在最高層次上，物聯(lián)網(wǎng)通常與日益增加的互連傳感器相提并論。但隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，我們對它的面貌和功能的理解也在加深。傳感器數(shù)量在增加，它們收集的信息量也隨之增加。而且，所有這些數(shù)據(jù)都計(jì)劃傳到云端，讓物聯(lián)網(wǎng)淹沒在信息當(dāng)中，過重的負(fù)擔(dān)使其難以將信息轉(zhuǎn)化為洞察。

還有其他方面的考慮，例如：傳輸所有這些數(shù)據(jù)需要多少功耗？如果把垃圾放入云中，如何期望從中獲得洞察？如果因?yàn)槌秶鷾y量或算法而需要立即采取措施，結(jié)果會(huì)怎樣？如果只須將數(shù)據(jù)保存在本地呢？如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，該怎么辦？

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)遠(yuǎn)不止是互連傳感器

這種不斷增長的復(fù)雜性正在改變許多物聯(lián)網(wǎng)圈子的思維。主要分析機(jī)構(gòu)（如McKinney等）認(rèn)為，實(shí)際使用的云數(shù)據(jù)只有1%。即便是像微軟這樣的大規(guī)模云合作伙伴，也在將其關(guān)注重點(diǎn)從中心的云轉(zhuǎn)向邊緣的傳感器。邊緣常常可能處于極端環(huán)境。

想想沙漠中心的傳感器，位于北極深處的傳感器，或者充滿無線電干擾的工廠中的移動(dòng)機(jī)器人上的傳感器。在此類極端環(huán)境中生存和運(yùn)行是極具挑戰(zhàn)性的。但如果收集的數(shù)據(jù)是一個(gè)復(fù)雜的波形，或者數(shù)據(jù)量非常龐大，以至于需要大量的電力才能將其定期發(fā)送到云端呢？

極端物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常要求采用系統(tǒng)化方法來設(shè)計(jì)端到端應(yīng)用。在最惡劣的條件下進(jìn)行精密檢測和測量，節(jié)點(diǎn)處的低功耗信號(hào)處理，以及可靠的連接，是最大限度發(fā)揮極端物聯(lián)網(wǎng)作用的三大關(guān)鍵要素。

極端物聯(lián)網(wǎng)的表現(xiàn)之一是：事情絕對不會(huì)一成不變！

運(yùn)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)

高性能工業(yè)傳感器正在將傳統(tǒng)的機(jī)械式固定功能靜止設(shè)備變成日益智能化的自主移動(dòng)設(shè)備。傳感器節(jié)點(diǎn)的精確運(yùn)動(dòng)跟蹤和位置判定成為應(yīng)用成功的關(guān)鍵。來自節(jié)點(diǎn)的位置信息將支持智能農(nóng)場等應(yīng)用利用自主式陸地車輛和飛行器降低成本并提高產(chǎn)量。在醫(yī)院手術(shù)室，它將有助于精確制導(dǎo)機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)手術(shù)成功所需的精度。在以上兩種情況中，對實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)和控制的主要檢測/反饋環(huán)路中的中斷或不準(zhǔn)確性進(jìn)行修正，是保護(hù)機(jī)器和生命的關(guān)鍵。

從簡單粗暴到腳踏實(shí)地：

專門針對極端物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高性能MEMS IMU提供了一種解決方案，例如ADI公司的ADIS1647x和ADIS1646x。它們能夠支持零點(diǎn)幾度的指向精度和精確的地理定位，同時(shí)尺寸和性價(jià)比也滿足需要。它們能減少角度抖動(dòng)，并在其他傳感器停機(jī)或中斷時(shí)提供主要引導(dǎo)，以確定復(fù)雜應(yīng)用中的系統(tǒng)狀態(tài)。它們將曾經(jīng)簡單的機(jī)器測量發(fā)展為機(jī)器控制，并進(jìn)一步演化為真正的機(jī)器智能。

極端物聯(lián)網(wǎng)需要相時(shí)而動(dòng)

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)方面是需要更多的信息，而不僅僅是增加系統(tǒng)中的傳感器數(shù)量和測量更多的模態(tài)。我之前談到了系統(tǒng)的巧妙分區(qū)，將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分解為需要在邊緣（傳感器或網(wǎng)關(guān)）執(zhí)行的操作和需要在云端執(zhí)行的操作。極限物聯(lián)網(wǎng)需要超越靜止的、相連的，有時(shí)甚至是笨拙的傳感器，而不管它們產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有多少。如果目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的，該怎么辦？運(yùn)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)非常復(fù)雜，其不限于簡單的數(shù)據(jù)收集，還涉及如何智能地跟蹤和測量。然而，關(guān)于“何時(shí)”進(jìn)行測量的信息幾乎同樣重要。只有將事件與帶時(shí)間戳記的數(shù)據(jù)集同步，才能讓機(jī)器學(xué)習(xí)各種條件所表示的意義。

