將一臺設備或感測器連接到網際網路不是件容易的事─在嵌入式系統設計中沒什么事是容易的。不過，那些存在于網上（云端）、供客戶使用的優秀分析工具能夠擴展客戶設備功能，而且還能增加便利性，并透過網際網路實現運算成本的節省。然而，你必須搭建一種通道，以便讓設備或感測器的數據到達云端的應用程式，使數據在那裡得到分析和使用。對許多嵌入式系統設計團隊來說，這是一個全新領域。本文將介紹Web服務在機器到機器（M2M）應用中的工作塬理，并探討在網際網路上製作‘設備云’所要完成的主要任務。

　　你在什么云上？

　　迄今為止，我們中的大多數人都被灌輸過‘云端’和‘云端運算’等術語。除了產生雨、雪和暴風雨等自然氣候現象外，‘云’的真正含義是什么？對這個問題的簡單的回答是，不要太執迷于所謂的云術語；而應該認識到，軟體應用程式、連接和儲存可以存在于本地設備（如PC）或某個網路中的伺服器上。各種基于Web的應用就是一些最佳例子，例如電子郵件和其它集中智慧點（如映射）。云端運算的好處在于，云端通常是連網的，因此可以被連接擴展網際網路的每個人所共享。擴展網際網路這個術語意味著物體可以透過網際網路連接到物體，而不僅是人到人。機器到機器（M2M）連接可透過設備云中的擴展網際網路來實現。

　　駐留數據

　　共享數據是問題的根本。然而，這些數據需要駐留在可以得到正確消化的地方。為了將設備或感測器連接到網際網路，你首先需要知道哪裡可以‘駐留’數據。大多數現代工具依賴于Web服務直接連接擴展網際網路，因此你需要知道：Web服務是什么？如何使用Web服務？如何將Web服務應用到遠端設備或感測器？

　　為了設計能與云端交互的嵌入式系統，你需要一組功能將設備連接完整于云端的應用程式。記住，設備可以是任何東西，從儀表或自動調溫器到發動機或機器；也可以是固定的某些東西，如用于儲存和分配的大箱子或大容器。另一方面，應用程式可以是用于處理數據的任何系統。它可以是智慧手機上安裝的行動應用程式、基于Web的儀表板類型入口程式、企業資源規劃系統或專家系統。不管是哪種情況，挑戰在于將有關設備或資產的重要資訊傳送給應用程式。為了實現這個目標，我們首先需要定義製作這條數據傳送通道所必須的叁大功能組件。

　　製作通道

　　首先你需要如圖1所示的功能以便開始設計工作。

　　圖1：一種設備云的系統架構。

　　1. 感應和連接。這個功能具有有限的智慧，專門用于獲取資訊，包括無線電模組、簡單邏輯以及與即時需求有關的感應技術。

　　2. 匯聚和轉換。在將數據點透過大型網路（如網際網路）發送出去之前，需要以一種有意義的方式，有效總結或匯聚這些數據點。這個功能的另外一個關鍵部份是，將資訊放入通用表述性語言。因此，這個功能一般包括規則框架、協議轉換和映射，一般還包括通往IP網路的一條通道。

　　3. 設備云。設備云是擴展網際網路的組成部份，通常感知所有連接到遠端站的設備。一般來說這是一個作為通道和數據儲存的主機系統。設備云也匯聚來自所有遠端站點的資訊，其方式與匯聚和轉換功能匯合各個設備的差異資訊基本相同。

　　為了更好地理解這種環境，可以把云架構看作是一組的服務（如圖2所示），其定義為：

　　圖2：作為一組服務的云架構。

　　1. 基礎設備即服務（IaaS）。在最底層的IaaS是云端的‘基礎’。它包括網路連接、實體伺服器、防火墻、磁碟和路由器等。

　　2. 平臺即服務（PaaS）。包括了形成場景通訊鏈路和管理功能的所有軟體，同時提供頂層賴以生存的環境。

　　3. 軟體即服務（SaaS）。頂層是實際的應用程式，可以是網頁、映射、分析或其它軟體，也是最終智慧處理工作實施的地方。透過這種方式，設備云可以提供使用通用語言的設備場景化表述，并幫助基于Web的應用程式完成實際的工作。

