如何解決物聯(lián)網(wǎng)應用難題

　　2003年，全球僅有5億多臺聯(lián)網(wǎng)設備，人均只有0.08臺，也就是說平均每人只有0.02臺設備可連接至互聯(lián)網(wǎng)。2010年這個數(shù)字上升至125億，平均每人幾乎擁有6臺聯(lián)網(wǎng)設備。2015年聯(lián)網(wǎng)“設備”的規(guī)模預計將進一步上升到250億臺，到2020年底將達到500億臺。

　　這種增長趨勢還將延續(xù)。隨著全新納米連接技術(shù)，也即所謂的“智能微塵”的發(fā)展， 這個數(shù)字將以每日數(shù)千億的速度進一步增長。隨著聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量的增長，設備之間的通信也變得越來越智能。例如，智能消防安全系統(tǒng)若是與智能恒溫器連接就會變得更加有用。若進一步將恒溫器與用戶的智能手機進行連接，系統(tǒng)的智能度就會提升到一個全新的級別。因此，網(wǎng)絡中添加的聯(lián)網(wǎng)設備越多，越有利于它們將海量無用“數(shù)據(jù)”轉(zhuǎn)化為切實有用的信息。

　　這就是物聯(lián)網(wǎng)的根本目標所在：為日常物品構(gòu)建自我維持型網(wǎng)絡，從而提供遠超單個物品功能的集體價值。正是基于這一點，無論是政府部門、企業(yè)組織、學術(shù)團體還是業(yè)余愛好者們都在廣泛部署物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)已遍及從國際物聯(lián)網(wǎng)標準到定制智能傳感器開發(fā)等電子領域的各個層面。

　　然而，盡管全球廣泛投身物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)，要實現(xiàn)其普遍應用仍需解決各種復雜難題，其中既包括通用協(xié)議與標準等技術(shù)問題，也有對個人隱私等較抽象概念的影響。只有業(yè)界真正應對這些挑戰(zhàn)，物聯(lián)網(wǎng)才能獲得發(fā)展，否則將永遠原地踏步。

　　1. 采用通用標準

　　雖然業(yè)界已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)的標準化方面取得了不菲的成績，但其安全性、隱私性，尤其是架構(gòu)等方面仍需進行大量改進。據(jù)金融時報刊載的一篇最新報告顯示，科技廠商與電信企業(yè)展開了一場“殊死搏斗”，爭相搶占物聯(lián)網(wǎng)市場。當各行業(yè)領先企業(yè)試圖進一步細化其在物聯(lián)網(wǎng)市場的定位時，業(yè)內(nèi)卻出現(xiàn)了幾項競爭性標準，包括谷歌“物理網(wǎng)絡”、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)、開放互聯(lián)聯(lián)盟(OIC)及Thread，這是一種由谷歌、三星、ARM及飛思卡爾聯(lián)合推出的新型IP無線網(wǎng)絡協(xié)議。

　　雖然這些機構(gòu)都致力于推動物聯(lián)網(wǎng)的普及，但物聯(lián)網(wǎng)標準化進程的不足仍然讓人擔憂。在制定通用標準之前，物聯(lián)網(wǎng)有可能變成另一個依靠大型IT企業(yè)特別監(jiān)管的異步技術(shù)領域。

　　2. 采用IPv6

　　每一臺連接互聯(lián)網(wǎng)的設備都需要有各自獨特的數(shù)字標簽，即IP地址。當前，大多數(shù)IP地址都是在第四代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，也就是IPv4上運行。IPv4采用32位系統(tǒng)，總計可提供43億個唯一IP地址，這個數(shù)量的IP地址在2010年2月就已分配完畢。隨著每天不斷有新設備接入互聯(lián)網(wǎng)，IPv4現(xiàn)已嚴重超載。因此，只有借助網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換技術(shù)(NAT)才能使更多設備連接至互聯(lián)網(wǎng)，這種技術(shù)可將一個IP地址復用轉(zhuǎn)換成另一個從而提供更多可用的IP地址空間。

　　盡管事實證明NAT確實可以有效地避免IP地址耗盡，但它卻無法滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求。取而代之的是，網(wǎng)絡運營商開始積極推廣IPv6的普及，長度為128位的新協(xié)議，可提供多達3.4×1038個設備地址。該新協(xié)議不僅可為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展(包括‘智能微塵’應用)提供充足的IP地址，還可提供增強的安全性及網(wǎng)絡管理功能。

　　盡管IPv6具備諸多優(yōu)勢，但據(jù)谷歌2014年12月發(fā)布的一份報告顯示，全球94%以上的互聯(lián)網(wǎng)流量仍然由IPv4發(fā)送。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要取得成功，IPv6的普及率勢必要進一步提升。

　　3. 無線協(xié)議選擇

　　除了缺失標準化架構(gòu)，設計工程師還面臨選擇難題，他們需要從大量的連接技術(shù)當中挑選出最適合的方案應用到物聯(lián)網(wǎng)設備當中。

　　其中幾項代表性連接技術(shù)包括WiFi、藍牙、藍牙低功耗、ANT、Zigbee及RF4CE。若要挑選到最優(yōu)無線技術(shù)，設計師必須綜合考慮諸多因素，例如：是否需要專用解決方案、什么樣的頻段符合所采用的行業(yè)標準、設備所需功率是多少等。無線技術(shù)的選擇將影響設備之間的通信方式并可能從根本上限制設備在物聯(lián)網(wǎng)中的應用。

