不懂嵌入式，何談物聯網？

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不知這兩天，你有沒有被這部極具情懷的漫威 11 年第 22 部老英雄集結的《復仇者聯盟4：終局之戰》刷屏或劇透。

伴隨著「I"m Ironman」的話語聲，鋼鐵俠的一個響指，使得滅霸與其大軍最終灰飛煙滅，而復仇者領軍人物鋼鐵俠也因此完美地謝幕。英雄落幕雖不問歸處，但是其留在我們心中的永遠是那個無可比擬的戰神。

在此過程中，你是否曾幻想過，在現實世界的某一天，也能擁有如托尼·斯塔克一樣的可穿戴式 Mark 50 鋼鐵俠戰衣？其中撇開能源、飛行、防護等系統不談，就通訊和定位系統而言，既可遠端和伺服器端的虛擬助手賈維斯連接，將感測器設備捕獲的信息傳遞給賈維斯進行處理、分析後由其回執，也可以在鋼鐵俠身體參數不正常時進行檢測提醒，此外，還能對其他目標物體進行掃描以及定位。

其實，在萬物互聯時代的今天，可穿戴設備作為構成物聯網眾多設備中的一種，已經可以通過部分便攜的設備實現讀取和記錄人體參數，並將數據通過物聯網卡傳輸到平台層進行處理，與此同時，也可以採集人體外部的環境溫度和空氣質量等等。不過，從技術角度上來講，如何才能更進一步地將未來拉近？作為物聯網開發者，如何能實現更好的解決方案？其在上手的路途中，是否又有更快的捷道可走？在此，我們邀請到了兩位一線的物聯網技術專家，同時也是 Qualcomm IoT 榮譽技術大使——中科創達科技有限公司物聯網事業部軟體負責人陳麗娜和物聯網 BU 軟體架構師羅曉巍，請他們為我們分享當前物聯網的困局與上手解決方案。

• 陳麗娜，2012 年碩士畢業於北京郵電大學，隨後加入到 Availink，作為高級軟體工程師在該公司工作了 4 年多。2016 年，加入 ThunderSoft，負責基於 Qualcomm? APQ8053 和 Qualcomm? APQ8016 的應用及 Mediaware 開發。目前作為物聯網部門的軟體負責人，帶領團隊設計並實現了基於 STM32L476 的水情檢測系統的窄帶物聯網採集設備，以及基於 STM32L4R9 的筆記本輔助屏幕的設計實現。
• 羅曉巍，西電計算機通信畢業，曾經在華為北京、 摩托羅拉北京、索愛北京、法電北京等供職，一直從事通信，手機研發，和雲計算等相關行業，目前在中科創達任職軟體架構師。

百花齊放的物聯網領域，國內的真實現狀

提及物聯網領域，在過去幾年間，我們見證了諸多物聯網平台的誕生、終端設備和產品的普及、以及資本和媒體的熱烈追捧，不過，在繁華的表面背後，國內物聯網的真實現狀究竟什麼樣？

對此，羅曉巍和陳麗娜皆表示，當前國內的物聯網產業還在發展的初級階段。

其中，從全局來看，羅曉巍認為，國內的物聯網處於：

1. 起步階段，碎片化問題不容忽視。物聯網本身就是碎片化、多場景的應用，各個細分行業都有自己的物聯網規劃和發展思路。這可以類似早期互聯網一樣，百家發展，但各有所長。
2. 基礎網路建設階段，如 NB-IoT 和 Lora 技術。在國內，因為 NB-IoT 有運營商的加持，所以會更有希望成為標準和主流。
3. 物聯網雲建設階段。目前阿里、亞馬遜、微軟、Google 等科技巨頭都開始發力該平台的構建，2B 市場前景較為明朗。同時，國內大型企業的需求已經在電網、石油石化、物流行業、傳統製造等行業中有所體現。

然而技術發展從初步往成熟過渡的期間，必然需要面臨無數的問題和挑戰，物聯網領域也不例外。陳麗娜表示，當前物聯網在發展初期，有很多因素制約了其快速發展，譬如行業間的分割情況明顯、資源共享不足、缺乏統籌規劃、缺乏核心技術、信息安全方面沒有保障、產業鏈不夠完善等等。

