时髦的概念:IoT-物联网-《芯苑》

最近读了一篇文章《一个柜子引发的混战》,讲述的是随着互联网的普及,包裹的数量(尤其是小包裹)以及物流配送的时效性引发的堪忧,以及智能快递柜的概念等,讲述的就是活生生的互联网延伸到物联网的例子,互联网的转型必须是物联网的支撑,如果说互联网是虚拟经济,那物联网就是互联网的实体支撑。

也许我们每天都能收到我们昨天网购下单的商品,可是全国乃至全世界有多少亿个“我们”每天也在收着快递商品,聚集在一起会是多大的数量,我无聊的查了下,2011年淘宝平均每天的快递是800万件,2015年7月1日一篇文章发表是每天平均4500万到5000万件,预计5年后每日平均2亿件快递。虽然这是一个巨大的商机,可是如果每天靠快递员手工读取地址并且分发到全国各地,估计你拿到的时候菜都凉了。可是你有没有想过,如果每个快递包裹上都有一个存储客户网上下单填写的地址的RFID芯片,只要把快递放入物流总站,机器就能自动识别并且分发到各个地区的物流配送车就可以了,是不是很酷?如果能再配一个GPS设备,是不是就可以自己送货上门了?(无人机送快递~~)

时髦的概念:IoT-物联网-《芯苑》

 

再假设一个场面,我们每次开车经过无数的红绿灯,运气不好赶上一个就接二连三一路红灯,可是每个红灯的另一边虽然是绿灯就是没有一辆车,真是气人啊。如果这个时候我们的红绿灯能够知道这样的情形自动根据车流量调整红绿灯时间或者动态切换,是不是比较酷一点?甚至记录这些道路车流量信息,反馈给GPS导航系统告诉车辆提前绕行等等。

当然要实现那些功能,目的都是要实现不要人为干预操作,其实这就是今年最流行的产业新概念:物联网(IoT:Internet-of-Things)。它和传统的互联网的区别是什么?互联网就是一台智能手机还需要一个人从而实现人机对话上网,但是物联网突出的主体是“物”,物体自己联网实现与机器的交流及互动。让物体“有感知”、“有思想”。

1、什么是物联网?

物联网最早是在比尔盖茨的1995年《未来之路》中提到“物互联”,1998年MIT学院提出基于EPC的物联网构想,1999年,物品编码(RFID)的Auto-ID提出物联网概念,2005年国际电信联盟发布《ITU互联网报告2005:物联网》,正是标志物联网时代的到来。

而中国在物联网的路上走的比较早,温家宝在2009年无锡视察的时候提出“感知中国”,一时间“感知中国”成了中国版物联网的代名词,迅速在无锡建立中国物联网基地,还在江南大学建立相关学术科研,也是国内首所院校有物联网项目的。但是将来中国注定了物联网的肥肉不会落在中国,因为本身物联网到目前为止还是一个概念趋势而已,还没有一个成型的产品或应用,甚至连feature都不知道,再搭配“中国制造”式的野蛮发展方式,注定了是以地方政府为背景的炒作是遍地开花跟风炒作而已天天什么“感知中国欧洲行”、亚洲行、韩国行、日本行、还有什么感知中国走出新“丝”路,每次看中文版物联网新闻都想哭。再者这个东西即使最终定型了,知道feature了我们的设计和制造能力也跟不上(不过制造还好一点不需要太advance的制程)。看看整个IC产业,国外忙着布局我们忙着收购。

2、物联网是怎么运作的?

物联网的基础是智能“终端”,区别于传统的终端,都是人在操作,所以我们称之为“人机对话” (H2M: Human to Machine),而物联网的终端都是智能化的,它被赋予知觉和思想的能力,能够互相之间交流或与云端服务器交流,我们称之为“机器与机器对话”(M2M: Machine to Machine)。那物联网究竟是以什么样的架构来实现机器之间交流的?简单一点讲其系统架构包括“云”、“网”、“端”,云端负责存储和处理数据,网络负责传输数据,而终端负责采集数据以及接受云端反馈进行控制(Feed Forward)。一个形象的比喻是,“云”类似人体的大脑负责存储和运算并发出指令,“端”则类似人体各部位的触觉神经,负责收集痛疼,冷热,酸甜苦辣等,而“网”则类似人体的神经网络负责大脑和触觉的交流。

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1) RFID/电子标签:要实现这些机器与机器的交流以及机器与云端服务器的交流的前提必须是让每个终端的“物”自己有能够被识别的“身份证”以及“个人信息”,它就是RFID。RFID is the heart of IoT!这就是为什么这几年RFID这么火热的原因了,可惜核心技术还在老外那里,不知道什么时候能够被收购?

