高效利用能源成物聯(lián)網(wǎng)面臨的最大挑戰(zhàn)

在物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)以及未來的發(fā)展趨勢是人們普遍關(guān)心的話題。作為IEEE會員以及世界知名的通信技術(shù)專家丹尼爾-道金(Daniel Dobkin)博士對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行了長期的研究，不久前，道金博士就物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)問題談了他自己的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，如何高效利用能源是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)。

關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，道金博士指出，按照最早提出物聯(lián)網(wǎng)概念的麻省理工學(xué)院Kevin Ashton教授的說法，人們可以把物聯(lián)網(wǎng)理解為物質(zhì)世界的信息在不經(jīng)由人工干預(yù)情況下實(shí)現(xiàn)智能化處理。實(shí)際上，電腦在沒有人工干預(yù)的情況下直接從物質(zhì)世界獲取信息已經(jīng)不是什么新鮮事，但物聯(lián)網(wǎng)最大的特點(diǎn)則是其普適性：任何物質(zhì)對象都是物聯(lián)網(wǎng)的一部分，并且可以被任何一臺計(jì)算機(jī)所訪問(不考慮安全限制的情況下)。道金博士認(rèn)為，當(dāng)世界的絕大部分甚至全部物質(zhì)對象都成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)將發(fā)揮它最大的效用。為此，網(wǎng)絡(luò)通信的未來目標(biāo)是創(chuàng)造一個(gè)把共享對象都連接起來的物聯(lián)網(wǎng)，這顯然離不開無線網(wǎng)絡(luò)的幫助。

道金博士認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)主要是由經(jīng)濟(jì)問題造成的。他說：“監(jiān)測對象的價(jià)值決定了你可以為其監(jiān)測投入的成本。智能手機(jī)對尖端科技的應(yīng)用是可行的，因?yàn)槭謾C(jī)是經(jīng)常使用的物品，人們愿意為其每天充電。但對于一個(gè)大型傳感網(wǎng)絡(luò)的大部分應(yīng)用來說，相似的耗電需求則會是一種高昂的成本�！钡澜鸩┦恐赋�，正因如此，如何提供并高效利用能源進(jìn)行通信與計(jì)算是當(dāng)今世界物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)。

道金博士表示，不同價(jià)值的事物決定了不同難度的挑戰(zhàn)及所使用技術(shù)的不同。為零售商店的衣服添加標(biāo)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(biāo)簽更換電池。對于這種類型的應(yīng)用，必須使用能自發(fā)從環(huán)境中收集能量的無源器件，因?yàn)殚L續(xù)航電池的成本相當(dāng)高昂。但跟蹤一個(gè)內(nèi)含數(shù)千甚至數(shù)十萬美元貨物的船運(yùn)集裝箱就不用太在意成本，因?yàn)槿绻�不是頻繁更換電池，使用電池供電設(shè)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(shí)際上是消耗在一些輔助的功能上面：啟動(dòng)處理器、分辨發(fā)送接收的信息、協(xié)議認(rèn)證等等，無線電傳輸?shù)膶?shí)際能耗只占保持其運(yùn)作的總能耗的很小一部分，這也意味著低能耗無線電技術(shù)在能效方面還有很大的進(jìn)步空間。

在技術(shù)方面，道金博士介紹說，到目前為止，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域最大的投資是射頻識別(RFID)和傳感器網(wǎng)絡(luò)。RFID技術(shù)已經(jīng)率先使用無源器件，無源器件比有源器件便宜一到兩個(gè)數(shù)量級。傳感器網(wǎng)絡(luò)要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(shí)間里都處于待機(jī)休眠狀態(tài)，只在傳送信息或監(jiān)測高一級設(shè)備的重要傳輸時(shí)喚醒過來，但什么時(shí)候應(yīng)該休眠什么時(shí)候應(yīng)該喚醒是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問題。

關(guān)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，道金博士認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)對于任何基于通信的活動(dòng)都是必不可少的。EPC全球第二代標(biāo)準(zhǔn)的UHF RFID無源電子標(biāo)簽(實(shí)質(zhì)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(jīng)擴(kuò)展到有源標(biāo)簽，但這一標(biāo)準(zhǔn)沒能在世界各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間統(tǒng)一頻段分配的意見。在傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)方面，EPG全球第二代標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備不太可能被用作標(biāo)記零售商品。不同的應(yīng)用程序會使用不同物理層面的技術(shù)，且在協(xié)議棧中的合集將使用更加高端的技術(shù)。道金博士指出，通用性對于某個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域是重要并且有用的，但對于有特殊要求的應(yīng)用，則需使用不同的協(xié)議與技術(shù)。

談到物聯(lián)網(wǎng)未來的發(fā)展，道金博士強(qiáng)調(diào)了成本的重要性。他表示，目前沒有人會指望RFID標(biāo)簽集成電路的成本會在短期內(nèi)降價(jià)到0.001美元，即使實(shí)現(xiàn)了這個(gè)幅度的成本下降，制作標(biāo)簽的其他步驟的成本依然相對昂貴。他認(rèn)為，除非是非常特殊的領(lǐng)域，導(dǎo)電纖維、表面聲波元件或印刷電子技術(shù)等替代技術(shù)并不能取代硅芯片。雖然目標(biāo)對象的多功能無線識別已經(jīng)很便宜，但不會在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)免費(fèi)。而用電池供能的標(biāo)簽和傳感器節(jié)點(diǎn)的價(jià)格或性能同樣不可能快速改進(jìn)。

道金博士還以互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為例指出：“那些重新定義互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用程序也是要等到訪問、儲存及終端用戶的設(shè)備費(fèi)用足夠低的時(shí)候，才開始嶄露頭角。在那個(gè)使用撥號上網(wǎng)、個(gè)人計(jì)算機(jī)還非常昂貴的年代，F(xiàn)acebook與YouTube不可能產(chǎn)生那么大的影響力�！�

道金博士強(qiáng)調(diào)，人們能夠盡情分享內(nèi)容的前提是：創(chuàng)造和獲取內(nèi)容的成本很低，以至無須考慮投資回報(bào)的問題。所以，只有當(dāng)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(wǎng)才會迅速發(fā)展。

道金博士也預(yù)測，在有著強(qiáng)大計(jì)算能力與傳感功能的移動(dòng)設(shè)備(包括智能手機(jī)和平板電腦)日漸普及的背景下，實(shí)現(xiàn)全球信息共享的物聯(lián)網(wǎng)，可以通過從經(jīng)濟(jì)意義上看完全不同于專業(yè)傳感器的個(gè)人設(shè)備來完成。他作出這一預(yù)測的理由包括，第一，雖然用戶隱私與數(shù)據(jù)可訪問性的矛盾并不是一件小事，必須明智地解決，但事實(shí)是如今大量關(guān)于用戶(或至少是他們的手機(jī))的位置數(shù)據(jù)及很多其他運(yùn)行數(shù)據(jù)已經(jīng)可以訪問；第二，新的協(xié)議，如高通公司提議的LTE本地?cái)U(kuò)展，支持在配有LTE的設(shè)備之間的自主信息交換，以及新的產(chǎn)品，如谷歌眼鏡，可為用戶提供傳感服務(wù)和無線上網(wǎng)等等，都有助于這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。