不過幸運的是，目前，隨著各部門的不懈努力，國內物聯網已初步形成了完整的產業體系，具備了一定的技術、產業和應用基礎，市場環境與場景化日趨成熟。

新技術對物聯網帶來的影響

在此趨勢之下，隨著雲計算、人工智慧、大數據等技術的崛起與發展，物聯網也開始進入加速演變階段。其中，以雲計算為例，從最早的 IaaS 架構演變到 PaaS、SaaS 和當下非常火爆的 Serverless、Devops，雲計算的統一管理、虛擬化技術使得整個互聯網架構和開發效率得到了極大提升。且從組網、雲資源和雲安全到管控、數據存儲和數據分析、數據展示等方面，雲計算也做到相當完美的統一。

羅曉巍解釋道，整體來講，雲計算加速了物聯網的發展，提供物聯網更為便捷和高效的管理、部署和運維模式，並充分發揮數據共享、數據融合的特點，提供更為詳盡的物聯監控、數據分析和決策實施手段。同時物聯網自身的發展也能帶動雲計算二次革命，使得多雲融合、數據融合、數據共享等成為可能。下一代雲計算和物聯網必定是融合為一個整體，融合設備接入、Web 服務、數據共享和數據治理等維度。通過雲平台粘合人與設備，設備與設備的互聯。

4G 無法滿足物聯網的網路需求，5G 是否可以？

除此之外，今年與往年相比，物聯網領域或將迎來新的變革，即 5G 的建設與部署正在進行中。

至於為何這麼講？

在此，羅曉巍從技術角度剖析了 4G 在物聯網時代存在的諸多缺陷：

1. 容量：4G 網路，一個小區 FDD 最多只支持 1200 個用戶，TDD 約 400，同時接入業務只有二三百個。
2. 時延：4G 的時延約 30-50 毫秒，很多情景下太高了。
3. 速率：最高 300M 的傳輸速率，面對未來的音視頻還是不夠的。
4. 功耗：5G （4G 的 100 倍或更高）具有低時延（1ms）大連接（支持每平方公里百萬連接）的特性。

因此，4G 雖幾乎滿足了我們對於移動互聯網的所有需求，但是在萬物互聯的場景下，機器類通信、大規模通信、關鍵性任務的通信對網路的速率、穩定性、時延等提出更高的要求，包括自動駕駛、AR、VR、觸覺互聯網等新應用對 5G 的需求十分迫切。對此，陳麗娜表示，面向未來，人們對移動互聯網大流量應用的需求及萬物互聯的需求十分巨大，現有 4G 網路性能根本無法滿足這些需求。

那麼為什麼 5G 就可以滿足？

對此，羅曉巍表示，首先 5G 新技術的提出就包含了對下一代移動網路的升級和改造，在接入設備數量、接入和傳輸速率、接入安全性等技術指標大大領先於目前的 3G/4G 移動網路。隨著通信技術的發展，電波頻率不斷升高、波長不斷縮短，因此在頻率資源有限、不同的無線通信都需要使用頻率的窘境之下，5G 帶著更強的優勢誕生了：

• 毫米波：波長短，傳輸距離大幅縮短，覆蓋能力大幅減弱。因此同一範圍內，5G 需要的基站數量更多。
• 微基站：基站數量變多，原有的大型基站成本巨大。因此，微基站誕生，優勢明顯，低功耗微基站使得未來城市中的電線杆、廣告牌、路燈等接入設施，都將成為微基站掛靠的地方。
• 大規模 MIMO 天線技術：意味著一個基站能夠同時向更多用戶發送和接收信號，從而增加移動網路的容量 22 倍或更多。
• 波束成型：將信號傳送給特定的用戶，減少附近其他用戶的干擾。在大規模 MIMO 基站上信號處理演算法規划出最佳的路徑到達用戶，通過規劃信號傳播和抵達時間，波束成型允許多用戶和天線在天線陣列上同時交換更多的信息。
• D2D 設備到設備：同一基站下的用戶，如果互相通信，他們的數據將不會基站轉發，而是設備和設備直接互聯，既節約了大量的空中資源，又減輕了基站的壓力。

相比於上一代 4G 網路，5G 組網便捷，可在工業、生活等領域降低建網成本。同時 5G 速度快、延時低，可為經濟效益帶來巨大改變。根據 Ericsson 主導的一項研究發現，網速每增加一倍，就能帶來 0.3% 的經濟增長。

