物联网软件开发（初创企业的物联网产品开发指南）

微软公司在2021年发布的《IoT Signals》调查报告中指出，90%的企业已经采用物联网解决方案来降低运营成本、释放额外的收入流，并获得竞争优势。 然而，35%的物联网项目在概念验证(POC)阶段停滞不前，而75%的物联网的计划从未实现，没有开发出可上市的产品。 致力开发物联网产品的初创企业通常将高可扩展性成本、技术挑战和模糊的投资率视为导致物联网项目失败的主要原因。

物联网在概念验证（POC）阶段失败的主要原因

作为希望创建物联网解决方案的初创企业，可以通过仔细规划物联网试点项目来避免大部分挑战。这就是物联网解决方案开发指南发挥重要作用的地方。

1.了解物联网产品的开发

为了帮助企业以无风险的方式构建物联网设备和软件生态系统，本文将深入探讨物联网技术和物联网产品开发的最佳实践，并将专注于物联网的定义、架构以及物联网产品在上架之前所经历的阶段。

2.究竟什么是物联网产品？

物联网(IoT)是通过有线或无线网络连接到互联网或彼此的物理对象网络。“事物”这一词语可能适用于电子设备，例如健身追踪器，也适用于通过传感器和轻量级控制小工具增强的非电子对象（例如通过继电器和移动应用程序操作的智能窗帘）。 企业可以创建两种类型的物联网解决方案：

• 测量周围环境信息并将其转换为数字信号的传感设备。
• 执行设备，从网络接收数字信号并对其进行操作。

这些设备可以与物联网生态系统中的节点通信（即点对点通信），通过网关连接到网络，或建立无网关连接。

3.物联网解决方案架构是什么样的？

要创建物联网设备并根据环境数据采取行动，必须了解连接解决方案如何在幕后发挥作用。

物联网参考架构物联网架构包括四个层次：

• 应用层。这一层的特点是在传感和驱动设备上运行嵌入式软件，即固件或适当的操作系统。它还可能包括移动、网络和桌面应用程序，帮助用户解释传感器数据和管理小工具。因此，如果初创企业希望创建物联网应用程序，那么可能需要知道，其应用程序只是众多物联网应用程序之一。
• 服务和应用支持层。本质上，这是发生数据聚合、存储和处理操作的物联网基础设施层。为了节省成本并确保不间断的设备/服务性能，物联网初创企业通常选择在云中设置这种基础设施（而不是内部部署服务器）。
• 网络层。物联网工程师可在网络层实施蜂窝、Wi-Fi和有线连接技术来连接物联网生态系统的组件——即“事物”、后端基础设施和用户应用程序。
• 设备层。可以将设备层启用的功能划分为：

（1）网关功能。物联网网关支持通过蓝牙、Zigbee、Z-Wave和LPWAN等有线和无线技术连接的设备，并执行协议转换，使具有不同连接技术堆栈的设备能够进行通信。

（2）常规设备功能。物联网节点通常收集和共享数据。但他们也可以即时构建网络以容纳新节点或替换现有的故障设备。此外，一些物联网设备可以显示有限的数据处理功能（即边缘物联网部署）并在睡眠和唤醒模式之间切换以节省能源。 物联网架构还包含设备管理和安全组件。前者有助于解决交通拥堵问题、监控物联网产品性能、推出软件更新以及跟踪设备激活和停用。后者确保隐私保护和数据机密性，并支持特定于应用程序的要求，例如促进安全的移动支付。 在通常情况下，这一功能已经应用在流行的物联网平台，例如Google Cloud IoT、AWS IoT Core和ThingWorx。

