從 0到1 開啟智能化硬體開發

在物聯網浪潮之下，智能硬體的火爆程度不斷升溫。未來十年，全球接入互聯網的硬體設備將達到1萬億台。如今的智能硬體產品正成為下一個「颱風口」，同時這對於終端市場也是一個機遇。然而從創新走向產品，作為開發者應該如何步步為營？面對傳統硬體與智能硬體之間思維理念及技術差異的「鴻溝」，開發者如何提升自己的技能，更加高效地開發？由此，我們帶著探索道路上的種種疑問，採訪了機智雲 CTO 劉琰，請他具體分享物聯網與智能硬體開發的實踐經驗，希望幫助開發者少走一些彎路。

機智雲創始人兼 CTO 劉琰

劉琰，機智雲創始人兼 CTO，互聯網早期技術及管理人員，中山大學畢業，前網易創始團隊成員，擁有近 20 年互聯網系統研發和軟體技術架構經驗，曾先後就職於韓國三星、網易（163.com）、Webex China Lab 、IBM（中國）等國內外知名企業，目前全面負責機智雲核心架構設計、平台化產品部署和項目研發技術指導工作。

團隊背景

CSDN：請介紹下您個人的從業經歷以及目前關注的技術領域？

劉琰：我是 90 年代末第一批互聯網從業者。2005 年我與身在美國的黃灼共同創立機智雲公司（前傑升信息科技有限公司），主要為美國一線高新技術企業提供技術支持服務，後憑藉個人的互聯網技術經驗和業內知名度，受邀成為全球最早進入亞馬遜雲計算和移動互聯網應用開發的團隊，為歐美互聯網企業提供雲計算解決方案和技術支持。

2009 年開始帶領團隊對蘋果 MFi 項目進行前瞻性研究，並陸續完成上百款移動應用 App 研發交付，2010 年受邀成為蘋果公司授權的亞太地區首批 Apple MFi 物聯網軟體解決方案提供商，目前已帶領團隊連續 7 年保持蘋果亞太地區優秀 MFi 方案商。在 2015 年 8 月，我與微軟 IoT 資深專家共同完成基於物聯網雲服務的雲計算系列著作《雲就該這麼玩兒》。

目前關注的技術領域有：邊緣計算、雲計算架構、物聯網大數據、人工智慧演算法、無線聯網技術、金融支付等。

CSDN：可否分享一下目前機智雲整個技術團隊的背景、規模和分工？

劉琰：機智雲目前擁有完整的技術研發團隊、安全運維團隊、人工智慧團隊和技術服務團隊，已形成了一支多學科有機互補、專業搭配合理的研發隊伍。

各團隊主持技術和管理工作的負責人和核心技術人員均來自運營商、晶元原廠、大型互聯網公司的技術骨幹，比如雲平台負責人為前中國移動業務支撐系統 BOSS&CRM 項目技術負責人，具有超過 10 年運營商業務支撐系統規劃及實施經驗。人工智慧負責人是前 Intel WPRD MC1 系統高級工程師，曾帶領團隊主導完成 Intel 基帶晶元演算法的研發。負責通信協議開發的核心技術人員為原華為技術有限公司網路產品線底層開發部 BSP 項目團隊 Project Leader，有超過 9 年嵌入式軟體、網路通信設計開發經驗。

目前公司總人數接近 250 人，其中技術人員約佔 80%。技術研發團隊負責大型客戶項目及標準化解決方案研發工作、安全運維團隊負責雲平台日常運營維護及安全、人工智慧團隊負責人工智慧產品研發及商業化和技術服務團隊負責客戶支持。

CSDN：請談一談目前機智雲正在做的事情？

劉琰：機智雲是目前國內最大的智能硬體自助開發(PaaS)及物聯網雲服務(SaaS)平台，為有志於進軍物聯網的開發者提供設備管理、網路連接管理、應用開發、數據挖掘、智能分析、金融計費與第三方系統互聯等重要平台服務，同時幫助企業連通底層設備、企業業務需求、應用開發者和企業內其他 IT 系統（CRM、ERP 等），為廠家打造完整的物聯網解決方案，已服務車聯網、新能源、工業互聯、醫療健康、消費類電子產品等眾多行業，目前在家電領域市場份額第一。

在產品服務層面

機智雲智能硬體自助開發 PaaS 平台是全球最早推出的，目前行業最健全的應用賦能 AEP 服務平台，擁有全球最大的物聯網應用開發者社區。平台通過多元化的 API 支持，完善的 SDK，IDE 開發環境，全自動的嵌入式和移動應用代碼生成器等完整的工具鏈，幫助開發者高效地實現方案的開發、測試、發布及商業運營。開發者可以通過郵箱即時註冊使用機智雲免費的在線開發工具。包括嵌入式開發的協議文檔、智能手機應用的 SDK、雲端的相關介面、用於演示產品功能的智能手機應用，以及運行在雲端的虛擬設備等等。

