從物聯(lián)網(wǎng)到汽車(chē)的邊緣設計

從家居或商業(yè)應用，到互聯(lián)車(chē)輛，邊緣計算貫穿整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)。隨著(zhù)數據量的增加，這種計算需要具有最優(yōu)網(wǎng)絡(luò )安全功能與最高功能安全級別的強大互聯(lián)邊緣計算平臺。

創(chuàng )新通常成波出現（圖1）。一些創(chuàng )新浪潮遵循著(zhù)發(fā)展路徑，例如，從早期的大型機到小型計算機，最后過(guò)渡到如今眾所周知的緊湊型計算機，這種變化是循序漸進(jìn)的?？紤]到計算能力隨時(shí)間推移變得更加強大、外形尺寸更加緊湊、軟件開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)單，這種過(guò)程也非常合理。其他創(chuàng )新浪潮則更加劇烈。從手機到智能手機的過(guò)渡以及向物聯(lián)網(wǎng)的快速轉變就是這樣的例子。

圖1：創(chuàng )新浪潮：物聯(lián)網(wǎng)和人工智能是邊緣設備數量迅速增加的推動(dòng)力。

雖然前幾波創(chuàng )新浪潮專(zhuān)注于設備或設備格局，但最近的變化已影響到細分市場(chǎng)、公司和使用場(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò )設備的激增顯著(zhù)改變了我們的生活，整個(gè)行業(yè)正在努力地將所產(chǎn)生的勢頭轉變成效率、決策和大量數據的盈利機會(huì )。

物聯(lián)網(wǎng)和機器學(xué)習市場(chǎng)

下一波創(chuàng )新浪潮是受機器學(xué)習驅動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)。這與物聯(lián)網(wǎng)的抽象潛力無(wú)關(guān)，而是在于消費類(lèi)電子產(chǎn)品、智能家居、安全出行、智慧城市和工業(yè)4.0等特定細分市場(chǎng)中的成果。雖然智能手機的設計目的是供人們和端到端通信使用，但未來(lái)的變化將遠遠超出基礎設施、移動(dòng)系統、智慧城市和智能制造，在市場(chǎng)中帶來(lái)意想不到的增長(cháng)，從而實(shí)現智能互聯(lián)設備（圖2）。這一變化將重塑我們的生活及周邊基礎設施。

圖2：物聯(lián)網(wǎng)和機器學(xué)習的未來(lái)（按細分行業(yè)劃分）。

IHS預計智能互聯(lián)產(chǎn)品將激增，在2015年至2020年之間，互聯(lián)設備的數量將翻倍（圖3）。在恩智浦，我們認為，互聯(lián)產(chǎn)品在未來(lái)五年內將取得更快的增長(cháng)，而且產(chǎn)業(yè)合作將必不可少。恩智浦并不是在單打獨斗——其他公司在硅谷舉辦的恩智浦主題演講中也表達了類(lèi)似的愿景。

圖3：IHS對物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)設備的增長(cháng)持樂(lè )觀(guān)態(tài)度，預計在2015年至2020年間，數量將翻倍。

微軟物聯(lián)網(wǎng)及混合現實(shí)銷(xiāo)售總監Rodney Clark在近期的恩智浦用戶(hù)大會(huì )上強調了該生態(tài)系統的發(fā)展。他解釋道，物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統在去年一年取得的進(jìn)展相當于過(guò)去五年的進(jìn)展。他還強調道，多個(gè)合作伙伴需要齊心協(xié)力，為用戶(hù)（軟件供應商、硬件供應商、半導體制造商和系統集成商）提供物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)和機器學(xué)習的框架條件

邊緣節點(diǎn)領(lǐng)域遵循明確的方法，無(wú)論是智能吸塵器、家用機器人還是最新工業(yè)機器人。所有系統具備相同的概念模塊（圖4）。借助于這些模塊，節點(diǎn)能夠識別、思考和行動(dòng)，并且必須成為具有最優(yōu)網(wǎng)絡(luò )安全功能和最高安全級別的系統的一部分。在不同的細分市場(chǎng)中，這些功能的共同框架模糊了不同終端市場(chǎng)解決方案之間的界限。這也將使半導體行業(yè)產(chǎn)生一些變化，因為恩智浦等公司會(huì )探索不同任務(wù)的相似性，例如，采用能夠滿(mǎn)足廣泛要求的跨界處理器。

