針對(duì)低功耗傳感器的云計(jì)算應(yīng)用的可擴(kuò)展方法

由于家庭和樓宇自動(dòng)化、資產(chǎn)管理、工廠和過(guò)程自動(dòng)化以及個(gè)人護(hù)理、健康和健身等一系列應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，低功率無(wú)線技術(shù)的發(fā)展在過(guò)去幾年加速發(fā)展。創(chuàng)新的核心是能夠輕松訪問(wèn)和集成低功耗傳感器及其數(shù)據(jù)。這些傳感器現(xiàn)在可設(shè)計(jì)為微型外形，由單個(gè)無(wú)線微控制器（MCU）提供動(dòng)力，通過(guò)無(wú)線通信，并通過(guò)小型紐扣電池運(yùn)行多年。因此，將感測(cè)節(jié)點(diǎn)添加到任何現(xiàn)有的安裝變得簡(jiǎn)單和廉價(jià)。這釋放了應(yīng)用程序收集和處理來(lái)自傳感器的信息的潛力，并將數(shù)據(jù)顯示給消費(fèi)者，自動(dòng)執(zhí)行操作，自主制定更復(fù)雜的決策或指導(dǎo)最終用戶進(jìn)行制作。在家中自拍：聯(lián)網(wǎng)溫控器正從溫度傳感器和電表中收集數(shù)據(jù)，使您能夠在高峰期的邊緣運(yùn)行。然后，您需要采取行動(dòng)查詢公用事業(yè)提供商，并通知您電量在下一個(gè)小時(shí)內(nèi)正在增加，因此最好降低空調(diào)（AC）的使用次數(shù)。

這些應(yīng)用的兩個(gè)宏觀趨勢(shì)是顯著的：

傳感器數(shù)據(jù)需要普遍存在，并且始終可用。無(wú)論用戶處于中央數(shù)字集線器的傳感器接近，還是將傳感器數(shù)據(jù)中繼到要顯示的智能手機(jī)，或者發(fā)送到通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接的其他任何地方，傳感器數(shù)據(jù)和功能必須始終可供用戶使用，無(wú)論他們處于何處。

傳感器是簡(jiǎn)單控制命令的信息源或目的地。它們必須保持簡(jiǎn)單、低成本和高效率。傳感器的數(shù)據(jù)分析、刺激和處理恰恰是本地網(wǎng)關(guān)和云系統(tǒng)之間共同努力的結(jié)果，利用更高的計(jì)算能力和更大的可用資源，以及在兩者之間進(jìn)行分配。考慮例如需要處理語(yǔ)言的數(shù)字個(gè)人助理，識(shí)別平衡云中引擎和本地引擎之間負(fù)載的面部或語(yǔ)音，并且同時(shí)組合傳感器信息并與其交互。或者，與上述聯(lián)網(wǎng)的恒溫器的示例一樣，溫度傳感器數(shù)據(jù)必須與瞬時(shí)功率和當(dāng)前電力速率相結(jié)合，從互聯(lián)網(wǎng)中提取數(shù)據(jù)以向用戶呈現(xiàn)建議的動(dòng)作。

云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)是這些系統(tǒng)的核心。他們管理不同的輸入來(lái)源，訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)和搜索信息，并且在需要時(shí)以有用且始終可用的方式整合來(lái)自不同傳感器的數(shù)據(jù)。它們是一個(gè)總體系統(tǒng)解決方案的兩個(gè)關(guān)鍵組件，其將電池供電的傳感器作為終端節(jié)點(diǎn)，為最終用戶建立極具吸引力的新服務(wù)。

關(guān)于設(shè)備數(shù)量、應(yīng)用類型和不同服務(wù)組合的可擴(kuò)展性是這些系統(tǒng)的關(guān)鍵要求之一。因?yàn)闃?gòu)建和管理這種大型傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、不同云連接技術(shù)及其服務(wù)的擴(kuò)散以及不同類型的應(yīng)用需求，今天這一問(wèn)題是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

考慮互聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)應(yīng)該提供的內(nèi)容：

它們必須能夠處理大量節(jié)點(diǎn)和不同類型的連接接口以與各種傳感器（例如，濕度、亮度、壓力、電壓等）通信

他們必須能夠向云端發(fā)送信息并從云端接收信息，并與可能具有不同類別服務(wù)的不同云服務(wù)提供商進(jìn)行聯(lián)系

他們必須能夠在本地和云計(jì)算之間取得平衡。例如，考慮復(fù)雜操作的處理和數(shù)據(jù)庫(kù)要求，如語(yǔ)言和面部識(shí)別。

基于開(kāi)放的、經(jīng)過(guò)行業(yè)驗(yàn)證和公開(kāi)可用的標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建整個(gè)傳感器到云平臺(tái)，是對(duì)構(gòu)建可快速實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用的可擴(kuò)展和無(wú)所不在的系統(tǒng)的挑戰(zhàn)的一個(gè)響應(yīng)。

