分类:知识大全时间:2023-03-04 13:39作者:未知编辑:猜谜语
作者:Jim Chase,德州仪器战略市场部
虽然万物互联的前景可期,但实现的过程将布满挑战,尤其是垂直的系统由于通信层的不同而难以横向连接。目前业界已经积极开始制定物联网相关的技术协议,开发相应的芯片方案,从而加速整体环境的形成。
一般认为,物联网(IoT)的意思是将设备链接到网络上,并对其进行远程监控。这个定义相称狭窄,只覆盖了物联网的一部分,只是改变了现有的机器对机器(M2M)应用的名称;从广义上讲,必须从组网设备、数据寿命、预见挑战、网络环境预备等各个方面入手,才能真正开启物联网时代。
物联网充分发展后,会创造出一个智能的、隐形的网络结构,可以感知、控制、设置。具有物联网功能的产品将使用嵌入式技术直接或间接与对方或网络进行通信。在20世纪90年代,网络开始在企业和消费者市场中普及,但由于网络互联的低效率,其使用相称有限。进入2000年后,网络连接已经成为许多应用的规范,今天它是许多企业、行业和消费产品获取信息的渠道。然而,这些设备只是存在于网络中的设备,它们仍旧需要通过应用程序和界面进行人工交互和监控。相比之下,物联网的真正前景才刚刚开始实现,无形的技术将在幕后运作,使设备能够动态响应人类的需求。
图1移动设备、可穿戴电子产品、联网汽车等物联网产品预计2020年超过500亿。
目前全球约有50亿台“智能”联网设备,预计到2020年规模将增至500亿台(图1)。你我也有望见证万亿设备的突破。这个数字确实是巨大的,但是假如要实现这个目标,目前的设备部署架构是一个很大的障碍。只有简化设备连接和通信的方式,行业才能实现500亿台联网设备的中长期理想。
垂直系统链接不轻易阻碍物联网环境的发展。
图2网络运营中央的概念逐渐延伸到智能家居,联网家电将在无形中为消费者提供服务。
早在互联网这个名称出现之前,许多制造商已经将设备连接到网络上。自20世纪90年代中期以来,嵌入式产品已经配备了网络服务器。在过去的15年中,M2M制造商已经逐渐将在线网络系统集成到高价值资产跟踪、报警系统、车队治理和其他类似产品中。尽管一些M2M系统采用了行业标准协议,但仍旧很难制定这些协议。但是,随着终端节点中高性能处理器的日益普及,集成M2M系统变得轻易得多,处理器支持高级操作系统和编程语言,使得平台可以使用智能架构。这些系统通常与高端业务服务层相连,由网络运营中央(NOC)治理(图2)。
目前,消费市场上已经出现了各种联网产品,如恒温器、电能表、照明控制系统、音乐流媒体及控制系统、远程影音流媒体盒、游泳池系统、浇灌系统等,未来市场发展潜力可期。大多数系统可以通过网站相互链接,方便用户通过通用的web浏览器或智能手机应用程序进行治理,起到个人网络运营中央的作用。
虽然物联网在工业和消费领域的发展是可以预期的,但由于系统之间没有链接,并且是垂直的,所以整体网络建设并没有简化。每个系统可能采用完全相同的协议和操作系统基础,但通信层的设计不一致;即使使用了开放应用编程接口(API),跨应用集成也无法简化,因为没有横向链接。
拿着弹簧
因为控制器无法从动态传感设备获取信息,所以不得不使用其他动态控制垂直集成将数据传输到另一个云服务器。然后想办法把两个云服务器连接起来,希望这两个整合之后能增加一点控制空间。但是,电子系统的运行不应该依靠于“希望”。假如使用Perl、Python、PHP或其他编程语言在服务器中设计一个额外的垂直应用,将有可能建立一个链接,根据动态数据延迟浇水时间。但这样的概念需要高度的专业性去实践,所以无法快速建成。
