邁向IoT 2.0之路：需求、挑戰和解決方案

作者/Dr. Erik Volkerink, Armen Kazanchian, Skanda Visvanathan 艾邁斯半導體

　　第一代物聯(lián)網(wǎng)(IoT)產(chǎn)品往往就是將手機用作某一產(chǎn)品的遙控器，或在很多時(shí)候被用來(lái)炫耀和展示無(wú)線(xiàn)技術(shù)，而非真正用以強化用戶(hù)體驗。隨著(zhù)越來(lái)越多用戶(hù)或家庭都會(huì )擁有10多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，每個(gè)產(chǎn)品擁有其專(zhuān)屬應用程序的模式正迅速消失：而直覺(jué)式、便于使用以及可進(jìn)行無(wú)縫連接的產(chǎn)品將變得重要。下一代用戶(hù)接口需要真正地以用戶(hù)及他們的習慣為中心，而非以特定產(chǎn)品的規格為中心。這些接口不僅服務(wù)于某一特定的產(chǎn)品，而且必須反應靈活，能夠感知情境和位置，還得能夠連接多個(gè)產(chǎn)品。事實(shí)上，下一代物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的使用體驗將不限于移動(dòng)電話(huà)屏幕，而將擴展至增強現實(shí)和虛擬現實(shí)、手勢辨識、人眼追蹤和語(yǔ)音控制虛擬助理等，認證也不是通過(guò)指紋或簡(jiǎn)單的PIN碼(用戶(hù)個(gè)人識別號碼)，而將是通過(guò)無(wú)接觸虹膜掃描或人臉辨識。產(chǎn)品得具有真正的智能性，即要足夠聰明去與環(huán)境互動(dòng)，并以非常安全的方式實(shí)現無(wú)縫整合，只有這樣才是真正迎來(lái)“物聯(lián)接口?(Interface-of-Things?)”時(shí)代。

　　這些需求出現在電子產(chǎn)業(yè)從數字化向無(wú)線(xiàn)化轉型的適應過(guò)程中。就像此前從模擬產(chǎn)品轉型至數字產(chǎn)品一樣，這一轉型將影響深遠。上述愿景的實(shí)現也將面臨許多挑戰。在設計時(shí)，我們無(wú)法清楚預知特定用戶(hù)將會(huì )與哪些產(chǎn)品進(jìn)行互動(dòng);因此，產(chǎn)品必須先以未知且未經(jīng)過(guò)驗證(unknown a-priori)的方式相互感知。事實(shí)上，空中(over-the-air)更新變得非常重要。而產(chǎn)品也必須在真正意義上變得有智慧、能感知情境并達到可溝通的效果，這一切都不只是表現在產(chǎn)品本身而已，與之相關(guān)的一切都應該如此。同時(shí)，接口平臺需要能夠提供實(shí)時(shí)處理終端產(chǎn)品所需的接口。技術(shù)堆棧(technology stack)應該被有效且高效地運行，因為在一個(gè)具有10個(gè)以上物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的世界中，延遲時(shí)間會(huì )因堆棧的延遲時(shí)間而被大幅放大。而下一代的接口技術(shù)，例如增強現實(shí)、虛擬現實(shí)、手勢辨識等，將需要通過(guò)簡(jiǎn)化及模塊化成為簡(jiǎn)單的即插即用建構區塊，以滲透進(jìn)入更大的市場(chǎng)。此外，所有級別的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧都需要模塊化以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。目前，許多物聯(lián)網(wǎng)項目都被要求按照時(shí)間、目標和預算來(lái)產(chǎn)出成果，而這些挑戰將進(jìn)一步拉大開(kāi)發(fā)的復雜程度和生產(chǎn)力之間的差距。傳統的瀑布式(waterfall)開(kāi)發(fā)方法已無(wú)法適應物聯(lián)網(wǎng)2.0的需求，我們需要充分利用即插即用的建構區塊來(lái)發(fā)展更新穎、更靈活的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)方法，才能在物聯(lián)網(wǎng)2.0以及未來(lái)的發(fā)展中取得勝利。