機智雲智能設備運用管理系統是在 PaaS 平台基礎上為企業提供的相對標準的智能設備遠程監控、設置調整、軟體升級、系統升級、故障排查、生命周期管理等服務，可實時提供網關和應用狀態監控告警反饋，為預先處理故障提供支撐，提高客戶服務滿意度；同時開放的API調用介面幫助客戶輕鬆地進行二次系統集成和增值功能開發；所有設備的數據可以存儲在雲端。滿足客戶對應用支持、數據挖掘、金融計費等功能的需求。

機智雲實時大數據分析應用平台則為客戶提供物聯網大數據能力，高效實現物聯網複雜機器學習演算法服務。對集合的各類相關數據後進行分類處理、分析並提供可視化數據分析結果；通過實時動態分析，監控設備狀態並予以預警。通過對歷史數據（結構化和非結構化數據）進行訓練生成預測模型或者客戶根據平台提供工具自己開發模型，滿足預測性的、認知的或複雜的分析業務邏輯。

機智雲智能設備一站式解決方案，幫助企業優化產品體驗以及降低運營成本。比如提供智慧家居解決方案、智慧水家電解決方案、GRCS廚膳雲、GALS商用租賃平台、充電樁平台解決方案、Zinn宅居智慧公寓方案等，滿足垂直領域行業客戶需求。

在平台技術層面

前瞻性的技術預研和戰略布局促使機智雲已經發展成為目前國內技術領先的綜合物聯網雲服務平台，同時開放的跨平台技術對接及自身開發者生態建設的完善，成功打造了圍繞機智雲平台為核心的物聯網生態系統。

2016年機智雲平台完善了ECE霧計算（邊緣計算）引擎、RTBD實時大數據平台、Giga ML吉咖機器學習和D3動態數據編排引擎，將雲計算和霧計算結合，組成超大規模的物聯網大數據和機器學習體系，配合應用賦能和傻瓜式操作界面，充分整合物聯網、大數據和機器學習應用能力，進一步降低物聯網產品和服務的研發和部署及維護難度。

2017年3月份，機智雲推出了一系列人工智慧產品，比如通過多維度感知(Sensor Fusion) 與深度學習 (Deep Learning) 技術的支撐實現的新一代智能家居服務平台－機智瑪莉，使用圖像識別引擎和語義識別引擎進行交互，擁有智能決策能力，具備類人感官和語音交互的人工智慧管家。

此外機智雲還在積極與原廠和其它平台對接，幫助開發者可以快速賦予產品更多能力和服務，比如連續七年保持蘋果 MFi 認證亞太地區優秀物聯網軟體解決方案提供商，持續參與蘋果 Homekit 研發及推進合作；微軟、亞馬遜、Intel 全球戰略合作夥伴，協助微軟完成 2015 年微軟 DX 部門 IoT 開發工具研發及開發者夏令營，2015 年協助 Intel 完成愛迪生連接雲端實現自助開發並完成第一屆創客大賽，日前在 Amazon Alexa 平台發布 Smarthome 和Custom Skill，將 Echo 應用場景推向中國智能家電廠家，在硬體聯網技術層面除已完成的 Lora 產品外，正在積極與高通進行 NB-IoT 項目研發、與 ST 合作進行全型號 MCU 代碼自動生成工具開發等等。

智能化硬體平台開發

CSDN：相比其他同類物聯網雲服務平台，機智雲平台的區別及技術優勢是什麼？

劉琰：機智雲憑藉在硬體接入、數據挖掘和分析應用上的技術優勢及多年的行業實戰經驗，已發展為行業第一的綜合物聯網雲服務平台，處於整個產業鏈的核心位置，通過對數據流的集中、處理和疏散中心，憑藉「大平台+小前端」的結構，支撐和推動物聯網在細分行業的商業模式創新，提升行業效率。通過多年來對產業深耕和上下遊資源整合，形成完整的物聯網開發服務生態，有效撮合供應商和用戶降低交易成本，通過第三方介面釋放共享經濟的巨大價值，參與應用分成，達成生態共贏。

