傳感器與物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是各種物體（無(wú)論是復(fù)雜精密的，或是簡(jiǎn)單普通的）通過(guò)傳感器、RFID標(biāo)簽和IP地址等標(biāo)識(shí)符建立的網(wǎng)絡(luò)式互連。例如，福特公司的Tool Link系統(tǒng)把傳感器安放到包括福特Transit Connect在內(nèi)的汽車(chē)中，因此當(dāng)司機(jī)按動(dòng)按鈕時(shí)，儀表板會(huì)顯示車(chē)上所有工具的清單。類(lèi)似的家用系統(tǒng)將為你顯示你手提箱中所有衣物或是公文包中所有物品的清單。在電子生態(tài)系統(tǒng)中，真實(shí)世界與電腦互動(dòng)，而傳感器構(gòu)成了該系統(tǒng)的邊緣，提供的數(shù)據(jù)種類(lèi)比鍵盤(pán)和鼠標(biāo)輸入的數(shù)據(jù)更豐富。目前，人們用鍵盤(pán)輸入大部分互聯(lián)網(wǎng)信息。但是我們處于一個(gè)拐點(diǎn)，更多的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)不是來(lái)自鍵盤(pán)，而是來(lái)自傳感器。

　　物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)首先是檢測(cè)和連接所有事物，其次是確保所有這些事物都有智能。請(qǐng)回想一下，去年10月，連接加州舊金山和奧克蘭的海灣大橋有金屬部件掉落到車(chē)道上，被迫關(guān)閉了幾天。在由物聯(lián)網(wǎng)塑造的世界里，上述情景可能不會(huì)出現(xiàn)，這是因?yàn)闃蛏蠒?huì)有數(shù)千個(gè)加速計(jì)來(lái)記錄某個(gè)即將發(fā)生的故障的振動(dòng)特征。像海灣大橋這種大小的橋梁也許有10000個(gè)傳感器，而一座小立交橋也許有100個(gè)。

　　把基礎(chǔ)設(shè)施傳感器的數(shù)量與手機(jī)等個(gè)人設(shè)備中的傳感器數(shù)量結(jié)合起來(lái)，就可算出在未來(lái)10年，制造商們將為每個(gè)人開(kāi)發(fā)和部署大約1000個(gè)傳感器。由于世界人口為數(shù)十億，因此上述數(shù)字將變成超過(guò)1萬(wàn)億個(gè)傳感器。如此多的數(shù)據(jù)收集傳感器意味著大量數(shù)據(jù)處理工作，而這又意味著云計(jì)算，即運(yùn)用大量電腦（經(jīng)常是在分布式數(shù)據(jù)中心）來(lái)無(wú)縫處理和存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。按照典型的數(shù)據(jù)速率，全天運(yùn)行的100萬(wàn)個(gè)傳感器將需要50塊并行工作的硬盤(pán)，來(lái)記錄這些傳感器在短短6個(gè)月內(nèi)生成的20PB數(shù)據(jù)。那些已經(jīng)深入到云計(jì)算領(lǐng)域的公司正在涌入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，把它當(dāng)作一個(gè)重要的新商機(jī)。IBM公司和惠普公司是兩個(gè)引人注目的例子，前者啟動(dòng)了Smarter Planet計(jì)劃，后者則是CENSE (Central Nervous System for the Earth)。

　　惠普公司正在運(yùn)用它的MEMS專(zhuān)業(yè)知識(shí)（它開(kāi)發(fā)這些知識(shí)是為了提供打印機(jī)墨盒用液體傳感器），來(lái)創(chuàng)造靈敏度為目前商業(yè)產(chǎn)品1000倍的加速計(jì)。微型MEMS加速計(jì)是首批CENSE傳感器，后續(xù)傳感器將包括光線(xiàn)、溫度、大氣壓、氣流和濕度傳感器件。

　　該領(lǐng)域出現(xiàn)的首批裝置能檢測(cè)出10飛米（10-15米）位置變化——不到人的頭發(fā)寬度的10億分之一，可測(cè)量微重力加速度范圍內(nèi)的加速度變化。這些能力使裝置的靈敏度約為任天堂Wii游戲機(jī)、iPhone或汽車(chē)氣囊系統(tǒng)目前所用消費(fèi)級(jí)加速計(jì)的1000倍（圖1）。

圖1，無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)，比如這個(gè)使用惠普公司數(shù)字加速計(jì)的節(jié)點(diǎn)，必須縮小尺寸和降低成本，才能促成包含萬(wàn)億傳感器的物聯(lián)網(wǎng)?！　?/p>

　　除了總體計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的成本以外，傳感器本身也是一筆很大的基礎(chǔ)設(shè)施投資，特別是當(dāng)它們的數(shù)量以萬(wàn)億計(jì)時(shí)?；萜諏?shí)驗(yàn)室信息與量子系統(tǒng)高級(jí)研究員Peter Hartwell認(rèn)為：大規(guī)模傳感網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)濟(jì)上可行的唯一辦法就是提高生產(chǎn)力和效率，由此抵消網(wǎng)絡(luò)成本。他說(shuō)：“以嵌在滑雪場(chǎng)通行證里的芯片為例。芯片沒(méi)有押金，實(shí)際上是免費(fèi)的，這是因?yàn)樗ㄟ^(guò)取代電梯操作工而帶來(lái)的價(jià)值，所以滑雪場(chǎng)能夠負(fù)擔(dān)免費(fèi)的通行證芯片。”他表示：聯(lián)網(wǎng)式傳感器帶來(lái)的價(jià)值將不只是抵消其成本。

　　雖然大批量芯片硬件的成本的確會(huì)隨時(shí)間推移而接近零，但傳感節(jié)點(diǎn)不只是包含芯片。無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)有4個(gè)普通部件：傳感器及其信號(hào)調(diào)節(jié)電路、微控制器、無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器、電源。前三個(gè)部件受益于摩爾定律，在價(jià)格下降的同時(shí)，能力迅速提高。但是，電源不依賴(lài)芯片集成，因此得不到這種好處。盡管電池、超級(jí)電容、能量收集器件在過(guò)去幾年已經(jīng)取得顯著改進(jìn)，但能量存儲(chǔ)和收集領(lǐng)域一般并不受益于規(guī)模經(jīng)濟(jì)。可用功率仍然大致相等，固定預(yù)算約為數(shù)毫瓦。但憑借上述固定功率預(yù)算，傳感節(jié)點(diǎn)的其余部分目前能做更多事情。但是至少在近期，專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)的價(jià)格將是難以逾越的障礙。

　　惠普、IBM這類(lèi)大公司并非是進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的唯一通道。例如，Pachube公司（一家以開(kāi)源為基礎(chǔ)的私營(yíng)公司）允許那些擁有自動(dòng)生成的傳感器數(shù)據(jù)的創(chuàng)造者和用戶(hù)把數(shù)據(jù)上傳到它的網(wǎng)站，供Pachube社區(qū)使用。對(duì)于小公司和那些專(zhuān)業(yè)知識(shí)不是數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)、處理和存儲(chǔ)，而是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的研究人員而言，Pachube公司的通用數(shù)據(jù)中介平臺(tái)是一種訪(fǎng)問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)的方式（參考文獻(xiàn)1）。

　　另外，物聯(lián)