关于物联网设计的建议

“我们看到的好处，”Opto 22的区域销售经理马特·牛顿(Matt Newton)说，“是将智能推向边缘设备。该功能允许这些边缘设备先发制人地采取纠正措施，以防止设备故障并保持生产线正常运行。例如，我们在墨西哥遇到了一个有趣的应用程序，一位生产工程师希望在他的注塑机中添加智能监控。我们设计了一种装置来监测机器油泵油的粘度。如果油太脏，它会自动脱机，给管理团队发电子邮件，并向维修人员记录故障单。”

那么，物联网和机器对机器(M2M)通信有什么区别呢?“我被问过很多次了，”瑞特说。“M2M更侧重于封闭系统中许多机器之间的连接，而物联网更侧重于通过云中的公共服务完全协调人和机器之间的连接方式。”
物联网应用中典型的信息流从传感器开始，传感器可以感知一些物理参数。信息存储在云中并显示在用户界面上，或者有时在云中对其进行分析，并根据分析采取行动。分析结果(命令)被发送到执行器，执行器有时与传感器位于同一物理设备上。牛顿说:“我们正在做的是将智能植入设备，这样它就可以自我监控，并在问题发生之前提醒操作员。”

物联网被视为许多市场的使能技术，它将从轻松共享数据中受益。尤其是医疗市场。想象一下，疾控中心的医生正在监测流感的爆发。由于大数据在互联网或物联网上快速共享，更多的人可以查看这些数据并做出更好的决策。例如:

• 智能制造:用于流程优化、实时库存、资产跟踪等
• 楼宇和家庭自动化:门禁和能源优化
• 智慧城市:住宅电子仪表，管道泄漏检测等
• 可穿戴:可用于娱乐和健身(智能手表)
• 医疗保健:在采集、监测、药品跟踪、医院资产跟踪等方面有应用

牛顿说:“如果你把所有的好处和应用都归结起来，我们今天真正看到的是一个全新的范例。”“这将不再是企业对正在发生的事件做出反应的速度。通过物联网和大数据，可以保存对企业运营各个方面的实时洞察，并使用这些数据，在事件发生之前预测事件，从而在市场上获得最大的竞争优势。”

物联网的挑战

“物联网有几个挑战，”瑞特说。“我们看到的主要挑战是传感。但也需要多种连接选项和功耗选择。此外，安全性至关重要，而且物联网系统非常复杂。”

传感之所以复杂，部分原因是有许多方法可以感知物理环境，并通过微控制器和无线或有线连接传递信息。

然后是互联网连接方面的挑战。“TI有14种不同的无线技术，可通过多个TI设备使用，”Reiter说。

物联网面临的一个挑战是为这种能力设计的复杂性。通常，设计师需要混合硬件和软件设计理念，然后决定如何与这些不同的系统进行通信。

牛顿对此表示赞同，“最大的障碍之一可能是:我们如何才能说同一种语言?现在市面上有很多不同的系统。供应商都使用不同的协议进行通信。当我们谈论通过互联网将多个系统连接在一起时，确保事物知道如何相互通信可能是一个问题。”

电力消耗将是一个挑战。许多物联网应用都需要电池供电。

安全至关重要。“我再怎么强调也不为过，”瑞特说。“一个好的物联网应用需要一个‘如何启用安全引擎’的功能。”

Newton指出，几乎每个物联网连接设备都需要最少的身份验证和加密。虽然SSL很流行，但它也容易被黑客攻击。

“物联网中最广泛采用的认证方法，至少我们今天看到的是，”牛顿补充说，“被称为OAuth。它的设计是为了解决这样一个问题，即验证物联网上的一个东西是否真的与它认为正在与之通信的那个东西进行了通信。”

另一个身份验证选项是API密钥。

其次是物联网的复杂性。设计师需要融合硬件和软件设计理念，然后确定这些不同的系统如何在物联网中相互通信，利用现有的技术、标准和架构。朝这个方向迈出的一步是预先认证的射频模块和片上软件堆栈，例如TI提供的那些。

