淺談物聯(lián)網(wǎng)所面臨的六大挑戰(zhàn)分析

無(wú)論是智能住宅、聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)還是智能工廠(chǎng)，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)?a target="_blank">物聯(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(guò)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?xún)r(jià)比和效率呢？

通過(guò)與德州儀器（TI）眾多IoT專(zhuān)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(lèi)、工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域的IoT應(yīng)用。

1 挑戰(zhàn)1.低功耗是重中之重

IoT從一個(gè)利基市場(chǎng)（小眾市場(chǎng)）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(wú)線(xiàn)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(méi)有電池，而是通過(guò)能量采集來(lái)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(wú)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(zhǎng)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(lái)高昂的開(kāi)銷(xiāo)，而在某些車(chē)間或廠(chǎng)房?jī)?nèi)，這些操作甚至具有危險(xiǎn)性，”關(guān)注無(wú)線(xiàn)和低功耗充電的Harsha表示?！拔覀兊哪繕?biāo)就是讓用戶(hù)在器件的使用壽命內(nèi)無(wú)需更換電池?！?/p>

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

?太陽(yáng)能——無(wú)論是室內(nèi)或是戶(hù)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(guò)工廠(chǎng)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(chē)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(guò)住所內(nèi)來(lái)自Wi-Fi 的無(wú)線(xiàn)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(zhǎng)10%或20%。雖然消費(fèi)類(lèi)電子元器件更新?lián)Q代的速度似乎越來(lái)越快，但是工業(yè)應(yīng)用中的IoT技術(shù)可以持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間。通過(guò)使用能量采集來(lái)延長(zhǎng)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(wú)電池運(yùn)行，”Harsha說(shuō)道。

2 挑戰(zhàn)2.感測(cè)必不可少

如果沒(méi)有感測(cè)，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(cè)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(wú)論是感測(cè)住宅的房門(mén)是否關(guān)閉還是汽車(chē)的機(jī)油是否需要更換，亦或是生產(chǎn)線(xiàn)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(cè)在需要做出決策的時(shí)候便會(huì)發(fā)揮其作用，這一過(guò)程不一定需要人工干預(yù)，”電流感測(cè)領(lǐng)域的Jason說(shuō)道?！叭绻麄魉蛶д趥鬏斈硞€(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(guò)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(chǎng)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(guò)多，或者掌握的數(shù)據(jù)根本就是無(wú)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(chǎng)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(chǎng)會(huì)變得越來(lái)越小，而效率越來(lái)越高?！盝ason說(shuō)道。

3 挑戰(zhàn)3.連通性選擇：由繁化簡(jiǎn)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(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的方式來(lái)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(guò)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(lái)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(jiǎn)單。這也是我們目前工作中很大的一部分，” IoT戰(zhàn)略市場(chǎng)總監(jiān)Gil說(shuō)。

4 挑戰(zhàn)4.管理云端連通性是關(guān)鍵

一旦數(shù)據(jù)通過(guò)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(lèi)繁多，數(shù)量也不盡相同，并且沒(méi)有針對(duì)云端設(shè)備連接和管理方式的標(biāo)準(zhǔn)，”Gil說(shuō)?！盀榱藵M(mǎn)足那些使用多個(gè)云端服務(wù)的用戶(hù)需求，我們已經(jīng)開(kāi)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(guò)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(guò)，為了實(shí)現(xiàn)IoT的進(jìn)一步增長(zhǎng)，在復(fù)雜度簡(jiǎn)化方面還有很多工作要做。

5 挑戰(zhàn)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(lái)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(hù)來(lái)說(shuō)盡可能的簡(jiǎn)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 挑戰(zhàn)6.為經(jīng)驗(yàn)不足的開(kāi)發(fā)人員提供更簡(jiǎn)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(guò)目前甚至在未來(lái)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(méi)有任何需求，電氣工程師也許從未在龍頭制造公司工作過(guò)。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(lái)的用戶(hù)產(chǎn)品中，而無(wú)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(shuō)。

由于我們生活中越來(lái)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(lái)說(shuō)，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(lái)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(chē)和高效工廠(chǎng)內(nèi)的用戶(hù)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(shuō)。