傳感器與物聯網

物聯網是各種物體（無論是復雜精密的，或是簡單普通的）通過傳感器、RFID標簽和IP地址等標識符建立的網絡式互連。例如，福特公司的Tool Link系統把傳感器安放到包括福特Transit Connect在內的汽車中，因此當司機按動按鈕時，儀表板會顯示車上所有工具的清單。類似的家用系統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)系統中，真實世界與電腦互動，而傳感器構成了該系統的邊緣，提供的數據種類比鍵盤和鼠標輸入的數據更豐富。目前，人們用鍵盤輸入大部分互聯網信息。但是我們處于一個拐點，更多的互聯網數據不是來自鍵盤，而是來自傳感器。

　　物聯網的目標首先是檢測和連接所有事物，其次是確保所有這些事物都有智能。請回想一下，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道上，被迫關閉了幾天。在由物聯網塑造的世界里，上述情景可能不會出現，這是因為橋上會有數千個加速計來記錄某個即將發(fā)生的故障的振動特征。像海灣大橋這種大小的橋梁也許有10000個傳感器，而一座小立交橋也許有100個。

　　把基礎設施傳感器的數量與手機等個人設備中的傳感器數量結合起來，就可算出在未來10年，制造商們將為每個人開發(fā)和部署大約1000個傳感器。由于世界人口為數十億，因此上述數字將變成超過1萬億個傳感器。如此多的數據收集傳感器意味著大量數據處理工作，而這又意味著云計算，即運用大量電腦（經常是在分布式數據中心）來無縫處理和存儲大量數據。按照典型的數據速率，全天運行的100萬個傳感器將需要50塊并行工作的硬盤，來記錄這些傳感器在短短6個月內生成的20PB數據。那些已經深入到云計算領域的公司正在涌入物聯網領域，把它當作一個重要的新商機。IBM公司和惠普公司是兩個引人注目的例子，前者啟動了Smarter Planet計劃，后者則是CENSE (Central Nervous System for the Earth)。

　　惠普公司正在運用它的MEMS專業(yè)知識（它開發(fā)這些知識是為了提供打印機墨盒用液體傳感器），來創(chuàng)造靈敏度為目前商業(yè)產品1000倍的加速計。微型MEMS加速計是首批CENSE傳感器，后續(xù)傳感器將包括光線、溫度、大氣壓、氣流和濕度傳感器件。

　　該領域出現的首批裝置能檢測出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，可測量微重力加速度范圍內的加速度變化。這些能力使裝置的靈敏度約為任天堂Wii游戲機、iPhone或汽車氣囊系統目前所用消費級加速計的1000倍（圖1）。

圖1，無線傳感節(jié)點，比如這個使用惠普公司數字加速計的節(jié)點，必須縮小尺寸和降低成本，才能促成包含萬億傳感器的物聯網?！　?/p>

　　除了總體計算網絡的成本以外，傳感器本身也是一筆很大的基礎設施投資，特別是當它們的數量以萬億計時?；萜諏嶒炇倚畔⑴c量子系統高級研究員Peter Hartwell認為：大規(guī)模傳感網絡在經濟上可行的唯一辦法就是提高生產力和效率，由此抵消網絡成本。他說：“以嵌在滑雪場通行證里的芯片為例。芯片沒有押金，實際上是免費的，這是因為它通過取代電梯操作工而帶來的價值，所以滑雪場能夠負擔免費的通行證芯片。”他表示：聯網式傳感器帶來的價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隨時間推移而接近零，但傳感節(jié)點不只是包含芯片。無線傳感節(jié)點有4個普通部件：傳感器及其信號調節(jié)電路、微控制器、無線電收發(fā)器、電源。前三個部件受益于摩爾定律，在價格下降的同時，能力迅速提高。但是，電源不依賴芯片集成，因此得不到這種好處。盡管電池、超級電容、能量收集器件在過去幾年已經取得顯著改進，但能量存儲和收集領域一般并不受益于規(guī)模經濟?？捎霉β嗜匀淮笾孪嗟?，固定預算約為數毫瓦。但憑借上述固定功率預算，傳感節(jié)點的其余部分目前能做更多事情。但是至少在近期，專用無線傳感節(jié)點的價格將是難以逾越的障礙。

　　惠普、IBM這類大公司并非是進入物聯網領域的唯一通道。例如，Pachube公司（一家以開源為基礎的私營公司）允許那些擁有自動生成的傳感器數據的創(chuàng)造者和用戶把數據上傳到它的網站，供Pachube社區(qū)使用。對于小公司和那些專業(yè)知識不是數據聯網、處理和存儲，而是產品開發(fā)的研究人員而言，Pachube公司的通用數據中介平臺是一種訪問物聯網的方式（參考文獻1）。

　　另外，物聯