　　1解決方案

　　對于我們許多人來(lái)說(shuō)，手機就是我們擁有的第一個(gè)連網(wǎng)產(chǎn)品，無(wú)線(xiàn)空中更新、快速的開(kāi)發(fā)周期及流暢的用戶(hù)界面等許多方面影響了我們對于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的期望。早期的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品(IoT 1.0)以專(zhuān)用應用程序為中心，在語(yǔ)音和手勢互動(dòng)方面的能力較為有限。它們通過(guò)簡(jiǎn)單和連續的瀑布方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。新物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代不再只是專(zhuān)注于基本的點(diǎn)對點(diǎn)連接，它要求有更多的功能，并要具備更佳的整合性和可用性，從而推動(dòng)我們去尋求一種更快速的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)新方法。

　　2聚焦于使用者習慣和意圖 vs產(chǎn)品

　　現在我們擁有越來(lái)越多的應用，IoT 1.0時(shí)代的每個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)應用的模式越來(lái)越不可行了?？缧袠I(yè)的協(xié)作和技術(shù)變得越發(fā)重要，因為這樣才能實(shí)現可感知位置和情境的用戶(hù)接口，并能感測用戶(hù)意圖，例如一些應用在你步入新環(huán)境時(shí)可顯示相關(guān)信息及控制組件。旅館是一個(gè)很好的示例。設想一下，當你到達一個(gè)新旅館并進(jìn)入一個(gè)能感測你存在的信息站，你就能安全地交換信息、完成入住登記，然后根據指示順利走到你的房間。在你的房間門(mén)前，你可以被偵測到并可以使用你的手機和密碼打開(kāi)房門(mén)鎖。而當你進(jìn)入房間后，只需輕松地在應用上進(jìn)行選擇，就可以操作燈光、溫度、迷你吧，甚至訂購客房服務(wù)。在理想情況下，你完全不用下載新的應用程序，你的整個(gè)互動(dòng)也將是非常安全的。艾邁斯半導體集團旗下的Heptagon開(kāi)發(fā)的RF Digital Simblee技術(shù)不僅能使這種情境成為可能，而且還可為其提供了一種快捷的開(kāi)發(fā)途徑。

　　圖1 觸控屏及手勢識別的應用

　　3觸控屏幕 vs 高級界面

　　因為未來(lái)科幻電影而受到矚目的手勢辨識，已然找到了迅速進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng )新產(chǎn)品行列的發(fā)展方法。在這個(gè)已出現多種3D視覺(jué)產(chǎn)品(例如增強現實(shí)頭戴式顯示器)的時(shí)代，擁有抗干擾能力是非常重要的。我們需要添加一個(gè)非侵入性的維度來(lái)獲得進(jìn)入場(chǎng)景所需的洞察力，使得這些產(chǎn)品能夠在這個(gè)市場(chǎng)中順利運作。下一代產(chǎn)品將不是通過(guò)簡(jiǎn)單的PIN碼進(jìn)行認證，而是會(huì )通過(guò)虹膜掃描或人臉辨識技術(shù)。艾邁斯半導體集團旗下的Heptagon的3D視覺(jué)解決方案可提供在室內和戶(hù)外皆能運作的手勢辨識、增強現實(shí)和虛擬現實(shí)功能，并能有效解決干擾問(wèn)題。 此外，其照明解決方案則能滿(mǎn)足人眼追蹤、虹膜掃描及臉部辨識等需求。

