無論您查看哪家調(diào)研公司的統(tǒng)計結(jié)果,，都會發(fā)現(xiàn)同樣的答案——物聯(lián)網(wǎng) （IOT）將形成巨大的市場,，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）的數(shù)據(jù)，到2020年將有高達2,120億個聯(lián)網(wǎng)的“物”,。萬眾期待的“數(shù)十億個物”連接到互 聯(lián)網(wǎng)上,，將為消費者和企業(yè)帶來許多的好處，但是隨著待處理信息量的陡增,，它們將很快變得難以管理（見圖1）,。內(nèi)置微控制器和閃存的智能傳感器可以進行語境 運算——在可能的地方提供本地處理功能——這有助于降低網(wǎng)絡復雜度、流量和巨大的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量,。

        大部分物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點將由位于互聯(lián)網(wǎng)邊緣的無線連接傳感器組成,。這些設(shè)備會監(jiān)視本地環(huán)境中的活動和情況，并報告其基本數(shù)據(jù)或狀態(tài),。理想情況下,，這些無線傳感器組（不同傳感器的混合）將被配置為在傳感器節(jié)點內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理，允許設(shè)備向使用802.15.4標準的網(wǎng)狀網(wǎng)絡廣播命令,，而不是原始數(shù)據(jù),。在這個本地網(wǎng)狀網(wǎng)絡中，特定的可控設(shè)備將識別從傳感器組發(fā)出的命令類型,，并執(zhí)行相應命令,。

        憑借自帶的處理能力和內(nèi)存，該語境處理功能提供了高效的自動故障備份系統(tǒng),，確保在寬帶網(wǎng)絡或Wi-Fi連接斷開時不會失去本地控制,。正如我們將在本文中討論的那樣，通過在更接近最有用的地方處理信息,，同時產(chǎn)生較少的互聯(lián)網(wǎng)流量并減少物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的整體數(shù)量,，該技術(shù)可以降低本地物聯(lián)網(wǎng)的計算復雜度。

ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡

        為提供信息的連通性,，大量不同的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)中,，因此需要建立本地 網(wǎng)絡來管理傳感器，并控制特定語境下的節(jié)點。使用符合802.15.4標準,、運行在網(wǎng)狀網(wǎng)絡的ZigBee是連接這些設(shè)備的一個通用方法,。雖然 802.15.4標準同時定義了集中控制的集群網(wǎng)絡，但在任何一個節(jié)點發(fā)生故障時網(wǎng)狀的實現(xiàn)方式顯得更有彈性,。ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡由作為云網(wǎng)關(guān)的邊緣路 由器,、形成多跳連接網(wǎng)格并可作為控制節(jié)點的路由節(jié)點，以及在網(wǎng)絡邊緣包含傳感器和潛在執(zhí)行器的主機節(jié)點組成（見圖2）,。

        通常情況下,，這些傳感器節(jié)點會向連接到網(wǎng)關(guān)的傳感器匯聚設(shè)備，或在采用 下一代智能網(wǎng)關(guān)時,，直接向網(wǎng)關(guān)本身發(fā)送溫度,、背景光亮度或定時開啟動作檢測等原始數(shù)據(jù)。智能網(wǎng)關(guān)通常擁有網(wǎng)絡智能來決定如何處理這些信息,。如果沒有,，可以 將諸如能源使用、安全性等數(shù)據(jù)經(jīng)過云發(fā)送到服務提供商來管理,，并由智能手機來控制,。

        直接連接到智能手機的智能網(wǎng)關(guān)Wi-Fi，可以讓用戶根據(jù)收到的信息采 取本地行動,。而更新的服務提供商網(wǎng)關(guān)則實現(xiàn)了基于特定編程條件來決定采取何種本地行動的功能,。例如，該系統(tǒng)可以設(shè)定為在指定時長內(nèi)沒有動作則關(guān)掉空調(diào),。雖 然傳統(tǒng)系統(tǒng)也可以完成這項任務,，但需要通過圖形用戶界面（GUI）進行多次操作。

