全端物聯網探索之旅 - 重點整理版
TRANSCRIPT
物聯網
1
異 質 混 合
機 器 區 網
同 質 網 路
獨 立 連 網
Cloud/Web
物聯網方案不會只有一種，
但它們都往
同一個地方匯流。
這意味著「 」
Full-Stack Web Development
2
前端 後端
全端
Example MEAN Stack
前端語言：JavaScript, HTML, CSS
前端(框架)：JQuery, Bootstrap, Handlebars, Backbone, Angular, React, 五花八門
後端語言：Node.js, PHP, Ruby, Python, ...
後端框架：Express, Laravel, Rails, Django, ...
資料庫：SQL, MongoDB, …
Full-Stack IoT Development
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前端
後端
機器網路
公開或專用、私有標準
通訊協定的選擇
節點硬韌體 (通訊晶片/模組)
是否需要閘道器
機器網路管理
裝置連網有簡單、也有複雜的做法
使 Web 開發者輕鬆投入 IoT 成為可能
不 Full-stack 都不行
4
物聯網 應用
Web/Cloud 服務 儲存設施 API Gateway
周邊裝置設計 (硬/韌體) 組織網路 (PAN/WAN) 與網管 (本地) 機器網路應用程式 閘道器之需求與設計
視覺設計 體驗設計 (跨平台)應用程式
Web Front End and Back End
5
Web Front/Back Ends
6
後端 Server
傳統架構 (Web 1.0)
前端 靜態
前端是靜態的， 它是後端 MVC 的 V
Router /Controller
前端 Client
模板引擎 (Template Engine)
Ajax/Comet
7
Web 2.0+：動態、即時、互動性強 前端從「頁面」走向「應用程式」
後端 Server
Router /Controller
前端
前端 Client
動態
HTML
HTTP RSP
JS
WS
SSE
AJAX JS
HTML
Web 2.0+ 前端可以獨立獲取數據， 因此有了自己的 MVC
在後端環境進行前端開發
8
Task Runner
Package Manager
Pre-compiler Transpiler
Bundler
Linter Dev
Server
npm, bower, spm, pip, gem
webpack, RequireJS (AMD), Browserify (CommonJS)
Non-JS Resources (via plugin, transform, loader)
Babel (ES6, ES7, JSX), less, sass
Utils
JSHint, ESHint
uglify, watchify
grunt, gulp, npm, webpack
Node.js
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Node.js Core
Node.js Bindings (C++)
Google V8 (C++) libuv
JavaScript Engine Cross-platform Async I/O
Server-side, JS runtime
┌───────────────────────┐┌─>│ timers ││ └──────────┬────────────┘│ ┌──────────┴────────────┐│ │ I/O callbacks ││ └──────────┬────────────┘│ ┌──────────┴────────────┐│ │ idle, prepare ││ └──────────┬────────────┘│ ┌──────────┴────────────┐│ │ poll ││ └──────────┬────────────┘│ ┌──────────┴────────────┐│ │ check ││ └──────────┬────────────┘│ ┌──────────┴────────────┐└──┤ close callbacks │
└───────────────────────┘
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Concurrency – Event Loop
Network I/O TCP, UDP, TTY, …
File I/O
DNS Ops.
User code
uv__io_t
epoll kqueue event ports IOCP
TRD Pool
Linux OSX/BSD SunOS Windows
Async I/O – libuv
設計命令行工具 (CLI Tool)
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使用 JavaScript 寫命令行工具
process.argv[]
命令行剖析／問答式框架
node-optimist minimist (substack)
nomnom commander (tj)
yargs
inquirer, liftoff, vantage, vorpal
終端著色 / 圖形工具 / 框架
chalk, cli-color
clui, ora, cli-spinners
blessed, react-blessed
除錯工具
11
$ npm install iron-node -g $ iron-node app.js
$ npm install devtool -g $ devtool app.js
Chrome DevTools
IDE 內建/外掛除錯環境
WebStorm, VS Code, Cloud9, Nuclide, Eclipse, ATOM, brackets, …
break; $ node debug app.js # c, n, s, o
$ npm install node-inspector -g $ node-debug app.js
原生除錯工具
第三方工具
除錯訊息與日誌 (Logging)
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stdout / stderr [ + pipe ] [ + redirect ] 時間戳
格式
層級
位置
uuid
捲動
console.log(); console.error();
$ node app.js $ node app.js > ./mylog
$ npm install winston --save $ node app.js
$ npm install bunyan --save $ node app.js | bunyan [opts]
$ npm install pino --save $ node app.js | pino-<xxx>
json
text $ npm install debug --save $ DEBUG=namespace node app.js
intel, log4js, loggly, bole
第三方模組
測試框架/工具
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Test Framework
Assertions Test Double
Code Coverage
Hosted CI Services
Travis CI, Circle CI, GitLab CI, wercker, codeship
mocha, jasmie-node, tape, tap
istanbul, JSCover, blanket.js
sinon.js assert, should, expect, chai
物聯網大亂鬥
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網路拓撲
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E C
Point-to-Point
Star Network
C
E
E
E E
E
E
Star-of-Starts Network
C
E
G E
E
E E
G E
E
E
Mesh Network
C
E
E E
E
E
R
R
R E
R R
R E
E
依區域範疇劃分
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# 空間範疇 典型距離 協定範例
1 Near Field < 10 cm NFC Forum
2 PAN 1 m ~ 50 m Bluetooth, ZigBee, Thread, IEEE 802.15.4
3 LAN 50 m ~ 1 km Wi-Fi, Ethernet
4 (LP)WAN 1 km ~ 50 km SigFix, LoRa, 5G, 4G, 3G, Internet
距離
資 料 傳 輸 率 LPWAN
WAN PAN
LAN
常見 PAN/WAN 之特性
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# 協定 耗電量 室內距離 MESH 開放度 易用度 網際網路
1 EnOcean 非常低 < 30 m 否 低 中等 否
2 ZigBee 低 < 50 m 是 低 困難 否
3 Thread 低 < 50 m 是 中 中等 是
4 BLE 低 < 50 m 2016 (否) 中 中等 否
5 WiFi 高 (新低) < 30 m 否 高 簡單 是
# 協定 耗電量 距離 下行 開放度 覆蓋率
1 Weightless 非常低 20+ km 受限 中 中
2 SigFox 非常低 30+ km 受限 低 中高
3 LoRa 非常低 30+ km 受限 中 中
4 3G/4G 高 50+ km 是 高 高
5 5G 非常低 未知 未知 高 部分佈建
協定堆疊
18
OSI 7 Layers
Physical
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application
Internet Protocol Suite (TCP/IP)
Application
Transport
Network
Physical (Link)
FTP
TLS SSL
ZigBee
IEEE 802.15.4
6LoWPAN IPv6 IPv4
IEEE 802.3/ IEEE 802.11
(Ethernet/WiFi)
TCP UDP
HTTP MQTT MQTT-SN CoAP
SigFox LoRa
EnOcean
BLE
Thread
LWM2M：輕量型機器對機器協定
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網路組織與裝置管理
Machine Server Bootstrap Server
Machine Network Management Layer (REST Interface)
register deregister update read write
write attrs execute create delete observe
bootstrap
notify
end-nodes
LWM2M URLs /{object}/{instance}/{resource}
/3303/0/5700 (= /temperature/0/sensedValue)
BLE
20
降低物聯網應用開發門檻。
立志以 Node.js 掀起全端物聯網開發革命！
機器網路
後端
前端
LoRa Thread
01
02
03
04
ZigBee
CoAP
MQTT