物联网平台通信层设计思考
自2012年起到现在，在物联网这个行业已经打磨将近8年。时常会思考，这个行业当中碰到的主要问题在哪里，从工业时代到信息化时代，时代带给我们的又有哪些，是什么促使时代的变化。而物联网又是一个在互联网环境下，催生的一个产物。当有互联网的时候，物体之间怎么进行数据交换，达到某种目的。
先阐述下物联网的基本概念：
物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。（摘自百度百科-物联网）
通信层设计的衍生思考我在这里先提出一个假设（源于最简单的思维），某人产生了想要去了解某种物体的想法，那么就需要有某种方式获取该物体的基本信息。当对该物体信息了解后，想要去控制它，那么就需要另一种方式去实现这个动作。
现在让我们跳出这个思维，进入另一个思维。
什么是通信？通信，通即交流，信即信息。在计算机的世界中，通即电子运动，信即电子规律运动表达的意思。
人能用到的工具有自身，以及制造的外在工具。要实现物联网，关键的纽带就在于信息交互工具。即通信层。
在寻找通信交互方式的过程中，发现有很多方式可以实现通信，TCP，UDP，485/232，短距离无线传输（433MHz）等等。
针对服务器来说，最常见的方式就是TCP，UDP。
要实现数据采集与设备，需要一个有效的沟通方式。若对实时性有一定的要求，则需要一般会选择TCP长连接。TCP长连接主要解决的一个问题是，对象的唯一性与实时性。
选择长连接的原因是，现阶段使用的是IPv4，而IPv4已经接近用完的情况，不能一个地址代表一个物体，所以需要socket来进行标识。需要对物体进行控制时，找到这个物体关联的socket（可以理解成一条管道），将数据传输到物体上。而万物互联的理想情况是，对每个物体（对实际需要进行观察的物体）进行身份标识（IPv6能解决这个问题）。而因为现有条件不能满足要求，则需要创造出该条件，则出现了另一个维度的标识该物体的方式（socket）（所有的设想都是建立在现有的技术的基础上）。
设计系统时，就需要以这个为前提进行设计。一个IP，外加一个PORT，形成一个入口。一个TCP长连接（socket），形成一条通道。该通道代表该物体的连接线，可以理解成是月老在服务器与物体之间牵了一条红线。
通道连接上后，之后的问题就是，数据流的问题了。
数据进行发送的时候，就像河水一样，数据是一直处于流通的状态。而流通状态中，数据势必会粘连在一起，所谓粘连也就是说，不知道这些数据从哪里开始与哪里结束。那么就催生出了各种协议。协议的目的是为了将数据进行拆解，得到有效的数据（该数据代表一种意思）。
有了数据之后，人们就会想，这个数据被截获了怎么办？那么就需要将数据进行某种改动，让数据不可猜想。就诞生了加密。而数据在传输过程中有可能传输过程中有可能产生错乱，那么数据校验就产生了。以这些为思考，就产生了技术。技术到底是什么，这值得思考。
通信层设计思路要实现物联网则需要一种手段来处理数据。物理网通信层就此诞生。华为的物联网平台，阿里的物联网平台等各种大平台也是为了解决这个问题。设备硬件厂商只要实现各大平台相关协议，就能接入到这些平台中。而这些平台解决的是，物体通信管道的问题。当通信解决后，其他的衍生功能，就可以围绕业务需求进行展开了。
虽然现在已经有了各种成熟的平台，但是总是会碰到需要自己进行设计通信层的场景存在。也就有了今天这篇总结性的**。
在设计通信层的过程中，碰到了很多问题，诸如设备在线情况，设备标识问题，控制实时性，数据准确性，数据一致性，数据粘包等一系列问题。
通信的作用主要是为了交换数据，服务器与设备交换数据后，对数据进行处理和判断，并进行反馈。
设计当中需要注意的主要有一下几点：
1. TCP长连接保活
2. TCP虚连接
3. 数据粘包
4. 设备标识
5. 数据校验
TCP长连接TCP通信中，经常碰到的问题是需要发送命令命令给设备的时候，设备不在线。这就需要设备实现长连接功能，一直保持socket有效。这时就需要引入心跳包的概念，在固定时间间隔内，设备发送特定报文给服务器，而服务器判断特定时间内是否有报文在发送，或者定时判断每个socket是否有心跳包报文。
TCP虚连接由TCP建立连接叫做虚连接，底层系统不对连接提供硬件或软件支持，所以当服务器或运营商出现以外的断开，虚连接未得到及时反馈，导致虚连接处于连接状态。这是就需要有一种机制，需要知道虚连接是否有效，这时，就需要心跳包来处理。当一定时间端内（如10秒），硬件发送心跳后，服务器没有回馈，则代表服务器或者运营商网络出现问题，需要重新发起TCP连接。
数据粘包TCP通信中，数据是以数据流的方式进行传输的。TCP本身会保证数据的有效性，则一般情况下，不需要验证数据包正确与否，而是主要处理数据粘包问题。
一般数据分为两种，字符型数据与16进制数据。
字符型数据需要处理好编码问题，主要关注点就是windows与linux中的系统编码，windows中一般为GB2321，而linux中一般为UTF-8，而同时客户端也需要相应的进行解码和编码。
16进制数据则需要定义一种协议规则，一般设计原则是，数据长度+功能码+数据内容+校验码。
设备标识设备标识代表设备，用于通信中将数据准确的送到设备上，设计一个设备注册报文，tcp连接成功后，发送该报文，服务器接收到注册报文后，把设备标识赋值给socket。
数据校验服务器接收到数据后，若我们需要对数据进一步校验，则在报文中需要加入校验字段，这个校验字段可以是CRC校验、奇偶校验或者其他类型的校验，保证硬件上发的数据是本身就是正确的（如果数据在硬件层面就发送错误的话）。当校验失败的时候，需要一种策略来处理数据，是否向硬件传递一个信息，让硬件重新发送正确的数据，或者将错误信息推送给管理人员等。
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