安全性被認(rèn)為是大規(guī)模采用物聯(lián)網(wǎng)的主要障礙之一，Target 和 Home Depot 安全漏洞等案例助長(zhǎng)了爭(zhēng)論。

另一方面，大數(shù)據(jù)被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)貨幣化的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)解決方案的強(qiáng)大之處在于它可以提供給物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的有關(guān)客戶端/用戶的數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員正在花費(fèi)大部分資源尋找收集和分析數(shù)據(jù)的方法，而且他們收集的越多，效果就越好。扭曲和陷阱在于，通過系統(tǒng)移動(dòng)的數(shù)據(jù)量可能會(huì)淹沒系統(tǒng)的服務(wù)器和集線器，并使數(shù)據(jù)庫不堪重負(fù)。

這不僅是一個(gè)規(guī)模問題，而且是數(shù)據(jù)的質(zhì)量和相關(guān)性問題。當(dāng)今有大量新的和復(fù)雜的傳感器可以輕松連接到控制器并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，熱心的工程師和產(chǎn)品經(jīng)理樂于接受這項(xiàng)技術(shù)并采用他們可以獲得的所有傳感器。數(shù)據(jù)也是如此——越大越好。

這種任何數(shù)據(jù)都是好數(shù)據(jù)，我們將在服務(wù)器端進(jìn)行管理的方法，可能是產(chǎn)品經(jīng)理需要控制的最大問題之一。新的傳感器技術(shù)使新系統(tǒng)能夠以低成本監(jiān)控大量參數(shù)，并通過寬帶通信將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到大型分布式硬盤驅(qū)動(dòng)器組。這對(duì)每個(gè)工程和產(chǎn)品經(jīng)理來說聽起來都很棒，但這也可能是一個(gè)陷阱。

在過去的幾個(gè)月里，我與很多物聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商合作過，在我看來，他們都過于癡迷于收集數(shù)據(jù)。在一個(gè)案例中，它是對(duì)汽車輪胎氣壓的連續(xù)監(jiān)測(cè)——每分鐘監(jiān)測(cè)幾次。該數(shù)據(jù)與 GPS 位置一起發(fā)送到服務(wù)器。這是一個(gè)改裝系統(tǒng)，并未集成到車內(nèi)的其他監(jiān)控系統(tǒng)中。

我們真的需要通過這個(gè)決議了解這些信息嗎？?jī)H發(fā)送更改或當(dāng)壓力低于或高于臨界水平然后發(fā)送 GPS 位置不是更有效嗎？另一家公司正在以 10 赫茲的速率和 10 位分辨率監(jiān)測(cè)多個(gè)位置的體溫。我們的體溫變化那么快嗎？我們真的需要 10 位分辨率來進(jìn)行這種測(cè)量嗎？

這個(gè)問題的含義不僅僅是數(shù)據(jù)。在這兩種情況下，電池功耗都是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)方面。降低功耗實(shí)際上是采用這些產(chǎn)品的關(guān)鍵。降低采樣率可以讓系統(tǒng)在睡眠模式下花費(fèi)更多時(shí)間，從而減少功耗。減少通過無線接口發(fā)送的數(shù)據(jù)大小（大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的主要耗電量）也可以顯著降低功耗。

減小數(shù)據(jù)大小的另一個(gè)選擇是從 10 位 A/D 部分轉(zhuǎn)移到 8 位部分。這樣可以減少50%的功耗。

這種更多數(shù)據(jù)方法背后的一個(gè)概念是處理服務(wù)器中所有數(shù)據(jù)的能力。這種“讓我們獲取所有數(shù)據(jù)并在以后弄清楚需要什么”的方法在某些情況下可能很有用，但找到在物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備上進(jìn)行更多處理的方法可以減少發(fā)送的數(shù)據(jù)量。這可以使系統(tǒng)能夠使用更小帶寬、更低功率的通信和整體更低的功耗。實(shí)現(xiàn)這種方法的一個(gè)限制是在設(shè)備端增加了復(fù)雜性，并且需要在將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器之前運(yùn)行一些后臺(tái)處理以在本地分析數(shù)據(jù)。

