?微軟公司在2021年發布的《IoTSignals》調查報告中指出，90%的企業已經采用物聯網解決方案來降低運營成本、釋放額外的收入流，并獲得競爭優勢。但是，35%的物聯網項目在概念驗證(POC)階段停滯不前，而75%的物聯網的計劃從未實現，沒有開發出可上市的產品。致力開發物聯網產品的初創企業通常將高可擴展性成本、技術挑戰和模糊的投資率視為導致物聯網項目失敗的主要原因。

物聯網在概念驗證（POC）階段失敗的主要原因

作為希望創建物聯網解決方案的初創企業，能夠通過仔細規劃物聯網試點項目來避免大部分挑戰。這就是物聯網解決方案開發指南發揮重要作用的地方。

1.了解物聯網產品的開發

為了助力企業以無風險的方式構建物聯網設備和軟件生態系統，本文將深入探討物聯網技術和物聯網產品開發的最佳實踐，并將專注于物聯網的定義、架構以及物聯網產品在上架之前所經歷的階段。

2.究竟什么是物聯網產品？

物聯網是通過有線或無線網絡連接到互聯網或彼此的物理對象網絡。“事物”這一詞語可能適用于電子設備，比如健身追蹤器，也適用于通過傳感器和輕量級控制小工具增強的非電子對象（比如通過繼電器和移動應用程序操作的智能窗簾）。企業能夠創建兩種類型的物聯網解決方案：

測量周圍環境信息并將其轉換為數字信號的傳感設備。

執行設備，從網絡接收數字信號并對其進行操作。

這些設備能夠與物聯網生態系統中的節點通信（即點對點通信），通過網關連接到網絡，或建立無網關連接。

3.物聯網解決方案架構是什么樣的？

要創建物聯網設備并根據環境數據采取行動，需要了解連接解決方案怎樣在幕后發揮作用。

物聯網參考架構物聯網架構包括四個層次：

應用層。這一層的特點是在傳感和驅動設備上運行嵌入式軟件，即固件或適當的操作系統。它還可能包括移動、網絡和桌面應用程序，助力用戶解釋傳感器數據和管理小工具。因此，如果初創企業希望創建物聯網應用程序，那么可能要知道，其應用程序只是眾多物聯網應用程序之一。

服務和應用支持層。本質上，這是發生數據聚合、存儲和處理操作的物聯網基礎設施層。為了節省成本并確保不間斷的設備/服務性能，物聯網初創企業通常選擇在云中設置這種基礎設施（而不是內部部署服務器）。

網絡層。物聯網工程師可在網絡層實施蜂窩、Wi-Fi和有線連接技術來連接物聯網生態系統的組件——即“事物”、后端基礎設施和用戶應用程序。

設備層。能夠將設備層啟用的功能劃分為：

（1）網關功能。物聯網網關支持通過藍牙、Zigbee、Z-Wave和LPWAN等有線和無線技術連接的設備，并執行協議轉換，使具有不同連接技術堆棧的設備能夠進行通信。

（2）常規設備功能。物聯網節點通常收集和共享數據。但他們也能夠即時構建網絡以容納新節點或替換現有的故障設備。另外，一些物聯網設備能夠顯示有限的數據處理功能（即邊緣物聯網部署）并在睡眠和喚醒模式之間切換以節省能源。物聯網架構還包含設備管理和安全組件。前者有益于解決交通擁堵問題、監控物聯網產品性能、推出軟件更新以及跟蹤設備激活和停用。后者確保隱私保護和數據機密性，并支持特定于應用程序的要求，比如促進安全的移動支付。在通常情況下，這一功能已經應用在流行的物聯網平臺，比如GoogleCloudIoT、AWSIoTCore和ThingWorx。

