從物聯(lián)網(wǎng)到汽車的邊緣設(shè)計(jì)

從家居或商業(yè)應(yīng)用，到互聯(lián)車輛，邊緣計(jì)算貫穿整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)。隨著數(shù)據(jù)量的增加，這種計(jì)算需要具有最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)安全功能與最高功能安全級(jí)別的強(qiáng)大互聯(lián)邊緣計(jì)算平臺(tái)。

創(chuàng)新通常成波出現(xiàn)（圖1）。一些創(chuàng)新浪潮遵循著發(fā)展路徑，例如，從早期的大型機(jī)到小型計(jì)算機(jī)，最后過(guò)渡到如今眾所周知的緊湊型計(jì)算機(jī)，這種變化是循序漸進(jìn)的?？紤]到計(jì)算能力隨時(shí)間推移變得更加強(qiáng)大、外形尺寸更加緊湊、軟件開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)單，這種過(guò)程也非常合理。其他創(chuàng)新浪潮則更加劇烈。從手機(jī)到智能手機(jī)的過(guò)渡以及向物聯(lián)網(wǎng)的快速轉(zhuǎn)變就是這樣的例子。

圖1：創(chuàng)新浪潮：物聯(lián)網(wǎng)和人工智能是邊緣設(shè)備數(shù)量迅速增加的推動(dòng)力。

雖然前幾波創(chuàng)新浪潮專注于設(shè)備或設(shè)備格局，但最近的變化已影響到細(xì)分市場(chǎng)、公司和使用場(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的激增顯著改變了我們的生活，整個(gè)行業(yè)正在努力地將所產(chǎn)生的勢(shì)頭轉(zhuǎn)變成效率、決策和大量數(shù)據(jù)的盈利機(jī)會(huì)。

物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)市場(chǎng)

下一波創(chuàng)新浪潮是受機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)。這與物聯(lián)網(wǎng)的抽象潛力無(wú)關(guān)，而是在于消費(fèi)類電子產(chǎn)品、智能家居、安全出行、智慧城市和工業(yè)4.0等特定細(xì)分市場(chǎng)中的成果。雖然智能手機(jī)的設(shè)計(jì)目的是供人們和端到端通信使用，但未來(lái)的變化將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出基礎(chǔ)設(shè)施、移動(dòng)系統(tǒng)、智慧城市和智能制造，在市場(chǎng)中帶來(lái)意想不到的增長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)設(shè)備（圖2）。這一變化將重塑我們的生活及周邊基礎(chǔ)設(shè)施。

圖2：物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)的未來(lái)（按細(xì)分行業(yè)劃分）。

IHS預(yù)計(jì)智能互聯(lián)產(chǎn)品將激增，在2015年至2020年之間，互聯(lián)設(shè)備的數(shù)量將翻倍（圖3）。在恩智浦，我們認(rèn)為，互聯(lián)產(chǎn)品在未來(lái)五年內(nèi)將取得更快的增長(zhǎng)，而且產(chǎn)業(yè)合作將必不可少。恩智浦并不是在單打獨(dú)斗——其他公司在硅谷舉辦的恩智浦主題演講中也表達(dá)了類似的愿景。

圖3：IHS對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)設(shè)備的增長(zhǎng)持樂(lè)觀態(tài)度，預(yù)計(jì)在2015年至2020年間，數(shù)量將翻倍。

微軟物聯(lián)網(wǎng)及混合現(xiàn)實(shí)銷售總監(jiān)Rodney Clark在近期的恩智浦用戶大會(huì)上強(qiáng)調(diào)了該生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展。他解釋道，物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)在去年一年取得的進(jìn)展相當(dāng)于過(guò)去五年的進(jìn)展。他還強(qiáng)調(diào)道，多個(gè)合作伙伴需要齊心協(xié)力，為用戶（軟件供應(yīng)商、硬件供應(yīng)商、半導(dǎo)體制造商和系統(tǒng)集成商）提供物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)的框架條件

邊緣節(jié)點(diǎn)領(lǐng)域遵循明確的方法，無(wú)論是智能吸塵器、家用機(jī)器人還是最新工業(yè)機(jī)器人。所有系統(tǒng)具備相同的概念模塊（圖4）。借助于這些模塊，節(jié)點(diǎn)能夠識(shí)別、思考和行動(dòng)，并且必須成為具有最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)安全功能和最高安全級(jí)別的系統(tǒng)的一部分。在不同的細(xì)分市場(chǎng)中，這些功能的共同框架模糊了不同終端市場(chǎng)解決方案之間的界限。這也將使半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生一些變化，因?yàn)槎髦瞧值裙緯?huì)探索不同任務(wù)的相似性，例如，采用能夠滿足廣泛要求的跨界處理器。