云服务是物联网应用程序的关键要素。但是业界还没有关于云连接的标准。Reiter说:“预集成芯片到云服务可以帮助您更轻松地构建端到端物联网应用程序。”“从芯片的角度来看，云真正关心的是允许物理设备与云服务通信以传递收集到的信息的api。”

弹出的个人区域网络(PAN)协议很可能必须连接到将连接到以太网或WiFi的网关。因此，您还需要一个TCP/IP堆栈。牛顿说:“采用哪种堆栈非常重要，有些堆栈比其他堆栈更容易出错，但你肯定需要一个IP堆栈来在物联网上移动东西。”

物联网是许多市场的使能技术。尤其是医疗市场。想象一下，疾控中心的医生正在监测流感的爆发。由于大数据在互联网上快速共享，更多的人可以查看这些数据并做出更好的决策。

至于应用程序接口，Opto 22的目标是基于RESTful架构的api。REST api代表具象状态传输(REpresentational State Transfer)，它是一种利用广泛使用的协议(如HTTP和HTTP/s)的体系结构，这些协议在互联网上经常使用。REST将允许这些连接在物联网上的不同系统真正知道如何相互通信，通信，通过互联网发送数据并执行从业务角度来看有意义的任务。

“这基本上是一个如何与物联网上的其他设备通信的目录，”牛顿说，“我们相信这些api将是从使用C编程语言之类的东西与物联网交互的嵌入式开发平台移动数据的关键。”

数据过载

联网汽车每辆车每秒可以产生高达300mb的数据。在互联网上移动数据时，可能很快就会耗尽带宽。而且带宽的价格并没有存储和计算能力的价格上涨得快。

其中一个想法是将智能推向数据源，以便那些传感器和控制系统在网络边缘收集数据。因此，传感器和边缘设备将需要微处理器。智能将帮助设计人员解析数据，减少发送到云、文件系统或网络上的数据量。许多设备已经在这样做了。

收集数据的传感器和边缘设备将需要微处理器来分析数据。在数据收集的每一点，智能都可以帮助解析数据，并减少发送到云、文件系统或网络的数据量。

如何使气缸物联网兼容
智能感知产品营销经理Jeremy King指出，Bimba Manufacturing在其边缘设备的开发中使用了许多这些原则和行动。“几年前，我们就意识到需要将我们的气缸与新技术相结合。”

其中一个关键步骤是评估你已经拥有哪些资源和技能，以及为了开发与物联网兼容的产品，你可能需要哪些资源和技能。尽早引进合适的人。在Bimba的案例中，需要的技能之一涉及安全。

然后，确定客户可能想要或需要哪些数据。King说:“我们想要一种易于添加并增强客户现有设备功能的设备。”“当时我们在管道上安装了两个在线压力传感器。这些传感器每秒产生2000多个数据点;每个传感器每秒读取1000个压力读数和一个温度读数。”

为了容纳所有收集到的数据，Bimba工程师建造了传感器接口模块。它被设计成一个数据采集工具，具有处理能力，可以对数据进行分析。(根据应用程序的不同，您将需要大量的“马力”来在您的设备上实现所有分析功能。)

King指出，Bimba的硬盘有100gb的可用空间，内置的网络服务器可以提供来自传感器接口模块的所有信息。硬盘和服务器一个月内接收容量超过100gb。“我们意识到，作为普通客户，维护人员没有时间挖掘100g的数据，运营经理也没有时间坐下来分析每个月的100g数据。当你在为物联网开发设备时，提供的不仅仅是数据，这一点很重要。你真的需要提供可操作的见解，让你的客户可以用这些数据做什么。”

一旦客户有了新的见解，就要为他可能有的新需求做好准备。

本文的材料是从2014年12月举行的设计世界网络研讨会“为物联网设计的技巧”上的演讲中编译而来的。你可以在这里找到网络研讨会m.fbvote.com/category/webinars