构建万物互联网络

Mozilla 正在致力于创建一个万物互联网络框架,该框架由软件和服务组成,可以弥合连接设备之间的通信鸿沟。通过为这些设备提供 Web URL 以及标准化的数据模型和 API,我们正在朝着一个更加去中心化的物联网迈进,这个物联网是安全、开放和互操作的。

互联网和万维网建立在开放标准之上,这些标准在设计上是去中心化的,任何人都可以自由地实施这些标准并连接到网络,而无需中央控制点。这导致了数亿台个人电脑和数十亿部智能手机的爆炸式增长,它们都可以在一个全球网络上相互通信。

随着技术从个人电脑和智能手机发展到我们周围的一切都连接到互联网的世界,我们家、城市、汽车、衣服甚至我们身体中的新型设备每天都在上线。

物联网

“物联网”(IoT)一词用来描述如何将物理对象连接到互联网,以便能够发现、监控、控制或与其交互。与任何技术进步一样,这些创新带来了巨大的新机遇,但也带来了新的风险。

在 Mozilla,我们的使命是“确保互联网成为一项全球公共资源,对所有人开放和可访问。一个真正将人放在首位的互联网,个人可以在其中塑造自己的体验,并获得赋权、安全和独立。”

如今,这个使命比以往任何时候都更加重要,因为我们周围的一切都正在被设计成连接到互联网。随着新型设备上线,它们带来了围绕安全、隐私和互操作性的重大新挑战。

许多连接到互联网的新设备都不安全,没有接收软件更新来修复漏洞,并且引发了围绕收集、存储和使用大量极其个人数据的新隐私问题。

此外,当今大多数物联网设备都使用专有的垂直技术栈,这些技术栈围绕着一个中央控制点构建,并且并不总是能够相互通信。当它们确实相互通信时,需要每个供应商进行集成才能将这些系统连接在一起。人们正在努力创建标准,但形势极其复杂,目前还没有一个单一的优势模型或市场领导者。

A chart of leading proprietary IoT stacks

万物互联网络

如今使用物联网就像在万维网出现之前在互联网上共享信息一样。当时存在竞争的超文本系统和专有的 GUI,但互联网缺乏用于共享和链接信息的统一应用程序层协议。

“万物互联网络”(WoT)旨在吸取万维网的经验教训并将其应用于物联网。它旨在通过为事物在 Web 上提供 URL 以使其可链接和可发现,以及定义标准数据模型和 API 以使其能够互操作,从而创建去中心化的物联网。

A table showing Web of Things standards

万物互联网络不仅仅是另一个与现有平台竞争的垂直物联网技术栈。它旨在作为统一的水平应用程序层,将多个底层物联网协议连接在一起。

万物互联网络并非从头开始构建,而是建立在现有的、经过验证的 Web 标准之上,例如 REST、HTTPJSONWebSockets 和 TLS(传输层安全)。万物互联网络还需要新的 Web 标准。特别是,我们认为需要一种 Web 事物描述格式来描述事物,一种 REST 风格的 Web 事物 API 来与之交互,以及可能针对物联网用例和资源受限设备使用而优化的下一代 HTTP。

万物互联网络不仅仅是 Mozilla 的一项倡议,已经有一个完善的万物互联网络社区以及在IETFW3COCFOGC的相关标准化工作。Mozilla 计划参与这个社区,以帮助定义新的 Web 标准并推广围绕隐私、安全和互操作性的最佳实践。

从现有工作中,出现了三种将事物连接到 Web 的关键集成模式,这些模式由将万物互联网络 API 公开到互联网的点定义。

Diagram comparing Direct, Gateway, and Cloud Integration Patterns

直接集成模式

最简单的模式是直接集成模式,其中设备将万物互联网络 API 直接公开到互联网。这对于能够支持 TCP/IP 和 HTTP 并且可以直接连接到互联网的相对高性能设备(例如 WiFi 摄像头)很有用。对于可能需要使用 NAT 或 TCP 隧道才能穿越防火墙的家用网络上的设备,此模式可能很棘手。它还更直接地将设备暴露于来自互联网的安全威胁。

网关集成模式

网关集成模式适用于无法自行运行 HTTP 服务器的资源受限设备,因此它们使用网关将其桥接到 Web。对于功率有限或使用蓝牙或 ZigBee 等不直接连接到互联网的 PAN 网络技术的设备(例如电池供电的门传感器),此模式特别有用。网关还可以用于将各种现有的物联网设备桥接到 Web。

云集成模式

在云集成模式中,万物互联网络 API 由充当远程网关的云服务器公开,并且设备使用其他一些协议与后端的服务器通信。此模式对于需要集中协调的大量分布在广泛地理区域的设备(例如空气污染传感器)特别有用。

