物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：充電 OR 不充電？

　　我們這些技術(shù)人員差不多把互聯(lián)網(wǎng)的事情都解決了，所以我們變得很無(wú)聊，你知道的，當(dāng)一群技術(shù)人員變得無(wú)聊時(shí)，就熱衷于尋找另一個(gè)難以解決的難題。

　　進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)的世界，我們才意識(shí)到網(wǎng)絡(luò)還沒(méi)有征服那些真正對(duì)我們重要的事物——那個(gè)我們每天與之交互的世界——現(xiàn)實(shí)世界?，F(xiàn)在，一系列挑戰(zhàn)至少能讓我們技術(shù)人員們?cè)賷^斗下一個(gè)十年。

　　我認(rèn)為現(xiàn)實(shí)世界面向物聯(lián)網(wǎng)的主要挑戰(zhàn)并不根植于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)(inter-networking)，而在于如何推動(dòng)事物影響網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和軟件編程，特別是在無(wú)線的情況下。

　　電池與物聯(lián)網(wǎng)

　　顯而易見(jiàn)，可充電電池推動(dòng)了面向消費(fèi)者的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

　　iPhone一天要沖幾個(gè)小時(shí)的電，使其能夠連入蜂窩網(wǎng)絡(luò)或WiFi，通過(guò) TCP/IP協(xié)議上網(wǎng)，這似乎并沒(méi)有大幅改變網(wǎng)絡(luò)或編程方法。Fitbit通過(guò)藍(lán)牙與其它設(shè)備通信，每天只需充電幾分鐘，這就對(duì)網(wǎng)絡(luò)和軟件編程模型產(chǎn)生了劇烈的影響。

　　但如果我告訴你電池必須在沒(méi)法充電或更換的情況下堅(jiān)持1個(gè)月呢?6個(gè)月，2年，5年?這是瘋了嗎?誰(shuí)會(huì)要求可穿戴設(shè)備要持續(xù)那么久不充電?

　　考慮一下這些非?，F(xiàn)實(shí)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：在扁桃樹(shù)果園里監(jiān)測(cè)土壤和病害狀況，監(jiān)測(cè)奶牛的疾病情況，工廠里空氣壓縮機(jī)改造的預(yù)測(cè)性維護(hù)，包括起重機(jī)監(jiān)控、發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)測(cè)或者滅火器監(jiān)測(cè)在內(nèi)的過(guò)頂業(yè)務(wù)(over-the-top services，指互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)利用傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，直接面向用戶提供的服務(wù))。在這些場(chǎng)景下，設(shè)備所處的環(huán)境是要求超過(guò)6個(gè)月(某個(gè)情況下是5年)沒(méi)有連接電源的。

　　說(shuō)句題外話，過(guò)頂服務(wù)作為一個(gè)商業(yè)模式很有趣。那些銷售起重機(jī)、滅火器和汽車的傳統(tǒng)公司，期望他們的產(chǎn)品能夠更智能，并且聯(lián)網(wǎng)以獲得更多的服務(wù)收益，或者與客戶建立更密切的關(guān)系。但是他們希望能在不干擾現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的前提下安裝他們的產(chǎn)品，這意味著工業(yè)領(lǐng)域整個(gè)類別的物都需要較長(zhǎng)的電池壽命。

　　如何使你的電池壽命變長(zhǎng)

　　買一個(gè)大號(hào)的電池當(dāng)然是一種方法，但是通常既不實(shí)用也不劃算，更多的設(shè)計(jì)方法可以歸結(jié)為以下三個(gè)方面：

　　使用擁有先進(jìn)的睡眠控制裝置的低功耗處理器

　　使用可以精確控制TX/RX(傳送/接收)時(shí)間的低功耗射頻技術(shù)

　　控制傳感器和制動(dòng)器外圍設(shè)備的用電

　　換句話說(shuō)，盡可能在低功耗的模式下有足夠長(zhǎng)的時(shí)間讀取傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)送信息，然后關(guān)閉所有設(shè)備。這關(guān)乎管理電池的占空比(一個(gè)脈沖循環(huán)內(nèi)通電時(shí)間所占的比例)。

　　怎樣權(quán)衡?

　　當(dāng)然，工程學(xué)的第一原則就是，你想得到一些就意味著你必須放棄另外一些東西，總有權(quán)衡——在這種情況下，必須用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接和軟件編程手段來(lái)交換長(zhǎng)的電池壽命。

　　WiFi和TCP/IP真的不能幫助你很好的控制電池占空比。WiFi需要花費(fèi)射頻時(shí)間來(lái)鎖定接入點(diǎn)，TCP發(fā)送數(shù)據(jù)之前需要使用握手協(xié)議建立連接，還要協(xié)議開(kāi)銷來(lái)保證可靠性。這些過(guò)程都要花費(fèi)珍貴的RF和處理器時(shí)間，而且時(shí)間不是花在傳輸數(shù)據(jù)上，而是在建立連接和可靠性上面。

　　你可以考慮使用UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)作為替代方案，但它仍然會(huì)浪費(fèi)時(shí)間，并且無(wú)法保證可靠性。

　　一些可以縮短“ON”占空比的替代性網(wǎng)絡(luò)方案有：

　　即發(fā)即棄(Fire and forget)：如果可靠性不是大問(wèn)題，那么這是使功率最小化的選擇

　　時(shí)間同步性傳輸(Time synchronized transmit)：避免沖突

　　以電力中繼器作支持來(lái)傳遞信息(A backbone of poweredrepeaters to relay messages)：電池供電節(jié)點(diǎn)和電力節(jié)點(diǎn)之間的可靠性花費(fèi)更少的時(shí)間

　　這些方案和其它非傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案的實(shí)施，意味著必須有其它方案來(lái)保證可靠性。好消息是，有新興標(biāo)準(zhǔn)在物理層、連接層和網(wǎng)絡(luò)層來(lái)管理這些物，但是別期待他們會(huì)像我們之前慣用的方式工作，將來(lái)必須有額外的工具和算法來(lái)可靠地收集數(shù)據(jù)。

　　傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)既不支持快速的睡眠/喚醒周期，也不會(huì)處理這些有限的RAM&閃存。物的決策邏輯將由嵌入式軟件和主要事件驅(qū)動(dòng)：一個(gè)傳統(tǒng)IT開(kāi)發(fā)人員不熟悉的編程范式。

　　這里的底線是，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中有很大一部分的“物”需要電池，并且這些電池需要有長(zhǎng)壽命，以至于可靠的網(wǎng)絡(luò)和編程需要非常杰出的專業(yè)知識(shí)。

　　問(wèn)題不是如何驅(qū)動(dòng)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，而是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)該能夠通過(guò)一些手段很容易的延長(zhǎng)電池壽命，不是嗎?