为什么说万维物联网(WoT)是增强版物联网(IoT)

Jessica瑾妞

2018-01-24

万维物联网是物联网的一个特殊分支,它将成功的 Web 技术应用于嵌入式设备,以使尽可能多的开发者得以涉足物联网的最新发展领域。本文描述了物联网现有方法的局限性和存在的问题,对于这些局限性,我们将一一展示使用万维物联网的好处。

大多数物联网系统很少关注开放和大规模系统下各种不同设备相互通信的问题。部分原因是因为物联网主要关注网络栈的较低层(如何在实体之间传输数据)而较少地关注如何促进新应用的发展(数据怎样能够被收集、可视化或者处理)。特别地,有限的努力被投入于实现特殊设备之间的互操作性,因此,它仍然难以在各种不同设备的上层建立可扩展的应用。
这不是技术问题,更多的是商业问题。物联网在过去的十年中由标准化机构、工业联盟和供应商提出了过多的协议。这件事的初衷是好的,但残酷的现实是,这些标准没有一个能有足够的吸引力而成为物联网“唯一的”通用协议(如图1所示)。今天,如果你想要拥有一个智能住宅,在最好的情况下你能从一家生产商处买来全部硬件。这样,你只需要通过它们附带的应用软件来控制它们。如果那个应用软件被设计为主要支持 iPhone,在 Android 下无法使用,那么,这就很糟糕。如果这个应用软件被设计得很不好,它很可能非常慢或者连你需要的功能的一半都不能满足,那你就会觉得很郁闷。

万维物联网建立在扩展已存在的和被广泛使用的 Web 标准之上,因此它可以使用整个 Web 生态系统

简单地说,目前市场上大部分的物联网解决方案,几乎与互联网没有什么共同之处,互联网的独特、开放和将一切连接在一起的全球化网络这些特性,物联网方案都不具有。今天的物联网与其说是物联网,不如说是物联局域网,因为它们是一堆功能孤岛,不能彼此之间互通共享。尽管越来越多的网络设备提供了 API 来控制和访问它们的数据,自定义应用仍然需要为每一个 API 特别定制开发。出现这种情形不仅仅因为不同的设备有不同的功能,也因为每一个 API 是使用不同的应用协议实现的,它们有不同的数据模型,彼此之间没有可共享的标准语言。

万维网的简单性和开放性,以及它的标准(URL、HTTP、HTML、JavaScript 等)使其成为了现在我们所熟知的万维网。它建立的通用语使得世界各地的任何人都能阅读任何网页,不需要安装任何软件,这已经成为万维网成功的一个主要因素。通过使网页、浏览器、服务器及服务都使用同样的应用语言,将种类繁多的内容集合到一起变得极为简单。除万维网外的同样简单的方式还没能在物联网的设备和应用软件中找到。

在本文,我们描述了物联网现有方法的局限性和存在的问题,现有方法没有优先为设备实现一个开放的、通用的和简单的应用层协议。对于这些局限性,我们将一一展示使用万维物联网的好处。

1.  更容易编程

首先,让我们先来看看为智能产品编程的方式。

物联网

现有的解决方案和产品的第一个问题是许多协议很复杂且难以使用。入门门槛如此之高,就像是20世纪70年代的互联网,过高的门槛使得物联网很难被大众接受。学习为各种接口和协议的设备建立连接是一个特别艰难的任务,会让最顽强的业余爱好者也望而却步,没法上手为他们想要的智能住宅写程序。如果你对此有任何怀疑,我们邀请你查阅 ZigBee 协议规范1或者 DPWS(Devices Profile for Web Service) 规范2。

万维物联网

万维网协议可以很容易地用来读写设备数据,而且特别简单易用,比复杂的物联网协议学起来更快。此外,如果所有的设备都提供一个 Web API,开发者可以使用同样的编程模型来与它们中的任何一个进行交互。一旦你获得了建立简单 Web 应用所需的基本技能,你可以毫不费力地快速上手与设备的交互。

2  开放和可扩展标准

接下来,我们看一下物联网和万维物联网标准的开放性如何。

物联网

另一个问题是,许多协议一直在不断地发展,因为新技术的发展使得新的用例成为可能。由于一些标准是由一个或数个大型公司资助和管理的,所以它们不像由社区领导的标准那样中立。此外,这些公司可能会根据他们的需要决定引入一些不兼容的更新,从而导致现有设备和应用程序无法交互。
这些标准中有一些没有公开文档,不支付大量年费也无法简单地使用和实现,这自然限制了它们只能被一些大型产业组织所采用。封闭的和专有的协议也导致供应商锁定。对软件巨头来说,让更换供应商的时间和金钱成本明显变大是个尽人皆知的商业手法,这没什么新鲜的。但在物联网的背景下,门槛要高得多,因为改变协议有时也会影响到硬件的改变(例如,使用一个不同的无线芯片)。同样,切换应用协议需要固件更新,这很难适用于现实世界。

