高效利用能源是物聯(lián)網面臨的最大挑戰(zhàn)

在物聯(lián)網不斷發(fā)展的今天，物聯(lián)網技術、標準以及未來的發(fā)展趨勢是人們普遍關心的話題。作為IEEE會員以及世界知名的通信技術專家，Enigmaltics顧問公司董事長丹尼爾·道金(Daniel Dobkin)博士對物聯(lián)網的發(fā)展進行了長期的研究，不久前，道金博士接受了記者的書面采訪，就物聯(lián)網有關問題談了他自己的觀點。他認為，如何高效利用能源是物聯(lián)網發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)。

關于物聯(lián)網的發(fā)展，道金博士指出，按照最早提出物聯(lián)網概念的麻省理工學院Kevin Ashton教授的說法，人們可以把物聯(lián)網理解為物質世界的信息在不經由人工干預情況下實現(xiàn)智能化處理。實際上，電腦在沒有人工干預的情況下直接從物質世界獲取信息已經不是什么新鮮事，但物聯(lián)網最大的特點則是其普適性：任何物質對象都是物聯(lián)網的一部分，并且可以被任何一臺計算機所訪問(不考慮安全限制的情況下)。道金博士認為，當世界的絕大部分甚至全部物質對象都成為物聯(lián)網的一部分時，物聯(lián)網將發(fā)揮它最大的效用。為此，網絡通信的未來目標是創(chuàng)造一個把共享對象都連接起來的物聯(lián)網，這顯然離不開無線網絡的幫助。

道金博士認為，物聯(lián)網面臨的技術挑戰(zhàn)主要是由經濟問題造成的。他說：“監(jiān)測對象的價值決定了你可以為其監(jiān)測投入的成本。智能手機對尖端科技的應用是可行的，因為手機是經常使用的物品，人們愿意為其每天充電。但對于一個大型傳感網絡的大部分應用來說，相似的耗電需求則會是一種高昂的成本。”道金博士指出，正因如此，如何提供并高效利用能源進行通信與計算是當今世界物聯(lián)網發(fā)展的最大挑戰(zhàn)。

道金博士表示，不同價值的事物決定了不同難度的挑戰(zhàn)及所使用技術的不同。為零售商店的衣服添加標記只需很小的開銷和工作量，但店里的員工不可能每天都給每一件衣服上的標簽更換電池。對于這種類型的應用，必須使用能自發(fā)從環(huán)境中收集能量的無源器件，因為長續(xù)航電池的成本相當高昂。但跟蹤一個內含數(shù)千甚至數(shù)十萬美元貨物的船運集裝箱就不用太在意成本，因為如果不是頻繁更換電池，使用電池供電設備的成本就不會很高。道金博士指出，值得注意的是，無線電通信的大部分能源實際上是消耗在一些輔助的功能上面：啟動處理器、分辨發(fā)送接收的信息、協(xié)議認證等等，無線電傳輸?shù)膶嶋H能耗只占保持其運作的總能耗的很小一部分，這也意味著低能耗無線電技術在能效方面還有很大的進步空間。

在技術方面，道金博士介紹說，到目前為止，物聯(lián)網領域最大的投資是射頻識別(RFID)和傳感器網絡。RFID技術已經率先使用無源器件，無源器件比有源器件便宜一到兩個數(shù)量級。傳感器網絡要求各個節(jié)點被激活并遵守優(yōu)化能源消耗的無線協(xié)議。低能耗傳感器節(jié)點采用802.11協(xié)議。最重要的是，傳感器在其使用壽命的大部分時間里都處于待機休眠狀態(tài)，只在傳送信息或監(jiān)測高一級設備的重要傳輸時喚醒過來，但什么時候應該休眠什么時候應該喚醒是系統(tǒng)設計的一個關鍵問題。

關于技術標準，道金博士認為，標準對于任何基于通信的活動都是必不可少的。EPC全球第二代標準的UHF RFID無源電子標簽(實質等同于ISO 18000-6C)是為統(tǒng)一協(xié)議界定有效性與局限性的模板，其適用范圍已經擴展到有源標簽，但這一標準沒能在世界各國監(jiān)管機構之間統(tǒng)一頻段分配的意見。在傳感器網絡標準方面，EPG全球第二代標準有太多局限性，因而還不能取代802.11或者802.15.4協(xié)議，且802.11設備不太可能被用作標記零售商品。不同的應用程序會使用不同物理層面的技術，且在協(xié)議棧中的合集將使用更加高端的技術。道金博士指出，通用性對于某個特定的應用領域是重要并且有用的，但對于有特殊要求的應用，則需使用不同的協(xié)議與技術。

談到物聯(lián)網未來的發(fā)展，道金博士強調了成本的重要性。他表示，目前沒有人會指望RFID標簽集成電路的成本會在短期內降價到0.001美元，即使實現(xiàn)了這個幅度的成本下降，制作標簽的其他步驟的成本依然相對昂貴。他認為，除非是非常特殊的領域，導電纖維、表面聲波元件或印刷電子技術等替代技術并不能取代硅芯片。雖然目標對象的多功能無線識別已經很便宜，但不會在短期內實現(xiàn)免費。而用電池供能的標簽和傳感器節(jié)點的價格或性能同樣不可能快速改進。道金博士還以互聯(lián)網的發(fā)展為例指出：“那些重新定義互聯(lián)網的應用程序也是要等到訪問、儲存及終端用戶的設備費用足夠低的時候，才開始嶄露頭角。在那個使用撥號上網、個人計算機還非常昂貴的年代，F(xiàn)acebook與YouTube不可能產生那么大的影響力。”

道金博士強調，人們能夠盡情分享內容的前提是：創(chuàng)造和獲取內容的成本很低，以至無須考慮投資回報的問題。所以，只有當傳感與識別對象的成本很低，或前期投資能分期償還，物聯(lián)網才會迅速發(fā)展。道金博士也預測，在有著強大計算能力與傳感功能的移動設備(包括智能手機和平板電腦)日漸普及的背景下，實現(xiàn)全球信息共享的物聯(lián)網，可以通過從經濟意義上看完全不同于專業(yè)傳感器的個人設備來完成。他作出這一預測的理由包括，第一，雖然用戶隱私與數(shù)據可訪問性的矛盾并不是一件小事，必須明智地解決，但事實是如今大量關于用戶(或至少是他們的手機)的位置數(shù)據及很多其他運行數(shù)據已經可以訪問;第二，新的協(xié)議，如高通公司提議的LTE本地擴展，支持在配有LTE的設備之間的自主信息交換，以及新的產品，如谷歌眼鏡，可為用戶提供傳感服務和無線上網等等，都有助于這一目標的實現(xiàn)。