Mozilla 的 Project Things 项目

在 Mozilla 的新兴技术团队中,我们正在开发一个实验性的软件和服务框架,以帮助开发人员以安全、可靠和可互操作的方式将“事物”连接到 Web。

Things Framework diagram

Project Things 项目最初将专注于开发三个组件

  • Things Gateway——一个开源的万物互联网络网关实现,有助于将现有的物联网设备桥接到 Web
  • Things Cloud——一组 Mozilla 托管的云服务,有助于管理分布在广泛地理区域的大量物联网设备
  • Things Framework——可重用的软件组件,有助于创建直接连接到万物互联网络的物联网设备

Things Gateway

今天,我们宣布此系统第一个组件 Things Gateway 的原型可用。我们提供了一个软件镜像,您可以使用它来使用 Raspberry Pi 构建您自己的万物互联网络网关

Things Gateway diagram

到目前为止,此早期原型具有以下功能

  • 轻松发现您本地网络上的网关
  • 选择一个 Web 地址,该地址通过安全的 TLS 隧道将您的家庭连接到互联网,无需在您的家庭网络上进行任何配置
  • 创建用户名和密码以授权访问您的网关
  • 发现并将市售的 ZigBee 和 Z-Wave 智能插头连接到网关
  • 从网关本身托管的 Web 应用中打开和关闭这些智能插头

我们在开发的非常早期的阶段发布此原型,以便黑客和制造商能够获得源代码以构建他们自己的万物互联网络网关,并在早期阶段为该项目做出贡献。

此初始原型使用 JavaScript 和 NodeJS Web 服务器实现,但我们正在探索一个适配器插件系统,以允许开发人员将来使用其他编程语言(如 Rust)构建他们自己的万物互联网络适配器。

Web 事物 API

我们在构建此物联网框架中的目标是通过创建体现 Mozilla 价值观并帮助推动围绕安全、隐私和互操作性的物联网标准的万物互联网络实现来树立榜样。我们的目标不仅是创建一个 Mozilla 物联网平台,而且是创建一个开源的万物互联网络 API 实现,任何人都可以使用他们选择的编程语言和操作系统自行实现。

为此,我们已开始着手起草Web 事物 API 规范,以便最终提出标准化建议。这包括一种简单但可扩展的Web 事物描述格式,以及具有默认 JSON 编码的 REST + WebSockets Web 事物 API。我们希望这种务实的方案能够吸引 Web 开发人员,并帮助他们成为 WoT 开发人员,从而帮助实现我们对去中心化物联网的愿景。

我们鼓励开发人员尝试在现实生活用例中使用此 API 草案,并提供反馈,说明其有效性,以便我们对其进行改进。

Web Thing API spec - Member Submission

参与进来

您可以通过多种方式为这项工作做出贡献,其中一些包括

  • 构建 Web 事物——构建您自己的使用Web 事物 API的物联网设备
  • 创建适配器——创建适配器以将现有的物联网协议或设备桥接到 Web
  • 参与 Project Things 项目——帮助我们开发 Mozilla 的万物互联网络实现

您可以在iot.mozilla.org上了解更多信息,我们所有的源代码都在 GitHub 上。您可以在 irc.mozilla.org 上的 #iot 频道或我们的公开邮件列表上找到我们。

关于 Ben Francis

前 Mozilla 软件工程师。W3C 关于 Web 应用程序和万物互联网络的受邀专家。

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3 条评论

  1. Roland

    感谢这篇文章。听起来事情正在那里进展。

    2017 年 7 月 6 日 22:30

  2. Sally G

    我知道每个人都对物联网或万物互联网络很感兴趣,但我对隐私和安全问题有重大担忧——今天我读到一篇关于攻击堪萨斯沃尔夫溪核电站的文章加剧了我的担忧——幸运的是,是企业网络,而不是运营网络:https://www.bloomberg.com/news/articles/2017-07-07/russians-are-said-to-be-suspects-in-hacks-involving-nuclear-site
    文章摘录:“核电站的操作系统也往往是几十年前构建的旧版控制系统,没有可以被黑客利用的数字控制系统。例如,沃尔夫溪于 1985 年开始运营。‘它们相对不受此类攻击的影响,’莱曼说。”
    我们这些年纪大一点的人可能对网络安全更加怀疑,但是随着连接变得越来越普遍,我们该如何确保信息和设备的安全和隐私呢?

    2017 年 7 月 7 日 15:16

  3. Henning Summer

    非常好!恭喜 Ben!我相信 WoT 项目是未来物联网的未来,它不仅连接家庭事物和物体,还连接世界上的所有事物,生成数据,使我们能够更好地了解地球!

    2017 年 7 月 7 日 22:06

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