物聯網 (IoT) 所面臨的6大挑戰

無論是智能住宅、聯網汽車還是智能工廠，所有智能化技術的核心都是設備間的網絡互聯，而這正是我們耳熟能詳的物聯網(IoT)。

互相通信，或是通過互聯網進行溝通。面對如此迅速的普及和發展，我們也面臨著一些新的挑戰：如何才能使IoT易于使用，并且具有較高的性價比和效率呢?

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的關鍵，并特別強調了針對消費類、工業和汽車領域的IoT應用。

1. 低功耗是重中之重

IoT從一個利基市場(小眾市場)不斷發展成為了一個幾乎將我們生活各個方面都連接在一起的龐大網絡，面對如此廣泛的應用，功耗是至關重要的。在IoT領域中，許多聯網器件都是配備有采集數據節點的微控制器 (MCU)、傳感器、無線設備和制動器。通常情況下，這些節點將由電池供電運行，或者根本就沒有電池，而是通過能量采集來獲得電能。特別是在工業裝置中，這些節點往往被放置在很難或者無法接近的區域。這意味著，它們必須能夠在單個紐扣電池供電的情況下實現長達數年的運作和數據傳輸。

“電池的安裝、養護和維修不僅難度很高，同時也會帶來高昂的開銷，而在某些車間或廠房內，這些操作甚至具有危險性，”關注無線和低功耗充電的Harsha表示?！拔覀兊哪繕司褪亲層脩粼谄骷氖褂脡勖鼉葻o需更換電池?！?/p>

Harsha和他的團隊正在研究盡可能延長微型電池供電時間的方法：

太陽能——無論是室內或是戶外光源，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外環境溫差，也能夠實現能量的采集，例如溫度高于外部空氣的高溫液體管道。

振動——在工業裝置中，車間內機器所產生的振動也能被用于能量采集。

射頻 (RF)——例如通過住所內來自Wi-Fi? 的無線電波，為支持IoT節點的電池生成一個小電荷。

“其目的在于將電池的使用壽命延長10%或20%。雖然消費類電子元器件更新換代的速度似乎越來越快，但是工業應用中的IoT技術可以持續很長的時間。通過使用能量采集來延長電池使用壽命，一塊電池可以持續供電20到30年，直到所有的節點需要更換。在某些情況下，由于能量采集的使用，這些節點甚至可以實現無電池運行，”Harsha說道。

2. 感測必不可少

如果沒有感測，那么IoT也將不復存在。傳感器、微型器件和節點是構成整個IoT系統的基石，它們能夠測量一切產生數據同時發送給其它節點或云端的事物。無論是感測住宅的房門是否關閉還是汽車的機油是否需要更換，亦或是生產線上的某個設備會不會出現故障，傳感器采集到的都是關鍵信息。

“感測在需要做出決策的時候便會發揮其作用，這一過程不一定需要人工干預，”電流感測領域的Jason說道?！叭绻麄魉蛶д趥鬏斈硞€物體，傳感器能夠幫助確定這個物體是什么、重量幾何以及傳送帶是否過熱等。例如，分析電機內的電流能夠讓人們了解電機的健康狀況，是不是出現了什么故障。這些都是在進行工廠控制時需要了解的內容，而傳感器使這一切變為可能。當提供實時數據時，這些重要數據的結合將影響到方方面面?！?/p>

由于傳感器采集了如此大量的數據，特別是在工業物聯網 (IIoT) 中更是如此，Jason認識到，傳感器軟件的創新與傳感器硬件的創新同樣重要。

“當獲得了如此大量的信息時，如何確定信息是不是過多，或者掌握的數據根本就是無用的呢?其中缺少的一環就是算法。一旦有了這些算法，并且在工廠內得以充分利用，它們將改變制造業。制造業的布局，即產品生產所占用的空間，將會縮小。工廠會變得越來越小，而效率越來越高?！盝ason說道。

3.連通性選擇：由繁化簡至關重要

一旦傳感器數據被低功耗節點采集，這些數據必須被傳送到某個地方。在大多數情況下，它會被傳送至一個網關，這是IoT系統中互聯網與云或其它節點之間的中點。

目前，根據獨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備。14項不同連通性標準和技術中的每一項都有其特殊的價值和用途，不過將Wi-Fi、Bluetooth?、Sub-1 GHz和以太網中的所有這些標準都整合起來卻是一項巨大的工程。

“由于產品的多樣性，以及需要將連通性添加到很多不同且大多數此前不具備互聯網連通性的產品中，這就需要采用復雜的技術，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戰略市場總監Gil說。

4. 管理云端連通性是關鍵

一旦數據通過一個網關，它在大多數情況下會直接進入云端;在這里，數據被分析、檢查，然后付諸實施。IoT的價值源自云端服務上運行的數據。正如連通性一樣，也有很多云端服務的選擇，這也是IoT領域內的另外一個復雜點。

“云端供應商的種類繁多，數量也不盡相同，并且沒有針對云端設備連接和管理方式的標準，”Gil說?！盀榱藵M足那些使用多個云端服務的用戶需求，我們已經開發出最大的IoT云端生態系統，這個系統擁有超過20家云端服務供應商，能夠提供集成的TI技術解決方案?！?/p>

Gil相信，由于云端技術已經實現了良好的成本效益，IoT正以極快的步伐飛速發展。不過，為了實現IoT的進一步增長，在復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鍵

Gil認為，整個系統的安全性是IoT被廣泛采用的最大障礙。隨著越來越多的設備變得“智能化”，將會出現更多的潛在安全性漏洞。我們的團隊正在研究構建最先進硬件安全機制的方法，與此同時，我們要將這些安全機制的大小、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，以使安全性的實現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產品中時所遇到的障礙，”Gil表示。

6.為經驗不足的開發人員提供更簡易的IoT解決方案

首先，IoT技術曾經主要由技術公司使用。不過目前甚至在未來的一段時間里，IoT將在有著一定技術背景限制的行業中使用。

例如，以一個生產龍頭的公司為例。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接入互聯網的花灑，那么這家公司在人力和時間方面的投入將是巨大的。因此，IoT技術必須能夠輕松地添加到現有和未來的用戶產品中，而無需網絡和安全工程師參與其中。

“這些公司不需要像一家互聯網技術公司那樣，在技術學習方面做出投入，其原因在于，他們現在可以從諸如TI這樣的公司那獲得現成可用的技術，”Gil說。

由于我們生活中越來越多的事物正在與網絡建立互聯，并且隨著IoT的擴增，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間和精力的最好回報。

“它是對我們未來方方面面高品質生活的巨大展望。這包括我們的住所、汽車和高效工廠內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。