　　4領(lǐng)先的傳感器

　　新型的傳感器無(wú)論是在功能或價(jià)位方面都能支持全新的產(chǎn)品功能性。例如，光譜技術(shù)可應用于許多創(chuàng )新的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。這些傳感器可以辨識常見(jiàn)的有機材料，像是食品、紡織物和材料、農產(chǎn)品、環(huán)境、醫學(xué)藥品，化妝品及石化產(chǎn)品等。艾邁斯半導體集團旗下Heptagon采用Simblee鏈接技術(shù)的手持式光譜儀就是一個(gè)例子。另一個(gè)實(shí)際的例子是將先進(jìn)的傳感器組合應用到某一系統中，從而為工業(yè)場(chǎng)所提供必要的空氣質(zhì)量監測。因為這些場(chǎng)所常有大量的危險化學(xué)品被釋放至空氣中，若沒(méi)有適當的通風(fēng)，長(cháng)時(shí)間暴露在空氣中的化學(xué)品里會(huì )帶來(lái)危險，造成嚴重的長(cháng)期影響。在理想情況下，工業(yè)場(chǎng)所應配備傳感器，用來(lái)測定空氣質(zhì)量是否達到了危險等級，并將這些信息整合到智能連網(wǎng)系統中，用以通知、警示和啟動(dòng)通風(fēng)。Heptagon很好地結合了Simblee技術(shù)和艾邁斯半導體傳感器，從而實(shí)現了這項應用，讓工業(yè)環(huán)境安全成為一件簡(jiǎn)單的事情。

　　5敏捷(Agile)式 vs 瀑布式(waterfall)方法

　　過(guò)去許多公司采用串行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法，即所謂的瀑布式(waterfall)方法學(xué)。然而，在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，敏捷(Agile)開(kāi)發(fā)方法帶來(lái)了重大的轉變。敏捷開(kāi)發(fā)法描述了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一套原則，基于這些原則，自行組建的跨職能團隊將可通過(guò)共同協(xié)作，持續推進(jìn)需求和解決方案的產(chǎn)生與發(fā)展。而此方法主張適應性規劃、漸進(jìn)式開(kāi)發(fā)、早期交付和持續改善。敏捷開(kāi)發(fā)鼓勵快速靈活地應對變化。然而，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)很大程度上仍然在使用瀑布式方法，導致開(kāi)發(fā)時(shí)間、目標和預算上的更多挑戰。特別在開(kāi)發(fā)IoT產(chǎn)品時(shí)，新的IoT技術(shù)堆棧尚未被充分了解，終端用戶(hù)卻提出了更快的產(chǎn)品更新速度與定期進(jìn)行產(chǎn)品更新的要求，以及包含所有與IoT 2.0產(chǎn)品有關(guān)的新功能要求。由于這些因素和其他競爭壓力，基于千篇一律的IoT參考設計的瀑布式開(kāi)發(fā)方法正在迅速消亡。

　　Heptagon利用RF Digital Simblee解決了以上問(wèn)題，并為此提供了符合當代需求的開(kāi)發(fā)協(xié)議和工具，以加速I(mǎi)oT 2.0智能產(chǎn)品的創(chuàng )新，還將繼續通過(guò)經(jīng)過(guò)認證的傳感器及應用平臺來(lái)快速擴展其物聯(lián)界面的生態(tài)系統。目前，RF Digital Simblee生態(tài)系統由1500名工程師和營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)家以及來(lái)自50多家公司的管理人員組成，他們共同致力于此技術(shù)的開(kāi)發(fā)并積極參與其在線(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)論壇。

　　表1 敏捷軟件開(kāi)發(fā)和Simblee開(kāi)發(fā)

　　Simblee生態(tài)系統由模塊化的基礎區塊組成，包括云端、移動(dòng)應用、傳感器、執行器(actuator)及無(wú)線(xiàn)子系統，并通過(guò)專(zhuān)有的操作系統將它們整合到一起。Simblee操作系統可讓開(kāi)發(fā)人員專(zhuān)注于實(shí)際的使用情境，而非過(guò)多的內部硬件、軟件，云端和客戶(hù)端的復雜性等。此架構能優(yōu)化可復用性，同時(shí)還能實(shí)現期望的客制化，有效地為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供敏捷的產(chǎn)品創(chuàng )新方法，為之找到一條順利通往量產(chǎn)的路徑。