圖4：能夠以最高安全標準識別、思考、通信和行動(dòng)是所有邊緣設備的基礎。

傳感器技術(shù)

新邊緣節點(diǎn)可以利用傳感器技術(shù)獲得洞察力。雷達、攝像頭、人臉和語(yǔ)音識別以及V2X用于傳感器。傳感器收集有關(guān)節點(diǎn)環(huán)境的信息，并回答諸如此類(lèi)的問(wèn)題：道路結冰了嗎，前方道路或下一個(gè)拐角是否有障礙物？附近有墻壁嗎？該區域有陡峭的坡度或其他不同尋常的情況嗎？傳感器收集這些重要信息，然后將其傳輸到傳感器融合系統，以做出進(jìn)一步?jīng)Q策和響應。在不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)和機器學(xué)習領(lǐng)域，這是所有邊緣應用共有的基礎構建模塊中的第一個(gè)模塊。

思考和行動(dòng)

新終端節點(diǎn)是智能的，需要巨大的計算能力來(lái)確保傳感器融合并推斷出恰當的響應。隨著(zhù)恩智浦等公司繼續在性能和功耗方面取得迅速進(jìn)展，越來(lái)越多的應用和相關(guān)決策可以在邊緣實(shí)現。在云端處理數據期間發(fā)生的延遲問(wèn)題非常容易避免。這對于隱私和網(wǎng)絡(luò )安全也有好處，因為重要的保密信息仍在本地，只會(huì )將較不重要的語(yǔ)義數據傳輸到云端。

無(wú)縫連接

要利用大數據，設備需要相互連接，需要與云端連接，即使是大部分數據處理和決策工作也在終端節點(diǎn)完成。連接顯然是物聯(lián)網(wǎng)的支柱。實(shí)現極近距離以及長(cháng)距離連接，可以使用多項技術(shù)。這些技術(shù)包括Wi-Fi、藍牙、NFC、長(cháng)距離RFID，以及無(wú)線(xiàn)或DSRC 802.11p，允許汽車(chē)間通信。

在恩智浦Connects大會(huì )上，恩智浦宣布推出另一項連接技術(shù)。UWB是一項極其強大且安全的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，可準確匹配對象之間的運行時(shí)間，保障網(wǎng)絡(luò )安全。這為工業(yè)和商業(yè)應用以及未來(lái)的汽車(chē)開(kāi)創(chuàng )了突破性功能。全新UWB場(chǎng)景可能包括：在家里，門(mén)會(huì )自動(dòng)打開(kāi)，當居住者從一間房走到另一間房時(shí)，音樂(lè )會(huì )伴隨居住者在整個(gè)房屋內響起。有了UWB，生活變得更加簡(jiǎn)單、順利。

安全和保護功能

終端節點(diǎn)和相應的應用基于兩個(gè)基本要素：功能安全和網(wǎng)絡(luò )安全功能。邊緣本身將作為系統安全的第一道防線(xiàn)，提供安全解決方案以保護物聯(lián)網(wǎng)系統邊緣的能力將是加速該新方法的關(guān)鍵因素。

每天，用戶(hù)依賴(lài)各種服務(wù)和云端數據保持互聯(lián)。而日漸受到機器學(xué)習的強大實(shí)力推動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)需要這種連接。遺憾的是，連接也會(huì )擴大攻擊面，即攻擊手段的總和，代表黑客和攻擊者利用漏洞的潛在途徑。每種連接選項都是系統的潛在入口點(diǎn)。

車(chē)輛安全問(wèn)題最為顯而易見(jiàn)，但最終，所有設備都必須得到保護。這不僅阻止黑客控制汽車(chē)（尤其是當汽車(chē)在路上行駛時(shí)），還要保護汽車(chē)，避免被設法盜取財務(wù)的罪犯入侵（例如，通過(guò)安裝勒索軟件）。

此外，隱私數據的保護也成為一個(gè)越來(lái)越重要的問(wèn)題。由于越來(lái)越多的敏感信息存儲在設備上，因此需要保護與位置、駕駛習慣相關(guān)的信息及其他敏感信息。政府已采取措施來(lái)保護隱私，例如，歐盟的DSGVO（通用數據保護條例）、加利福尼亞州消費者隱私法案(CCPA)或SPY Car法案（汽車(chē)安全與隱私法案）。