圖4：能夠以最高安全標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別、思考、通信和行動(dòng)是所有邊緣設(shè)備的基礎(chǔ)。

傳感器技術(shù)

新邊緣節(jié)點(diǎn)可以利用傳感器技術(shù)獲得洞察力。雷達(dá)、攝像頭、人臉和語(yǔ)音識(shí)別以及V2X用于傳感器。傳感器收集有關(guān)節(jié)點(diǎn)環(huán)境的信息，并回答諸如此類的問(wèn)題：道路結(jié)冰了嗎，前方道路或下一個(gè)拐角是否有障礙物？附近有墻壁嗎？該區(qū)域有陡峭的坡度或其他不同尋常的情況嗎？傳感器收集這些重要信息，然后將其傳輸?shù)絺鞲衅魅诤舷到y(tǒng)，以做出進(jìn)一步?jīng)Q策和響應(yīng)。在不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，這是所有邊緣應(yīng)用共有的基礎(chǔ)構(gòu)建模塊中的第一個(gè)模塊。

思考和行動(dòng)

新終端節(jié)點(diǎn)是智能的，需要巨大的計(jì)算能力來(lái)確保傳感器融合并推斷出恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。隨著恩智浦等公司繼續(xù)在性能和功耗方面取得迅速進(jìn)展，越來(lái)越多的應(yīng)用和相關(guān)決策可以在邊緣實(shí)現(xiàn)。在云端處理數(shù)據(jù)期間發(fā)生的延遲問(wèn)題非常容易避免。這對(duì)于隱私和網(wǎng)絡(luò)安全也有好處，因?yàn)橹匾谋Ｃ苄畔⑷栽诒镜?，只?huì)將較不重要的語(yǔ)義數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕?/p>

無(wú)縫連接

要利用大數(shù)據(jù)，設(shè)備需要相互連接，需要與云端連接，即使是大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理和決策工作也在終端節(jié)點(diǎn)完成。連接顯然是物聯(lián)網(wǎng)的支柱。實(shí)現(xiàn)極近距離以及長(zhǎng)距離連接，可以使用多項(xiàng)技術(shù)。這些技術(shù)包括Wi-Fi、藍(lán)牙、NFC、長(zhǎng)距離RFID，以及無(wú)線或DSRC 802.11p，允許汽車間通信。

在恩智浦Connects大會(huì)上，恩智浦宣布推出另一項(xiàng)連接技術(shù)。UWB是一項(xiàng)極其強(qiáng)大且安全的無(wú)線電技術(shù)，可準(zhǔn)確匹配對(duì)象之間的運(yùn)行時(shí)間，保障網(wǎng)絡(luò)安全。這為工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用以及未來(lái)的汽車開(kāi)創(chuàng)了突破性功能。全新UWB場(chǎng)景可能包括：在家里，門會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，當(dāng)居住者從一間房走到另一間房時(shí)，音樂(lè)會(huì)伴隨居住者在整個(gè)房屋內(nèi)響起。有了UWB，生活變得更加簡(jiǎn)單、順利。

安全和保護(hù)功能

終端節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的應(yīng)用基于兩個(gè)基本要素：功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全功能。邊緣本身將作為系統(tǒng)安全的第一道防線，提供安全解決方案以保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)邊緣的能力將是加速該新方法的關(guān)鍵因素。

每天，用戶依賴各種服務(wù)和云端數(shù)據(jù)保持互聯(lián)。而日漸受到機(jī)器學(xué)習(xí)的強(qiáng)大實(shí)力推動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)需要這種連接。遺憾的是，連接也會(huì)擴(kuò)大攻擊面，即攻擊手段的總和，代表黑客和攻擊者利用漏洞的潛在途徑。每種連接選項(xiàng)都是系統(tǒng)的潛在入口點(diǎn)。

車輛安全問(wèn)題最為顯而易見(jiàn)，但最終，所有設(shè)備都必須得到保護(hù)。這不僅阻止黑客控制汽車（尤其是當(dāng)汽車在路上行駛時(shí)），還要保護(hù)汽車，避免被設(shè)法盜取財(cái)務(wù)的罪犯入侵（例如，通過(guò)安裝勒索軟件）。

此外，隱私數(shù)據(jù)的保護(hù)也成為一個(gè)越來(lái)越重要的問(wèn)題。由于越來(lái)越多的敏感信息存儲(chǔ)在設(shè)備上，因此需要保護(hù)與位置、駕駛習(xí)慣相關(guān)的信息及其他敏感信息。政府已采取措施來(lái)保護(hù)隱私，例如，歐盟的DSGVO（通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例）、加利福尼亞州消費(fèi)者隱私法案(CCPA)或SPY Car法案（汽車安全與隱私法案）。