4.物聯網產品開發生命周期跨越哪些階段？

微軟公司和谷歌公司等知名物聯網基礎設施供應商劃分了物聯網開發過程的四個階段：

學習。

試用/概念驗證。

購買。

采用。

行業專家表示更喜歡不同的分類，它更符合初創企業所經歷的物聯網產品開發階段：

物聯網產品創意驗證。

物聯網產品發現。

最小可行產品(MVP)開發。

市場發布和最小可行產品(MVP)擴展。

以下了解在物聯網產品開發生命周期階段進行的活動。

物聯網產品創意驗證

到2025年，物聯網可能成為一個價值11.1萬億美元的市場，全球部署的物聯網設備數量將高達410億臺。

初創企業應該通過徹底的市場調查來開始物聯網產品開發之旅，以開發具有強大商業吸引力的產品。其要素包括：

正在評估對物聯網解決方案的需求。除了學習和研究Gartner公司和埃森哲等技術咨詢機構發布的分析文章之外，初創企業還能夠對目標領域的專家和潛在客戶進行深入訪談，比如醫療保健、健康、制造、零售等。接下來，分析宏觀和微觀環境因素影響業務使用營銷框架，比如TEMPLES、VRIO和波特五力模型等。應該特別注意在目標地理位置管理物聯網采用的數據隱私和安全法律，以及針對物聯網設備的行業特定法規，比如HIPAA、HL7和NIST等。

了解競爭對手。作為宏觀環境審計的一部分，競爭分析使初創企業能夠確定物聯網產品的最佳功能集、定價和營銷策略。初創企業的目標是確定一個利基市場，并提供競爭對手所缺少的東西——即功能、有競爭力的價格、卓越的品質或五星級的客戶服務。

選擇合適的物聯網商業模式。利用從市場和競爭對手研究中獲得的見解，初創企業應該選擇合適的商業模式來通過其物聯網產品獲利。這里的一些主要選項包括一次性購買、訂閱以及附帶服務和產品的貨幣化，比如傳感器數據分析。為了更好地使服務產品與企業的使命、資源和營銷組合保持一致，能夠使用AlexanderOsterwalder的商業模式畫布模板。

估算構建物聯網設備所需的工作量。在這一步驟中，要使用SWOT分析總結其市場研究結果，并確定缺乏哪些資源和能力來創建物聯網設備以及支持其邏輯的應用程序。然后，根據企業的主要關注點（硬件、嵌入式、Web或移動），將確定物聯網產品開發的哪些部分要外包。

物聯網產品的發現階段

物聯網產品開發生命周期的發現階段有益于根據企業的業務需求驗證物聯網產品創意、評估項目范圍，并為其自定義物聯網解決方案創建初步的技術愿景。要實現這些目標，要尋求熟練的業務分析師的助力。IT專家將與企業的內部和外部利益相關者合作，并確定物聯網解決方案應該做什么以及它應該怎樣運作。這些特征被稱為物聯網產品開發的功能性和非功能性要求。在發現階段之后，將得到以下問題的明確答案：

物聯網系統將增強或自動化哪些任務和流程？

將使用什么類型的數據采集設備？

物聯網產品將依賴哪些連接技術？

傳感器數據將在哪里存儲和分析？將怎樣呈現給最終用戶？

定制物聯網解決方案將怎樣與第三方設備和服務交互？

目標用戶群的大致規模是多少？

根據這些信息，初創企業將能夠為其項目選擇合適的技術堆棧，為能夠隨產品靈活擴展的物聯網架構奠定基礎，并獲得現實的物聯網成本估算。

物聯網原型

物聯網產品開發生命周期的原型設計階段的目標是創建連接設備的概念驗證版本，確定技術障礙，并與用戶一起測試原型，以進一步完善其功能和非功能需求。

比如，一位客戶想要創建一個基于運動傳感器的智能家居安全系統。這些傳感器應該跟蹤住宅建筑內外的運動。但是，在發現階段，物聯網產品開發團隊發現，測量數據屬性之間的比率使軟件無法及時通知用戶可疑活動。因此，采用支持Wi-Fi的攝像頭替換了傳感器。

要構建物聯網設備原型，初創企業（或選擇的供應商）能夠利用現成的單板機和ArduinoUno和RaspberryPi等微控制器。

此類物聯網開發板具有各種功能，包括USB支持、SIM卡插槽、多個數字輸入和輸出、強大的連接選項（BLE、Wi-Fi、蜂窩）和出色的處理能力。另外，它們與不同的開源硬件組件和開發套件兼容，并且能夠連接到流行的云物聯網平臺——比如AWSIoT。

現成物聯網原型工具的選擇基于初始硬件要求，比如連接性、功耗、閃存、系統架構以及SDK的可用性。

物聯網中原型設計的好處主要與成本相關。比如，初創企業能夠以設計定制設備所需成本的一小部分來創建連接解決方案的工作版本。另外，能夠更快地開始開發固件、后端基礎設施和移動應用程序，并盡早排除技術限制。