我們從 2010 年就開始從事這個領域，所以在技術的迭代上我們是有一定的優勢的，而這些都是需要經驗積累才能打造出來的，因此我們的技術相對成熟。同時，除了技術上的領先，我們在開發團隊規模上也領先了很多，甚至比大型互聯網公司之中專門做物聯網的團隊還要成熟得多。而且我們的用戶和開發者也非常多，這也是我們在生態上的優勢。這些優勢也是我們的核心競爭力，使得我們在業內的領先地位能夠鞏固下去，只要我們不放慢，就能一直保持。機智雲是典型的複合型技術棧，技術只是工具，重要的是滿足商業的目的，所以機智雲是用最合適的工具來做最合適的事情。

CSDN：您與團隊是如何看待「完整的物聯網大數據和機器學習體系」這個概念的？

劉琰：物聯網的數據是典型時間序列數據，具有量大、價值高的特點。傳統的資料庫無法很好地處理如此大量、實時的數據，傳統的數據挖掘方法也無法從中挖掘出價值。因此需要引入複雜的機器學習演算法來處理。比如2016 年機智雲發布的機智雲 4.0 平台就包括了 RTBD(Real Time Big Data)實時大數據平台和 Giga ML 吉咖機器學習，為客戶提供了物聯網大數據能力，高效實現物聯網複雜機器學習演算法服務。

RTBD(Real Time Big Data)實時大數據平台，是一個專門為物聯網應用而生的實時大數據分析、處理、輸出平台。RTBD 特別適用於存儲和計算物聯網行業最常見的基於時間序列的數據(Time Series Data)。基於搜索引擎技術，RTBD 存儲量大(可達EB級), 內置強大的實時運算能力，複雜的數據聚合結果可以在毫秒級輸出。RTBD 還具有多種計算引擎的整合能力可以方便地通過與 Hadoop/Spark/Storm 等計算平台的整合完成複雜計算。人性化的管理界面讓開發者可以方便地定義數據查詢腳本，並即時生成對應的 API，使應用賦能在數據層面有質的提升。

Giga ML 吉咖機器學習，是專門為物聯網設計的機器學習產品。基於機智雲的雲端+霧端計算架構，吉咖機器學習可以把數據採集和處理邏輯動態分配到設備和網關端，讓海量的終端設備參與到機器學習的運算中，大大的增加了可採集和處理的數據量和全網路的運算資源，可以高效的實現複雜的的機器學習演算法，極大的降低了機器學習在物聯網領域的應用的開發和部署門檻。

CSDN：可否簡單介紹一下如何通過機智雲對接快速實現 Amazon 的 Echo 對接？

劉琰：Alexa 是 Echo 內置的語音助手，可以接收相應語音命令，通過它能夠喚醒 Echo。Alexa 的優點在於它基於雲端，因此可以隨時對其進行改進。Alexa Skills Kit (ASK)是一個由自服務 API、工具、文件和實例代碼的集合，可輕鬆構建你自定義的 Alexa skills，然後發布。

機智雲開源套件 Gokit 是一塊標準的量產級嵌入式開發板，即代表了通用型智能設備。硬體集成了通用 MCU、通訊模塊、電機馬達、溫濕度感測器、紅外感測器和可擴展介面等，搭載機智雲 Gagent 連接協議和 App 開發測試工具、微信硬體客戶端，以及完整的機智云云平台服務。免費發放給開發者進行物聯網設備開發學習，可在官網申請。機智雲發布生態認證計劃。

作為 IoT 前沿技術領軍企業，機智雲在 Amazon Alexa 平台率先發布了 Smarthome Skill 和 Custom Skill，實現了亞馬遜 Echo 直接控制機智雲開源套件Gokit（包括 Gokit2.0 和 Gokit3.0）！這也就意味著：隨著機智雲和亞馬遜賬號的打通，接入機智雲的智能設備都可以輕鬆實現Amazon Echo控制功能。

CSDN：如今開發者對於雲服務解決方案有哪些需求、痛點？機智雲能為他們帶來哪些變化？

劉琰：智能硬體開發雲平台和傳統的軟體開發有很大區別，在傳統的桌面軟體開發領域，客戶端的環境主要是 Windows 和 Mac，移動互聯網有 Android 和 iOS，但是智能硬體的客戶端平台則要龐大的多，單單晶元廠家就有幾十家，如果算上做模塊的那就更多了，客戶端的多樣化是物聯網的一個獨特之處。

另外，物聯網應用結合了企業應用的業務複雜性，以及互聯網應用在處理高並發、高訪問量的技術難題，因此物聯網應用開發是一個更有挑戰的領域，比如，硬體領域的開發者相對比較傳統，他們會採用比較成熟的技術，而不像互聯網領域的開發者比較喜歡嘗試新技術。

