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物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備:充電 OR 不充電?

作者: 時間:2016-12-08 來源: 物聯(lián)網(wǎng)智庫 收藏
編者按:工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中有很大一部分的“物”需要電池,并且這些電池需要有長壽命,那么這些電池到底是充電還是不充電呢?

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

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201612/341284.htm

  進(jìn)入的世界,我們才意識到網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)實世界?,F(xiàn)在,一系列挑戰(zhàn)至少能讓我們技術(shù)人員們再奮斗下一個十年。


  我認(rèn)為現(xiàn)實世界面向的主要挑戰(zhàn)并不根植于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)(inter-networking),而在于如何推動事物影響網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和軟件編程,特別是在無線的情況下。

  

  顯而易見,可充電推動了面向消費(fèi)者的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

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

  但如果我告訴你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(shè)備要持續(xù)那么久不充電?

  考慮一下這些非常現(xiàn)實的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(jī)改造的預(yù)測性維護(hù),包括起重機(jī)監(jiān)控、發(fā)動機(jī)性能監(jiān)測或者滅火器監(jiān)測在內(nèi)的過頂業(yè)務(wù)(over-the-top services,指互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)利用傳統(tǒng)電信運(yùn)營商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),直接面向用戶提供的服務(wù))。在這些場景下,設(shè)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(wù)作為一個商業(yè)模式很有趣。那些銷售起重機(jī)、滅火器和汽車的傳統(tǒng)公司,期望他們的產(chǎn)品能夠更智能,并且聯(lián)網(wǎng)以獲得更多的服務(wù)收益,或者與客戶建立更密切的關(guān)系。但是他們希望能在不干擾現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的前提下安裝他們的產(chǎn)品,這意味著工業(yè)領(lǐng)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(dāng)然是一種方法,但是通常既不實用也不劃算,更多的設(shè)計方法可以歸結(jié)為以下三個方面:

  使用擁有先進(jìn)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(shù)

  控制傳感器和制動器外圍設(shè)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(shù)據(jù),發(fā)送信息,然后關(guān)閉所有設(shè)備。這關(guān)乎管理電池的占空比(一個脈沖循環(huán)內(nèi)通電時間所占的比例)。

  怎樣權(quán)衡?

  當(dāng)然,工程學(xué)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(quán)衡——在這種情況下,必須用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(fèi)射頻時間來鎖定接入點,TCP發(fā)送數(shù)據(jù)之前需要使用握手協(xié)議建立連接,還要協(xié)議開銷來保證可靠性。這些過程都要花費(fèi)珍貴的RF和處理器時間,而且時間不是花在傳輸數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)報協(xié)議)作為替代方案,但它仍然會浪費(fèi)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(wǎng)絡(luò)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(fèi)更少的時間

  這些方案和其它非傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)在物理層、連接層和網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)。

  傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)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(qū)動:一個傳統(tǒng)IT開發(fā)人員不熟悉的編程范式。

  問題不是如何驅(qū)動一個物聯(lián)網(wǎng)平臺,而是一個物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)該能夠通過一些手段很容易的延長電池壽命,不是嗎?



關(guān)鍵詞: 物聯(lián)網(wǎng) 電池

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