圖1. 傳感器至雲信號鏈

 

檢測/測量器件將模擬信號轉換為數字數據流。獲取
、處理、傳輸
、分析此數字格式之後，可以根據結果做出決策。將光、聲
、壓力和溫度等物理現象轉換為數字數據已是很陳舊的觀念。隨著物聯網發展，雲模式的使用和計算建模（由雲及其大規模存儲和處理能力實現）的(de)威(wei)力(li)已(yi)經(jing)改(gai)變(bian)了(le)基(ji)於(yu)數(shu)字(zi)數(shu)據(ju)做(zuo)出(chu)決(jue)策(ce)的(de)方(fang)式(shi)。諸(zhu)如(ru)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)之(zhi)類(lei)的(de)傳(chuan)統(tong)檢(jian)測(ce)技(ji)術(shu)已(yi)被(bei)充(chong)分(fen)理(li)解(jie)運(yun)用(yong)
，其(qi)既(ji)可(ke)用(yong)作(zuo)一(yi)種(zhong)獨(du)立(li)測(ce)量(liang)，也(ye)可(ke)成(cheng)為(wei)其(qi)他(ta)檢(jian)測(ce)的(de)一(yi)個(ge)要(yao)素(su)。例(li)如(ru)在(zai)電(dian)化(hua)學(xue)檢(jian)測(ce)中(zhong)，溫(wen)度(du)會(hui)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)，需(xu)要(yao)予(yu)以(yi)處(chu)理(li)。另(ling)外(wai)也(ye)出(chu)現(xian)了(le)一(yi)些(xie)令(ling)人(ren)激(ji)動(dong)的(de)新(xin)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)

，它(ta)們(men)會(hui)對(dui)物(wu)聯(lian)網(wang)世(shi)界(jie)產(chan)生(sheng)巨(ju)大(da)影(ying)響(xiang)。

 

其中一個例子是MEMS加速度計。這些傳感器構成多軸振動檢測的基礎，支持無人機

、bianxieshiyouxishebeihuoxiangjidengxitongbaochiwending。jiankanggenzongshebeiyeshiyongzhendonglaijiancegerenjiankang。kechuandaishijiankanghejianshenchuanganqixuyaoyongjiukaiji
，tigonggaojingdushentiyundongjianceyibianjinxingshidangdefenxi（例如跑步、騎自行車或步行）
，並將實時數據傳輸給各種便攜式健康和健身應用。

 

以加速度計為例，在物聯網設備中我們應該注意什麼
？更精確的測量有何價值
？要回答這些問題，首先可考慮低功耗。ADI公司的ADXL362是一款超低功耗、3軸MEMS加速度計
，輸出數據速率為100 Hz時功耗低於2 μA
，在運動觸發喚醒模式下功耗為270 nA（MEMS加速度計測量靜態或動態加速力）。這樣可以延長電池使用時間。其次，考慮帶寬和分辨率。ADXL362不會因為欠采樣而混疊輸入信號

；它采用全數據速率對傳感器的整個帶寬進行采樣，噪聲很低。因此，它可以測量非常小的信號。噪聲電平要求低於ADXL362正常值550 μg/√Hz的應用
，可以選擇兩種低噪聲模式（典型值低至175 μg/√Hz）的任一種

，電源電流增加極小。

 

 

圖2. 業界功耗最低的MEMS加速度計

 

更高質量的數據很重要：

 

精密測量有何價值，為什麼關係重大

？低噪聲、低漂移器件能最大限度地提高傳感器能力，實現更寬的動態範圍，從而硬件能夠測量更小、更多種類的信號。這使得終端係統更精確、更靈敏、更具差異化。利用更高的精度可以開發出能夠同時滿足現在和未來測量需求的平台硬件，並更好地支持防護頻帶的發展。

 

因yin此ci，同tong樣yang的de硬ying件jian可ke以yi用yong於yu好hao幾ji代dai產chan品pin，擁yong有you成cheng本ben得de以yi降jiang低di，並bing且qie可ke以yi免mian除chu硬ying件jian替ti換huan的de麻ma煩fan和he高gao昂ang成cheng本ben。這zhe對dui物wu聯lian網wang來lai說shuo尤you其qi如ru此ci

，因yin為wei傳chuan感gan器qi及ji相xiang關guan硬ying件jian的de數shu量liang預yu計ji會hui爆bao炸zha式shi增zeng長chang。市shi場chang分fen析xi公gong司siGartner表示：到2020年將有超過260億yi的de互hu聯lian設she備bei，連lian接jie之zhi多duo宛wan如ru天tian文wen數shu字zi。此ci外wai

