全球行業(yè)數(shù)字化轉型的浪潮孕育興起，掀起了新一輪行業(yè)變革浪潮。這一波浪潮的顯著特點是將“物”納入智能互聯(lián)，觸發(fā)技術服務模式創(chuàng)新，并對價值鏈、供應鏈和行業(yè)生態(tài)產(chǎn)生深遠影響。然而，物聯(lián)網(wǎng)是一個龐大而復雜的系統(tǒng)，行業(yè)不同，應用場景及其應用訴求各異。如何解決海量終端的聯(lián)接和管理、海量數(shù)據(jù)的實時分析和處理，是實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的現(xiàn)實難題。
2016年，騰訊云基于自身豐富的開發(fā)經(jīng)驗，整合內(nèi)部技術，開始布局行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案，歷經(jīng)兩年探索，逐步迭代發(fā)布了物聯(lián)網(wǎng)基礎套件和一站式物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，并在消費、工業(yè)、城市等不同領域輸出了較為完整的物聯(lián)方案體系。
5月 23日的騰訊云云 +未來峰會上，騰訊云正式發(fā)布其基于邊緣計算的物聯(lián)網(wǎng)平臺 IoT Suite，本文通過對騰訊云物聯(lián)網(wǎng)云平臺介紹及其邊緣計算的實現(xiàn)原理，深入淺出騰訊云“兩端一云”的物聯(lián)網(wǎng)解決方案。
1 基于邊緣計算的物聯(lián)網(wǎng)架構
邊緣計算，是一種分散式運算的架構，它將應用程序、數(shù)據(jù)資料與服務的運算，由網(wǎng)絡中心節(jié)點，移往網(wǎng)絡邏輯上的邊緣節(jié)點來處理。邊緣運算將原本完全由中心節(jié)點處理大型服務加以分解，切割成更小與更容易管理的部分，分散到邊緣節(jié)點去處理。
基于邊緣計算物聯(lián)網(wǎng)解決方案，從架構上可以分為：傳感控制層、網(wǎng)絡層、敏捷控制器和應用層。
傳感控制層：包含大量的傳感器、控制部件（比如開關等）和測量部件（比如電表等），另外還有通信部件。這些通信部件可能是獨立的，也可能是和其它部件結合在一起的。
網(wǎng)絡層：主要實現(xiàn)融合和互聯(lián)，它的功能除了網(wǎng)絡聯(lián)接和管理之外，還包括邊緣計算，進行現(xiàn)場處理，同時保障業(yè)務在本地的存活。本地存活和現(xiàn)場處理對物聯(lián)網(wǎng)尤其是工業(yè)和民用大型設施是非常重要的。此外，協(xié)議轉換也是這一層的重要功能。在 IoT 領域有特別多的協(xié)議，這些協(xié)議來自于各個行業(yè)歷史上的積累，所以需要在網(wǎng)關上做協(xié)議的轉換，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一承載在 IP 網(wǎng)絡上向外傳輸。
敏捷控制器：將網(wǎng)關送上來的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的處理，向上送給應用層。并對下層的網(wǎng)絡、傳感器、控制部件、測量部件、計算資源進行管理，提供網(wǎng)絡布署、配置的自動化工具。
業(yè)務應用層：集成各種行業(yè)應用。
2 “兩端一云”的物聯(lián)網(wǎng)解決方案 IoT Suite
萬物互聯(lián)的蓬勃發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)接入的用戶和設備越來越多，無論是個人用戶，還是物聯(lián)網(wǎng)接入設備，每時每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)量不斷增多的情況下，同時要求對于設備的響應、本身的計算能力越來越強?；趥鹘y(tǒng)設備連接中央服務器，網(wǎng)絡延遲和帶寬會產(chǎn)生巨大成本，設備無法通過網(wǎng)絡即時連接到云和中央服務器。
為了解決上述問題，騰訊云提出了“兩端一云”的物聯(lián)網(wǎng)解決方案 IoT Suite，幫助實現(xiàn)設備的快速物聯(lián)網(wǎng)化。同時，平臺提供標準 TLS1.2、雙向認證保護設備與云端通道安全，對于計算能力偏弱的設備，采用動態(tài)令牌，實現(xiàn)一機一鑰的能力，完成設備端 -云 -應用端的雙向安全通信。
