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高效利用能源是物联网面临的最大挑战

2013-06-18  来源:中国信息产业网-人民邮电报  作者:刘春辉

在物联网不断发展的今天,物联网技术、标准以及未来的发展趋势是人们普遍关心的话题。作为IEEE会员以及世界知名的通信技术专家,Enigmaltics顾问公司董事长丹尼尔·道金(Daniel Dobkin)博士对物联网的发展进行了长期的研究,不久前,道金博士接受了记者的书面采访,就物联网有关问题谈了他自己的观点。他认为,如何高效利用能源是物联网发展面临的最大挑战。

关于物联网的发展,道金博士指出,按照最早提出物联网概念的麻省理工学院Kevin Ashton教授的说法,人们可以把物联网理解为物质世界的信息在不经由人工干预情况下实现智能化处理。实际上,电脑在没有人工干预的情况下直接从物质世界获取信息已经不是什么新鲜事,但物联网最大的特点则是其普适性:任何物质对象都是物联网的一部分,并且可以被任何一台计算机所访问(不考虑安全限制的情况下)。道金博士认为,当世界的绝大部分甚至全部物质对象都成为物联网的一部分时,物联网将发挥它最大的效用。为此,网络通信的未来目标是创造一个把共享对象都连接起来的物联网,这显然离不开无线网络的帮助。

道金博士认为,物联网面临的技术挑战主要是由经济问题造成的。他说:“监测对象的价值决定了你可以为其监测投入的成本。智能手机对尖端科技的应用是可行的,因为手机是经常使用的物品,人们愿意为其每天充电。但对于一个大型传感网络的大部分应用来说,相似的耗电需求则会是一种高昂的成本。”道金博士指出,正因如此,如何提供并高效利用能源进行通信与计算是当今世界物联网发展的最大挑战。

道金博士表示,不同价值的事物决定了不同难度的挑战及所使用技术的不同。为零售商店的衣服添加标记只需很小的开销和工作量,但店里的员工不可能每天都给每一件衣服上的标签更换电池。对于这种类型的应用,必须使用能自发从环境中收集能量的无源器件,因为长续航电池的成本相当高昂。但跟踪一个内含数千甚至数十万美元货物的船运集装箱就不用太在意成本,因为如果不是频繁更换电池,使用电池供电设备的成本就不会很高。道金博士指出,值得注意的是,无线电通信的大部分能源实际上是消耗在一些辅助的功能上面:启动处理器、分辨发送接收的信息、协议认证等等,无线电传输的实际能耗只占保持其运作的总能耗的很小一部分,这也意味着低能耗无线电技术在能效方面还有很大的进步空间。

在技术方面,道金博士介绍说,到目前为止,物联网领域最大的投资是射频识别(RFID)和传感器网络。RFID技术已经率先使用无源器件,无源器件比有源器件便宜一到两个数量级。传感器网络要求各个节点被激活并遵守优化能源消耗的无线协议。低能耗传感器节点采用802.11协议。最重要的是,传感器在其使用寿命的大部分时间里都处于待机休眠状态,只在传送信息或监测高一级设备的重要传输时唤醒过来,但什么时候应该休眠什么时候应该唤醒是系统设计的一个关键问题。

关于技术标准,道金博士认为,标准对于任何基于通信的活动都是必不可少的。EPC全球第二代标准的UHF RFID无源电子标签(实质等同于ISO 18000-6C)是为统一协议界定有效性与局限性的模板,其适用范围已经扩展到有源标签,但这一标准没能在世界各国监管机构之间统一频段分配的意见。在传感器网络标准方面,EPG全球第二代标准有太多局限性,因而还不能取代802.11或者802.15.4协议,且802.11设备不太可能被用作标记零售商品。不同的应用程序会使用不同物理层面的技术,且在协议栈中的合集将使用更加高端的技术。道金博士指出,通用性对于某个特定的应用领域是重要并且有用的,但对于有特殊要求的应用,则需使用不同的协议与技术。

谈到物联网未来的发展,道金博士强调了成本的重要性。他表示,目前没有人会指望RFID标签集成电路的成本会在短期内降价到0.001美元,即使实现了这个幅度的成本下降,制作标签的其他步骤的成本依然相对昂贵。他认为,除非是非常特殊的领域,导电纤维、表面声波元件或印刷电子技术等替代技术并不能取代硅芯片。虽然目标对象的多功能无线识别已经很便宜,但不会在短期内实现免费。而用电池供能的标签和传感器节点的价格或性能同样不可能快速改进。道金博士还以互联网的发展为例指出:“那些重新定义互联网的应用程序也是要等到访问、储存及终端用户的设备费用足够低的时候,才开始崭露头角。在那个使用拨号上网、个人计算机还非常昂贵的年代,Facebook与YouTube不可能产生那么大的影响力。”

道金博士强调,人们能够尽情分享内容的前提是:创造和获取内容的成本很低,以至无须考虑投资回报的问题。所以,只有当传感与识别对象的成本很低,或前期投资能分期偿还,物联网才会迅速发展。道金博士也预测,在有着强大计算能力与传感功能的移动设备(包括智能手机和平板电脑)日渐普及的背景下,实现全球信息共享的物联网,可以通过从经济意义上看完全不同于专业传感器的个人设备来完成。他作出这一预测的理由包括,第一,虽然用户隐私与数据可访问性的矛盾并不是一件小事,必须明智地解决,但事实是如今大量关于用户(或至少是他们的手机)的位置数据及很多其他运行数据已经可以访问;第二,新的协议,如高通公司提议的LTE本地扩展,支持在配有LTE的设备之间的自主信息交换,以及新的产品,如谷歌眼镜,可为用户提供传感服务和无线上网等等,都有助于这一目标的实现。

关键词:物联网 能源