《電子技術(shù)應(yīng)用》
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物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 所面臨的6大挑戰(zhàn)

2016-02-29

  無論是智能住宅,、聯(lián)網(wǎng)汽車還是智能工廠,,所有智能化技術(shù)的核心都是設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),,而這正是我們耳熟能詳?shù)奈锫?lián)網(wǎng)(IoT)。

  目前,,IoT正處于關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型期,。有人預(yù)計(jì),,到2020年,,將有500億個(gè)“事物”實(shí)現(xiàn)互相通信,,或是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行溝通。面對(duì)如此迅速的普及和發(fā)展,,我們也面臨著一些新的挑戰(zhàn):如何才能使IoT易于使用,,并且具有較高的性價(jià)比和效率呢?

  通過與德州儀器(TI)眾多IoT專家的深入交流,,他們給出了解決這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵,,并特別強(qiáng)調(diào)了針對(duì)消費(fèi)類、工業(yè)和汽車領(lǐng)域的IoT應(yīng)用,。

  1.低功耗是重中之重

  IoT從一個(gè)利基市場(小眾市場)不斷發(fā)展成為了一個(gè)幾乎將我們生活各個(gè)方面都連接在一起的龐大網(wǎng)絡(luò),,面對(duì)如此廣泛的應(yīng)用,功耗是至關(guān)重要的,。在IoT領(lǐng)域中,,許多聯(lián)網(wǎng)器件都是配備有采集數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的微控制器(MCU)、傳感器,、無線設(shè)備和制動(dòng)器,。通常情況下,這些節(jié)點(diǎn)將由電池供電運(yùn)行,,或者根本就沒有電池,而是通過能量采集來獲得電能,。特別是在工業(yè)裝置中,,這些節(jié)點(diǎn)往往被放置在很難或者無法接近的區(qū)域,。這意味著,它們必須能夠在單個(gè)紐扣電池供電的情況下實(shí)現(xiàn)長達(dá)數(shù)年的運(yùn)作和數(shù)據(jù)傳輸,。

  “電池的安裝,、養(yǎng)護(hù)和維修不僅難度很高,同時(shí)也會(huì)帶來高昂的開銷,,而在某些車間或廠房內(nèi),,這些操作甚至具有危險(xiǎn)性,”關(guān)注無線和低功耗充電的Harsha表示,?!拔覀兊哪繕?biāo)就是讓用戶在器件的使用壽命內(nèi)無需更換電池?!?/p>

  Harsha和他的團(tuán)隊(duì)正在研究盡可能延長微型電池供電時(shí)間的方法:

  太陽能——無論是室內(nèi)或是戶外光源,,即使是只從光源中采集很少的能量,其影響也是巨大的,。

  溫差——通過工廠中某一物件的內(nèi)外環(huán)境溫差,,也能夠?qū)崿F(xiàn)能量的采集,例如溫度高于外部空氣的高溫液體管道,。

  振動(dòng)——在工業(yè)裝置中,,車間內(nèi)機(jī)器所產(chǎn)生的振動(dòng)也能被用于能量采集。

  射頻(RF)——例如通過住所內(nèi)來自Wi-Fi,?的無線電波,,為支持IoT節(jié)點(diǎn)的電池生成一個(gè)小電荷。

  “其目的在于將電池的使用壽命延長10%或20%,。雖然消費(fèi)類電子元器件更新?lián)Q代的速度似乎越來越快,,但是工業(yè)應(yīng)用中的IoT技術(shù)可以持續(xù)很長的時(shí)間。通過使用能量采集來延長電池使用壽命,,一塊電池可以持續(xù)供電20到30年,,直到所有的節(jié)點(diǎn)需要更換。在某些情況下,,由于能量采集的使用,,這些節(jié)點(diǎn)甚至可以實(shí)現(xiàn)無電池運(yùn)行,”Harsha說道,。

  2.感測必不可少

  如果沒有感測,,那么IoT也將不復(fù)存在。傳感器,、微型器件和節(jié)點(diǎn)是構(gòu)成整個(gè)IoT系統(tǒng)的基石,,它們能夠測量一切產(chǎn)生數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送給其它節(jié)點(diǎn)或云端的事物。無論是感測住宅的房門是否關(guān)閉還是汽車的機(jī)油是否需要更換,亦或是生產(chǎn)線上的某個(gè)設(shè)備會(huì)不會(huì)出現(xiàn)故障,,傳感器采集到的都是關(guān)鍵信息,。

  “感測在需要做出決策的時(shí)候便會(huì)發(fā)揮其作用,這一過程不一定需要人工干預(yù),,”電流感測領(lǐng)域的Jason說道,。“如果傳送帶正在傳輸某個(gè)物體,,傳感器能夠幫助確定這個(gè)物體是什么,、重量幾何以及傳送帶是否過熱等。例如,,分析電機(jī)內(nèi)的電流能夠讓人們了解電機(jī)的健康狀況,,是不是出現(xiàn)了什么故障。這些都是在進(jìn)行工廠控制時(shí)需要了解的內(nèi)容,,而傳感器使這一切變?yōu)榭赡?。?dāng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí),這些重要數(shù)據(jù)的結(jié)合將影響到方方面面,?!?/p>

  由于傳感器采集了如此大量的數(shù)據(jù),特別是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)中更是如此,,Jason認(rèn)識(shí)到,,傳感器軟件的創(chuàng)新與傳感器硬件的創(chuàng)新同樣重要。