如上圖所示，騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺整體包括三層架構，包括平臺核心處理層，設備連接層以及應用連接層。平臺核心處理層提供統(tǒng)一的云端中控管理平臺，提供包括數(shù)據(jù)模版，日志存儲，影子服務，規(guī)則引擎等功能。設備連接層和應用連接層通過開放的 APIs提供封裝的固件 SDK和應用 SDK，向上集成不同行業(yè)應用，向下連接各種傳感器、終端和中控網(wǎng)關設備，完成跨硬件設備接入。
整個平臺提供的開發(fā)支持，包括設備端的嵌入式固件 SDK，云端開放式 API 接口，以及用戶應用端的集成式 SDK 等。設備與云之間的通訊平臺封裝了標準的 MQTT、CoAP、HTTP等不同的通訊協(xié)議，支持 2G/4G/NB/lora/wifi等連接方式。同時，應用端提供 MQTT、WebSocket、HTTP協(xié)議及中間件，方便企業(yè)應用、手機應用等不同應用的接入。
設備端固件 SDK
提供基于 Linux、Android 及主流 Rtos 的設備接入 SDK，支持各種包括 2/3/4G、WIFI、LORA、NB-IoT 通訊模式的通訊模組， SOC 開發(fā)板、SIP 開發(fā)板，封裝了與云端鑒權、通信的全套接口，支持 MQTT/ CoAP/ WebSocket 等多種協(xié)議，可移植至不同硬件環(huán)境運行。
應用端 SDK
封裝了 APP 應用端與騰訊云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中心的通訊過程, 包括設備的配置入網(wǎng)、發(fā)現(xiàn)、連接、控制、狀態(tài)上報、告警和故障通知等。使用 SDK，可以使得用戶快速完成 APP 開發(fā)，從而降低對復雜的協(xié)議與錯誤處理等事項。
開放式通訊云 API
提供從設備接入，賬號管理，設備綁定，遠程監(jiān)控 &升級等設備高級數(shù)據(jù)服務，并提供對應的云端 API 調用接口給到用戶進行訪問使用，同時打通騰訊云大數(shù)據(jù)，AI 等各種云產(chǎn)品的接口，滿足客戶根據(jù)自身業(yè)務對數(shù)據(jù)的使用。
整個框架從產(chǎn)品創(chuàng)建，設備功能設置，數(shù)據(jù)指令的上傳下發(fā)，數(shù)據(jù)的存儲到發(fā)布環(huán)境的應用，基本上實現(xiàn)了設備物聯(lián)網(wǎng)化所需要的所有組件。總體而言，基于“兩端一云”的騰訊云 IoT Suite 物聯(lián)網(wǎng)云平臺，能夠實現(xiàn)包含設備接入、設備管理、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)可視化、終端智能在內(nèi)的多項功能。
3 如何實現(xiàn)邊緣計算？
騰訊云 IoT邊緣計算架構
基于物聯(lián)網(wǎng)的邊緣計算實現(xiàn)，主流的主要為兩條路徑，一是微服務的升級模式，簡單理解就是允許用戶在邊緣平臺運行應用程序，且提供開放的編程環(huán)境，與近年來來軟件定義的路徑相似；二是邊緣向云的滲透，利用邊緣能力滲透進云領域的核心產(chǎn)品及服務，如數(shù)據(jù)庫、計算、存儲、安全的邊緣化。
騰訊云物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算解決方案，主要為物聯(lián)邊緣設備提供一套本地服務，解決物聯(lián)網(wǎng)應用場景下的高可用、實時性、帶寬限制、私密性等問題。 騰訊云 IoT邊緣計算提供設備管理、消息收發(fā)、本地計算、緩存及同步能力，可以在邊緣設備完成本地化的物聯(lián)設備管理和通訊。
同時結合騰訊云 SCF無服務函數(shù) agent，用戶只需在云端完成業(yè)務邏輯代碼編寫，運行方式配置，消息規(guī)則配置，下發(fā)至在網(wǎng)設備。在設備上，系統(tǒng)將自動完成代碼和配置同步，云函數(shù)運行，并在設備上提供消息收發(fā)、緩存、與云端進行消息同步等能力。當數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，底層的物聯(lián)網(wǎng)設備將數(shù)據(jù)上報至智能網(wǎng)關設備，觸發(fā)云函數(shù)的運行，將數(shù)據(jù)進行離線處理，通過本地的 IoT網(wǎng)關，再將離線處理的數(shù)據(jù)下發(fā)至物聯(lián)網(wǎng)底層設備。整個數(shù)據(jù)最主要的計算處理部分運行主要是在云函數(shù)中進行。