4.物联网产品开发生命周期跨越哪些阶段？

微软公司和谷歌公司等知名物联网基础设施供应商划分了物联网开发过程的四个阶段：

1. 学习。
2. 试用/概念验证。
3. 购买。
4. 采用。

行业专家表示更喜欢不同的分类，它更符合初创企业所经历的物联网产品开发阶段：

• 物联网产品创意验证。
• 物联网产品发现。
• 最小可行产品(MVP)开发。
• 市场发布和最小可行产品(MVP)扩展。

以下了解在物联网产品开发生命周期阶段进行的活动。

物联网产品创意验证

到2025年，物联网可能成为一个价值11.1万亿美元的市场，全球部署的物联网设备数量将高达410亿台。

初创企业应该通过彻底的市场调查来开始物联网产品开发之旅，以开发具有强大商业吸引力的产品。其要素包括：

• 正在评估对物联网解决方案的需求。除了学习和研究Gartner公司和埃森哲等技术咨询机构发布的分析文章之外，初创企业还可以对目标领域的专家和潜在客户进行深入访谈，例如医疗保健、健康、制造、零售等。接下来，分析宏观和微观环境因素影响业务使用营销框架，例如TEMPLES、VRIO和波特五力模型等。应该特别注意在目标地理位置管理物联网采用的数据隐私和安全法律，以及针对物联网设备的行业特定法规，例如HIPAA、HL7和NIST等。
• 了解竞争对手。作为宏观环境审计的一部分，竞争分析使初创企业能够确定物联网产品的最佳功能集、定价和营销策略。初创企业的目标是确定一个利基市场，并提供竞争对手所缺少的东西——即功能、有竞争力的价格、卓越的品质或五星级的客户服务。
• 选择合适的物联网商业模式。利用从市场和竞争对手研究中获得的见解，初创企业应该选择合适的商业模式来通过其物联网产品获利。这里的一些主要选项包括一次性购买、订阅以及附带服务和产品的货币化，例如传感器数据分析。为了更好地使服务产品与企业的使命、资源和营销组合保持一致，可以使用Alexander Osterwalder的商业模式画布模板。
• 估算构建物联网设备所需的工作量。在这一步骤中，需要使用SWOT分析总结其市场研究结果，并确定缺乏哪些资源和能力来创建物联网设备以及支持其逻辑的应用程序。然后，根据企业的主要关注点（硬件、嵌入式、Web或移动），将确定物联网产品开发的哪些部分需要外包。

物联网产品的发现阶段

物联网产品开发生命周期的发现阶段有助于根据企业的业务需求验证物联网产品创意、评估项目范围，并为其自定义物联网解决方案创建初步的技术愿景。 要实现这些目标，需要寻求熟练的业务分析师的帮助。IT专家将与企业的内部和外部利益相关者合作，并确定物联网解决方案应该做什么以及它应该如何运作。 这些特征被称为物联网产品开发的功能性和非功能性要求。 在发现阶段之后，将得到以下问题的明确答案：

• 物联网系统将增强或自动化哪些任务和流程？
• 将使用什么类型的数据采集设备？
• 物联网产品将依赖哪些连接技术？
• 传感器数据将在哪里存储和分析？将如何呈现给最终用户？
• 定制物联网解决方案将如何与第三方设备和服务交互？
• 目标用户群的大致规模是多少？

根据这些信息，初创企业将能够为其项目选择合适的技术堆栈，为可以随产品灵活扩展的物联网架构奠定基础，并获得现实的物联网成本估算。

物联网原型

物联网产品开发生命周期的原型设计阶段的目标是创建连接设备的概念验证版本，确定技术障碍，并与用户一起测试原型，以进一步完善其功能和非功能需求。

例如，一位客户想要创建一个基于运动传感器的智能家居安全系统。这些传感器应该跟踪住宅建筑内外的运动。然而，在发现阶段，物联网产品开发团队发现，测量数据属性之间的比率使软件无法及时通知用户可疑活动。因此，采用支持Wi-Fi的摄像头替换了传感器。

要构建物联网设备原型，初创企业（或选择的供应商）可以利用现成的单板机和Arduino Uno和Raspberry Pi等微控制器。

此类物联网开发板具有各种功能，包括USB支持、SIM卡插槽、多个数字输入和输出、强大的连接选项（BLE、Wi-Fi、蜂窝）和出色的处理能力。此外，它们与不同的开源硬件组件和开发套件兼容，并且可以连接到流行的云物联网平台——例如AWS IoT。

现成物联网原型工具的选择基于初始硬件要求，例如连接性、功耗、闪存、系统架构以及SDK的可用性。

物联网中原型设计的好处主要与成本相关。例如，初创企业能够以设计定制设备所需成本的一小部分来创建连接解决方案的工作版本。此外，可以更快地开始开发固件、后端基础设施和移动应用程序，并尽早排除技术限制。