由于市场对垂直整合的需求,IFTTT.com和zAPIer.com等新的网络服务已经出现,以帮助用户以图形方式连接各个垂直系统。但是,用户必须注册另一个服务,以确认应用程序编程接口是否符合特定的垂直集成要求。这些网络平台只能提供基本的服务选项,比如“假如收到老婆的邮件,自动给你手机发短信”,假设以后不会再有流量控制的需求。
在前面的例子中,假如洒水系统具有延迟控制应用程序编程接口,则可以将其设置为“假如感应到动态,则延迟洒水”;这个模型包括三个服务、三个登录(必须在第三个服务下治理)、三个不同的智能手机应用程序,并且有几个故障点。假如用户希望将上述服务与个人日历整合,以确保在举行户外家庭聚会时草皮能够保持干燥,情况会更加复杂。
结合移动/可穿戴电子物联网勾勒智能生活
上述应用虽然有趣,但仍旧无法加速物联网的普及。毫无疑问,在未来,自制社区肯定会创造新的工具,新的垂直应用和车辆会出现,但物联网不只是简朴的垂直一次性短信或Twitter帖子。这是一个有趣的演示案例,但是它缺乏可伸缩性和垂直系统集成。物联网要传递消息,但也需要简朴的方式来方便设备程序的运行和对其他设备或服务的响应,从而创造出不需要复杂程序环境的高科技应用。
例如,一旦消费者答应苹果和谷歌追踪他们的位置,他们预订的酒店就可以提前知道订户何时到达,他们还可以通过智能手表的温湿度传感器知道长途旅行者浑身是汗,途中酒店房间仍旧处于休眠状态(不开灯,拉上窗帘,保持最佳休眠室温), 但是一旦消费者到了酒店,礼宾就可以通过物联网系统知道是房间的预订者,车辆也被检测到。
不仅如此,系统还能把握消费者喜欢自己拿行李的习惯,所以行李员没有出面;当接近酒店大堂时,智能手机会自动下载安全房间钥匙应用程序;进入电梯时,房间已经根据智能手表返回的感应数据调节了合适的温度,灯光、音乐、隐私设置都是根据消费者的要求来决定的。在门附近,保安室的钥匙申请打开了门锁;晚上睡觉时,房间会在检测到灯光已经关闭的情况下,根据个人喜好调节室温。
在上面的情况中,这家连锁酒店的每个房间都配备了多个传感器和执行器,每辆租赁的汽车也是如此。消费者还佩戴各种各样的感应和启动设备,比如手表的震惊作为提醒,不需要时不时地通过智能手机的触摸屏命令联网设备移动,但手机确实是与用户活动密切相关的网关;在未来,这将是无数人日常生活的一部分,在线数据将无处不在。
然而,这样的物联网愿景不会在一夜之间实现。要达到所需的网络规模,只能创建最小公分母,必须制定世界通用的简朴消息传递配置,还必须模拟自然以有机的方式开发。目前,物联网的技术协议和数据结构仍旧受到设计复杂性、安全性和可扩展性的限制。网络设备将变得越来越复杂,但使用它们的方式必须变得越来越简朴。模仿和数字的界限将变得模糊,即使世界上所有人对幕后技术一无所知,他们仍旧可以主导个人的生活环境。
物联网下一步会追求垂直和水平应用的平衡。
今天人们所知道的网络(严格来说是HTTP技术)其实来源于蒂姆伯纳斯李的利他理念,希望世界上的每个人都能通过一个开放的平台相互连接。以前只有私企网,信息共享几乎为零,也就是网络时代之前的垂直模式。直到ARPANET奠定了一部分基础和传输协议,才开始了网络的快速发展,也衍生出了国防数据网(DDN)和国家科学基金会网(NFSNET)。后者由公共和私人基金发起,演变成互联网建设的基石。现在的网络充斥着各种垂直应用,都是基于简朴的链接和信息传递平台。
目前厂商有各种垂直应用需求,有些可能是利他的,但大部分背后都有利益,否则未来发展不可能;但是等级平衡需要利他主义。未来物联网将是人类历史上最大的层级系统架构,垂直应用依然存在,但最根本的底层链接和信息传递功能一定是无处不在,隐藏在所有应用中。