只有這樣，才能釋放物聯(lián)網(wǎng)的真正魔力（將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為價(jià)值或智慧）。

工業(yè)以太網(wǎng)中的時(shí)間敏感數(shù)據(jù)

為了進(jìn)行事件時(shí)序控制和過程分析，工業(yè)應(yīng)用有兩個(gè)關(guān)鍵要素：保證“準(zhǔn)時(shí)”的可靠數(shù)據(jù)傳輸和帶準(zhǔn)確時(shí)間戳記的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)必須在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻出現(xiàn)時(shí)，確定性網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)從運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用到過程控制和工廠自動(dòng)化應(yīng)用的所有功能。帶時(shí)間戳記的數(shù)據(jù)可用于算法中以揭示整個(gè)工廠的趨勢，從而深化信息的價(jià)值。

在2017年巴塞羅那物聯(lián)網(wǎng)解決方案世界大會(huì)上，業(yè)界提出了一些想法來展示時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)和新IEEE標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值及準(zhǔn)備情況，它們能支持機(jī)器和過程的實(shí)時(shí)控制與同步。愿景是通過在生產(chǎn)設(shè)施中部署開放、標(biāo)準(zhǔn)的確定性網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的柔性制造。ADI公司是其中一種獲獎(jiǎng)解決方案背后的17個(gè)合作伙伴之一。

從簡單粗暴到腳踏實(shí)地：

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展非常迅速，解決方案的設(shè)計(jì)應(yīng)具有靈活性以滿足當(dāng)前和未來的需求。例如，ADI公司的fido5000實(shí)時(shí)以太網(wǎng)多協(xié)議(REM)交換芯片專為當(dāng)今所有主要的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議而設(shè)計(jì)，其可配置模塊也使其更容易支持未來的IEEE 802.1 TSN協(xié)議。

極端物聯(lián)網(wǎng)：可靠無線網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)

復(fù)雜的系統(tǒng)挑戰(zhàn)需要全面的系統(tǒng)解決方案。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)能力巨大、機(jī)會(huì)無限、澤被天下的系統(tǒng)。對于那些希望發(fā)揮其巨大潛力的人來說，所有這一切都非常復(fù)雜。最成功的結(jié)果將來自某種系統(tǒng)化方法。極端物聯(lián)網(wǎng)解決方案需要在最廣泛的條件下提供最精確和最安全的數(shù)據(jù)，并在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行低功耗處理，進(jìn)而可靠地連接到云端。

極端物聯(lián)網(wǎng)正從互連傳感器的堆砌發(fā)展成為可以運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)（“運(yùn)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)”），或與域劃分無關(guān)的系統(tǒng)，即分析既可以發(fā)生在傳感器邊緣，也可以發(fā)生在云端。利用基于時(shí)間或帶“時(shí)間戳”的數(shù)據(jù)，可以從邊緣或云端的諸多傳感器數(shù)據(jù)集中洞察情況或預(yù)測結(jié)果。但最后，當(dāng)數(shù)據(jù)被發(fā)送到云端時(shí)，必須以最高可靠性完成傳輸，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

考慮之前提到的例子：位于沙漠中心的傳感器，位于北極深處的另一個(gè)傳感器，或充滿無線電干擾的工廠中運(yùn)動(dòng)機(jī)器人上的傳感器。在此類極端環(huán)境中生存和運(yùn)行是極具挑戰(zhàn)性的。

低功耗可靠無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)

無線物聯(lián)網(wǎng)必須滿足與有線網(wǎng)絡(luò)相同的要求，但這些要求不僅僅是在惡劣條件下進(jìn)行可靠傳輸。無線網(wǎng)絡(luò)還必須提供強(qiáng)大的性能、安全性和盡可能低的功耗。雖然無線電是一個(gè)關(guān)鍵組成部分，并且有許多低功耗無線電解決方案可用，但網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和架構(gòu)在決定整體解決方案的性能和功耗方面起著重要作用。根據(jù)應(yīng)用的不同，需求可能有很大的不同，有的要求連續(xù)傳輸大數(shù)據(jù)集，有的要求“根據(jù)需要”傳輸少量信息。但在所有情況下，數(shù)據(jù)都需要具備強(qiáng)大的安全性，包括加密和認(rèn)證。

從簡單粗暴到腳踏實(shí)地：

采用高效傳感器網(wǎng)絡(luò)、芯片和預(yù)認(rèn)證PCB模塊，并使用Mesh網(wǎng)絡(luò)軟件的解決方案，可支持傳感器在惡劣的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行通信。例如，ADI公司的SmartMesh?無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品利用時(shí)間同步信道跳變協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，內(nèi)置自診斷功能。每個(gè)無線節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)板載ARM Cortex-M3，其可用作邊緣處理器。這樣，系統(tǒng)僅傳輸必要的信息，從而降低功耗和成本。可靠WSN通信、智能傳感和低功耗的這種特殊組合，使得SmartMesh等無線解決方案非常適合安裝在要求嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境中的任何地方。