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揭秘物联网技术的基石

揭秘物联网技术的基石 中信出版墨菲
2023-03-16
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导读:物联网就像一个新的铁路时代,传感器则好比提供基础设施的铁轨。


物联网的最后一个组成部分是与之最明确相关的,而不是一般意义上的数字化。它们是传感器,成本通常最低,也最不受管理层关注。传感器是构建物联网最关键的东西,所以,对它们有个基本的了解十分重要。传感器可以在许多地方安装,无论是在葡萄园里、人们的体内或体外、装配线上,还是在高速行驶的汽车上,都可以配置传感器,并且在那里进行关键的模数转换。


传感器将现实世界中不断变化的模拟信号(声级、热量、振动、金属疲劳、湿度或其他变量)转换成数字信号,然后传输给处理器,由处理器对这些信号进行量化、分析,最后进行处理。


随着微机电系统(MEMS)技术的价格变得越来越低廉,体积也越来越小,我们越发有可能向更多产品中添加传感器,并且给这些产品增添更多功能,而这种可能性还在急剧增大。同样重要的是,新的供电方式使得传感器更容易在难以更换电池的地方使用。例如,哈佛大学和伊利诺伊大学的研究人员已经运用3D打印技术制造出了一颗只有沙粒大小的锂离子电池。


今天,传感器的数量和种类呈指数级增长,部分是由物联网驱动的。联合市场研究公司(AMR)在2018年做出预测,到2022年,全球传感器和执行器市场的年均复合增长率将达到11.3%,届时市场规模将达到2 410亿美元。这些传感器和执行器会触发针对传感器数据的“机器对机器”响应,以便自动地调整机器的操作,无须等待人工干预。该公司的报告指出,物联网、工业4.0和可穿戴设备将是关键的驱动因素。


[美]W. 大卫·斯蒂芬森 著

王正林 译

中信出版集团 出版


当物联网完全变成现实时,传感器将成为产品设计中的一个自动部分,从生产流程的最初环节就嵌入产品之中,使得它们不仅可以在销售后监测现场运行的情况,而且在它们自身还在装配线上时,也可能作为质量控制的一部分来发挥监测作用。


然而,对于某些制造商来说,如今开始实施物联网的理想方式是使用Augury公司开发的一款名叫Auguscope的无线手持设备,这种设备花费低,具有极大的节约成本的潜力。工人可以把它带到大楼里任何一个需要的地方,以分析传统的无传感器空调通风系统(HVAC system)怎样工作。接下来,工人将一个磁性传感器临时连接到机器上,数据就从Auguscope流向云,在云端分析声音是否与预先录制的正常声音有差异,如有差异,表明该设备需要进行维护。


与其他当成服务而非产品来推销的物联网产品一样,Augury公司采用的是“诊断即服务”模式:客户无须预付任何费用,而是按需付费。该公司希望这项技术最终能应用于洗衣机和烘干机等家用电器中。


使用Auguscope是物联网发展的理想的第一步,因为它可以快速地支付,迅速带来底线收益,所以可能会吸引对此颇为怀疑的高管,他们或许愿意尝试更大胆的措施。


选择使用哪种传感器,涉及物联网产品或服务的生命周期、运营成本和易受攻击性等关键问题,包括:


● 如果安装在昂贵而耐用的固定设备上,它们是否能覆盖设备的全部使用周期?
● 因为它们在制造时就考虑了经久耐用,但由于安全威胁的性质随着时间推移而发生变化,它们是否也可以通过新的固件轻松升级?
● 如果它们安装的地点偏远,维修人员难以前往维修,其电源消耗是否可以减至最低限度,或者,为它们提供电力的电池能否得到改进,以延长更换电池的间隔时间? 


西班牙的Libelium公司是一家研发多种产品的初创公司,它提供了一个名为物联网市场(The IoT Marketplace)的一站式购物网站,该网站整合了从传感器到连接性的各种软件包,并且允许用户访问任何的云平台,从而简化了选择过程。一年后,该网站与41家合伙公司一道,提供了60个物联网套件,并且为9个垂直市场提供解决方案,这9个垂直市场是:城市、建筑、农业、环境、空气质量、水、停车场、工厂和电子健康。


Libelium公司的首席执行官阿莉茜娅·阿塞恩说,她认为物联网就像一个新的铁路时代,传感器好比提供基础设施的铁轨。“互操作性是关键,这正是我们如此努力地与这么多公司建立伙伴关系的原因。”


你可能认为,如果你在产品上或装配线上安装某种传感器,就可以享受物联网的全部好处,只是,速度不会有这么快。你要记住“共享而不囤积数据”这一基本真理。越来越多的证据表明,如果将来自各种传感器的数据与虚拟传感器网络(VSN)合并,物联网的效益将成倍放大。这使得协作和高效的无线传感器网络(WSN)成为可能,这种网络将来自多个传感器的数据结合起来,那些传感器的数据基于它们追踪观察的现象或者执行的任务,比如:


● 地理上重叠的应用,例如监测山体滑坡和山区内的动物行踪。检测到这些现象的不同类型的设备可以相互中转,进行数据传输,无须部署独立的网络。

● 逻辑上分离的多用途传感器网络,例如带有多功能传感器节点的智能社区系统。
● 提高追踪观察动态现象的系统的效率,如迁移、分裂或合并的地下羽流的化学变化。这样的网络可能包括急剧变化的传感器子集。


网络的概念是通过“传感器融合”来实现的,它使用一个微控制器来融合从各个传感器收集的数据,以获得更准确的理解。这将可能带来令人震惊的应用效果:


这些数据,连同物联网对“天空中的全球神经网络”和基于云的处理资源的访问,将大幅度拓展为任何特定情况定制的情境感知服务(context-aware services)的交付。这些服务可以基于单个用户在做什么、机器在做什么、基础设施在做什么、大自然在做什么,或者上述一切以各种组合的形式存在。


* 本文节选自《循环式增长》



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