為此，TI已創(chuàng)建具有網(wǎng)關(guān)參考設(shè)計(jì)的Sub-1 GHz傳感器到云。該參考設(shè)計(jì)加速了開(kāi)發(fā)與Sub-1 GHz傳感器交互的基于云的應(yīng)用程序所需的時(shí)間。

運(yùn)行在TI的通用SimpleLink?雙頻CC1350 SensorTag套件（首個(gè)創(chuàng)建的無(wú)線傳感器板參考設(shè)計(jì)）上的傳感器使用遠(yuǎn)距離Sub-1 GHz技術(shù)，并與使用TI的Sitara? AM335x處理器在BeagleBone Black上運(yùn)行的Eth/Sub-1 GHz網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信。

傳感器和網(wǎng)關(guān)之間的通信正在使用經(jīng)過(guò)行業(yè)驗(yàn)證的IEEE 802.15.4“g”標(biāo)準(zhǔn)，在我們免版稅的TI 15.4-Stack軟件開(kāi)發(fā)套件(SDK）產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)，該軟件具有管理傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的軟件解決方案，包括用于網(wǎng)關(guān)的嵌入式Linux?軟件（“數(shù)字中心”）。

基于TI 15.4-Stack和Sitara處理器SDK軟件基礎(chǔ)，TI創(chuàng)建了一個(gè)JavaScript基物聯(lián)網(wǎng)（IoT）網(wǎng)關(guān)軟件模塊，以實(shí)現(xiàn)與Amazon Web Services（AWS）云的連接。

IoT網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序是一個(gè)軟件參考設(shè)計(jì)組件，包括以下內(nèi)容：

鏈路和設(shè)備監(jiān)控控制，用于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理。想象一下，您在釀酒廠部署了一個(gè)濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)，并希望檢查所有的傳感器是否仍然可以運(yùn)行，而且昨晚的風(fēng)暴并沒(méi)有損壞它們。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，以及云中傳感器數(shù)據(jù)表示的對(duì)象抽象模型。這是傳感器到云應(yīng)用的核心，它定義了濕度傳感器數(shù)據(jù)的格式、屬性和性能。

網(wǎng)關(guān) —— AWS IoT業(yè)務(wù)通信，具有安全認(rèn)證模式。這定義了您的網(wǎng)關(guān)和云服務(wù)之間的傳輸語(yǔ)言，以及您的傳感器如何通過(guò)云服務(wù)提供商的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行身份驗(yàn)證和安保。

上述所有功能都考慮到可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)，并且基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)表示使用JavaScript對(duì)象表示法(JSON)，

傳感器對(duì)象模型取自IPSO智能對(duì)象規(guī)范

與AWS IoT實(shí)例的通信使用發(fā)布/訂閱MQTT協(xié)議，這是與基于傳感器的嵌入式設(shè)備接口的云服務(wù)的通用選擇。此設(shè)計(jì)中的軟件組件是模塊化的，它們之間的接口基于TCP插槽，并使用Google Protobuf數(shù)據(jù)模型，提供擴(kuò)展其他API和與其他基于IP的云連接協(xié)議連接的能力。這允許極其快速地?cái)U(kuò)展和連接網(wǎng)關(guān)IoT代理軟件，以與其他通用的云服務(wù)連接，或者快速添加任何其他類型的傳感器（例如亮度、壓力、溫度等），為設(shè)計(jì)人員提供了極大的靈活性，可免費(fèi)重新使用通用的軟件庫(kù)。

通過(guò)結(jié)合模塊化的設(shè)計(jì)選擇，圍繞行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的使用，構(gòu)建可通過(guò)BoosterPack?插件模塊或蓋帽進(jìn)行擴(kuò)展，并可讓開(kāi)發(fā)人員免費(fèi)使用軟件和設(shè)計(jì)輕松訪問(wèn)的套件，TI希望釋放開(kāi)發(fā)商的創(chuàng)新精神。我們?yōu)闃I(yè)界帶來(lái)了一個(gè)完整和可擴(kuò)展的傳感器到云參考平臺(tái)?，F(xiàn)在是開(kāi)發(fā)人員將其轉(zhuǎn)化為下一個(gè)創(chuàng)新的IoT應(yīng)用程序的時(shí)候了。

審核編輯：郭婷