將一臺(tái)設(shè)備或傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng)不是件容易的事—在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中沒什么事是容易的。不過，那些存在于網(wǎng)上（云端）、供客戶使用的優(yōu)秀分析工具能夠擴(kuò)展客戶設(shè)備功能，而且還能增加便利性，并通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算成本的節(jié)省。然而，你必須搭建一種通道，以便讓設(shè)備或傳感器的數(shù)據(jù)到達(dá)云端的應(yīng)用程序，使數(shù)據(jù)在那里得到分析和使用。對許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)來說，這是一個(gè)全新領(lǐng)域。本文將介紹Web服務(wù)在機(jī)器到機(jī)器（M2M）應(yīng)用中的工作原理，并探討在互聯(lián)網(wǎng)上創(chuàng)建“設(shè)備云”所要完成的主要任務(wù)。

　　你在什么云上？

　　迄今為止，我們中的大多數(shù)人都被灌輸過“云端”和“云計(jì)算”等術(shù)語。除了生成雨、雪和暴風(fēng)雨等自然氣候現(xiàn)象外，“云”的真正含義是什么？對這個(gè)問題的簡單的回答是，不要太執(zhí)迷于所謂的云術(shù)語；而應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，軟件應(yīng)用程序、連接和存儲(chǔ)可以存在于本地設(shè)備（如PC）或某個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器上。各種基于Web的應(yīng)用就是一些最佳例子，例如電子郵件和其它集中智能點(diǎn)（如映射）。云端計(jì)算的好處在于，云端通常是聯(lián)網(wǎng)的，因此可以被連接擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)的每個(gè)人所共享。擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)術(shù)語意味著物體可以通過互聯(lián)網(wǎng)連接到物體，而不僅是人到人。機(jī)器到機(jī)器（M2M）連接可通過設(shè)備云中的擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。

　　駐留數(shù)據(jù)

　　共享數(shù)據(jù)是問題的根本。然而，這些數(shù)據(jù)需要駐留在可以得到正確消化的地方。為了將設(shè)備或傳感器連接到互聯(lián)網(wǎng)，你首先需要知道哪里可以“駐留”數(shù)據(jù)。大多數(shù)現(xiàn)代工具依賴于Web服務(wù)直接連接擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)，因此你需要知道： Web服務(wù)是什么？如何使用Web服務(wù)？如何將Web服務(wù)應(yīng)用到遠(yuǎn)端設(shè)備或傳感器？

　　為了設(shè)計(jì)能與云端交互的嵌入式系統(tǒng)，你需要一組功能將設(shè)備連接到位于云端的應(yīng)用程序。記住，設(shè)備可以是任何東西，從儀表或自動(dòng)調(diào)溫器到發(fā)動(dòng)機(jī)或機(jī)器；也可以是固定的某些東西，如用于存儲(chǔ)和分配的大箱子或大容器。另一方面，應(yīng)用程序可以是用于處理數(shù)據(jù)的任何系統(tǒng)。它可以是智能手機(jī)上安裝的移動(dòng)應(yīng)用程序、基于Web的儀表板類型入口程序、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)或?qū)＜蚁到y(tǒng)。不管是哪種情況，挑戰(zhàn)在于將有關(guān)設(shè)備或資產(chǎn)的重要信息傳送給應(yīng)用程序。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我們首先需要定義創(chuàng)建這條數(shù)據(jù)傳送通道所必需的三大功能組件。

　　創(chuàng)建通道

　　首先你需要如圖1所示的功能以便開始設(shè)計(jì)工作。

　　圖1：一種設(shè)備云的系統(tǒng)架構(gòu)。

　　1. 傳感和連接。這個(gè)功能具有有限的智能，專門用于獲取信息，包括無線電模塊、簡單邏輯以及與即時(shí)需求有關(guān)的傳感技術(shù)。

　　2. 匯聚和轉(zhuǎn)換。在將數(shù)據(jù)點(diǎn)通過大型網(wǎng)絡(luò)（如互聯(lián)網(wǎng)）發(fā)送出去之前，需要以一種有意義的方式，有效總結(jié)或匯聚這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。這個(gè)功能的另外一個(gè)關(guān)鍵部分是，將信息放入通用表述性語言。因此，這個(gè)功能一般包括規(guī)則框架、協(xié)議轉(zhuǎn)換和映射，一般還包括通往IP網(wǎng)絡(luò)的一條通道。