2) 智能感应系统/传感器(Sensor):如果要每个终端都能够感知,就必须要加装智能感应系统(Sensor),比如无人驾驶需要安装高速摄像头探测周边距离以及前后移动物体的速度来控制车速,需要通过云端获取前后车辆的动力及安全信息,等等。而我们感知的信号还是模拟信号,我们必须借助数字信号处理(DSP)将感知的模拟信号转换成计算机可以识别的数字信号。

3) 网络:每个终端必须要将感知的信息传递或反馈给云端服务器,所以必须要有网络。如果说互联网4G解决的是最后1公里的问题,那么物联网就是解决最后100米的问题。因为4G主要是靠电信的信号发射塔发射到手机接收端,这个问题随着智能手机的普及已经解决了。而接下来的物联网的问题是如何将这些智能终端手机的数据通过智能手机发送出去,这就是最后100米的问题。

在最后100米可连接设备的密度远远超过最后1公里,特别是在家庭,家庭物联网应用(即我们常说的智能家居)已经成为各国物联网企业全力抢占的制高点,作为目前全球公认的最后100米主要技术解决方案,ZigBee得到了全球主要国家前所未有的关注,这种技术从它的命名看就是取自蜜蜂的蜂巢,交叉互联,而现有的WiFi、蓝牙、433M/315M等无线技术都是1对1单通道通讯,而且ZigBee更加安全、可靠由于组合方式比较多所以加密算法比较复杂,同时由于ZigBee互相之间可以Backup所以其组网能力强、具备网络自愈能力并且功耗更低,ZigBee的这些特点与物联网的发展要求非常贴近,目前已经成为全球公认的最后100米的最佳技术解决方案。

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4)云端:云端就是存储和处理传感器(Sensor)感测的数据,这就是我们讲的大数据(BigData),首先是存储这的有存储器,这就是国家为什么大力发展存储器的战略意义了,这个大数据比现在的大数据不知道多几亿倍。第二个是大数据还需要处理,总不能放在那里定期purge掉吧,我们需要从这些数据中提取规律,从而反馈给终端控制系统。所以这个CPU和FPGA以及什么浮点运算提高运算效率和速度就意义非凡,这就可以理解为什么Intel为啥要花167亿美金收购Altera了吧,今年这个巨头的经费支出只有80多个亿已经落后TSMC和三星了,因为没钱了,所以在制程开发上的投入已经很少了,应该说默默放弃了10nm和7nm的领导地位。

3、IoT的应用市场

未来,物联网的用途无处不在,除用于环境保护、政府工作、公共安全等公共领域外,还能在人们的日常生活中起到重要作用。比如,洗衣服的时候,洗衣机会主动“告诉”你水量少了还是多了;而你携带的公文包则会提醒你忘记带什么东西;你还能通过点击手机按钮在北京控制电饭煲,为重庆的家人煮饭。

再比如,人们驾车时,只需设置好目的地,便可在车上随意睡觉、看电影,车载系统会通过路面接收到的信号智能行驶;人们生病时,不需住在医院,只要通过一个小小的仪器,医生就能24小时监控病人的体温、血压、脉搏等。
微软“智能家庭”则描述了这样一个未来场景:孩子只要站立在屏幕前固定区域,靠自己的真实动作就能扮演电脑游戏中的角色。因为传感器将会感知真人动作并传输到电脑转为游戏所需要的动作,而这个游戏也可能就是一款互联网游戏。
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4. IoT的技术挑战
a) Sensor多样化:我们需要收集各式各样的环境信息,所以需要各种传感器,气体、风速、距离、湿度、亮度、心率等等,所以需要各式各样的传感器和信号处理的多样性。
b) 网络连接多节点以及安全性:所以需要RFID赋予每个终端物理地址,并且需要复杂和安全的组网特性,所以ZigBee是首选。当然在安全和节点数量不多的情况下可以考虑蓝牙或WiFi。
c) 电源和功耗:无线充电、电源管理等
d) 存储:NAND、SSD等
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现在国家一直在鼓吹“智能制造2025”、“工业4.0”等等slogan,这些都离不开物联网,它包含了工业化以及信息化的整合。如果说互联网是一张无边的网,那物联网更是这个网的延伸,它是把这个网由“人”延伸到“物”,而“人”也是“物”的一部分,小而言之它也可以是局域网、智能小区网、或家庭局域网等。
IoT将会是下一个推动半导体巨大发展的动力,根据IHS数据,在未来5年的复合增长率(CAGR: Compound Annual Growth Rate)达到11%,下一章我们将继续介绍我们半导体行业在物联网中的角色,以及我们能够为物联网做什么?敬请期待!