未來，我們會將更多的智能化服務如圖像識別，包裝為 SCF云函數(shù)，逐步替換目前的 SDK模式，通過調用云函數(shù)的方式就可以完成智能化應用的開發(fā)。
執(zhí)行環(huán)境：無服務器云函數(shù) SCF
無服務器云函數(shù)（Serverless Cloud Function）是騰訊云提供的無服務器（Serverless）執(zhí)行環(huán)境，通過托管用戶代碼，使用用戶配置的觸發(fā)器，根據(jù)觸發(fā)器的觸發(fā)事件，能夠自動執(zhí)行用戶應用。SCF 云函數(shù)由事件觸發(fā)執(zhí)行，事件來源即觸發(fā)器，通常是由其他產(chǎn)品資源對象作為觸發(fā)器，例如 COS Bucket， CMQ Topic隊列，定時器, IoT 設備等。
云函數(shù)更多是對用戶的計算進行托管，用戶將代碼和配置提交到云函數(shù)平臺上，此處的代碼是指用戶的一份代碼或者代碼包。配置，一個是指本身對于函數(shù)運行環(huán)境的配置，包括使用的是哪種環(huán)境、所需的內(nèi)存、超時時間等；另一個是指觸發(fā)器的配置。
因為整個函數(shù)即服務的運行方式是觸發(fā)式運行，觸發(fā)就需要有一個事件來源，而事件來源是和騰訊云其他產(chǎn)品進行關聯(lián)后而產(chǎn)生。例如 COS對象存儲產(chǎn)品，它的關聯(lián)就在 COS的存儲桶中，當用戶上傳一張圖片或者刪除一張圖片時，就會產(chǎn)生一個事件，這個事件會觸發(fā)云函數(shù)的運行。
例如和 API網(wǎng)關的對接，也可以作為事件來源，在用戶的 HTTP請求到達網(wǎng)關之后，API網(wǎng)關會把該請求作為事件轉發(fā)給云函數(shù)，觸發(fā)云函數(shù)的運行，云函數(shù)拿到請求之后進行處理，生成響應給到用戶。
上圖為云函數(shù)的計算過程，用戶先代碼和配置提交到云函數(shù)平臺進行保存，真正事件產(chǎn)生后，針對每一個事件都會拉起一個函數(shù)實例，實現(xiàn)觸發(fā)式運行。真正事件來臨時，用戶函數(shù)才會運行，用戶代碼運行時才有云函數(shù)代碼的數(shù)據(jù)運算和費用計算。
因為函數(shù)本身是托管型的，用戶本身無法感知到實例在哪里運行。云函數(shù)平臺背后有個大的計算資源池，用戶實例觸發(fā)之后，從資源池中隨機選取可運行的位置，把用戶的函數(shù)實例在對應位置上運營起來。因此整個調度過程，或者事件來臨之后的函數(shù)擴縮容過程，都是由平臺進行的。云函數(shù)帶來的價值主要包括四點：
簡化架構：函數(shù)粒度的微服務架構，使得系統(tǒng)的各個功能天然解耦，能像搭積木一樣組合自有及外部服務，實現(xiàn)所看即所得的后臺服務；
簡化開發(fā)：無需關注底層硬件配置、OS，服務啟停、網(wǎng)絡收發(fā)，故障容災，服務擴縮容等，只需寫最核心的業(yè)務邏輯，實現(xiàn)真正的代碼即服務；
簡化運維：無須關注服務部署，服務器運維，安全管控，擴縮容配置等，且應用能無縫升級，實現(xiàn)無痛切換到 DevOps模式。
減少支出：無閑置成本，僅對函數(shù)資源大小，執(zhí)行時間，執(zhí)行次數(shù)按需計費，相對云主機平均 5%~15% 的使用率，價格優(yōu)勢明顯，實現(xiàn)了最徹底的按需計費。
物聯(lián)網(wǎng)主要是和設備打交道，云函數(shù)交由平臺托管的調度，可以把云函數(shù)調度到用戶設備上去。通過云函數(shù)，用戶能夠在邊緣平臺運行應用程序，幫助實現(xiàn)設備上的邊緣計算。開發(fā)者只需通過編寫核心代碼并設置代碼運行的條件，即可進行實時文件處理和數(shù)據(jù)處理。
4 硬件設備如何接入？
接入 IoT Suit
因為主要功能集成在 Iot Suite中，因此硬件設備的接入比較簡單，只需獲取 SDK、配置開發(fā)環(huán)境、將相關文件進行移植即可。
SDK 獲取
git clone https://github.com/tencentyun/tencent-cloud-iotsuite-embedded-c.git開發(fā)環(huán)境
SDK 在 Linux 環(huán)境下的測試和驗證，主要基于 Ubuntu 16.04 版本，gcc-5.4 (建議至少 gcc-4.7+)，Python 2.7.12+(代碼生成及控制臺命令行腳本)。安裝 cmake工具 http://www.cmake.org/download/
編譯及運行
a.執(zhí)行命令，編譯示例程序
cd tencent-cloud-iotsuite-embedded-c mkdir -p build cd build cmake ../ makeb.編譯后，build目錄下的關鍵輸出及說明如下：