整個(gè)產(chǎn)品范圍中的開(kāi)發(fā)人員必須設計和開(kāi)發(fā)在系統級別操作的跨項目解決方案，包括設備與其環(huán)境及其他設備的互動(dòng)。適當的“通過(guò)設計確保安全”方法可以主動(dòng)確保安全性不是事后補救，應該從一開(kāi)始就集成到每個(gè)組件中。OEM制造商定義的系統安全概念將來(lái)自多個(gè)供應商的元素整合在一起。因此，在復雜的供應鏈中高效地協(xié)調該系統安全概念是取得成功的重要因素。

適用于所有系統的另一個(gè)原則是各級別的深度防御或安全機制，因為一般來(lái)說(shuō)，最薄弱的環(huán)節決定了安全性有多強大。這意味著(zhù)，如果一級安全防線(xiàn)被突破，下一級必須繼續保護系統。

安全性

在過(guò)去30年里，汽車(chē)制造商、半導體公司和主要供應商已發(fā)布功能安全的概念。這是確保新車(chē)輛電子產(chǎn)品推出的第一步，也廣泛應用于物聯(lián)網(wǎng)。功能安全基于汽車(chē)或設備中的每個(gè)電子元件都具有特定功能的理念。如果元件發(fā)生故障，系統必須能夠檢測到此錯誤并向車(chē)輛報告。

例如，在汽車(chē)中，如果駕駛艙出現紅色和橙色警告標志，則功能安全系統會(huì )報告引擎或控制單元的問(wèn)題。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，功能安全是安全概念的一部分，但正朝著(zhù)更復雜的安全問(wèn)題快速演進(jìn)。該領(lǐng)域不再僅局限于簡(jiǎn)單的功能正?；虿徽５母拍?。自動(dòng)駕駛帶來(lái)新的安全問(wèn)題，這些問(wèn)題圍繞行為安全性和環(huán)境安全性等概念。這些一定也可以用于物聯(lián)網(wǎng)中的應用。

在行為安全性情景中，關(guān)注點(diǎn)是汽車(chē)或設備的表現是否正常。例如，它是在路邊還是在道路上行駛、是否按照適合車(chē)流的速度行駛、是否遵循所在地區的法律法規？通過(guò)對行為安全性進(jìn)行先進(jìn)且更復雜的評估，能夠回答諸如“在正確的情況下，車(chē)輛是否具備適當的積極性；在其他情況下，是否具備適當的防御性？”這樣的問(wèn)題。

除了行為安全性，還有環(huán)境安全性的概念。環(huán)境安全性旨在解決汽車(chē)無(wú)法針對動(dòng)態(tài)環(huán)境變化做出適當反應的問(wèn)題。如果在車(chē)輛前方的道路上有快遞車(chē)輛掉落的快遞盒，會(huì )發(fā)生什么？自動(dòng)駕駛汽車(chē)如何應對？如何定義適當的方式來(lái)應對意外挑戰？環(huán)境安全性的另一部分有關(guān)在雨、霧、結冰或交通密集的情況下該怎么辦。必須確保用于控制自動(dòng)駕駛車(chē)輛的電子系統和軟件能夠使車(chē)輛正確地做出響應。

嵌入式軟件和機器學(xué)習

嵌入式軟件和機器學(xué)習具備目前難以想象的新優(yōu)勢，但已經(jīng)開(kāi)始嶄露頭角。以駕駛為例：95%的事故是由人為錯誤造成的。機器學(xué)習最終能夠排除人為因素，提高人們的安全駕駛能力。在健康保健的重病檢測領(lǐng)域，現在也取得了類(lèi)似好處。

得益于機器學(xué)習，物聯(lián)網(wǎng)迎來(lái)了重要的創(chuàng )新浪潮。它將改進(jìn)各個(gè)關(guān)鍵行業(yè)，包括消費類(lèi)電子產(chǎn)品、汽車(chē)、智慧城市等，并需要一系列全新的智能邊緣節點(diǎn)。這些邊緣節點(diǎn)遵循類(lèi)似的開(kāi)發(fā)方法，使其能夠利用最新的安全和保護機制進(jìn)行識別、思考和行動(dòng)。