万维物联网

万维网标准如此流行的原因是它们是完全开放和免费的,因此它们在一夜之间突然改变的风险几乎为零。使用它们能够确保数据可以被快速和方便地跨系统转移,因此当你想为某些数据提供公开访问时, 使用 HTTP 和 REST 是一个明智的选择。

3 快速且易于部署、维护与集成

让我们看看物联网和万维物联网对部署、维护和集成的影响。

物联网

由于整个系统将需要使用一个单一的协议,需要付出显著的努力才能为每一个需要集成的新设备或者应用写出自定义的转换程序。维护这样一个精致的自定义代码集合是一项高风险的任务,而在商业应用里,这往往意味着重大投资。

万维物联网

不用担心万维网会突然停止工作并要求升级。而且,在十年间,万维网的能力增强从来没有停止过,比如摄像头捕捉图像的能力或者分享地理位置的能力。与此相反,在物联网的世界里总有新设备和新协议出现,而每一次许多协议中的一个变化了,其余所有使用了该设备的功能都需要升级。

4 元素之间的松耦合

接下来,我们看一看物联网和万维物联网的依赖性,聚焦在复用性上。

物联网

在网络中的设备和应用程序之间的紧耦合,只要系统的每一部分像预期的那样运行,系统就能运作得很好。令人遗憾的是,现实不会那么美好,计划外的交互和新场景中重复利用现有服务是大规模开放设备网络的基本要求。

万维物联网

HTTP 设计上是松耦合的,因为万维网上的各角色之间的约定(API 规范)是简单而且意义明确的,几乎没有模棱两可之处。这使得任何角色的改变和发展独立于其他角色(只要约定不改变)。这就是为什么你仍然可以访问一个从20世纪90 年代初期起就不再更新的网页的原因(这里我们不讨论它的视觉设计)。物联网需要的设备不更新任何固件就能与新设备通信的能力,正是万维物联网的基础能力。

5 广泛使用的安全和隐私机制

物联网/万维物联网的个人数据、隐私和安全性问题一直是建立和部署实际应用的主要隐患。这里从如下两个角度考虑。

  1. 安全性——如何保证一个系统不容易被未授权用户或系统以有害的方式访问和使用。换句话说,要确保没有人能在无权访问时访问到数据或设备。

  2. 用户隐私——假设安全性得到保证,只有授权用户和经过认证的人和应用能够访问某些数据,如何确保没有关于用户的隐私信息(例如,个人信息或个人行为数据——用户在哪里、在做什么等)能够被其他人访问或从数据中衍生出来?这尤其难解决,因为虽然一段关于一个用户的数据本身可能是无害的,但将它和从其他传感器或系统传过来的其他数据合并到一起时,就可能会被用来明确地识别用户和他们的行为。

事实上,尽管有许多项目在努力改进这些系统的安全性,但截至今天,彻底解决物联网安全性和用户隐私的办法仍未找到。真实的挑战是物联网的能力相对它的规模来说仍然较新,与这些技术相关的风险在很大程度上是未知的,很难在实际应用中确定或测量它们。

物联网

如前面所解释的,由于物联网应用经常独立开发,这些应用的安全机制往往是从零开始写的,在实际中没有经过足够的测试,或者根本没测试过。甚至到今天,许多物联网设备被部署的时候,都没有使用足够的安全级别,而将它们的认证密钥危险地暴露在外1。这主要是因为物联网的特定安全系统经常被设计为可以在封闭的生态系统中很好地工作,在那样的环境里,每个元素都处于被控制的状态。

万维物联网

万维网也有助于提升安全性和保护用户隐私,我们将在《从物联到万联》一书中深入讨论。回顾万维网的历史,我们可以了解到,我们在建立可用的和可靠的安全机制和协议上已经取得了巨大的进展。这些方法不是万能的——没有绝对安全的系统——要在可靠性、易用性、性能和可用性之间做一个妥协。
一个事实是,直到今天,听到一家著名的大型网络公司被黑客攻击,数以百万计的用户数据被公开泄露,也并不是一种罕见的情况。甚至更糟糕的是,已被视为安全和受信任的协议也可能仍然存在微小的未知问题,这些问题让它们变得脆弱(SSL Heartbleed1有人知道吗?)。但是除了少数例外,只要这些系统被正确地实现,它们被黑客攻击的可能性仍然较小,特别是,这些系统每天被数以十亿计的用户使用。与自定义和新开发的物联网标准相比,使用基于 Web 的公共标准的好处是它们已经并一直在被广泛使用和测试。这些系统的许多实现是开源的(例如,OpenSSL),这意味着代码会被不断使用、测试、升级并被数以千计的开发者修复问题。使用这样成熟的方法降低了失败的风险,这是物联网从零开始开发的只经过少量测试和实际使用的“前沿”技术所不能比的。

本文选自《从物联到万联:Node.js与树莓派万维物联网构建实战》
IoT世界级领军人物开创性大作,用Web实现全球智能产品|应用程序|数据|人的万物互联
【美】Dominique D. Guinard ,Vlad M. Trifa 著
月影 译
ISBN 978-7-121-32764-3
2018年1月出版
定价:89.00元

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