物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 所面臨的6大挑戰(zhàn)

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。“我們的目標(biāo)就是讓用戶在器件的使用壽命內(nèi)無需更換電池。”

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——在工業(yè)裝置中，車間內(nèi)機(jī)器所產(chǎn)生的振動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)備會不會出現(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。”

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，將會縮小。工廠會變得越來越小，而效率越來越高。”Jason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-1 GHz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，并且沒有針對云端設(shè)備連接和管理方式的標(biāo)準(zhǔn)，”Gil說。“為了滿足那些使用多個(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。”

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，我們在集成安全協(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)對于用戶來說盡可能的簡單。

“我們正在努力減少把高級安全性功能添加到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。對于像Gil這樣的TI員工來說，努力工作才是對所付出的時(shí)間和精力的最好回報(bào)。

“它是對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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