由此，單從物聯網領域看，羅曉巍表示，以下的這些 5G 特性可以為更多的物聯網應用賦能：

• 數據速率高達 10Gbps，比 4G 和 4.5G 網路提高 10 至 100 倍；
• 延遲低至 1 毫秒；
• 每單位面積 1000x 帶寬；
• 與 4G LTE 相比，5G 每單位面積的聯網設備數量高達 100x；
• 可用性達 99.999％；
• 覆蓋率達 100％；
• 網路能源消耗減少 90％；
• 低功耗 IoT 設備電池壽命長達 10 年。

基於此，陳麗娜總結道，5G 的優點就是高速、低延時、廣連接。而物聯網和上述的雲計算一樣，都是速率和容量的大戶，5G 擁有更高的容量和更快的數據處理速度，那麼 5G 標準對於物聯網就提供了更充分的支持，必然會催進物聯網的發展進程。有利於產業互聯全面推進，進一步促進移動互聯網和物聯網的整合，這樣大量的可穿戴設備可以走進人們的日常生活，同時會促進智能家居、車聯網領域的發展。

走在風口浪尖的物聯網，5G 將為其帶來什麼？

就細分領域而言，如智能音箱與智能鎖為代表的智能家居、自動駕駛的車聯網等物聯網應用在我們日常生活中均已很常見了。但是對於大多數消費者而言，這些產品仍尚未達到必需品的層面，因此，我們也不禁發問，究竟什麼樣的產品才能成為物聯網的風口？對此，羅曉巍認為，想要讓物聯網深入生活主要取決於其商業應用場景。以下幾個方面會隨著 5G 的到來有著很好的發展趨勢：

• 車聯網，即車與車、車與 4S 店、車與人、車與停車場的互聯和數據共享會帶來更多的機會。
• 遠程醫療，目前的移動帶寬還是滿足不了遠程醫療，遠程會診的場景，所以 5G 的提速能夠對醫療產業起到極大的推動。包括醫療可穿戴設備的接入和數據共享，對整個產業的推動是巨大的。
• 智慧城市的發展，大量的數據需要收集和監控和預測，包括城市的人群分布、軌跡預測、交通狀況、城市氣候等，需要大量的物聯終端設備，部署在城市各個角落。5G 的到來提供了網路基礎設施，和數據通道對建設智慧城市的發展起到了決定性作用。

相較而言，陳麗娜則更看好智能家居，如智能音響、智能門鎖、智能浴霸、智能馬桶、智能電視、智能洗衣機等。其表示，如此一來，家裡的電器都可以聯通，實現遠程控制，無論人在哪裡，都可以對家中的情況了如指掌。由此，那些曾在科幻片里看到的場景都可以成為現實。普通家庭中的聯網終端數量遠超我們的想像，可能有幾十個之多，具有感知能力的智能家居，給人們的生活提供便捷及安全。隨著技術不斷的發展完善，以及對於消費者的各種需的不斷了解和掌握，智能家居一定會出現品類及數量的爆髮式增長。

物聯網安全不容忽視

如果說上面是物聯網即將或已經迎來的機遇，那麼接下來的挑戰，我們則需要更加正視。其中，每年隨著物聯網連接設備的不斷增加和海量數據的產出，安全問題成為重中之重。

在這方面，陳麗娜和羅曉巍從軟體層面和設備端為我們詳解了中科創達的解決方案，其表示，中科創達的安全技術方向，依託高通晶元安全解決方案，提升整個物聯網的安全。其中，對設備端和邊緣計算節點，中科創達主要採取措施如下：

• 代碼級別的保護，保證設備的中的所有代碼在設備出廠、更新和升級過程中可控，不會被篡改。
• 傳輸層的加密保證數據不會被劫持和篡改。
• 口令和敏感數據例如（密鑰）等保存一致性、私密性。通過可信硬體設備保證安全性。
• 通過對固件升級和固件生命周期管理，保證設備安全性。

對雲端管理上，羅曉巍表示，：

• 在雲端通過軟體或者硬體伺服器，存儲敏感數據信息。
• 雲端數據進行加密保護，防止敏感信息泄露。
• 通過雲端監控和日誌等，對所有操作留痕、保留現場操作日誌等。
• 設備端接入雲端的認證識別，和許可權開放等操作保證用戶合法性和許可權可操縱。

物聯網的入門，嵌入式才是關鍵！

事實上，安全僅是物聯網當前面臨的諸多挑戰之一，此外，人才缺失的問題也亟待解決。在本月初，我國人力資源社會保障部、市場監管總局、統計局正式向社會發布了 13 個新職業，其中就包括了物聯網工程技術人員、人工智慧工程技術人員、大數據工程技術人員等等。

