物聯網設備：充電 OR 不充電？

　　我們這些技術人員差不多把互聯網的事情都解決了，所以我們變得很無聊，你知道的，當一群技術人員變得無聊時，就熱衷于尋找另一個難以解決的難題。

　　進入物聯網的世界，我們才意識到網絡還沒有征服那些真正對我們重要的事物——那個我們每天與之交互的世界——現實世界。現在，一系列挑戰(zhàn)至少能讓我們技術人員們再奮斗下一個十年。

　　我認為現實世界面向物聯網的主要挑戰(zhàn)并不根植于網絡互聯(inter-networking)，而在于如何推動事物影響網絡互聯和軟件編程，特別是在無線的情況下。

　　電池與物聯網

　　顯而易見，可充電電池推動了面向消費者的物聯網發(fā)展。

　　iPhone一天要沖幾個小時的電，使其能夠連入蜂窩網絡或WiFi，通過 TCP/IP協議上網，這似乎并沒有大幅改變網絡或編程方法。Fitbit通過藍牙與其它設備通信，每天只需充電幾分鐘，這就對網絡和軟件編程模型產生了劇烈的影響。

　　但如果我告訴你電池必須在沒法充電或更換的情況下堅持1個月呢?6個月，2年，5年?這是瘋了嗎?誰會要求可穿戴設備要持續(xù)那么久不充電?

　　考慮一下這些非常現實的工業(yè)物聯網應用：在扁桃樹果園里監(jiān)測土壤和病害狀況，監(jiān)測奶牛的疾病情況，工廠里空氣壓縮機改造的預測性維護，包括起重機監(jiān)控、發(fā)動機性能監(jiān)測或者滅火器監(jiān)測在內的過頂業(yè)務(over-the-top services，指互聯網企業(yè)利用傳統電信運營商的基礎網絡，直接面向用戶提供的服務)。在這些場景下，設備所處的環(huán)境是要求超過6個月(某個情況下是5年)沒有連接電源的。

　　說句題外話，過頂服務作為一個商業(yè)模式很有趣。那些銷售起重機、滅火器和汽車的傳統公司，期望他們的產品能夠更智能，并且聯網以獲得更多的服務收益，或者與客戶建立更密切的關系。但是他們希望能在不干擾現有基礎設施的前提下安裝他們的產品，這意味著工業(yè)領域整個類別的物都需要較長的電池壽命。

　　如何使你的電池壽命變長

　　買一個大號的電池當然是一種方法，但是通常既不實用也不劃算，更多的設計方法可以歸結為以下三個方面：

　　使用擁有先進的睡眠控制裝置的低功耗處理器

　　使用可以精確控制TX/RX(傳送/接收)時間的低功耗射頻技術

　　控制傳感器和制動器外圍設備的用電

　　換句話說，盡可能在低功耗的模式下有足夠長的時間讀取傳感器數據，發(fā)送信息，然后關閉所有設備。這關乎管理電池的占空比(一個脈沖循環(huán)內通電時間所占的比例)。

　　怎樣權衡?

　　當然，工程學的第一原則就是，你想得到一些就意味著你必須放棄另外一些東西，總有權衡——在這種情況下，必須用傳統的網絡連接和軟件編程手段來交換長的電池壽命。

　　WiFi和TCP/IP真的不能幫助你很好的控制電池占空比。WiFi需要花費射頻時間來鎖定接入點，TCP發(fā)送數據之前需要使用握手協議建立連接，還要協議開銷來保證可靠性。這些過程都要花費珍貴的RF和處理器時間，而且時間不是花在傳輸數據上，而是在建立連接和可靠性上面。

　　你可以考慮使用UDP(用戶數據報協議)作為替代方案，但它仍然會浪費時間，并且無法保證可靠性。

　　一些可以縮短“ON”占空比的替代性網絡方案有：

　　即發(fā)即棄(Fire and forget)：如果可靠性不是大問題，那么這是使功率最小化的選擇

　　時間同步性傳輸(Time synchronized transmit)：避免沖突

　　以電力中繼器作支持來傳遞信息(A backbone of poweredrepeaters to relay messages)：電池供電節(jié)點和電力節(jié)點之間的可靠性花費更少的時間

　　這些方案和其它非傳統網絡方案的實施，意味著必須有其它方案來保證可靠性。好消息是，有新興標準在物理層、連接層和網絡層來管理這些物，但是別期待他們會像我們之前慣用的方式工作，將來必須有額外的工具和算法來可靠地收集數據。

　　傳統的操作系統既不支持快速的睡眠/喚醒周期，也不會處理這些有限的RAM&閃存。物的決策邏輯將由嵌入式軟件和主要事件驅動：一個傳統IT開發(fā)人員不熟悉的編程范式。

　　問題不是如何驅動一個物聯網平臺，而是一個物聯網平臺應該能夠通過一些手段很容易的延長電池壽命，不是嗎?