，隨sui著zhe無wu線xian連lian接jie因yin便bian利li性xing而er廣guang泛fan應ying用yong於yu物wu聯lian網wang信xin號hao鏈lian
，位wei於yu難nan以yi接jie近jin的de地di方fang或huo工gong廠chang等deng惡e劣lie環huan境jing中zhong的de物wu聯lian網wang單dan元yuan將jiang越yue來lai越yue多duo。最zui後hou一yi個ge考kao慮lv因yin素su是shi政zheng府fu對dui氣qi體ti排pai放fang
、用yong電dian和he環huan境jing控kong製zhi等deng多duo個ge方fang麵mian的de監jian管guan要yao求qiu越yue來lai越yue嚴yan格ge。可ke能neng的de新xin條tiao例li和he不bu斷duan變bian化hua的de要yao求qiu將jiang需xu要yao現xian有you硬ying件jian實shi現xian更geng精jing確que的de測ce量liang
，更geng好hao的de測ce量liang係xi統tong可ke提ti供gong超chao前qian思si維wei來lai幫bang助zhu滿man足zu這zhe些xie要yao求qiu。在zai擁yong擠ji不bu堪kan且qie競jing爭zheng激ji烈lie的de物wu聯lian網wang市shi場chang上shang，能neng否fou滿man足zu未wei來lai的de新xin測ce量liang需xu求qiu事shi關guan企qi業ye的de存cun亡wang。

 

因(yin)此(ci)
，穩(wen)定(ding)精(jing)密(mi)的(de)硬(ying)件(jian)測(ce)量(liang)平(ping)台(tai)的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)再(zai)怎(zen)麼(me)強(qiang)調(tiao)也(ye)不(bu)為(wei)過(guo)。建(jian)立(li)平(ping)台(tai)之(zhi)後(hou)，便(bian)可(ke)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)差(cha)異(yi)化(hua)。在(zai)激(ji)烈(lie)競(jing)爭(zheng)的(de)物(wu)聯(lian)網(wang)市(shi)場(chang)
，這(zhe)些(xie)能(neng)力(li)是(shi)企(qi)業(ye)脫(tuo)穎(ying)而(er)出(chu)的(de)重(zhong)要(yao)條(tiao)件(jian)。此(ci)外(wai)，係(xi)統(tong)升(sheng)級(ji)會(hui)更(geng)輕(qing)鬆(song)
、更簡單，並且可以實時完成。

 

合法數據至關重要

 

為了確保物聯網生態係統中維護的數據正當合法，有許多因素需要考慮。物聯網可以解釋為從“事物”一直到雲的許多層。各層都可能有一個新的外部連接，並存在相關的安全風險。還可能有一條返回路徑，通過各層返回到“事物”。它不止是與設備、網wang絡luo或huo客ke戶hu端duan有you關guan，還hai涉she及ji到dao許xu多duo表biao麵mian區qu域yu
，每mei個ge區qu域yu都dou可ke能neng互hu連lian。例li如ru，從cong設she備bei到dao雲yun或huo從cong設she備bei經jing網wang關guan到dao雲yun。合he法fa性xing的de目mu標biao是shi確que保bao每mei一yi層ceng都dou安an全quan。隨sui著zhe連lian接jie的de事shi物wu、雲和網關的增多
，容易產生安全漏洞的地方也會增加。

 

圖3.

 

OWASP（開放式Web應用安全項目）確定的物聯網10大安全漏洞如下：

 

●  不安全的Web接口（XSS、注入、網絡釣魚）

●  不適當的身份驗證/授權

●  不安全的網絡服務（SSH、SFTP、Telnet）

●  缺少傳輸加密

●  隱私問題/關切

●  不安全的雲接口

●  不安全的移動接口

●  不適當的安全配置

●  不安全的軟件/固件

●  糟糕的物理安全

 

在雲中，安全威脅可能表現為數據外泄、意外的數據丟失或數據失竊。毫無疑問，雲服務會容納多個客戶（多租戶）
，guerxuyaoquebaoanquanqugegegekehu。zhejiudailaiqitaxuyaokaolvdewenti。bendibaochizaixianhuofashengshujuzhongduanshi
，xitongderongliangshiduoshao？duogeweizhiruhegongxiangshujubingquebaoanquan？caiyongshenmeanquanbiaozhun？nengfoubeifenshuju
，youqishishujuliangyinweiwulianwangerbaozhashizengchangshi
？yingyongchengxujiekou(API)將通過同一雲服務開發並存儲用於多個客戶
，因此
，如何執行身份驗證和授權（以及如何保護管理員等特權用戶）非常重要。

 

審(shen)查(zha)和(he)評(ping)價(jia)雲(yun)服(fu)務(wu)提(ti)供(gong)商(shang)有(you)許(xu)多(duo)方(fang)法(fa)。一(yi)種(zhong)機(ji)製(zhi)是(shi)通(tong)過(guo)公(gong)開(kai)的(de)安(an)全(quan)指(zhi)南(nan)。業(ye)界(jie)在(zai)持(chi)續(xu)改(gai)善(shan)這(zhe)些(xie)全(quan)球(qiu)通(tong)用(yong)的(de)雲(yun)安(an)全(quan)指(zhi)南(nan)
，並(bing)且(qie)越(yue)來(lai)越(yue)要(yao)求(qiu)服(fu)務(wu)提(ti)供(gong)商(shang)實(shi)現(xian)相(xiang)關(guan)認(ren)證(zheng)以(yi)遵(zun)守(shou)這(zhe)些(xie)指(zhi)南(nan)。

