物聯(lián)網(IoT)和工業(yè)物聯(lián)網的普及率持續(xù)飆升。麥肯錫報告稱，2014年，約有13%的企業(yè)報告其運營中使用了物聯(lián)網技術。今天，這一數(shù)字已增長到25%。到2023年，全球使用的物聯(lián)網設備數(shù)量預計將達到430億臺，是2018年使用數(shù)量的三倍。

盡管物聯(lián)網傳感器的前景是能夠從任何地方實時監(jiān)控關鍵資產，但長期以來，一直有一個大問題困擾著研究人員：這430億臺設備究竟如何運作?

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電源問題

物聯(lián)網設備需要傳感器，該傳感器可以觀測資產的特定屬性，并測量關于它的有用數(shù)據(jù)。例如，物聯(lián)網設備溫度傳感器可以監(jiān)測生產車間的電機溫度，并將該信息轉發(fā)給分析人員，或者提醒維護團隊注意潛在的問題?；蛘邆鞲衅骺梢员O(jiān)測附近障礙物的接近程度，以幫助自動駕駛汽車保持安全和正常行駛。監(jiān)測參數(shù)的可能性幾乎是無限的——傳感器可以測量光、振動、濕度、速度等等。

問題在于每個傳感器都需要一個電源，而物聯(lián)網設備的絕對數(shù)量構成了巨大的功耗。給每臺設備配備電池似乎是最簡單的解決方案，但這也帶來了一些挑戰(zhàn)。在416億臺設備上開發(fā)、安裝和更換電池將需要太多的時間和太多的寶貴資源。同樣具有挑戰(zhàn)性的是，物聯(lián)網傳感器通常放置在偏遠地區(qū)或危險區(qū)域的關鍵資產上。如果物聯(lián)網設備依靠傳統(tǒng)電源，那么投資回報率將急劇下降。

為了提高投資回報率，物聯(lián)網設備需要兩樣東西：功耗更低的傳感器和持續(xù)時間至少10到20年的電池。

兩種節(jié)能方式

為了解決這些限制，研究人員正傾向于兩種節(jié)能方式：按需喚醒和能量收集。

按需喚醒意味著物聯(lián)網智能傳感器只有在需要時才會啟動，其余時間，它們都處于休眠狀態(tài)。例如，跟蹤大樓門口行人流量的物聯(lián)網設備，只有當有人走過時才會醒來。

從某種意義上說，收集能量的物聯(lián)網智能傳感器是自我維持的，因為它們從日常流程中獲取少量電力。在智能建筑中，安裝在門把手上的傳感器可以從把手的每次轉動中獲取機械能，并將這些能量保存到電池中。光伏電池可以通過從光中收集能量來為物聯(lián)網傳感器供電。如果它們的電力消耗足夠低，那么這些自我維持的物聯(lián)網設備理論上可以運行幾十年。

更廣泛的網絡需求

一個有效的物聯(lián)網系統(tǒng)不僅需要低功耗物聯(lián)網設備來完成工作，而且還需要一個健壯、安全和可靠的網絡來中繼和處理數(shù)據(jù)。

物聯(lián)網網絡整合了收集和路由數(shù)據(jù)的網關，以及中繼和處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)的確切處理位置(在云中還是在邊緣)取決于應用的具體需求。低功耗廣域網是要求覆蓋較大地理距離、低功耗的物聯(lián)網智能傳感器的理想選擇。

物聯(lián)網網絡還需要中繼大量數(shù)據(jù)的能力。5G網絡可能特別適合這里，因為它們提供了可靠中繼傳感器數(shù)據(jù)所需的速度和容量，而許多物聯(lián)網應用(包括自動駕駛和機器人輔助手術)都需要這些數(shù)據(jù)。網絡安全也是一個主要問題，特別是因為物聯(lián)網設備可以成為網絡攻擊者的輕松切入點。

物聯(lián)網的未來充滿無限希望，并且其采用障礙也正在逐步消除。隨著傳感器壽命的延長和廣域網技術的協(xié)同工作，革命性物聯(lián)網應用的前景越來越接近現(xiàn)實。