　　是選擇開發(fā)專用解決方案還是直接采用藍牙等標準化技術(shù)，二者之間的權(quán)衡歸根結(jié)底在于所需的基本功能。高度專業(yè)化的功能可能需要開發(fā)專有實現(xiàn)方案，這就會直接限制OEM供應商提供的可用產(chǎn)品選擇;但同時它也有有利的一面，由于專用無線平臺可能是專門針對應用而定制開發(fā)，這有利于縮小軟件的占位空間。

　　正如所料，Wi-Fi目前主導著整個無線連接世界。然而，Wi-Fi技術(shù)的高功耗特性使得它并不適合物聯(lián)網(wǎng)應用。許多開發(fā)人員正積極嘗試使用低功耗藍牙技術(shù)及Dynastream‘ANT’協(xié)議，二者均可為短程無線通信提供低成本與超低功耗解決方案，是可穿戴設備與物聯(lián)網(wǎng)設備的理想選擇。

　　4.提供電源

　　放棄使用Wi-Fi為物聯(lián)網(wǎng)的應用帶來了另一個問題：如何才能為大量便攜式互聯(lián)網(wǎng)連接設備提供充足電源?為了充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的潛能，接入網(wǎng)絡的各種設備需要逐漸實現(xiàn)自我維持功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速擴展，它所連接的嵌入式傳感器即使不到數(shù)十億，也有數(shù)百萬件，這樣一來，定期更換每臺設備的電池幾乎不太現(xiàn)實，因此我們要使每件傳感器都能夠利用其周邊環(huán)境中的各種當?shù)卦?，如震動、光、氣流等進行自主發(fā)電。

　　大多數(shù)情況下，此類發(fā)電都是通過采用納米發(fā)電機技術(shù)實現(xiàn)的。這些靈活的自供電能源采集器可用于將動能(來自震動能與機械能)轉(zhuǎn)化為電能，且無需安裝電子設備所需的外部電路及電池。雖然納米發(fā)電機初期發(fā)展比較緩慢，但其近期發(fā)展卻是有目共睹，其能源效率增長近40倍。通過EnOcean與 Perpetuum等業(yè)界企業(yè)的努力，納米發(fā)電技術(shù)現(xiàn)已可以將微弱的震動甚至人體走路的踩踏等各種能量轉(zhuǎn)化為電能。

　　盡管如此，我們?nèi)孕杩朔S多難題才能最終真正解決能源消耗的問題。由于全球預期將迎來500億臺連接設備，我們迫切需要開發(fā)靈活的可再生能源。

　　5. 隱私性

　　物聯(lián)網(wǎng)對個人權(quán)利和個人隱私的影響是一直備受關注的話題之一。由于物聯(lián)網(wǎng)可能會造成入侵式營銷及企業(yè)監(jiān)控，曾經(jīng)激起廣泛大眾對物聯(lián)網(wǎng)的極度不認可與不信任。因此，若業(yè)界想廣泛推動消費級應用，物聯(lián)網(wǎng)設計師就必須確保維護用戶的個人隱私，從根本上說也就是確保不辜負用戶的信任。

　　從設計的角度來看，實現(xiàn)這一目標的最佳方式是確保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品能夠真正為大眾的生活帶來有形價值。只要設計出切實有用的應用產(chǎn)品而非只是制造新奇噱頭，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)便可為終端用戶提供真正實用的產(chǎn)品。

　　所有新技術(shù)在被引入之初，媒體總是先對其隱私問題提出質(zhì)疑，這個問題最終必然受到公眾的關注。無論是智能手機還是衛(wèi)星導航系統(tǒng)，當初都存在這個現(xiàn)象。然而最終，這些技術(shù)都獲得了迅猛發(fā)展，這是因為它們不僅可以提供切實的好處，還竭力最大限度地保護終端用戶的安全和隱私。

　　因此，物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)據(jù)采集應該做到盡可能透明，并應采用適當?shù)墓芸睾桶踩胧┮员Ｗo用戶的數(shù)據(jù)。 這些管控措施的基本內(nèi)容最初在2009年歐洲委員會的一項報告中進行過概述，該報告邀請了聯(lián)盟成員國對互聯(lián)網(wǎng)連接設備的設計與運行提供指導意見。這些指導方針突出強調(diào)了對物聯(lián)網(wǎng)設備的幾點要求，包括：能夠主動防御攻擊、使用經(jīng)認證數(shù)據(jù)、對收集的數(shù)據(jù)實施適當?shù)脑L問控制、對客戶端隱私提供高級別保護等。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)設計師及業(yè)余愛好者在嘗試開發(fā)全新連接設備時，必須充分考慮所有這些特性。

　　要想在2015年確實實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的普遍應用，必須解決當前面臨的一系列難題，本文只是提及其中的幾項。雖然其中的一些難題將由政府部門和行業(yè)組織負責解決，但全球設計師和業(yè)余愛好者已經(jīng)遇到了許多問題。這也是物聯(lián)網(wǎng)在設計社區(qū)如此令人關注的原因，他們不僅期待成功背后的巨大利益，也樂于享受它帶來的諸多挑戰(zhàn)。