點(diǎn)，就變成了要存儲(chǔ)和應(yīng)用這些數(shù)據(jù)。因此我們首先要考慮，如何存儲(chǔ)如此海量而且在不斷增加的數(shù)據(jù)量。我們的存儲(chǔ)架構(gòu)要考慮可擴(kuò)展性，數(shù)據(jù)安全性，數(shù)據(jù)的易用性，以及存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)的成本。同時(shí)，我們?nèi)绾螌?duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，是一個(gè)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(jì)算。對(duì)數(shù)據(jù)的分析，如果要變成對(duì)未來的預(yù)言和決策，機(jī)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(jià)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(gè)相互驅(qū)動(dòng)的關(guān)系。業(yè)務(wù)會(huì)基于用戶的需求，對(duì)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?yàn)闃I(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(dòng)和產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)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(jià)值。
如果從技術(shù)層面看，業(yè)務(wù)層面對(duì)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(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)還是很有自身的特點(diǎn)：比如會(huì)有大量的實(shí)時(shí)計(jì)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(bào)警，都離不開要設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)流式處理的算法，需要不斷對(duì)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也是一大特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)有明顯的時(shí)間序列性和位置相關(guān)性。因此，基于這兩個(gè)特點(diǎn)的業(yè)務(wù)會(huì)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(huì)更加偏重于數(shù)據(jù)的展現(xiàn)。回到剛才說到的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)兩大特性：時(shí)間序列性和位置相關(guān)性。實(shí)際上這兩個(gè)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(jì)。因此，展現(xiàn)層需要去考慮：如何針對(duì)兩個(gè)特點(diǎn)去進(jìn)行數(shù)據(jù)UI組件的設(shè)計(jì)。另外，物聯(lián)網(wǎng)中有很多大數(shù)據(jù)分析，對(duì)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(gè)長鏈條，高復(fù)雜度的過程，而G7又是一家不斷的在進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新的公司，如何通過良好的架構(gòu)設(shè)計(jì)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(gè)問題上經(jīng)過一段時(shí)間的探索，并得到了兩個(gè)基本認(rèn)知：
小團(tuán)隊(duì)自包含是支持快速創(chuàng)新的唯一保證
需要通過一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái)來提供小團(tuán)隊(duì)自包含所需要的各項(xiàng)能力
第一點(diǎn)很容易理解，無論有多好的過程管理，跨團(tuán)隊(duì)協(xié)作也比不上一只自包含的團(tuán)隊(duì)，我們需要思考的是如何讓這個(gè)團(tuán)隊(duì)真正的能做到自包含，需要為這個(gè)小團(tuán)隊(duì)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(tái)和IoT業(yè)務(wù)中臺(tái)，下面分別解釋一下這兩個(gè)平臺(tái)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(rèn)為IoT的PaaS應(yīng)該具備5個(gè)能力：
設(shè)備接入能力：通過可自動(dòng)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(gè)統(tǒng)一的消息隊(duì)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(jìn)行處理。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力：提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)方案，集中為業(yè)務(wù)解決物聯(lián)網(wǎng)的海量時(shí)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題。
實(shí)時(shí)計(jì)算能力：提供統(tǒng)一的流式計(jì)算平臺(tái)，讓業(yè)務(wù)方可以在此之上自行進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，不用考慮資源問題。
離線計(jì)算能力：提供統(tǒng)一的離線計(jì)算平臺(tái)，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(gè)平臺(tái)來提供上面所說的5個(gè)能力，分別是Eacoon, GMQ, CubeDB , GLink和GStove。
所有平臺(tái)提供統(tǒng)一的運(yùn)維保障，而業(yè)務(wù)可以基于這一套平臺(tái)實(shí)現(xiàn)從接入到處理到存儲(chǔ)的一站式處理，真正實(shí)現(xiàn)小團(tuán)隊(duì)自包含。
IoT業(yè)務(wù)中臺(tái)
上一節(jié)中的IoT PaaS體系實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新業(yè)務(wù)的自包含開發(fā)，但與此同時(shí)，我們還要去抽取這些業(yè)務(wù)的共性部分，進(jìn)一步簡化業(yè)務(wù)開發(fā)的工作量，IoT業(yè)務(wù)中臺(tái)因此應(yīng)運(yùn)而生。
IoT業(yè)務(wù)中臺(tái)是對(duì)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(yuǎn)程的設(shè)備變成在平臺(tái)上的一個(gè)設(shè)備實(shí)體，可以簡單的對(duì)其進(jìn)行操控和數(shù)據(jù)的獲取。
車輛抽象：在這個(gè)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(gè)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(gè)層面上我們通過對(duì)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(diǎn)，任務(wù)狀態(tài)，司機(jī)狀態(tài)，道路偏離等。
因此，G7的IOT業(yè)務(wù)中臺(tái)，就是要把這幾層抽象不斷的完善，做到極致，通過這幾個(gè)層面的抽象，也能夠使得業(yè)務(wù)在開發(fā)的時(shí)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(tái)的技術(shù)特點(diǎn)，也簡單闡述了一個(gè)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(gè)合理的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的形態(tài)，里面的細(xì)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)＋AI多個(gè)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(fù)責(zé)G7 IoT平臺(tái)和管車軟件平臺(tái)研發(fā)。
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