随着JavaScript语言的流行和物联网领域的兴起，我们看到了它们结合的可能性，也发现它特别适合物联网的开发事物。因此，在本文中，笔者将主要介绍以下三个方面：典型的物联网架构及多语言带来的问题；仅使用JavaScript语言的物联网架构；基于JavaScript的物联网不同层次结构的详细解释。那么，让我们来看看典型的物联网架构是什么样的。典型的物联网架构我们甚至可以认为物联网只是互联网的延伸。与传统的C/S架构相比，它多了一个“数据采集层”，我们称之为传感器层、硬件层等，数据的输出不再只是用户，也来自各种联网的设备。物联网不再局限于使用HTTP协议传输数据，它还使用CoAP（约束应用协议）、MQTT（消息队列遥测传输）协议。物联网的四个层次目前物联网的应用需要控制和数据处理。指令由用户逐层下发给终端，直到硬件端被设备执行。数据逐层上报，直至可视化。因此，相对于互联网的架构（如图1和图2所示），起点和终点是不同的：指令的终点和数据的起点变成了硬件层，而不是硬件层。绝对用户层。数据从客户端A发送到服务器，客户端B从服务器获取A的数据，这样就完成了一个循环。物联网架构稍微麻烦一点，多了一层，多了一步。硬件层的微控制器通过直连采集温度、湿度等各种数据。但是，由于单片机的成本和环境条件等因素，可能无法直接连接到互联网。因此，需要连接到一些额外的互联网连接设备才能工作。这些联网的设备将负责处理来自各种硬件设备的数据，并上传到服务器。同时提供无线（如蓝牙、红外、ZigBee）接口作为数据入口。因此，这一层需要具备更好的数据处理能力，并且能够快速开发。因为这些设备主要做协调工作，所以我们习惯称它为“协调层”。使用多种语言的物联网多年前，笔者做过一个简单的物联网系统：使用Python中的Django作为web服务框架，DjangoRESTFramework创建RESTfulAPI；为了使用手机作为控制器，还用Java写了一个Android应用程序；在硬件端使用RaspberryPi作为协调层连接网络，向硬件传输控制信号；硬件端使用Arduino作为控制器，编写代码非常简单；也使用ZigBee模块XBee和I2C作为Media连接不同的Arduino模块；***，还需要在网页上做一个图表来显示实时数据。为此，我们需要使用五种语言：Python、Java、javascript、C、Arduino。而如果我们要编写相应的iOS应用，就需要用到Objective-C。与大多数其他物联网项目一样，这是一场灾难。在做这样一个IoT项目之前，我们需要找六种不同类型的工程师：设计电路图的硬件工程师，懂硬件的嵌入式工程师，写服务端应用的工程师，写web前端的工程师，以及相应的Android和ios工程师。撇开系统本身的协作不谈，要找到这么多工程师也不是一件容易的事。而如果我们能够只使用一种语言，将会大大提高开发效率和开发人员的问题。JavaScript语言下的物联网架构JavaScript语言近年来特别火爆，其火爆的原因有很多，比如：使用WebView开发UI效率更高，从而让WebView无处不在；事件驱动编程模型；JavaScript易于使用（这是优点，也是缺点）；因此，React、Unity等框架提供了更多的可能性，让开发者可以使用JavaScript开发游戏、VR应用等。那么，我们可以仅使用JavaScript设计什么样的物联网系统呢？基于纯JavaScript的物联网架构如上所述，几年前很难找到一种语言来完成一个包括客户端和服务器的系统。随着客户端（浏览器、移动设备）性能的提高和Node.js的出现，出现了这样一门语言，即JavaScript。它不仅可以让我们只使用一种语言来降低开发成本，而且可以快速开发这样一个系统。那么，剩下的问题就是，在不同的层次上，如何选择合适的框架来实现快速发展。如图3所示，我们可以看到不同级别的可选JavaScript解决方案。其中，有些纯粹是为了证明JavaScript是可行的；有些可以实现开发效率和运行速度的完美平衡。选择这些解决方案使我们能够实现更快的JavaScriptIoT应用程序开发。