1. 通用嵌入式控制系統(tǒng)的時(shí)序。

圖 1 展示了一個(gè)典型的嵌入式控制系統(tǒng)，它可以是 IoT、M2M 或工業(yè)控制系統(tǒng)的一部分。系統(tǒng)以定時(shí)器輸入定義的定時(shí)周期連續(xù)運(yùn)行（在無限循環(huán)中運(yùn)行）。這個(gè)例子展示了一個(gè)從兩個(gè)傳感器讀取數(shù)據(jù)的系統(tǒng)；一個(gè)是通過系統(tǒng)寄存器訪問的 ADC，另一個(gè)通過 I2C 串行總線連接。該信息和其他一些數(shù)字輸入數(shù)據(jù)在每個(gè)周期都發(fā)送到主處理器。示例系統(tǒng)還顯示了一個(gè)通用系統(tǒng)中斷服務(wù)程序 （ISR） 和一些外部執(zhí)行器的激活。在這個(gè)示例系統(tǒng)中，每個(gè)周期都會(huì)收集數(shù)據(jù)并發(fā)送到主機(jī)；您可以看到大量時(shí)間用于空閑和等待外部響應(yīng)。

此示例中的 CPU 利用率約為 60%，這意味著在 40% 的時(shí)間里，CPS 正在運(yùn)行并消耗電力而沒有任何有意義的好處。在這種情況下提高系統(tǒng)性能的一種方法是使用硬件睡眠模式。將 CPU 和相關(guān)設(shè)備置于睡眠模式將顯著降低空閑時(shí)間的功耗，在許多情況下可降低 90% 以上。開發(fā)人員面臨的問題是管理系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)入和退出睡眠模式。

2.并行數(shù)據(jù)處理的時(shí)序。

在圖 1 所示的系統(tǒng)中，空閑模式所花費(fèi)的時(shí)間約為總處理時(shí)間的 40%。圖 2 顯示了相同的系統(tǒng)，但具有并行處理架構(gòu)。該系統(tǒng)使用空閑模式所花費(fèi)的時(shí)間在本地處理收集的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還可以收集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將其整合到一個(gè)傳輸周期中。這可以減少發(fā)送到主機(jī)的數(shù)據(jù)量，或者使系統(tǒng)能夠在某種程度上獨(dú)立于主機(jī)工作。

為了實(shí)現(xiàn)這種方法，許多開發(fā)人員正在使用 RTOS 來管理系統(tǒng)的不同進(jìn)程。這些開發(fā)人員面臨的問題是運(yùn)行 RTOS 所需的額外資源，包括更強(qiáng)大的處理器。這不是一種有效的方法，甚至在涉及具有較小控制器的舊設(shè)備時(shí)也可能無法實(shí)現(xiàn)。這就是 SynthOS（一種特定于應(yīng)用程序的操作系統(tǒng)生成工具）可以介入的地方，因?yàn)樗鼘⑿枰诳刂破魃线\(yùn)行的不同任務(wù)的源代碼作為輸入，并構(gòu)建一個(gè)完整的系統(tǒng)來管理這些任務(wù)的執(zhí)行在一個(gè)簡(jiǎn)單的配置文件上。

使用 SynthOS，用戶可以定義負(fù)責(zé)從系統(tǒng)傳感器收集數(shù)據(jù)的主要任務(wù)。它還可以生成其他任務(wù)來監(jiān)控這些傳感器或使用基于中斷的監(jiān)控。用戶可以定義任務(wù)以在將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器之前對(duì)其進(jìn)行處理。這些任務(wù)可以定義為在后臺(tái)以較低的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行。用戶可以在后臺(tái)運(yùn)行過濾、平均或最小/最大檢測(cè)并最小化發(fā)送的數(shù)據(jù)。SynthOS 還可以管理睡眠模式操作——它將系統(tǒng)置于可以在中斷時(shí)喚醒的睡眠模式。由于需要傳輸?shù)椒?wù)器、保存在服務(wù)器上和由服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)更少，這種方法還可以降低設(shè)備端的功耗。

審核編輯：郭婷