物联网MVP开发

如上所述，物联网设备并不总是指电子设备。因此，假如初创企业正在开发基于BLE信标的资产跟踪解决方案，不必设计定制硬件，而可以只专注于创建支持软件基础设施。 否则，初创企业的物联网最小可行产品开发项目将跨越三个阶段：

• 硬件设计（加上认证）。
• 基础设施设置。
• 应用程序开发。

定制物联网硬件开发

如何创建物联网设备？与其他物联网产品开发活动类似，定制硬件设计过程包括几个步骤：

• 分析。分析阶段主要基于初创企业从物联网产品发现中收集到的见解，从概念开发到技术要求规范。
• 建模。初创企业与硬件工程师和工业设计师合作设计印刷电路板(PCB)布局方案，并在3D CAD中可视化小工具的外壳。
• 原型设计。不要将初创企业在发现部分提到的物联网原型设计活动与自定义设备原型设计相混淆。这一次，不会使用BeagleBoard、RaspberryPi和其他现成的物联网开发板。与其相反，需要联系硬件制造商并根据上一步中创建的布局方案生产多达十个PCB。初创企业的硬件供应商将运行广泛的测试来验证PCB是否满足其性能要求，在必要时进行调试，并更新技术文档。
• 测试。在物联网产品开发生命周期的这个阶段，工程师将成功的原型转化为预生产模型，同时为设备外壳使用不同的材料。接下来，初创企业需要进行电气安全、预认证和用户测试。如果在这一过程中出现严重错误，不要感到惊讶。这种情况并不少见，初创企业的定制物联网设备可能要花费6个月到2年的时间才能实现性能和安全目标。
• 认证。在进行市场调查时，初创企业已经了解了在其目标市场中有效的物联网法规。但是，根据其小工具的应用范围，可能需要在将物联网解决方案出售给最终用户之前获取各种证书。这些可能包括有害物质限制(ROHS)和能源之星合规性、美国电工委员会(EC)和美国保险商实验室(UL)认证、Bluetooth SIG资格许可，以及收集用户数据或直接接触皮肤的小工具的行业和产品特定测试证书。

物联网基础设施开发和设置

物联网系统的基础设施层包括几个组件：

• 嵌入式软件。固件、中间件、设备驱动程序和成熟的操作系统与其自定义物联网设备的硬件组件相连接，允许其执行预期的传感和执行操作，并帮助将小工具与物联网基础设施的其他设备和组件集成。通常情况下，与初创企业合作的硬件供应商也可以处理嵌入式部件，尽管可能需要为此雇用一个单独的团队。
• 连接性。同样，处理网络部分的是嵌入式团队。要将传感器数据发送到网关或直接发送到云端，企业的小工具将依赖短程或远程无线连接技术。在选择连接技术堆栈时，应该事先考虑网络成本。例如，如果选择蜂窝技术，其小工具通过网络发送的每兆字节数据最终可能要花费0.04美元。
• 云计算基础设施。根据在物联网产品开发生命周期的发现阶段确定的要求，初创企业需要选择一个支持其小工具业务逻辑的云平台。在这里，传感器数据将使用动态仪表板进行聚合、存储、分析和可视化。像谷歌、亚马逊和微软这样的云计算服务提供商通常会根据其小工具调用的服务器数量或物联网生态系统中的设备数量收费。但云计算提供商的费用并不是这里要考虑的唯一问题。在设计物联网解决方案的蓝图架构时，应该针对用户群、通过网络的数据量以及系统的整体复杂性做出必要的准备。例如，如果初创企业计划在未来的某个时候部署机器学习模型来解释传感器数据，那么应该能够在不彻底改造基础设施的情况下这样做。设备管理、无线(OTA)软件更新以及通过DevOps进行的持续性能优化也是如此。
• 支持基础设施。在云平台中建立数据仓库或数据湖解决方案并配置一些分析功能只是工作的一半。远程患者监测(RPM)或端到端家庭自动化系统等复杂的物联网解决方案需要专门的客户支持部门，以及大量相关的软件工具，如移动、网络和桌面应用程序，使最终用户和管理员能够连接操作设备。