此外,为了实现横向平衡,物联网必须更类似于一个有机系统。细胞复制时会以DNA的形式传递基本信息,细胞结合后会形成自动机制层级,利用神经系统来构建和保护细胞结构,即人体内的横向整合形式。每个人身上都有数不清的细胞,具有极强的韧性,可以连续运转100年以上而不会“重启”。因此,在构建基础信息和设备架构时,我们必须首先研究有机系统。
有人可能认为互联网具有有机系统的特征。但今天的大部分网络流量至少聚集了几条极其庞大的数据管道。最初的网络体系结构是“扁平的”,接近点对点的性质。以前对带宽需求相称低,最大流量只来自信息传输。后来由于视听和实时信息的丰富,大线被迫崛起。
主从架构是当今的主流,主要由内容聚合商和大线公司驱动。随着行业的进步,未来会逐渐回归扁平化架构,大线不会消失,继承支持高带宽和实时需求。但是,当物联网设备数量破万亿时,将会出现多条数据流路径,这种庞大的点对点平台的汇聚带宽将远远超过大型线路的效率。
下一代物联网面临巨大挑战。
假如物联网网络不能标准化,它将是完全中立和隐形的,后人甚至不会知道“互联网连接”是什么意思,但前提是各方必须对物联网的基本单元达成共识。假如想要为物联网的水平架构构建最低层技术,制造商必须处理以下基本问题:
网络链路
在未来,将不会有一个单一的主导网络链路标准,而是多种有线和无线标准并存,加上各种专属应用,以连接物联网中的各种设备。问题是如何让链路标准互相通信,使用全球流通的数据单元。
动力治理
越来越多通过物联网连接的设备将由电池供电或使用能量收集技术,变得更加便携和自给自足
厂商希望扩大物联网的规模,覆盖过去没有链接功能的设备和器材,尤其是射频(RF)编程相称复杂的情况下,设计和研发必须简朴,以增加联网设备的数量;此外,普通消费者应该能够在没有任何技术背景的情况下设置和使用设备。
工业的快速发展
物联网是不断变化和发展的,天天都在增加更多的设备,相关产业还处于起步阶段。行业面临的问题是未知元素太多,包括设备、应用和用途,因此需要在开发的各个层面保持灵活性。
针对上述挑战,业界认为,16 ~ 1,500 MHz之间的处理器和微控制器(MCU)必须与各种应用相匹配,如无线小型能量采集和传感节点的微控制器,或物联网基础设施的高性能多核处理器,还需要各种有线和无线连接技术来满意市场的多样化需求。最后,各种传感器、混合信号和电源治理技术被用作物联网和节能设计的用户界面。
进入汽车/照明/可穿戴应用物联网将改变生活方式。
毫无疑问,物联网将改变你我的生活、工作和娱乐方式,无论是工厂自动化、车联网、可穿戴人体传感器还是家电;物联网还将触及生活的方方面面,让用户利用周围的网络来主导自己的生活,并根据自己的个人环境和来自其他系统的信息不时进行改变和调整。
例如,在物联网环境中,汽车将能够感知其他驶来的汽车,避免事故,使生活更加安全。照明系统会根据窗外的光芒进行调节,让生活更环保;可穿戴设备可以检测出心脏病和中风的可能性,让生活更加健康。然而,迈向2020年的物联网依然任重道远,但途中必定处处有惊喜。
针对物联网的发展,芯片厂商推出了许多解决方案,包括有线和无线连接技术、微控制器(MCU)、传感器、模仿信号链和电源治理,还提供了云系统解决方案,以加速物联网环境的建设。无论是智能家居、工业和汽车应用、电池供电的可穿戴电子产品,还是用于能量采集的无线传感器节点(WSN),相关行业都必须预备各种软硬件工具,以方便各种设备加入物联网。