bin |-- demo_mqtt # MQTT 連接云服務演示程序 |-- demo_shadow # Shadow 影子設備操作演示程序 |-- iotsuite_app # 通用數(shù)據(jù)模板演示程序 |-- light # 基于數(shù)據(jù)模板的 RGB LED Light 演示程序 lib |-- libtc_iot_suite.a # SDK 的核心層, libtc_iot_hal、libtc_iot_common 提供連接云服務的能力 |-- libtc_iot_common.a # SDK 基礎工具庫，負責 http、json、base64 等解析和編解碼功能 |-- libtc_iot_hal.a # SDK 的硬件及操作系統(tǒng)抽象，負責內(nèi)存、定時器、網(wǎng)絡交互等功能c.執(zhí)行示例程序
cd bin # 運行 demo 程序 ./demo_mqtt # or ./iotsuite_app移植說明
SDK 抽象定義了硬件及操作系統(tǒng)平臺抽象層（HAL 層），將所依賴的內(nèi)存、定時器、網(wǎng)絡傳輸交互等功能， 都封裝在 HAL 層（對應庫 libtc_iot_hal）中，進行跨平臺移植時，首先都需要根據(jù)對應平臺的硬件及操作系統(tǒng)情況， 對應適配或實現(xiàn)相關的功能。
平臺移植相關的頭文件及源文件代碼結構如下：
include/platform/ |-- linux # 不同的平臺或系統(tǒng)，單獨建立獨立的目錄 | |-- tc_iot_platform.h # 引入對應平臺相關的定義或系統(tǒng)頭文件 |-- tc_iot_hal_network.h # 網(wǎng)絡相關定義 |-- tc_iot_hal_os.h # 操作系統(tǒng)內(nèi)存、時間戳等相關定義 |-- tc_iot_hal_timer.h # 定時器相關定義 src/platform/ |-- CMakeLists.txt |-- linux |-- CMakeLists.txt |-- tc_iot_hal_net.c # TCP 非加密直連方式網(wǎng)絡接口實現(xiàn) |-- tc_iot_hal_os.c # 內(nèi)存及時間戳實現(xiàn) |-- tc_iot_hal_timer.c # 定時器相關實現(xiàn) |-- tc_iot_hal_tls.c # TLS 加密網(wǎng)絡接口實現(xiàn)C-SDK 中提供的 HAL 層是基于 Linux 等 POSIX 體系系統(tǒng)的參考實現(xiàn)，但并不強耦合要求實現(xiàn)按照 POSIX 接口方式，移植時可根據(jù)目標系統(tǒng)的情況，靈活調整。所有 HAL 層函數(shù)都在 include/platform/tc_iot_hal*.h 中進行聲明，函數(shù)都以 tc_iot_hal為前綴。
使用 IoT Suit 和 SCF完成邊緣計算
以搭建一個電子圍欄應用為例，用戶只需配置簡單五步即可快速開發(fā)：
在云端創(chuàng)建設備，云端將為設備分配設備標識，分配通訊通道，分配配置認證信息；
編寫電子圍欄消息處理函數(shù)，配置消息轉發(fā)規(guī)則；
綁定設備與函數(shù)，綁定設備與規(guī)則；
在設備中安裝邊緣計算 agent，配置設備標識，認證信息，配置通訊通道信息；
啟動 agent，云端將電子圍欄函數(shù)下發(fā)至本地，驗證函數(shù)與規(guī)則在邊緣端生效。
詳細操作請參考文檔：https://cloud.tencent.com/document/product/568
騰訊云物聯(lián)網(wǎng)平臺主要應用于 4大領域，一是為創(chuàng)客提供一站式的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)環(huán)境，從云到端的開發(fā)工具；二是為制造業(yè)企業(yè)提供可以快速設備物聯(lián)網(wǎng)的平臺，打通端到云的產(chǎn)品能力；三是提供滿足傳統(tǒng)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)升級的需要，實現(xiàn)數(shù)字化轉型；四是為大型企業(yè)或政府提供智慧化解決方案，行業(yè)解決方案包括智能零售，智能酒店公寓，智慧樓宇，智慧園區(qū)，智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等。