整個(gè)產(chǎn)品范圍中的開(kāi)發(fā)人員必須設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)在系統(tǒng)級(jí)別操作的跨項(xiàng)目解決方案，包括設(shè)備與其環(huán)境及其他設(shè)備的互動(dòng)。適當(dāng)?shù)摹巴ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)確保安全”方法可以主動(dòng)確保安全性不是事后補(bǔ)救，應(yīng)該從一開(kāi)始就集成到每個(gè)組件中。OEM制造商定義的系統(tǒng)安全概念將來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的元素整合在一起。因此，在復(fù)雜的供應(yīng)鏈中高效地協(xié)調(diào)該系統(tǒng)安全概念是取得成功的重要因素。

適用于所有系統(tǒng)的另一個(gè)原則是各級(jí)別的深度防御或安全機(jī)制，因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)，最薄弱的環(huán)節(jié)決定了安全性有多強(qiáng)大。這意味著，如果一級(jí)安全防線被突破，下一級(jí)必須繼續(xù)保護(hù)系統(tǒng)。

安全性

在過(guò)去30年里，汽車制造商、半導(dǎo)體公司和主要供應(yīng)商已發(fā)布功能安全的概念。這是確保新車輛電子產(chǎn)品推出的第一步，也廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)。功能安全基于汽車或設(shè)備中的每個(gè)電子元件都具有特定功能的理念。如果元件發(fā)生故障，系統(tǒng)必須能夠檢測(cè)到此錯(cuò)誤并向車輛報(bào)告。

例如，在汽車中，如果駕駛艙出現(xiàn)紅色和橙色警告標(biāo)志，則功能安全系統(tǒng)會(huì)報(bào)告引擎或控制單元的問(wèn)題。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，功能安全是安全概念的一部分，但正朝著更復(fù)雜的安全問(wèn)題快速演進(jìn)。該領(lǐng)域不再僅局限于簡(jiǎn)單的功能正?；虿徽５母拍?。自動(dòng)駕駛帶來(lái)新的安全問(wèn)題，這些問(wèn)題圍繞行為安全性和環(huán)境安全性等概念。這些一定也可以用于物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

在行為安全性情景中，關(guān)注點(diǎn)是汽車或設(shè)備的表現(xiàn)是否正常。例如，它是在路邊還是在道路上行駛、是否按照適合車流的速度行駛、是否遵循所在地區(qū)的法律法規(guī)？通過(guò)對(duì)行為安全性進(jìn)行先進(jìn)且更復(fù)雜的評(píng)估，能夠回答諸如“在正確的情況下，車輛是否具備適當(dāng)?shù)姆e極性；在其他情況下，是否具備適當(dāng)?shù)姆烙?？”這樣的問(wèn)題。

除了行為安全性，還有環(huán)境安全性的概念。環(huán)境安全性旨在解決汽車無(wú)法針對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境變化做出適當(dāng)反應(yīng)的問(wèn)題。如果在車輛前方的道路上有快遞車輛掉落的快遞盒，會(huì)發(fā)生什么？自動(dòng)駕駛汽車如何應(yīng)對(duì)？如何定義適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)應(yīng)對(duì)意外挑戰(zhàn)？環(huán)境安全性的另一部分有關(guān)在雨、霧、結(jié)冰或交通密集的情況下該怎么辦。必須確保用于控制自動(dòng)駕駛車輛的電子系統(tǒng)和軟件能夠使車輛正確地做出響應(yīng)。

嵌入式軟件和機(jī)器學(xué)習(xí)

嵌入式軟件和機(jī)器學(xué)習(xí)具備目前難以想象的新優(yōu)勢(shì)，但已經(jīng)開(kāi)始嶄露頭角。以駕駛為例：95%的事故是由人為錯(cuò)誤造成的。機(jī)器學(xué)習(xí)最終能夠排除人為因素，提高人們的安全駕駛能力。在健康保健的重病檢測(cè)領(lǐng)域，現(xiàn)在也取得了類似好處。

得益于機(jī)器學(xué)習(xí)，物聯(lián)網(wǎng)迎來(lái)了重要的創(chuàng)新浪潮。它將改進(jìn)各個(gè)關(guān)鍵行業(yè)，包括消費(fèi)類電子產(chǎn)品、汽車、智慧城市等，并需要一系列全新的智能邊緣節(jié)點(diǎn)。這些邊緣節(jié)點(diǎn)遵循類似的開(kāi)發(fā)方法，使其能夠利用最新的安全和保護(hù)機(jī)制進(jìn)行識(shí)別、思考和行動(dòng)。