物聯網MVP開發

如上所述，物聯網設備并不總是指電子設備。因此，假如初創企業正在開發基于BLE信標的資產跟蹤解決方案，不必設計定制硬件，而能夠只專注于創建支持軟件基礎設施。否則，初創企業的物聯網最小可行產品開發項目將跨越三個階段：

硬件設計（加上認證）。

基礎設施設置。

應用程序開發。

定制物聯網硬件開發

怎樣創建物聯網設備？與其他物聯網產品開發活動類似，定制硬件設計過程包括幾個步驟：

分析。分析階段主要基于初創企業從物聯網產品發現中收集到的見解，從概念開發到技術要求規范。

建模。初創企業與硬件工程師和工業設計師合作設計印刷電路板(PCB)布局方案，并在3DCAD中可視化小工具的外殼。

原型設計。不要將初創企業在發現部分提到的物聯網原型設計活動與自定義設備原型設計相混淆。這一次，不會使用BeagleBoard、RaspberryPi和其他現成的物聯網開發板。與其相反，要聯系硬件制造商并根據上一步中創建的布局方案生產多達十個PCB。初創企業的硬件供應商將運行廣泛的測試來驗證PCB是否滿足其性能要求，在必要時進行調試，并更新技術文檔。

測試。在物聯網產品開發生命周期的這個階段，工程師將成功的原型轉化為預生產模型，同時為設備外殼使用不同的材料。接下來，初創企業要進行電氣安全、預認證和用戶測試。如果在這一過程中出現嚴重錯誤，不要感到驚訝。這種情況并不少見，初創企業的定制物聯網設備可能要花費6個月到2年的時間才能實現性能和安全目標。

認證。在進行市場調查時，初創企業已經了解了在其目標市場中有效的物聯網法規。但是，根據其小工具的應用范圍，可能要在將物聯網解決方案出售給最終用戶之前獲取各種證書。這些可能包括有害物質限制(ROHS)和能源之星合規性、美國電工委員會(EC)和美國保險商實驗室(UL)認證、BluetoothSIG資格許可，以及收集用戶數據或直接接觸皮膚的小工具的行業和產品特定測試證書。

物聯網基礎設施開發和設置

物聯網系統的基礎設施層包括幾個組件：

嵌入式軟件。固件、中間件、設備驅動程序和成熟的操作系統與其自定義物聯網設備的硬件組件相連接，允許其執行預期的傳感和執行操作，并助力將小工具與物聯網基礎設施的其他設備和組件集成。通常情況下，與初創企業合作的硬件供應商也能夠處理嵌入式部件，盡管可能要為此雇用一個單獨的團隊。

連接性。同樣，處理網絡部分的是嵌入式團隊。要將傳感器數據發送到網關或直接發送到云端，企業的小工具將依賴短程或遠程無線連接技術。在選擇連接技術堆棧時，應該事先考慮網絡成本。比如，如果選擇蜂窩技術，其小工具通過網絡發送的每兆字節數據最終可能要花費0.04美元。

云計算基礎設施。根據在物聯網產品開發生命周期的發現階段確定的要求，初創企業要選擇一個支持其小工具業務邏輯的云平臺。在這里，傳感器數據將使用動態儀表板進行聚合、存儲、分析和可視化。像谷歌、亞馬遜和微軟這樣的云計算服務提供商通常會根據其小工具調用的服務器數量或物聯網生態系統中的設備數量收費。但云計算提供商的費用并不是這里要考慮的唯一問題。在設計物聯網解決方案的藍圖架構時，應該針對用戶群、通過網絡的數據量以及系統的整體復雜性做出必要的準備。比如，如果初創企業計劃在將來的某個時候部署機器學習模型來解釋傳感器數據，那么應該能夠在不徹底改造基礎設施的情況下這樣做。設備管理、無線(OTA)軟件更新以及通過DevOps進行的持續性能優化也是如此。

支持基礎設施。在云平臺中建立數據倉庫或數據湖解決方案并配置一些分析功能只是工作的一半。遠程患者監測(RPM)或端到端家庭自動化系統等復雜的物聯網解決方案要專門的客戶支持部門，以及大量相關的軟件工具，如移動、網絡和桌面應用程序，使最終用戶和管理員能夠連接操作設備。

