物聯(lián)網(wǎng)設備：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，我們才意識到網(wǎng)絡(luò )還沒(méi)有征服那些真正對我們重要的事物——那個(gè)我們每天與之交互的世界——現實(shí)世界?，F在，一系列挑戰至少能讓我們技術(shù)人員們再奮斗下一個(gè)十年。

　　我認為現實(shí)世界面向物聯(lián)網(wǎng)的主要挑戰并不根植于網(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(xiàn)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)藍牙與其它設備通信，每天只需充電幾分鐘，這就對網(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 )要求可穿戴設備要持續那么久不充電?

　　考慮一下這些非?，F實(shí)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用：在扁桃樹(shù)果園里監測土壤和病害狀況，監測奶牛的疾病情況，工廠(chǎng)里空氣壓縮機改造的預測性維護，包括起重機監控、發(fā)動(dòng)機性能監測或者滅火器監測在內的過(guò)頂業(yè)務(wù)(over-the-top services，指互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)利用傳統電信運營(yíng)商的基礎網(wǎng)絡(luò )，直接面向用戶(hù)提供的服務(wù))。在這些場(chǎng)景下，設備所處的環(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(huà)，過(guò)頂服務(wù)作為一個(gè)商業(yè)模式很有趣。那些銷(xiāo)售起重機、滅火器和汽車(chē)的傳統公司，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(hù)建立更密切的關(guān)系。但是他們希望能在不干擾現有基礎設施的前提下安裝他們的產(chǎn)品，這意味著(zhù)工業(yè)領(lǐng)域整個(gè)類(lèi)別的物都需要較長(cháng)的電池壽命。

　　如何使你的電池壽命變長(cháng)

　　買(mǎi)一個(gè)大號的電池當然是一種方法，但是通常既不實(shí)用也不劃算，更多的設計方法可以歸結為以下三個(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)器外圍設備的用電

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

　　怎樣權衡?

　　當然，工程學(xué)的第一原則就是，你想得到一些就意味著(zhù)你必須放棄另外一些東西，總有權衡——在這種情況下，必須用傳統的網(wǎng)絡(luò )連接和軟件編程手段來(lái)交換長(cháng)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需要花費射頻時(shí)間來(lái)鎖定接入點(diǎn)，TCP發(fā)送數據之前需要使用握手協(xié)議建立連接，還要協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)來(lái)保證可靠性。這些過(guò)程都要花費珍貴的RF和處理器時(shí)間，而且時(shí)間不是花在傳輸數據上，而是在建立連接和可靠性上面。

　　你可以考慮使用UDP(用戶(hù)數據報協(xié)議)作為替代方案，但它仍然會(huì )浪費時(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)：電池供電節點(diǎn)和電力節點(diǎn)之間的可靠性花費更少的時(shí)間

　　這些方案和其它非傳統網(wǎng)絡(luò )方案的實(shí)施，意味著(zhù)必須有其它方案來(lái)保證可靠性。好消息是，有新興標準在物理層、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)可靠地收集數據。

　　傳統的操作系統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動(dòng)：一個(gè)傳統IT開(kāi)發(fā)人員不熟悉的編程范式。

　　問(wèn)題不是如何驅動(dòng)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺，而是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺應該能夠通過(guò)一些手段很容易的延長(cháng)電池壽命，不是嗎?