        物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以節(jié)能的方式來管理基礎(chǔ)設(shè)施,，但需要很多路由節(jié)點,，而且常 常需要網(wǎng)關(guān)來創(chuàng)建可控的明確動作。為處理傳感器信息必須創(chuàng)建一個相對復雜的程序運行在網(wǎng)關(guān)中,，然后采取適當?shù)膭幼?，以一種有效的方式來控制本地物聯(lián)網(wǎng)設(shè) 備。這同樣適用于基于云的服務,。分析傳感器信息的語境事件與傳感器本身的物理距離越遠,，高效的控制系統(tǒng)創(chuàng)建起來就越復雜。對基于云的物聯(lián)網(wǎng)服務來說,，如果 服務提供商的調(diào)制解調(diào)器失去寬帶連接或本地網(wǎng)關(guān)失去Wi-Fi連接,，與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接將會斷開。網(wǎng)絡可能會從根本上失去所有的本地控制以及節(jié)約能源的機 會,。而在語境運算方式下工作的智能傳感器,，提供了防止此類故障的第三級控制。

無線LED照明

        智能LED照明系統(tǒng)是最容易想到的在不遠的將來可以用最輕松的方式來安 裝的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之一。盡管有其優(yōu)缺點,，但是這種方法帶來了通過便利的智能手機來進行調(diào)暗燈光和開關(guān)燈等操作的巨大機會,。然而，要利用潛在的可能需要以特定 的方式來實現(xiàn)和操作網(wǎng)絡,?？梢詫ED燈進行編程，從而按照網(wǎng)關(guān)或云服務中的時間表來工作,。智能網(wǎng)關(guān)有能力自動如此操作,，而如果所有與云的無線連接都正 常，云服務則可以管理這些動作,。更有趣的方法能夠利用發(fā)自語境設(shè)置的被動信息來控制LED,，而無需調(diào)度或云服務的干預,。

        有了ZigBee Light Link（光鏈路）無線LED燈,，用戶在房間、家里或辦公室里安裝幾個燈泡就可 以用輕量級協(xié)議棧搭建起一個無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡,。由于網(wǎng)狀網(wǎng)絡是自我創(chuàng)建和自我維護的,，所以搭建它并不需要什么技術(shù)專長。而且在之后的一段時間內(nèi)可以自動添加更 多的設(shè)備,。智能無線傳感器可以連接到這個網(wǎng)狀網(wǎng)絡,，向?qū)⒉扇∵m當動作的智能網(wǎng)關(guān)或外面的云服務管理提供信息。

        智能傳感器節(jié)點通常擁有自帶閃存的MCU以及與一組相關(guān)傳感器和無線模 塊相連所需的串行連接,。例如,，家居照明控制系統(tǒng)中的傳感器組可能包括對環(huán)境光和運動的探測器。一旦傳感器節(jié)點注冊到智能網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡中,，收集到的任何數(shù)據(jù)將具 有給定位置的語境信息,。網(wǎng)關(guān)或云服務可以指揮LED燈等本地可控器件按照預定義的優(yōu)先級來使用這些語境信息。這些特定LED燈裝置的管理仍然駐留在網(wǎng)關(guān),、 云服務或智能手機中,。

        隨著低成本、低功耗,、自帶不同規(guī)格閃存的MCU的引入,，可以有效和直接 地在傳感器節(jié)點中進行一些傳感器的信息分析。在這些智能傳感器節(jié)點中收集到的信息可以在本地處理,，以提供語境關(guān)聯(lián),。智能傳感器可以基于本地傳感器的分析定 義出一系列命令，而不是將原始信息發(fā)送到遠端進行處理,。這種智能語境傳感器信息可以直接命令指配給它的本地設(shè)備,，而無需網(wǎng)關(guān)或云服務的干預。