　　3. 設(shè)備云。設(shè)備云是擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)的組成部分，通常感知所有連接到遠(yuǎn)端站的設(shè)備。一般來說這是一個(gè)用作通道和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主機(jī)系統(tǒng)。設(shè)備云也匯聚來自所有遠(yuǎn)端站點(diǎn)的信息，其方式與匯聚和轉(zhuǎn)換功能匯合各個(gè)設(shè)備的差異信息基本相同。

　　為了更好地理解這種環(huán)境，可以把云架構(gòu)看作是一組的服務(wù)（如圖2所示），其定義為：

　　圖2：作為一組服務(wù)的云架構(gòu)。 

　　1. 基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）。在最底層的IaaS是云端的“基礎(chǔ)”。它包括網(wǎng)絡(luò)連接、物理服務(wù)器、防火墻、磁盤和路由器等。

　　2. 平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）。包括了形成場景通信鏈路和管理功能的所有軟件，同時(shí)提供頂層賴以生存的環(huán)境。

　　3. 軟件即服務(wù)（SaaS）。頂層是實(shí)際的應(yīng)用程序，可以是網(wǎng)頁、映射、分析或其它軟件，也是最終智能處理工作實(shí)施的地方。通過這種方式，設(shè)備云可以提供使用通用語言的設(shè)備場景化表述，并幫助基于Web的應(yīng)用程序完成實(shí)際的工作。

　　會(huì)說云語嗎？

　　當(dāng)然，我們需要一個(gè)通用詞匯表，這是Web服務(wù)的目的。Web服務(wù)的典型定義是，一種在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議骨干上使用XML、HTTP、SOAP、WSDL和UDDI開放標(biāo)準(zhǔn)集成Web應(yīng)用程序的一種方法。為了簡單化，Web服務(wù)利用互聯(lián)網(wǎng)通用語言完成任務(wù)，以通用方式描述事件，使用常見動(dòng)詞收發(fā)信息（Put或Get），并通過請求或訂閱使用某種方法實(shí)現(xiàn)一到多和多到一連接。

　　Web服務(wù)是如何工作的？用一種支持通信的語言開始——你已經(jīng)知道了，然而，你可能不了解其中的真正含義。這是HTTP或超文本傳輸協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)客戶端和服務(wù)器的語言，最重要的是，這是一種將互聯(lián)網(wǎng)動(dòng)詞應(yīng)用于名詞的通用協(xié)議。聽起來不錯(cuò)？我們在二年級就學(xué)習(xí)名詞和動(dòng)詞了。

　　名詞 互聯(lián)網(wǎng)名詞是被稱為統(tǒng)一資源定位器（URL）或通用資源標(biāo)識(shí)符（URI）的一類東西。當(dāng)然，不僅是這些——你需要描述數(shù)據(jù)的低位和數(shù)據(jù)的高位。為了做到這一點(diǎn)，你將使用可以靈活編碼信息的方法。目前有許多這些方法，但最常用的兩種是可擴(kuò)展標(biāo)記語言（XML）和JavaScript對象符號(hào)（JSON）。這兩種方法都能用于傳送和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且具有自描述性，這意味著你通常不需要魔術(shù)解碼環(huán)來理解場景。這些東西的次序也不重要。表1顯示了XML和JSON的兩個(gè)常見的簡單例子。

　　表1、XML和JSON事例比較。

　　需要注意的是，意思和場景在標(biāo)簽內(nèi)傳送，而內(nèi)容是與標(biāo)簽有關(guān)的值。因?yàn)槔邮褂昧擞幸饬x的場景標(biāo)簽，你可以省略一些信息，增加其它信息，將它們的順序打亂，而不會(huì)改變單個(gè)元素的含義。

