傳感器與物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是各種物體（無論是復(fù)雜精密的，或是簡單普通的）通過傳感器、RFID標(biāo)簽和IP地址等標(biāo)識符建立的網(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)的汽車中，因此當(dāng)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(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，真實世界與電腦互動，而傳感器構(gòu)成了該系統(tǒng)的邊緣，提供的數(shù)據(jù)種類比鍵盤和鼠標(biāo)輸入的數(shù)據(jù)更豐富。目前，人們用鍵盤輸入大部分互聯(lián)網(wǎng)信息。但是我們處于一個拐點，更多的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)不是來自鍵盤，而是來自傳感器。

　　物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)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(guān)閉了幾天。在由物聯(lián)網(wǎng)塑造的世界里，上述情景可能不會出現(xiàn)，這是因為橋上會有數(shù)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(chǔ)設(shè)施傳感器的數(shù)量與手機等個人設(shè)備中的傳感器數(shù)量結(jié)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(shù)十億，因此上述數(shù)字將變成超過1萬億個傳感器。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，而這又意味著云計算，即運用大量電腦（經(jīng)常是在分布式數(shù)據(jù)中心）來無縫處理和存儲大量數(shù)據(jù)。按照典型的數(shù)據(jù)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(nèi)生成的20PB數(shù)據(jù)。那些已經(jīng)深入到云計算領(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(chǎn)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(lǐng)域出現(xiàn)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(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、iPhone或汽車氣囊系統(tǒng)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(shù)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(lián)網(wǎng)?！　?/p>

　　除了總體計算網(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)量以萬億計時?；萜諏嶒炇倚畔⑴c量子系統(tǒng)高級研究員Peter Hartwell認為：大規(guī)模傳感網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)濟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：“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(dān)免費的通行證芯片。”他表示：聯(lián)網(wǎng)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(diào)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(jīng)取得顯著改進，但能量存儲和收集領(lǐng)域一般并不受益于規(guī)模經(jīng)濟?？捎霉β嗜匀淮笾孪嗟?，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(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的唯一通道。例如，Pachube公司（一家以開源為基礎(chǔ)的私營公司）允許那些擁有自動生成的傳感器數(shù)據(jù)的創(chuàng)造者和用戶把數(shù)據(jù)上傳到它的網(wǎng)站，供Pachube社區(qū)使用。對于小公司和那些專業(yè)知識不是數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)、處理和存儲，而是產(chǎn)品開發(fā)的研究人員而言，Pachube公司的通用數(shù)據(jù)中介平臺是一種訪問物聯(lián)網(wǎng)的方式（參考文獻1）。

　　另外，物聯(lián)