物联网设备工作原理：直连、网关、云

我是吃货

本文从宏观上介绍 IoT 的通信架构，让大家都日渐频繁的物联网设备工作原理有一个初步的理解，主要分为了直连、网关、云三种模式。

1. 直连模式（direct integration pattern）

通常我们使用的小米手环等物联网设备，和手机就是直连模式，但其使用的是蓝牙，并不能提供通用的接口来访问；解决这一问题的方法是使用已经成熟多年的 Web 技术，所以也有人提出了 Web of Things 的概念。

如果设备支持 HTTP 和 TCP/IP，并且能够直接连接互联网，比如使用 Wi-Fi，那么可以使用这种直连模式。通常设备需要较为强大的处理能力，并且有持续的电源，比如智能家居等。要通过 Web 直接控制设备，其自身需要实现类似下图的功能，从硬件控制、RESTFUL API 的设计到 HTTP 服务器的实现。

2. 网关模式 （gateway integration pattern）

如果设备的资源受限，或者不能直接接入互联网（比如仅仅支持蓝牙、ZigBee），它们可以通过接入功能强大的网关（gateway）来实现通过 Web 访问；网关将其他类型的协议转换成统一的对外接口（如将设备的 CoAP 转换为 HTTP 提供给用户），同时还可以提供安全认证、集成、临时数据存储、对设备的语义描述等功能。开源的网关项目有 Open Hab [2]，此外很多大厂商也有自己的网关来支持自己的设备。

3. 云模式 （cloud integration pattern）

云模式可以看做网关模式的扩展，只不过网关在云端，提供协议的转换、数据处理等云服务，最大的特点在于可以通过外网访问各种设备。目前已经出现了各种提供物联网云服务的平台，如 AWS、阿里、微软等巨头，还有专门的平台如 Xively、机智云等，百家争鸣，但是他们大都采用类似下图的结构，通过 MQTT 协议来管理各种设备，云端有虚拟设备来保存设备状态，存储管理设备产生的数据，使用秘密的 API KEY 通过 REST API 来发送管理指令等。

4. 总结

通过云的模式往往使指令传输很慢，所以一个物联网设备可能同时允许上述几种操作模式。使用 Web 来控制设备，还可以轻松的使用 IFTTT 这样的第三方自动化平台，来设计条件自动化的执行一些功能，并于常用 App 如 Twitter 互动。最后，盗几张书中对协议介绍的图，来方便理解物联网中涉及的各种协议，如蓝牙、MQTT、ZigBee、Apple Homekit 等。