再有，大部分硬體因為受到成本和體積等因素的影響，在計算、存儲等方面的能力是有限的，把硬體接入雲端後，無形中擴展了硬體的能力。同時可以將硬體變得更加智能。原來一些設備的業務邏輯需要寫在硬體裡面，現在可以把這部分和智能決策的邏輯放到雲端。但是對於一個硬體工程師來說完成這些開發會非常難。

那機智雲給他們帶來哪些變化？我們可以先看看目前智能硬體的基本架構，也就是我們常說的黃金三角形，即雲端、智能硬體、智能手機應用。雲端的技術大多是互聯網的 技術，與硬體工程師所熟悉的領域不太一樣，我們需要有工具幫助開發者更好、更快地接入。出於這個考慮，機智雲提供了一個叫 GAgent 的小固件程序，它運行在硬體平台裡面，通常在 Wi-Fi 模塊里，也可以在硬體的主控晶元里。GAgent 起到了一個承上啟下的作用，對雲端，它實現了所有的機智雲介面，讓硬體具有與雲端連接的能力；對主控晶元，它又提供了一套對嵌入式開發很友好的封裝，讓硬體工程師可以面向業務編程，而不用去考慮雲端通信的細節。

智能硬體「黃金三角形」

GAgent 在雲端所提供的各類型介面能夠讓整個連接過程變得更加簡易，這些介面在傳輸層面支持多種協議，包括 MQTT，HTTP/S，還有 WebSocket等。MQTT 是由 IBM 最先倡導的一套專門用於物聯網的協議，適用於互聯網這樣網路環境不可靠的場景；同時它又是基於二進位的數據格 式，特別適用於硬體上的嵌入式開發。而 HTTP/S 和 WebSocket 則用於一些應用的開發，如微信的應用或者是基於HTML5的應用。多樣化的介面能 讓開發者根據不同的應用場景選擇不同的方式。

此外，機智雲還在雲端提供了一個開發者的自助服務界面，使得我們可以通過一些簡單的表單操作就可以完成對一款新的智能硬體的功能定義。我們會幫開發者生成一系列包括嵌入式開發的協議文檔、智能手機應用的 SDK、雲端的相關介面、 還有一個用於演示產品功能的智能手機應用。另外，我們還提供了一個運行在雲端的虛擬設備，幫助開發者能夠在一行代碼都不用編寫的情況下，測試自己產品的各項功能。

CSDN：能否介紹您在打造物聯網和智能硬體平台過程中，主要運用的技術？在平台開發過程中，面臨哪些技術難點？

劉琰：機智雲在雲服務方面主要用 Python、Ruby 等語言來開發。數據層是機智雲核心，用到 MongoDB、MySQL、Redis 技術；大數據領域，用到流式大數據處理框架 Spark。在 IaaS 層面，盡量做到服務供應商的中立型，也就是說機智雲的整套架構部署可以無縫部署在阿里、騰訊、亞馬遜、微軟等 IaaS 平台。

對於平台打造過程中的通用技術難點，主要就是如何從一個大的服務到微服務轉化，這個過程花費了團隊很大的精力，包括現在還在不斷的去做。這個很好理解，剛開始的時候，一個平台剛剛起步，一般是一體化的服務，業務比較簡單，但是隨著後期的訪問量的增加，業務越來越複雜，各種各樣的需求會不斷的疊加進來，所以有段時間，機智雲平台自身增加新的業務非常困難。因為你要考慮的東西特別多，例如增加新的功能會不會影響舊功能的使用等等。

另外，公司人員的增加，如何讓員工快速進入開發節奏，目前機智雲參考 Facebook 的做法，就是將服務盡量的切小，每一個服務負責一個非常單一的功能目的，讓新員工可以在一天之內為服務貢獻代碼。除此之外，機智雲的 SDK、GAgent（WiFi 模塊中的固件程序）或者 GPS、藍牙通訊模塊裡面的代碼程序，需要有一個合理的發布節奏。目前機智雲的雲端服務現在基本上每天可以發布多次，而客戶端的 SDK/GAgent 等產品則是每月發布一次，這樣就平衡了功能的演進、缺陷的修復、質量的穩定等幾個方面的關係。

CSDN：您認為目前物聯網主要面臨哪些安全性問題？從您的個人角度來看，有什麼較好的解決方案？

劉琰：物聯網安全是個重要話題。物聯網產品跟手機／電腦不一樣，沒有用戶持續的去管理它的操作系統，一方面不太容易發現被隨隨便便安裝的病毒軟體，同時也正因為沒有用戶每天照看，如果設備的安全防線被成功擊破，也很不容易被發現。受制於大部分企業沒有完整的技術開發人員和完善的專業運維和安全團隊，現在企業依託現有工程師自主研發的產品或多或少都存在一些安全隱患，攻擊者利用這些產品因各種因素制約沒有考慮到的安全漏洞，可以監控或接管這類設備的運作，甚至令其感染惡意程序等，為消費者和廠家帶來不同程度的困擾和損失。

