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。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)情況下實現(xiàn)智能化處理。實際上,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算機所訪問(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,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(yīng)用是可行的,因為手機是經(jīng)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(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,因為長續(xù)航電池的成本相當(dāng)高昂。但跟蹤一個內(nèi)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(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(rèn)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(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數(shù)量級。傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的重要傳輸時喚醒過來,但什么時候應(yīng)該休眠什么時候應(yīng)該喚醒是系統(tǒng)設(shè)計的一個關(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)降價到0.001美元,即使實現(xiàn)了這個幅度的成本下降,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)實現(xiàn)免費。而用電池供能的標(biāo)簽和傳感器節(jié)點的價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)備費用足夠低的時候,才開始嶄露頭角。在那個使用撥號上網(wǎng)、個人計算機還非常昂貴的年代,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,在有著強大計算能力與傳感功能的移動設(shè)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(wǎng),可以通過從經(jīng)濟意義上看完全不同于專業(yè)傳感器的個人設(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,但事實是如今大量關(guān)于用戶(或至少是他們的手機)的位置數(shù)據(jù)及很多其他運行數(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本地擴展,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)的實現(xiàn)。