  “當(dāng)獲得了如此大量的信息時(shí),,如何確定信息是不是過多,,或者掌握的數(shù)據(jù)根本就是無用的呢?其中缺少的一環(huán)就是算法,。一旦有了這些算法,,并且在工廠內(nèi)得以充分利用,它們將改變制造業(yè),。制造業(yè)的布局,,即產(chǎn)品生產(chǎn)所占用的空間,將會(huì)縮小,。工廠會(huì)變得越來越小,,而效率越來越高?!盝ason說道,。

  3.連通性選擇:由繁化簡至關(guān)重要

  一旦傳感器數(shù)據(jù)被低功耗節(jié)點(diǎn)采集,這些數(shù)據(jù)必須被傳送到某個(gè)地方,。在大多數(shù)情況下,,它會(huì)被傳送至一個(gè)網(wǎng)關(guān),,這是IoT系統(tǒng)中互聯(lián)網(wǎng)與云或其它節(jié)點(diǎn)之間的中點(diǎn)。

  目前,,根據(jù)獨(dú)特的使用情況和不同的需求,,可以選擇多種有線或無線的方式來連接設(shè)備,。14項(xiàng)不同連通性標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)中的每一項(xiàng)都有其特殊的價(jià)值和用途,,不過將Wi-Fi、Bluetooth,?,、Sub-1GHz和以太網(wǎng)中的所有這些標(biāo)準(zhǔn)都整合起來卻是一項(xiàng)巨大的工程。

  “由于產(chǎn)品的多樣性,,以及需要將連通性添加到很多不同且大多數(shù)此前不具備互聯(lián)網(wǎng)連通性的產(chǎn)品中,,這就需要采用復(fù)雜的技術(shù),并使其變得更加簡單,。這也是我們目前工作中很大的一部分,,”IoT戰(zhàn)略市場總監(jiān)Gil說。

  4.管理云端連通性是關(guān)鍵

  一旦數(shù)據(jù)通過一個(gè)網(wǎng)關(guān),,它在大多數(shù)情況下會(huì)直接進(jìn)入云端;在這里,,數(shù)據(jù)被分析、檢查,,然后付諸實(shí)施,。IoT的價(jià)值源自云端服務(wù)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)。正如連通性一樣,,也有很多云端服務(wù)的選擇,,這也是IoT領(lǐng)域內(nèi)的另外一個(gè)復(fù)雜點(diǎn)。

  “云端供應(yīng)商的種類繁多,,數(shù)量也不盡相同,,并且沒有針對(duì)云端設(shè)備連接和管理方式的標(biāo)準(zhǔn),”Gil說,?!盀榱藵M足那些使用多個(gè)云端服務(wù)的用戶需求,我們已經(jīng)開發(fā)出最大的IoT云端生態(tài)系統(tǒng),,這個(gè)系統(tǒng)擁有超過20家云端服務(wù)供應(yīng)商,,能夠提供集成的TI技術(shù)解決方案?!?/p>

  Gil相信,,由于云端技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了良好的成本效益,IoT正以極快的步伐飛速發(fā)展,。不過,,為了實(shí)現(xiàn)IoT的進(jìn)一步增長,在復(fù)雜度簡化方面還有很多工作要做。

  5.安全性是廣泛采用的關(guān)鍵

  Gil認(rèn)為,,整個(gè)系統(tǒng)的安全性是IoT被廣泛采用的最大障礙,。隨著越來越多的設(shè)備變得“智能化”,將會(huì)出現(xiàn)更多的潛在安全性漏洞,。我們的團(tuán)隊(duì)正在研究構(gòu)建最先進(jìn)硬件安全機(jī)制的方法,,與此同時(shí),我們要將這些安全機(jī)制的大小,、成本和功耗保持在較低的水平上,。更為重要的是,我們?cè)诩砂踩珔f(xié)議和安全性軟件方面投入了大量的人力物力,,以使安全性的實(shí)現(xiàn)對(duì)于用戶來說盡可能的簡單,。

  “我們正在努力減少把高級(jí)安全性功能添加到IoT產(chǎn)品中時(shí)所遇到的障礙,”Gil表示,。

  6.為經(jīng)驗(yàn)不足的開發(fā)人員提供更簡易的IoT解決方案

  首先,,IoT技術(shù)曾經(jīng)主要由技術(shù)公司使用。不過目前甚至在未來的一段時(shí)間里,,IoT將在有著一定技術(shù)背景限制的行業(yè)中使用,。

  例如,以一個(gè)生產(chǎn)龍頭的公司為例,。直到目前,,由于沒有任何需求,電氣工程師也許從未在龍頭制造公司工作過,。但是,,如果這家公司打算生產(chǎn)接入互聯(lián)網(wǎng)的花灑,那么這家公司在人力和時(shí)間方面的投入將是巨大的,。因此,,IoT技術(shù)必須能夠輕松地添加到現(xiàn)有和未來的用戶產(chǎn)品中,而無需網(wǎng)絡(luò)和安全工程師參與其中,。

  “這些公司不需要像一家互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公司那樣,,在技術(shù)學(xué)習(xí)方面做出投入,其原因在于,,他們現(xiàn)在可以從諸如TI這樣的公司那獲得現(xiàn)成可用的技術(shù),,”Gil說。

  由于我們生活中越來越多的事物正在與網(wǎng)絡(luò)建立互聯(lián),,并且隨著IoT的擴(kuò)增,,還有大量的工作需要去完成。對(duì)于像Gil這樣的TI員工來說,,努力工作才是對(duì)所付出的時(shí)間和精力的最好回報(bào),。

  “它是對(duì)我們未來方方面面高品質(zhì)生活的巨大展望,。這包括我們的住所、汽車和高效工廠內(nèi)的用戶便利性和生活方式,,而這一切將最終使我們的世界變得更加美好,,”他說。


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