高效利用能源是物聯(lián)網(wǎng)面臨的最大挑戰

在物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、標準以及未來(lái)的發(fā)展趨勢是人們普遍關(guān)心的話(huà)題。作為IEEE會(huì )員以及世界知名的通信技術(shù)專(zhuān)家，Enigmaltics顧問(wèn)公司董事長(cháng)丹尼爾·道金(Daniel Dobkin)博士對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行了長(cháng)期的研究，不久前，道金博士接受了記者的書(shū)面采訪(fǎng)，就物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)問(wèn)題談了他自己的觀(guān)點(diǎn)。他認為，如何高效利用能源是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的最大挑戰。

關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，道金博士指出，按照最早提出物聯(lián)網(wǎng)概念的麻省理工學(xué)院Kevin Ashton教授的說(shuō)法，人們可以把物聯(lián)網(wǎng)理解為物質(zhì)世界的信息在不經(jīng)由人工干預情況下實(shí)現智能化處理。實(shí)際上，電腦在沒(méi)有人工干預的情況下直接從物質(zhì)世界獲取信息已經(jīng)不是什么新鮮事，但物聯(lián)網(wǎng)最大的特點(diǎn)則是其普適性：任何物質(zhì)對象都是物聯(lián)網(wǎng)的一部分，并且可以被任何一臺計算機所訪(fǎng)問(wèn)(不考慮安全限制的情況下)。道金博士認為，當世界的絕大部分甚至全部物質(zhì)對象都成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮它最大的效用。為此，網(wǎng)絡(luò )通信的未來(lái)目標是創(chuàng )造一個(gè)把共享對象都連接起來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)，這顯然離不開(kāi)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的幫助。

道金博士認為，物聯(lián)網(wǎng)面臨的技術(shù)挑戰主要是由經(jīng)濟問(wèn)題造成的。他說(shuō)：“監測對象的價(jià)值決定了你可以為其監測投入的成本。智能手機對尖端科技的應用是可行的，因為手機是經(jīng)常使用的物品，人們愿意為其每天充電。但對于一個(gè)大型傳感網(wǎng)絡(luò )的大部分應用來(lái)說(shuō)，相似的耗電需求則會(huì )是一種高昂的成本。”道金博士指出，正因如此，如何提供并高效利用能源進(jìn)行通信與計算是當今世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最大挑戰。

道金博士表示，不同價(jià)值的事物決定了不同難度的挑戰及所使用技術(shù)的不同。為零售商店的衣服添加標記只需很小的開(kāi)銷(xiāo)和工作量，但店里的員工不可能每天都給每一件衣服上的標簽更換電池。對于這種類(lèi)型的應用，必須使用能自發(fā)從環(huán)境中收集能量的無(wú)源器件，因為長(cháng)續航電池的成本相當高昂。但跟蹤一個(gè)內含數千甚至數十萬(wàn)美元貨物的船運集裝箱就不用太在意成本，因為如果不是頻繁更換電池，使用電池供電設備的成本就不會(huì )很高。道金博士指出，值得注意的是，無(wú)線(xiàn)電通信的大部分能源實(shí)際上是消耗在一些輔助的功能上面：?jiǎn)?dòng)處理器、分辨發(fā)送接收的信息、協(xié)議認證等等，無(wú)線(xiàn)電傳輸的實(shí)際能耗只占保持其運作的總能耗的很小一部分，這也意味著(zhù)低能耗無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在能效方面還有很大的進(jìn)步空間。

在技術(shù)方面，道金博士介紹說(shuō)，到目前為止，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最大的投資是射頻識別(RFID)和傳感器網(wǎng)絡(luò )。RFID技術(shù)已經(jīng)率先使用無(wú)源器件，無(wú)源器件比有源器件便宜一到兩個(gè)數量級。傳感器網(wǎng)絡(luò )要求各個(gè)節點(diǎn)被激活并遵守優(yōu)化能源消耗的無(wú)線(xiàn)協(xié)議。低能耗傳感器節點(diǎn)采用802.11協(xié)議。最重要的是，傳感器在其使用壽命的大部分時(shí)間里都處于待機休眠狀態(tài)，只在傳送信息或監測高一級設備的重要傳輸時(shí)喚醒過(guò)來(lái)，但什么時(shí)候應該休眠什么時(shí)候應該喚醒是系統設計的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

