從自動化到物聯網

　　摘要：自工業革命以來，幾乎每個時代都被稱為自動化時代。機械機器首先實現了基本商品生產的自動化。自動化的進一步發展，為我們提供了現在人們已經習以為常的汽車和其他大型家電。在二十世紀，自動化已經十分重要。1960年代的電視劇《杰森一家》中甚至描述了這樣的未來：機器人自動化處理日常事務，如做飯和用吸塵器清掃地板。

　　引言

　　物聯網讓我們對于自動化有了全新認識。如我在《物聯網要成為現實還缺什么》 一文中所述，物聯網的定義不僅限于機器與機器(M2M)的互動，還包含智能機器與其他機器、物件、環境和基礎設施之間的互動與交流。《物聯網中的傳感器融合和遠程情感計算(REC)》 白皮書中談到了會觸及我們生活中每一方面的“空中全球性神經網絡”。這個不斷進化的網絡甚至會遠程讀取人類的情感。智能機器與其他機器、物件、環境和基礎設施之間的互動會產生大量的數據。將這些數據處理成可“命令和控制”事物的有用行為，將會讓人類的生活變得更加方便。

　　從產品角度來看 IoT 標準模塊

　　在圖1左邊，傳感器和嵌入式處理器或標簽(如RFID)負責監視和跟蹤某些活動、流程或貨物的移動。這些節點有許多類型，視應用而定。傳感器和執行器會感應到各種不同的激發因素，并可能根據所接收到的命令而引發一個動作。每個模塊都有一個MCU，負責對該數據進行嵌入式處理。這種本地處理意味著對活動進行監視，并根據當前情況要求響應(產生本地決策)，或收集和傳遞數據以供云端服務器進一步處理(從而進行遠程決策)。在這兩種情況下，從這些數據得到的統計結果都會傳送到云端進行大數據分析。邊緣節點將含有集成的現代化芯片，可連接到與那些傳感節點相關聯的網關 / 集線器。還包含一個電源，可以視應用和特定設置的不同而直接連接到電源插座、電池或能源采集器。

　　MCU 必須節能。在許多情況下，傳感節點是由電池驅動的衛星節點，因此低功耗是一項基本要求。未來豐富的物聯網應用需要一個將應用、命令、控制與路由處理以及節點與系統安全融合的軟件開發環境。一個可提供廣泛生態系統和易于得到支持的開放性平臺，對于物聯網應用的嵌入式處理節點的開發十分關鍵。對于開發物聯網應用的公司而言，能否重復使用軟件和能否最大程度地利用現有軟件是成功的另一個關鍵因素。

　　圖1中再向右是邊緣節點，負責將信息傳遞給網關 /集線器。網絡拓樸可以是一種在人體上、人體附近或周圍實現通訊的體域網——可穿戴式傳感器，如心臟監控器。也可以是個人區域網，可實現個人設備在幾厘米到幾米距離之間的通訊。局域網則是下一級聯網方式，可實現各種智能設備在有限區域內的通訊，如住宅或辦公樓，通過雙絞線組建的以太網或Wi-Fi 是實現局域網的兩種最常見的技術。也可用電力線通訊實現連接。實際上，許多公用設施公司正在為其下一代鄰域網通訊考慮基于窄帶OFDM的電力線通訊。目前有許多以各種縮寫形式為名稱的網絡標準正用于各類工業細分市場或應用。因為物聯網邊緣節點的產品直接連接到各種基礎設施——從公寓社區到橋梁——由于這些基礎設施不大可能定期更改，所以其產品更新周期可達 12–15 年。設計者不能承受采納錯誤的網絡標準，不然會有因技術演進而使某件基礎設施在數年內廢棄的風險。

　　在傳輸的另一端，數據被解碼并傳遞到網關(圖中更右的方框)。設想一個包含多棟樓宇的公寓社區。每個公寓單元都有控制加熱和空調、監視入口、控制照明等功能并與公寓級別的網關通信的邊緣節點。而每棟樓宇又有一個更集中的集線器，負責管理整棟樓宇，記錄所有公寓單元的情況，并對異常進行提示。如果這些樓宇再劃分成樓宇群，則這些集線器可置于層次結構中的更多不同的層次。在這種情況下，每個集線器都會按照預設采取行動，并將適當的元數據傳遞給層次結構中的下一層，根據這些網關在層次機構中所處層級的不同，其左右兩側的連接功能會有不同。例如，與公寓級的網關通信、處理數據并傳遞給樓宇級的網關的樓層級的網關只需要支持某種局域網(以太網、 wifi 等 ) 或電力線通信。另一方面，對于與多棟樓宇通信、處理數據再與云通信的社區級網關，一側需要 LAN 或電力線通信，另一側與云的通信則需要 WAN(以太網、 Weightless、電力線、蜂窩、 802.11ah、其他)。

　　嵌入式處理層次例子

　　用于監控和協調諸多傳感器輸入的任何系統都能從網關這個概念中受益。現在依靠許多單獨的、通過控制器區域網絡(CAN)與使用 MCU 處理輸入的電子控制單元(ECU)進行通信的傳感器的車輛更是如此。但汽車網關會使這些車輛系統更先進。有了網關的概念，汽車的電子器件就能夠通過交通系統和基于云的系統等基礎設施實現更多內部功能控制并與其它車輛進行通信。