入門物聯網，嵌入式是關鍵但不是唯一

那麼對於想要成為物聯網工程師，面對碎片化極為嚴重的物聯網，我們首先要掌握哪些方面？且想要從事物聯網開發，是否要必須嵌入式知識基礎？

對此，陳麗娜解釋道，物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，傳統的嵌入式系統與互聯網的發展衍生出了物聯網，物聯網應用開發是典型的嵌入式開發，因此嵌入式是物聯網開發的基礎。

不過，對於初級入門者，或許會存在一定的誤解，其可能認為掌握了嵌入式開發的技術就等於已經懂了物聯網，但事實並未如此。

物聯網技術不是單獨的一個技術，它是多種技術的融合。物聯網涉及感知、控制、網路通信、微電子、軟體、嵌入式系統、微機電等技術領域，因此物聯網涵蓋的關鍵技術也非常多，大致劃分為感知關鍵技術、網路通信關鍵技術、應用關鍵技術、共性技術和支撐技術。所以，對於開發者而言，首先要對物聯網有整體的認識，圍繞著未來的發展方向來找准自己的方向，學習精通其中的一個或幾個關鍵技術，理論和實踐項目配合，才能在未來的工作中有好的發展。

物聯網的實戰技能

當然以上僅是進入物聯的第一步，至於如何進階？在此，羅曉巍以自身從 Linux 開發工程師轉變成物聯網軟體架構師為例，分享了他的多年的成長心得，其表示：

1. 首先要跟上時代的趨勢，不能坐以待斃，要主動去發現機會並不斷地嘗試。同時，對最新的商業模式和新技術保持開放的心態，要學會接納並分析其是否能成長為新的趨勢；
2. 從 Linux 底層驅動開發到上層雲計算，Java 應用開發的轉換是需要時間和技術積累；
3. 技術棧需要重新建立。思考問題的方式也要隨之轉變，從面對硬體和機器語言轉換為面向客戶需求、面向用戶體驗。這種轉變過程從心理上要做準備。
4. 多參加技術交流，保持學習的態度，通過獨立實現一個規模比較小的網站系統、小程序等項目開始，發展成為全棧，繼而提升為軟體架構師。

此外，由於物聯網範疇之廣，決定了其上手的路途充滿荊棘。基於此，羅曉巍從物聯網 BU 的軟體架構師角度出發，表示需要具備以下實戰技能：

1. 深入掌握 2-3 門編程語言，如 Java、C 或 Python；
2. 對操作系統要有深入的了解，包括進程、線程、存儲、內存管理、鎖機制等知識點；
3. 對 Linux 操作系統需要有深入了解，譬如從 shell 到內核的運行機制等；
4. 有終端設備驅動開發經驗和彙編經驗；
5. 對軟體演算法的理解越深越好；
6. 在網路層面，要對 TCP/IP、HTTP 和組網等技術有一定的了解；
7. 資料庫 MySQL、NoSQL 等持久化技術；
8. 雲計算 IaaS、PAAS、SaaS 和 Devops 技術；
9. 持久熱愛互聯網技術，並堅信技術的力量。

高效的工具助力進階

其實結合高效的開發工具，開發者在學習物聯網的過程中也可以事半功倍。

對此，羅曉巍分享道，通過使用 Qualcomm IoT 工具、編譯器、調試工具、性能測試工具等，方便了開發者對系統運行能夠有更深入的了解，並且在以後的設計和編碼中能夠快速規避問題，解決問題等起到了很大的幫助。同時，陳麗娜也表示，高通開發者工具覆蓋了從編碼到產品部署的各個階段，能夠極大提升開發者的開發效率，提高產品質量、縮短開發時間。也有利於標準化解決方案的形成，簡化繁複的開發流程，節省開發成本，助力產品快速入局市場。不過，陳麗娜在此也提醒諸多的物聯網開發者們，具體的工具學習，還是要大家根據實際應用情況來確定，不同階段選擇不同的開發工具，並且要善於多工具的聯合使用，提高工作效率。

特別提示：

Qualcomm 榮譽技術大使所發表的內容及觀點均屬原作者個人意見，並不必然代表 Qualcomm 或其分支機構的立場。這些內容僅供信息參考，並非獲得 Qualcomm 或其他任何一方的認可或代表其觀點。

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