例如，回到我們的家庭網(wǎng)絡,。如果傳感器組檢測到在某指定區(qū)域內(nèi)有30分 鐘沒有活動出現(xiàn)并讀出一定的光亮水平,，該設(shè)備可以直接向分配給該語境區(qū)域的本地LED燈發(fā)送調(diào)暗的命令。稍后智能傳感器會檢查是否發(fā)現(xiàn)其它活動,。如果在給 定時間內(nèi)仍然沒有檢測到任何活動,，將直接向LED燈發(fā)送完全關(guān)閉的第二條命令。

        只有在網(wǎng)關(guān)沒有收到任何其它來源的更高優(yōu)先級的新近命令時,，這些智能傳 感器的命令才會對LED燈生效,。LED燈對于智能傳感器的直接命令的響應，也可以發(fā)送此信息給智能網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)外的云,。如果云服務已經(jīng)啟動了一個服務程序,，例 如“處于安全考慮，在固定時間段內(nèi)稍稍開一點燈”,，由于其優(yōu)先級別更高,，云服務命令可以被發(fā)送到LED燈，而忽略任何直接來自傳感器的控制信息,。LED燈 的傳感器自主控制將被覆蓋,。一旦云服務動作完成，對LED燈智能傳感器的優(yōu)先覆蓋將被取消,。

能量采集

        使用能量采集技術(shù)可以實現(xiàn)一種智能無線網(wǎng)狀傳感器,，創(chuàng)造出低成本的智能傳感器節(jié)點，而無需有線連接或更換電池（見圖4）,。這些設(shè)備可實際應用于語境運算的任何地方,。

        例如，精確放置的無線智能傳感器可以利用通過門口的人流數(shù)量來監(jiān)控流 量,，并管理在某個樓層或特定辦公區(qū)內(nèi)連接的設(shè)備,。無線運動傳感器的信息可以在能量采集PMIC的幫助下傳送到運行ZigBee光鏈路協(xié)議棧的網(wǎng)狀網(wǎng)絡。壓 電發(fā)電機可以將人走在地毯上引起的壓縮等物理運動轉(zhuǎn)換為電能,，來為無線智能傳感器供電,。地毯內(nèi)置的地板傳感器可以使用這種壓電能量采集方法來監(jiān)測人流量， 并且僅在有人走過該區(qū)域時發(fā)送信息,。

可用的無線傳感器系統(tǒng)的關(guān)鍵因素包括（見圖5）：

        ?       自帶適當閃存,、具備快速啟動能力和帶有實時時鐘（RTC）的省電睡眠模式的低功耗MCU

        ?       以太陽能電池或壓電作為能量輸入，將能量存儲在超級電容或低維護長壽命的充電電池中的PMIC

        ?       低功率802.15.4收發(fā)機

        現(xiàn)在,，在能量采集環(huán)境中監(jiān)測的是智能傳感器網(wǎng)絡中的焦耳數(shù)量,，而不是電壓、電流或功率,。執(zhí)行任務所需的能量是最新的關(guān)注轉(zhuǎn)變,。

        憑借在所需位置準確放置這些智能語境運算傳感器的靈活性,，可以創(chuàng)建出更加高效的系統(tǒng)來被動管理LED燈等物聯(lián)網(wǎng)可控設(shè)備，而無需在智能網(wǎng)關(guān)或云服務中運行復雜的分析程序,。沒有電線,，不用更換電池，無需維護,，這就等于是簡化管理,，節(jié)約了大量能源。

        隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展勢頭持續(xù)上升,，問題不再集中于將來會有多少億的連網(wǎng)設(shè)備,。相反，由于不斷涌現(xiàn)技術(shù)新成果,，現(xiàn)在關(guān)注的重點是如何有效地管理所有這些連接,。智能傳感器的語境運算為幫助物聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮其潛能提供了一個重要的工具。