關(guān)于技術(shù)標準，道金博士認為，標準對于任何基于通信的活動(dòng)都是必不可少的。EPC全球第二代標準的UHF RFID無(wú)源電子標簽(實(shí)質(zhì)等同于ISO 18000-6C)是為統一協(xié)議界定有效性與局限性的模板，其適用范圍已經(jīng)擴展到有源標簽，但這一標準沒(méi)能在世界各國監管機構之間統一頻段分配的意見(jiàn)。在傳感器網(wǎng)絡(luò )標準方面，EPG全球第二代標準有太多局限性，因而還不能取代802.11或者802.15.4協(xié)議，且802.11設備不太可能被用作標記零售商品。不同的應用程序會(huì )使用不同物理層面的技術(shù)，且在協(xié)議棧中的合集將使用更加高端的技術(shù)。道金博士指出，通用性對于某個(gè)特定的應用領(lǐng)域是重要并且有用的，但對于有特殊要求的應用，則需使用不同的協(xié)議與技術(shù)。

談到物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展，道金博士強調了成本的重要性。他表示，目前沒(méi)有人會(huì )指望RFID標簽集成電路的成本會(huì )在短期內降價(jià)到0.001美元，即使實(shí)現了這個(gè)幅度的成本下降，制作標簽的其他步驟的成本依然相對昂貴。他認為，除非是非常特殊的領(lǐng)域，導電纖維、表面聲波元件或印刷電子技術(shù)等替代技術(shù)并不能取代硅芯片。雖然目標對象的多功能無(wú)線(xiàn)識別已經(jīng)很便宜，但不會(huì )在短期內實(shí)現免費。而用電池供能的標簽和傳感器節點(diǎn)的價(jià)格或性能同樣不可能快速改進(jìn)。道金博士還以互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為例指出：“那些重新定義互聯(lián)網(wǎng)的應用程序也是要等到訪(fǎng)問(wèn)、儲存及終端用戶(hù)的設備費用足夠低的時(shí)候，才開(kāi)始嶄露頭角。在那個(gè)使用撥號上網(wǎng)、個(gè)人計算機還非常昂貴的年代，Facebook與YouTube不可能產(chǎn)生那么大的影響力。”

道金博士強調，人們能夠盡情分享內容的前提是：創(chuàng )造和獲取內容的成本很低，以至無(wú)須考慮投資回報的問(wèn)題。所以，只有當傳感與識別對象的成本很低，或前期投資能分期償還，物聯(lián)網(wǎng)才會(huì )迅速發(fā)展。道金博士也預測，在有著(zhù)強大計算能力與傳感功能的移動(dòng)設備(包括智能手機和平板電腦)日漸普及的背景下，實(shí)現全球信息共享的物聯(lián)網(wǎng)，可以通過(guò)從經(jīng)濟意義上看完全不同于專(zhuān)業(yè)傳感器的個(gè)人設備來(lái)完成。他作出這一預測的理由包括，第一，雖然用戶(hù)隱私與數據可訪(fǎng)問(wèn)性的矛盾并不是一件小事，必須明智地解決，但事實(shí)是如今大量關(guān)于用戶(hù)(或至少是他們的手機)的位置數據及很多其他運行數據已經(jīng)可以訪(fǎng)問(wèn);第二，新的協(xié)議，如高通公司提議的LTE本地擴展，支持在配有LTE的設備之間的自主信息交換，以及新的產(chǎn)品，如谷歌眼鏡，可為用戶(hù)提供傳感服務(wù)和無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)等等，都有助于這一目標的實(shí)現。