物聯網應用程序的開發

作為物聯網產品基礎設施的一部分，面向用戶的應用程序有益于配置和管理連接的設備，并可視化在云中處理的傳感器數據。根據整體物聯網產品要求和目標受眾，可能要創建：

原生或跨平臺移動應用程序，充當物聯網產品的遠程控制。

嵌入式人機界面(HMI)，允許用戶在沒有移動或Web應用程序的情況下操作設備。

基于Web或桌面的應用程序，可反映其移動應用程序的功能，并允許物聯網產品管理員管理用戶帳戶。

說到IoTMVP開發，通常要三到六個月的時間才能為物聯網設備創建一個完整的軟件生態系統。

好消息是，物聯網軟件開發活動能夠與定制硬件設計并行運行。而且，如果初創企業正在以極少的預算開發物聯網設備以希望獲得資金，能夠跳過硬件設計部分，暫時使用現成的電路板。

比如，來自德國的醫療保健技術初創廠商MedAngel公司提出了一種胰島素溫度跟蹤裝置的想法。該公司選擇WunderBar平臺作為他們的主要技術堆棧，將物聯網板放置在一個類似鑰匙圈的塑料外殼中，并構建了用于傳感器數據解釋的簡單移動應用程序。MedAngel團隊獲得了最小可行產品(MVP)，獲得了媒體報道，參加了幾場技術競賽，并成功發起了Indiegogo活動。然后，該公司將物聯網產品的用例擴展到其他對溫度敏感的藥物，并改進了小工具設計。

物聯網產品發布和擴展

為此，初創企業已經構建了其第一個物聯網設備，其中包含足夠的功能來滿足用戶的期望，并使其在競爭中脫穎而出。現在是讓其物聯網解決方案進入市場，分析最初的用戶反饋，并相應調整產品的時候了。

從技術上來說，上市并不是物聯網產品開發生命周期的一部分——這就是為什么它經常被物聯網公司忽視的原因。能夠采取以下措施來避免陷入物聯網初創企業的困境：

組建一個測試版用戶組來測試最小可行產品(MVP)，并調整產品（即應用程序和小工具本身）以更好地滿足用戶需求。

制定營銷計劃，包括內容制作、參與特定行業和技術活動，以及與有影響力的人員建立合作關系。

在達到初始收入目標后，通過添加新功能和用例來逐步擴展產品的功能集。

加倍努力以提供卓越的客戶體驗：畢竟，獲得新客戶的成本是保持現有客戶的五倍。

5.物聯網產品開發項目可能出錯的五種方式

最后，初創企業在開發物聯網設備時要關注面臨的常見挑戰：

在物聯網產品開發過程后期遇到技術障礙。制作具有身體活動跟蹤功能的金手鐲可能是一個好主意，但如果金屬外殼會干擾藍牙信號，阻止小工具將傳感器數據發送到移動應用程序怎么辦？避免這種情況的一個可靠方法是，在將設備投入生產之前，以發現階段啟動項目，并確保廣泛的測試覆蓋范圍。

難以應對多供應商物聯網項目管理。很少有一家企業擁有構建物聯網系統所有組件所需的物聯網產品開發專業知識和人員。作為物聯網初創企業的所有者，應該提升其項目管理知識，選擇合適的項目跟蹤軟件，使其分布式硬件和軟件開發團隊保持一致。

在物聯網產品MVP中加入了太多功能。初創企業的市場研究結果可能表明用戶想要一個具有生物識別控制選項的自學智能家居系統。事實上，初創企業很可能缺乏從頭開始（并且在一次迭代中）創建如此復雜的物聯網設備的技能和資源。建議企業通過創建一個包含足夠功能的MVP來開始他們的物聯網產品開發之旅，以激發用戶的興趣并吸引投資者參與。

忽略物聯網可擴展性和隱藏的基礎設施成本。要選擇正確的開發技術堆棧并設計與企業的業務一起發展的物聯網解決方案架構，應該在產品發現階段與熟練的業務分析師合作，與企業內外的利益相關者合作，并聘請一流的軟件架構師。

忽視物聯網安全。盡管全球IT行業和政府做出了努力，物聯網仍然是網絡罪犯容易下手的目標。從硬編碼設備密碼到使用包含文件漏洞的開源軟件開發工具，有好多方法可能忽略物聯網基礎設施中的安全漏洞，而這將讓客戶失望。這就是為什么“設計安全”從第一天起就應該成為物聯網產品開發的口頭禪的原因。