　　動(dòng)詞你需要將動(dòng)詞配搭名詞。對動(dòng)詞而言，可以使用表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移（REST）。據(jù)維基百科介紹，REST“是一種用于分布式超媒體系統(tǒng)的軟件架構(gòu)，如WWW。”REST意味著你在使用通用動(dòng)作組，其細(xì)節(jié)由場景進(jìn)行處理。對于像HTTP那樣的協(xié)議，我們一般討論7個(gè)不同的動(dòng)作或動(dòng)詞，其中4個(gè)完成設(shè)備云中的主要任務(wù)。這7個(gè)動(dòng)詞是：Get，Put，Post，Delete，Head，Trace和Connect。本文不打算對Head、Trace和Connect多作說明。我們真正需要關(guān)注最重要的4個(gè)：Get，Put，Post和Delete。下面介紹這些動(dòng)詞的含義。

　　每次你登錄網(wǎng)站，你就是在做Get。這是一個(gè)獲取或獲得文件或集合描述的一個(gè)請求。當(dāng)然，就像許多問題一樣，它們通常會(huì)導(dǎo)致更多的問題，因此一次“get”經(jīng)常招致另一個(gè)。Get是個(gè)動(dòng)詞，而URL加上所有插入的其它信息就是那個(gè)名詞。下一個(gè)是Put。Put是Get的反義詞，因此是將文件或集合上載或“put”到數(shù)據(jù)庫的一個(gè)請求。Delete是魔術(shù)擦除器。毫無疑問，如果有些東西已經(jīng)“放”在某個(gè)地方，我們可能想“取得”它的拷貝，但我們大多數(shù)時(shí)候還希望“刪除”這些東西。最后是Post。這是一個(gè)比較復(fù)雜的動(dòng)詞。最好將Post認(rèn)為是一個(gè)中間步驟或中繼。比方說你想要知道一個(gè)問題的答案，但確實(shí)不知道去問誰。你無法做Get，因?yàn)槟悴恢酪獑柺裁?。這是，你可以將所有信息打包并變成一個(gè)帖子（Post）。一旦“張貼”過后，所謂的專家過程將看到你的帖子并作出回應(yīng)。你可以實(shí)時(shí)等待響應(yīng)（同步），或離開這里并請求響應(yīng)通知（異步）。

　　為了將這些動(dòng)詞應(yīng)用到設(shè)備和應(yīng)用程序，讓我們假設(shè)你有一組連接著不同建筑物的溫度傳感器。每個(gè)傳感器每個(gè)小時(shí)使用合適的連接、匯聚和轉(zhuǎn)換功能將溫度值發(fā)送到設(shè)備云中的數(shù)據(jù)庫。在這種場景中，溫度值被“放（put）”進(jìn)云端。下一步假設(shè)應(yīng)用程序根據(jù)時(shí)間和地點(diǎn)對各個(gè)溫度進(jìn)行分析和繪圖。在這種場景中，應(yīng)用程序?qū)呐c合適時(shí)間和地點(diǎn)名詞相關(guān)的數(shù)據(jù)庫中“獲?。╣et）”這些值。進(jìn)一步假設(shè)你只想將數(shù)據(jù)保持一個(gè)月，因此每天都有一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程對過時(shí)的溫度值進(jìn)行“刪除”。最后，假設(shè)應(yīng)用程序的一位用戶想要實(shí)時(shí)的當(dāng)前溫度值，而不僅僅是最近幾個(gè)小時(shí)。在這種情況下，應(yīng)用程序?qū)⒃谥付ǖ攸c(diǎn)“張貼（post）”一個(gè)獲取當(dāng)前值的請求，等待請求得到處理并返回結(jié)果。這些就是Web服務(wù)使用簡單的名詞和動(dòng)詞的工作過程，

　　總之，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，利用合適的連接、匯聚和轉(zhuǎn)換功能，可以很容易將設(shè)備信息成功連接遠(yuǎn)端應(yīng)用程序。設(shè)備云和擴(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)隨后用作將數(shù)據(jù)橋接到應(yīng)用程序的管道。所有這些事情都是使用相對簡單的、與一組互聯(lián)網(wǎng)名詞緊密相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)動(dòng)詞組合完成的，沒有太大難度，只要記住REST和使用Post就可以了。