物联网应用程序的开发

作为物联网产品基础设施的一部分，面向用户的应用程序有助于配置和管理连接的设备，并可视化在云中处理的传感器数据。 根据整体物联网产品要求和目标受众，可能需要创建：

• 原生或跨平台移动应用程序，充当物联网产品的远程控制。
• 嵌入式人机界面(HMI)，允许用户在没有移动或Web应用程序的情况下操作设备。
• 基于Web或桌面的应用程序，可反映其移动应用程序的功能，并允许物联网产品管理员管理用户帐户。

说到IoT MVP开发，通常需要三到六个月的时间才能为物联网设备创建一个完整的软件生态系统。

好消息是，物联网软件开发活动可以与定制硬件设计并行运行。而且，如果初创企业正在以极少的预算开发物联网设备以希望获得资金，可以跳过硬件设计部分，暂时使用现成的电路板。

例如，来自德国的医疗保健技术初创厂商MedAngel公司提出了一种胰岛素温度跟踪装置的想法。该公司选择WunderBar平台作为他们的主要技术堆栈，将物联网板放置在一个类似钥匙圈的塑料外壳中，并构建了用于传感器数据解释的简单移动应用程序。MedAngel团队获得了最小可行产品(MVP)，获得了媒体报道，参加了几场技术竞赛，并成功发起了Indiegogo活动。然后，该公司将物联网产品的用例扩展到其他对温度敏感的药物，并改进了小工具设计。

物联网产品发布和扩展

为此，初创企业已经构建了其第一个物联网设备，其中包含足够的功能来满足用户的期望，并使其在竞争中脱颖而出。现在是让其物联网解决方案进入市场，分析最初的用户反馈，并相应调整产品的时候了。

从技术上来说，上市并不是物联网产品开发生命周期的一部分——这就是为什么它经常被物联网公司忽视的原因。可以采取以下措施来避免陷入物联网初创企业的困境：

• 组建一个测试版用户组来测试最小可行产品(MVP)，并调整产品（即应用程序和小工具本身）以更好地满足用户需求。
• 制定营销计划，包括内容制作、参与特定行业和技术活动，以及与有影响力的人员建立合作关系。
• 在达到初始收入目标后，通过添加新功能和用例来逐步扩展产品的功能集。
• 加倍努力以提供卓越的客户体验：毕竟，获得新客户的成本是保持现有客户的五倍。

5.物联网产品开发项目可能出错的五种方式

最后，初创企业在开发物联网设备时需要关注面临的常见挑战：

• 在物联网产品开发过程后期遇到技术障碍。制作具有身体活动跟踪功能的金手镯可能是一个好主意，但如果金属外壳会干扰蓝牙信号，阻止小工具将传感器数据发送到移动应用程序怎么办？避免这种情况的一个可靠方法是，在将设备投入生产之前，以发现阶段启动项目，并确保广泛的测试覆盖范围。
• 难以应对多供应商物联网项目管理。很少有一家企业拥有构建物联网系统所有组件所需的物联网产品开发专业知识和人员。作为物联网初创企业的所有者，应该提升其项目管理知识，选择合适的项目跟踪软件，使其分布式硬件和软件开发团队保持一致。
• 在物联网产品MVP中加入了太多功能。初创企业的市场研究结果可能表明用户想要一个具有生物识别控制选项的自学智能家居系统。实际上，初创企业很可能缺乏从头开始（并且在一次迭代中）创建如此复杂的物联网设备的技能和资源。建议企业通过创建一个包含足够功能的MVP来开始他们的物联网产品开发之旅，以激发用户的兴趣并吸引投资者参与。
• 忽略物联网可扩展性和隐藏的基础设施成本。要选择正确的开发技术堆栈并设计与企业的业务一起发展的物联网解决方案架构，应该在产品发现阶段与熟练的业务分析师合作，与企业内外的利益相关者合作，并聘请一流的软件架构师。
• 忽视物联网安全。尽管全球IT行业和政府做出了努力，物联网仍然是网络罪犯容易下手的目标。从硬编码设备密码到使用包含文件漏洞的开源软件开发工具，有很多方法可能忽略物联网基础设施中的安全漏洞，而这将让客户失望。这就是为什么“设计安全”从第一天起就应该成为物联网产品开发的口头禅的原因。

原文链接：https://dzone.com/articles/iot-product-development-guide-for-startups