對於物聯網安全，個人認為有六大物聯網安全的考慮點：

網路安全。本地網路和數據上雲管道的安全，思科、華為這些硬體廠家比較擅長這個。

安全認證。用戶和設備的身份和許可權管理，我們這樣的互聯網公司比較擅長。

數據加密演算法。需要在端部和雲端同時做，需要機智雲這樣的端到端技術平台支持。

PKI。公鑰基礎設施，這個在互聯網階段就比較成熟，但是應用到智能硬體上，很多硬體還沒用起來。

持續的安全數據分析。這個對大數據能力提出很高要求，也是機智雲在投入端方向，可以通過數據分析防範尚未成功的攻擊。

雲端介面的安全保護。這個互聯網公司比較擅長，我們做雲計算超過10年，保護服務介面是我們的強項。

開發經驗分享

CSDN：根據您的經驗來看，目前物聯網開發者面臨的主要挑戰是什麼？開發者在面對這些困難時開發者容易陷入哪些誤區？

劉琰：我們開發過上千款硬體，發現了幾個共性問題：

硬體連接手機、接入雲端，就是這麼簡單的連接過程其實包含了從硬體跨到軟體、跨到互聯網的諸多問題。因為物聯網產品所涉及到的技術領域跨度很大，建議不要從一開始就自己去完成所有的東西，而是要儘可能地去利用外部的資源，找到合適的工具去解決一些通用的問題。如機智雲將現有核心技術積累開放出來，讓開發者更快的克服智能硬體開發門檻，實現智能硬體零成本開發。

硬體本身有千奇百怪的型號，網路環境也千差萬別，更不論手機的型號、系統版本和平台了。因此我們作為中間件就可以解決其中這些問題。比如你買一款設備，它並沒有鍵盤，因此無法輸入，但是你應該如何告訴它哪個是你的路由器以及密碼？此外可能還會存在兼容性問題。想把產品做得穩定可靠，就要深入學習，所以我們通用的技術開放給大家使用。我們也與一些晶元廠商合作，可以做到讓手機 App 自動發現設備，然後將路由器信息發給它，實現聯網。

做軟體的人都了解，App 如果有 Bug，可以打補丁。但是硬體產品如果出現問題，第一版硬體發出去了，但不能工作，只有兩個選擇，任由用戶吐槽，或者發一個新產品給用戶，但這樣的成本很高。現在大部分的廠商都沒有考慮到固件升級的問題。我們海外的一些非常成熟的客戶從第一版就開始考慮後續的升級問題。固件升級可以是針對所有用戶，也可以對指定地區或用戶群進行升級。我們的平台就可以幫助開發者快速實現 OTA 固件升級。

CSDN： 對於從事物聯行業的開發者，您有什麼經驗及建議分享？

劉琰：對於智能硬體領域的開發者來說，從技術研發到產品銷售，整個生態鏈條非常長。智能硬體的產品研發，只是它生態鏈裡面的其中一個環節。而且不僅僅要做出來，還能夠交到消費者的手上，讓消費者用得好，用得放心。

因此作為開發者，大家關注的並不是技術本身，應該關注的是要解決什麼問題。現在產業中存在這樣的現象，發現別人做手環，我也做，別人做插座，我也一起做，都是有樣學樣，最後同質化非常嚴重。我認為開發者需要將眼光放遠，可以從小的痛點深挖，圍繞自己熟悉的垂直行業去做，這才是最健康的發展方式。

展望未來

CSDN：未來幾年，機智雲有哪些重點規劃，會有一個怎樣的戰略布局？

劉琰：未來幾年，機智雲在保持技術領先位置、銜接產業鏈上下游的同時將加大市場營銷投入，進一步完善和擴大圍繞機智雲平台為核心的物聯網生態系統，提升技術成果轉化速度，除繼續保持在傳統消費電子領域的優勢位置，將投入更多力量開展新的行業應用，在冷鏈運輸、商用服務、智能公寓、煤改電、工業物聯網等方向發揮作用；積極開展公共服務平台建設，幫助更多有想法的團隊和個人；繼續加強產學研合作，幫助校企實現成果轉化。機智雲將以中國為發展基石輻射全球，幫助中國傳統企業率先實現互聯網化，保持行業領軍地位，引領物聯網產業向前發展。

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