服务层对于服务层，自研物联网服务器主要采用基于node.js的方案。但是，我们发现越来越多的应用在使用Serverless架构，不仅可以快速推出一个可用的原型，而且以后可以很方便的基于这个原型添加业务功能。图4展示了我们见过的物联网服务层的三种方案：独立开发：遵循传统的服务端开发模式，定义自己需要的功能；使用云服务：直接使用成熟的物联网云服务，将各种需要的功能集成在云端；Serverless：Server可以看作是在云服务之上的独立开发，结合??了两者的便利性。每个解决方案都有自己的特点，也适用于不同开发能力的项目。但是如果要实现快速开发，那么理想的方式就是采用Serverless架构模型。自主开发是出于不同的原因，比如保密性、安全性、可扩展性、核心技术等，一定规模的公司都会采用自主开发的方式。这种开发方式与Web应用开发方式没有太大区别，都是对数据进行CRUD操作。并且像前后端分离架构一样，以API作为接口，同时支持不同的传输协议，比如MQTT、CoAP等。比如Lan（https://github.com/phodal/lan），作者之前在GitHub上开源，是一个物联网服务器的简化示例。基于Node.js和MongoDB，其架构如图5所示。使用传统的关系型数据库来存储用户信息；使用NoSQL处理不同的传感器数据；提供UI界面，供管理者管理用户；在协议上提供对HTTP、CoAP、MQTT、WebSocket等的支持，方便不同类型的适配。此外，在存储方面，物联网系统使用NoSQL作为存储介质将具有更大的优势。一般来说，物联网系统的数据写入的场景远远多于读取的场景。同时，由于设备种类繁多，不可能为每种设备创建一个表；或者考虑大量设备的特点建立一个总表，但这样的表在未来可能仍然不适用。因此，对于物联网数据，选择MongoDB等NoSQL数据库有一些优势：灵活性。使用非结构化数据模型，可以存储和处理任何结构的数据；支持横向扩展。NoSQL数据库的分布式存储架构，带来极佳的横向扩展性；实时数据分析。例如，MongoDB可以通过丰富的索引和查询支持，包括辅助、地理空间和文本搜索索引、聚合框架和本地MapReduce，就地对传感器数据进行报告分析。但是，这样的系统不可避免地存在开发周期长的问题。如果您需要快速验证，您应该考虑使用云服务来完成一些功能。物联网云服务对于硬件团队来说，直接使用云服务是构建物联网系统更简单、更快捷的方式。使用物联网云服务意味着我们可以在硬件层直接上传传感器数据，在应用层获取并分析这些数据。这类比较成熟的服务有AWSIoTThings（如图6）、AzureIoT等。基于AWSIoTThings，我们只需要在云端定义相应的数据处理规则，就可以直接连接到硬件方面的服务。但值得注意的是，单一的云服务无法提供复杂的功能，此时需要一些额外的服务。ServerlessServerless架构（如图7所示）是一种云服务，但它在可编程性和云服务之间做了折衷。它是一个基于互联网的技术架构概念。应用逻辑并不是全部在服务器端实现，而是采用FaaS（FunctionasaService）架构，通过函数组合来实现应用逻辑。理论上，这些服务提供了一层API封装，不限制我们使用的语言。使用Serverless服务，我们可以拥有更好的快速开发能力，使用同一种语言（JavaScript）来完成编程。在这个过程中，开发者要做的是：在不同的服务之间传递数据，每次只处理下一个服务需要的数据，类似于PipeandFilters架构模式。例如，一个典型的物联网应用的数据传输过程如下：对设备进行认证；转换和存储设备的数据；广播通知其他监听设备数据的服务；后台查询数据；分析数据（人工智能）；可视化数据。只需少量的编程，我们就可以完成服务器端的开发。随后，着重于硬件层的开发和应用层的业务功能。应用层在应用层方面，JavaScript已经被大量使用。除了传统的桌面浏览器，还有更多可以开发JavaScript的领域。比如对于移动应用，已经有基于Cordova+WebView的成熟解决方案，而近两三年开始流行的ReactNative，让开发者可以使用JavaScript来完成物联网移动应用的开发。