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Dotdot:物联网的语言

字号+ 作者:Ezra Hale 来源:eettaiwan 2018-04-19 13:45

Dotdot是智能装置在任意网络上进行通讯的通用语言。虽然最初的重点在于Dotdot over Thread,但Dotdot基于IP友好协议和IPv6,因此要扩展到Wi-Fi、以太网络或其他IP网络也很简单

 

Ezra Hale,Silicon Labs软件系统工程经理暨ZigBee联盟Mesh IP技术小组委员会主席



Dotdot是智能装置在任意网络上进行通讯的通用语言。虽然最初的重点在于Dotdot over Thread,但Dotdot基于IP友好协议和IPv6,因此要扩展到Wi-Fi、以太网络或其他IP网络也很简单。那么,Dotdot如何迎接物联网IP连接和安全的新时代?
 
2013年时,有三名工程师(分别来自一家协议堆栈供货商和两家彼此竞争的门锁制造商)坐在波士顿(Boston)一间没有窗户的会议室里,针对建构他们的物联网(IoT)装置达成协议。两家制造商的门锁设计各具特色,都希望能融入ZigBee生态系统,并且以相同的方式进行产品通讯。这次想法交流的冲击产生了一些具有争议的地方,但是几天后,这些工程师们达成了共识,形成了ZigBee丛集库(ZigBee Cluster Library,ZCL)中的门锁丛集(Door Lock Cluster)。
 
物联网网络标准的关键要素:通用应用层
 
在应用层,ZigBee透过称为「丛集」(Cluster)的实体提供标准化的通讯协议。丛集定义了装置能发送或接收什么命令,以及装置注意哪些数据或属性。门锁丛集定义了包括依照预定时间表的上锁及解锁时间以及密码锁等所有功能。因此,在ZigBee协议堆栈的绝对顶层,门锁有着非常明确和标准化的方式,能与ZigBee网络的其余部份和外部世界进行通讯。
 
这听起来乎平淡无奇,但是重要的是,这些工程师进行的工作已经在ZigBee中重现了数百次。在过去的十年中,ZigBee的成员公司已经建构了ZigBee丛集库,涵盖范围从照明到窗户传感器,从恒温器到智能电表等各种应用功能。这是ZCL的核心,当被移植到其他网络传输时,它便是ZigBee所提供的真正价值。
 
在物联网中,每个智能装置都必须在应用层中理解和使用相同语言。人们期望智慧中枢(smart hub)知道如何与现成的门锁或恒温器进行通讯和控制。少了通用应用层,网络层性能如何其实就不重要了。通用应用层是物联网网络标准需求的一个关键要素,是将ZigBee丛集库移植为通用、独立应用语言的核心价值,也是ZigBee为物联网通用语言——Dotdot所取得的成就。
 
Dotdot是智能装置在任意网络上进行通讯的通用标准应用语言。

 
Dotdot是运行在Thread网络协议上的应用层
 
采用Thread的理由:IP友好的网络层
 
Thread网络协议使用6LoWPAN,这是一种IPv6的精简形式。这使得Thread装置能够直接与其他IP装置进行互动,无需像在ZigBee 3.0中通过网关。Thread网络上的边界路由器充当了从IPv6数据流量到云端的通道,反之亦然。因此,Thread网络上的装置可以直接与其他IP装置进行互动。
 
采用Dotdot的原因:IP友好的应用层
 
Dotdot使用因特网工程任务组(IETF)定义的通用、IP友好协议规范,例如受限制的应用层协议(CoAP)和简明二进制对象表示(CBOR)。因此,开放数据库可用于开发应用,大幅加速了装置开发进程。
 
联合且更进阶的安全性
 
Dotdot over Thread (如图)需要使用数据封包传输层安全(Datagram Transport Layer Security)或DTLS。这使得Thread网络上的装置能够确保它们不仅与受信任的装置通讯,还确保其通讯安全。除了使用DTLS之外,Dotdot还需要在约束环境(ACE)上使用的认证和授权,通常称为访问控制(Access Control)。访问控制允许部署装置准确的指定一个装置上哪些资源是可用的,甚至即使恒温器及门锁共享DTLS连接,它也不能直接控制锁,除非它具备适当的访问权限。
 
迄今为止,产品开发人员不得不在以下技术中进行选择:a)支持可靠的、本地的、装置对装置的互操作性,但通常其产品(和他们的数据)在第三方网关上遇到困难,或是b)将这些产品直接连接到因特网,但是为了采用有效的方式将装置连接在一起,不得不面对可靠性、互操作性和用户体验带来的挑战。
 
Dotdot over Thread提供了两全其美的解决方案。
 
装置对装置通讯
 
ZigBee丛集库是针对低功耗和有损网络(Lossy Network)上装置到装置通讯以及电池供电装置而建构和优化的。这意味着信息被压缩成精巧、最适于单个127字节802.15. 4数据封包之内。另外,讯息模式基于最小化装置之间的通讯和多余「交流」,而电池供电的装置开启其大部份的通讯,这是因为它们在睡眠时无法可靠的接收。Dotdot的开发保持了ZCL中的这些基本原则和经验,以确保同样适用于这些低功耗和有损网络,同时转换到已知IP友好协议。
 
直接连网至云端
 
使用Thread可以消除在网状网络(mesh network)上通常需要的网关,它直接掌握如何与每个装置通讯。透过使用通用Thread边界路由器,就可能从因特网上的任何位置创建一个DTLS连接本地网状网络上的装置,并且与该装置安全通讯。这允许物联网系统的「大脑」处于云端,而能与网络上的装置直接通讯,而无需担心网关上的韧体版本。Thread边界路由器充当一个信道,因此当网状网络的组成发生变化以及增加新装置或升级时,它就不需要进行韧体升级。这意味着可以进行一些复杂的事情,例如透过安全信道,从云端直接更新网状网络上的装置韧体,进而大幅简化网状网络装置的管理。
 
Dotdot到ZigBee通讯
 
由于Dotdot是从ZCL衍生出来的,因此使用网关在二者之间进行转换很简单。这是至关重要的,因为它意味着新的Dotdot装置可以无缝桥接到现有的ZigBee装置,确保顺畅的用户体验和互操作性。这也意味着现有的ZigBee装置可以使用Dotdot和IP友好的协议桥接到云端,简化远程装置的控制和管理。
 
ZigBee已经认证了近十年的应用层功能(ZigBee丛集库)。ZigBee联盟(Zigbee Alliance)也在为Dotdot开发一个自动测试环境。该测试环境确保ZigBee及其成员能够认证Dotdot装置及其应用层功能,同时确保来自不同供货商的装置能够在同一网状网络上互通。当您选择Dotdot作为物联网装置的应用层时,就能拥有可靠且通过认证项目所带来的优点。
 
其他IP网络上的Dotdot
 
虽然最初的焦点是Dotdot over Thread,但是扩展到其他IP网络也相对简单。Dotdot基于IP友好协议和IPv6,因此,其用途可以很容易地扩展到Wi-Fi或以太网络(Ethernet)。对于本质上不支持IPv6或IP协议的蓝牙(Bluetooth)传输技术等,则需要进行一些调整。








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