从自动化到物联网

　　摘要：自工业革命以来，几乎每个时代都被称为自动化时代。机械机器首先实现了基本商品生产的自动化。自动化的进一步发展，为我们提供了现在人们已经习以为常的汽车和其他大型家电。在二十世纪，自动化已经十分重要。1960年代的电视剧《杰森一家》中甚至描述了这样的未来：机器人自动化处理日常事务，如做饭和用吸尘器清扫地板。

　　引言

　　物联网让我们对于自动化有了全新认识。如我在《物联网要成为现实还缺什么》 一文中所述，物联网的定义不仅限于机器与机器(M2M)的互动，还包含智能机器与其他机器、物件、环境和基础设施之间的互动与交流。《物联网中的传感器融合和远程情感计算(REC)》 白皮书中谈到了会触及我们生活中每一方面的“空中全球性神经网络”。这个不断进化的网络甚至会远程读取人类的情感。智能机器与其他机器、物件、环境和基础设施之间的互动会产生大量的数据。将这些数据处理成可“命令和控制”事物的有用行为，将会让人类的生活变得更加方便。

　　从产品角度来看 IoT 标准模块

　　在图1左边，传感器和嵌入式处理器或标签(如RFID)负责监视和跟踪某些活动、流程或货物的移动。这些节点有许多类型，视应用而定。传感器和执行器会感应到各种不同的激发因素，并可能根据所接收到的命令而引发一个动作。每个模块都有一个MCU，负责对该数据进行嵌入式处理。这种本地处理意味着对活动进行监视，并根据当前情况要求响应(产生本地决策)，或收集和传递数据以供云端服务器进一步处理(从而进行远程决策)。在这两种情况下，从这些数据得到的统计结果都会传送到云端进行大数据分析。边缘节点将含有集成的现代化芯片，可连接到与那些传感节点相关联的网关 / 集线器。还包含一个电源，可以视应用和特定设置的不同而直接连接到电源插座、电池或能源采集器。

　　MCU 必须节能。在许多情况下，传感节点是由电池驱动的卫星节点，因此低功耗是一项基本要求。未来丰富的物联网应用需要一个将应用、命令、控制与路由处理以及节点与系统安全融合的软件开发环境。一个可提供广泛生态系统和易于得到支持的开放性平台，对于物联网应用的嵌入式处理节点的开发十分关键。对于开发物联网应用的公司而言，能否重复使用软件和能否最大程度地利用现有软件是成功的另一个关键因素。

　　图1中再向右是边缘节点，负责将信息传递给网关 /集线器。网络拓朴可以是一种在人体上、人体附近或周围实现通讯的体域网——可穿戴式传感器，如心脏监控器。也可以是个人区域网，可实现个人设备在几厘米到几米距离之间的通讯。局域网则是下一级联网方式，可实现各种智能设备在有限区域内的通讯，如住宅或办公楼，通过双绞线组建的以太网或Wi-Fi 是实现局域网的两种最常见的技术。也可用电力线通讯实现连接。实际上，许多公用设施公司正在为其下一代邻域网通讯考虑基于窄带OFDM的电力线通讯。目前有许多以各种缩写形式为名称的网络标准正用于各类工业细分市场或应用。因为物联网边缘节点的产品直接连接到各种基础设施——从公寓社区到桥梁——由于这些基础设施不大可能定期更改，所以其产品更新周期可达 12–15 年。设计者不能承受采纳错误的网络标准，不然会有因技术演进而使某件基础设施在数年内废弃的风险。

　　在传输的另一端，数据被解码并传递到网关(图中更右的方框)。设想一个包含多栋楼宇的公寓社区。每个公寓单元都有控制加热和空调、监视入口、控制照明等功能并与公寓级别的网关通信的边缘节点。而每栋楼宇又有一个更集中的集线器，负责管理整栋楼宇，记录所有公寓单元的情况，并对异常进行提示。如果这些楼宇再划分成楼宇群，则这些集线器可置于层次结构中的更多不同的层次。在这种情况下，每个集线器都会按照预设采取行动，并将适当的元数据传递给层次结构中的下一层，根据这些网关在层次机构中所处层级的不同，其左右两侧的连接功能会有不同。例如，与公寓级的网关通信、处理数据并传递给楼宇级的网关的楼层级的网关只需要支持某种局域网(以太网、 wifi 等 ) 或电力线通信。另一方面，对于与多栋楼宇通信、处理数据再与云通信的社区级网关，一侧需要 LAN 或电力线通信，另一侧与云的通信则需要 WAN(以太网、 Weightless、电力线、蜂窝、 802.11ah、其他)。

　　嵌入式处理层次例子

　　用于监控和协调诸多传感器输入的任何系统都能从网关这个概念中受益。现在依靠许多单独的、通过控制器区域网络(CAN)与使用 MCU 处理输入的电子控制单元(ECU)进行通信的传感器的车辆更是如此。但汽车网关会使这些车辆系统更先进。有了网关的概念，汽车的电子器件就能够通过交通系统和基于云的系统等基础设施实现更多内部功能控制并与其它车辆进行通信。