再比如微信小程序，可以直接使用蓝牙连接硬件设备，也可以使用JavaScript来编程。因此，从目前的Web趋势来看，在应用层，JavaScript将是快速入门的主流选择。在日常应用中，我们可以找到物联网的应用层，它经常被用作连接硬件和上传应用数据的协调设备。比如共享单车、智能手环应用等，它们不仅通过蓝牙获取数据，还向服务器上传数据。同时，有相当多的应用程序运行在桌面客户端上。因此，这一层的应用有很多种。如今，开发者在为移动端进行技术选型时，会优先考虑跨平台能力（android、iOS）。在这些跨平台框架中，混合应用框架Cordova（WebView）和ReactNative是使用最广泛的两个框架，它们都使用JavaScript作为核心开发语言。Cordova使用WebView呈现页面。因此，与ReavtNative相比，使用Cordova最大的优势在于可以复用已有的web前端应用的逻辑，并且有大量的图表工具可以直接使用——这一点在物联网应用中尤为重要.在混合应用框架中，Ionic是该领域使用最多的UI框架。ReactNative使用原生组件渲染UI组件，不仅可以解决Cordova饱受诟病的性能问题；同时也可以嵌入WebView解决一些复杂的图表显示问题。但如果只能通过蓝牙交互，可以考虑PWA或者微信小程序。运行在Chrome浏览器上的PWA应用可以直接使用Bluetooth、NFC、USB等WebDevicesAPI，即直接调用浏览器上的原生接口，实现对设备的控制。比如去年流行的微信小程序，也可以接入蓝牙、GPS、指南针、加速度计等硬件接口。同时，用户无安装成本，即开即用。此外，Electron、NW.js等框架允许开发者直接使用WebView+Node.js模块开发物联网桌面应用。可以加快UI界面的开发速度，轻松美化UI界面。硬件层在硬件层。目前，除了自带Wi-Fi的ESP8266开发板外，Arduino是最适合做原型的硬件。虽然使用JavaScript的开发板数量不多，也没有Arduino那样成熟的生态，但未来可期。在嵌入式领域，用JavaScript编写的代码具有移植性强、事件驱动、内在异步支持等特点。遗憾的是，为了保持上述JavaScript特性，目前的JavaScript开发板都需要具有较高处理性能的处理器，这也导致此类开发板的生产成本较高。不过，好消息是，大多数使用JavaScript作为开发语言的设备都具备连接互联网的网络功能，可以直接作为物联网设备使用。目前这类设备包括Tessel、Espruino、Ruff等，它们的处理器性能相当不错，价格也比较高。但是他们可以直接使用JavaScript，可以为软件开发工程师屏蔽底层细节、事件驱动和异步特性，带来更好的开发体验。幸运的是，三星推出的开源物联网框架IoT.js只需要64KBRAM和200KBROM。将来，也许它可以解决一些制造成本问题。协调层当我们的硬件层不能直接连接到互联网时，协调层就可以完成这样的功能。作为协调层设备，它应该能够连接一定数量的单片机，??接收它们的数据，并上传到服务器；它还可以与服务器通信，获取一些控制指令，并及时将这些指令发送给服务器。不同的控制器。所以，它需要有更好的处理能力，更多的RAM、ROM等。因此，在这个级别使用JavaScript不是成本问题。我们只需要利用类似于服务器和应用层的知识，就可以快速将设备连接到网络中心。您还可以直接在本地Linux机器上编写代码，然后在您的设备上无缝运行。这类应用依赖于Node.js引擎实现快速开发。可以运行在流行的树莓派、OpenWRT路由器等带有嵌入式系统的开发板上，我们只需要一块运行嵌入式linux系统的开发板就可以完成这项工作。同时，主流的ARM开发板都提供了相应的Linux移植，所以在这个层面上，我们只需要专注于业务实现即可。总结如上所述，物联网应用的架构与Web应用的架构并没有太大区别，只是在其上进行了一系列的演化。除了上面提到的一系列快速实践框架外，在物联网系统中势必会引入一些当前Web开发中流行的开发思想：微服务；开发运营；容器化。物联网会从互联网上吸取优秀的开发思想，演化成更好的架构。