　　會說云語嗎？

　　當然，我們需要一個通用詞匯表，這是Web服務的目的。Web服務的典型定義是，一種在網際網路協定骨干上使用XML、HTTP、SOAP、WSDL和UDDI開放標準整合Web應用程式的一種方法。為了簡單化，Web服務利用網際網路通用語言完成任務，以通用方式描述事件，使用常見動詞收發資訊（Put或Get），并透過請求或訂閱使用某種方法實現一到多和多到一連接。

　　Web服務是如何工作的？用一種支援通訊的語言開始──你已經知道了，然而，你可能不了解其中的真正含義。這是HTTP或超文本傳輸協定，是網際網路客戶端和伺服器的語言，最重要的是，這是一種將網際網路動詞應用于名詞的通用協議。聽起來不錯？我們在二年級就學習名詞和動詞了。

　　名詞網際網路名詞是被稱為統一資源定位器（URL）或通用資源標識符（URI）的一類東西。當然，不僅是這些──你需要描述數據的低位和數據的高位。為了做到這一點，你將使用可以靈活編碼資訊的方法。目前有許多這些方法，但最常用的兩種是可擴展標記語言（XML）和JavaScript對象符號（JSON）。這兩種方法都能用于傳送和儲存數據，并且具有自描述性，這意味著你通常不需要魔術解碼環來理解場景。這些東西的次序也不重要。表1顯示了XML和JSON的兩個常見的簡單例子。

　　表1、XML和JSON事例比較。

　　需要注意的是，意思和場景在標籤內傳送，而內容是與標籤有關的值。因為例子使用了有意義的場景標籤，你可以省略一些資訊，增加其它資訊，將它們的順序打亂，而不會改變單個元素的含義。

　　動詞你需要將動詞配搭名詞。對動詞而言，可以使用表述性狀態轉移（REST）。據維基百科介紹，REST“是一種用于分散式超媒體系統的軟體架構，如WWW。”REST意味著你在使用通用動作組，其細節由場景進行處理。對于像HTTP那樣的協議，我們一般討論7個不同的動作或動詞，其中4個完成設備云中的主要任務。這7個動詞是：Get，Put，Post，Delete，Head，Trace和Connect。本文不打算對Head、Trace和Connect多作說明。我們真正需要關注最重要的4個：Get，Put，Post和Delete。下面介紹這些動詞的含義。

　　每次你登錄網站，你就是在做Get。這是一個獲取或獲得文件或集合描述的一個請求。當然，就像許多問題一樣，它們通常會導致更多的問題，因此一次‘get’經常招致另一個。Get是個動詞，而URL加上所有插入的其它資訊就是那個名詞。下一個是Put。Put是Get的反義詞，因此是將文件或集合上載或‘put’到資料庫的一個請求。Delete是魔術擦除器。毫無疑問，如果有些東西已經‘放’在某個地方，我們可能想‘取得’它的拷貝，但我們大多數時候還希望‘刪除’這些東西。最后是Post。這是一個比較復雜的動詞。最好將Post認為是一個中間步驟或中繼。比方說你想要知道一個問題的答案，但確實不知道去問誰。你無法做Get，因為你不知道要問什么。這是，你可以將所有資訊打包并變成一個帖子（Post）。一旦‘張貼’過后，所謂的專家過程將看到你的帖子并作出回應。你可以即時等待響應（同步），或離開這裡并請求響應通知（非同步）。

　　為了將這些動詞應用到設備和應用程式，讓我們假設你有一組連接著不同建筑物的溫度感測器。每個感測器每個小時使用合適的連接、匯聚和轉換功能將溫度值發送到設備云中的資料庫。在這種場景中，溫度值被‘放（put）’進云端。下一步假設應用程式根據時間和地點對各個溫度進行分析和繪圖。在這種場景中，應用程式將從與合適時間和地點名詞相關的資料庫中‘獲取（get）’這些值。進一步假設你只想將數據保持一個月，因此每天都有一個獨立的進程對過時的溫度值進行‘刪除’。最后，假設應用程式的一位用戶想要即時的目前溫度值，而不僅僅是最近幾個小時。在這種情況下，應用程式將在指定地點‘張貼（post）’一個獲取目前值的請求，等待請求得到處理并返回結果。這些就是Web服務使用簡單的名詞和動詞的工作過程，

　　總之，你會發現，利用合適的連接、匯聚和轉換功能，可以很容易將設備資訊成功連接遠端應用程式。設備云和擴展網際網路隨后作為將數據橋接到應用程式的管道。所有這些事情都是使用相對簡單的、與一組網際網路名詞緊密相關的網際網路動詞組合完成的，沒有太大難度，只要記住REST和使用Post就可以了。