 

但(dan)是(shi)，安(an)全(quan)關(guan)切(qie)不(bu)限(xian)於(yu)雲(yun)。在(zai)每(mei)一(yi)級(ji)堆(dui)棧(zhan)
，都(dou)有(you)相(xiang)關(guan)的(de)威(wei)脅(xie)和(he)反(fan)製(zhi)技(ji)術(shu)。物(wu)聯(lian)網(wang)設(she)備(bei)和(he)網(wang)關(guan)可(ke)能(neng)被(bei)偷(tou)竊(qie)或(huo)篡(cuan)改(gai)，數(shu)據(ju)可(ke)能(neng)被(bei)篡(cuan)改(gai)或(huo)被(bei)非(fei)授(shou)權(quan)用(yong)戶(hu)訪(fang)問(wen)。對(dui)此(ci)
，篡(cuan)改(gai)檢(jian)測(ce)器(qi)、加密或設備注冊可用作反製措施。軟件或固件可能成為網絡釣魚、惡意軟件攻擊或篡改的目標。因此，可信操作係統
、將jiang安an全quan貫guan注zhu到dao開kai發fa生sheng命ming周zhou期qi中zhong以yi及ji漏lou洞dong測ce試shi便bian非fei常chang重zhong要yao。軟ruan件jian部bu署shu到dao現xian場chang之zhi後hou，通tong過guo一yi個ge安an全quan機ji製zhi更geng新xin軟ruan件jian也ye很hen重zhong要yao。如ru果guo采cai用yong不bu安an全quan的de通tong道dao傳chuan輸shu數shu據ju，篡cuan改gai、竊聽或攻擊就會有可乘之機。因此，傳輸通道加密、端口/jiekouguanliyijilianxuzhudongjiancehenzhongyao。zaishujuyinsifangmian，bixurangkehugaodufangxin。duiyinsiquanzaixiaodeqinfan，yekenenglinggongsidepinpaiheshengyuhuizhiyidan。yinci
，liyongshujujiamijishudenglianghaodezuofalaijinliangjianshaohuonongluancunchuhebaoliudeshujufeichangzhongyao。quanqiuyinsishujucelvezaichixufazhanhebianhua。zaiyijianyizhideqiantixia，tongguoyigelinghuodexitonglaichulishijiebutongdiqudejianguanchayishihenzhongyaode。zaiyingyongchengxucengci，bujinyaotongguoyonghushenfenyanzhengheshouquanlaizuzhiweishouquanfangwen

，erqieyaochixuceshidaimayouwuloudong。haiyingkaolvdaiwaibaohu，liruWAF（Web應用程序防火牆），以及在受到攻擊時隔離並封鎖帳戶的能力。上述所有反製措施都可以應用，但安全性必須融入生態係統中，而不是在最後進行改造。

 

智能互聯的物聯網係統

 

物聯網信號鏈的任一級都可以增加智能（或數據處理）。例如在生命體征監測(VSM)zhong
，dangtiwendadaoweixianshuipingshi，chuanganqiduankezhijiefachubaojing，erwuxujiangtiwenshujufasongzhiyunduan。wendushujuyekeyiyongzaiqitashengwuyixuejisuanzhong，yinci，tayekeyiyongyuwangguanhuoyunzhong。

 

zaijiedianjinxingxinhaochuliyouduogehaochu
，baokuozhichijincoudejichengfankuihuanludeng。jinmiouhechuanganqihezhixingqidehaochushikeyilijizuochujuece。liru，zhendongdadaoyudingshuipingshi，jiuhuilijiguantingjiqihuodianji；溫室中的溫度上升到一定程度時
，就會驅動電機打開窗戶。對節點的要求是小尺寸和超低功耗（從而延長電池壽命）
，ADI公司的ADuCM360等集成模擬微控製器集ARM® M3-MCU和24位(wei)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)於(yu)一(yi)體(ti)，可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)這(zhe)些(xie)需(xu)求(qiu)。未(wei)來(lai)
，可(ke)利(li)用(yong)采(cai)集(ji)能(neng)量(liang)從(cong)而(er)實(shi)現(xian)能(neng)源(yuan)獨(du)立(li)的(de)器(qi)件(jian)將(jiang)是(shi)成(cheng)功(gong)的(de)關(guan)鍵(jian)。節(jie)點(dian)上(shang)的(de)數(shu)字(zi)處(chu)理(li)受(shou)空(kong)間(jian)和(he)功(gong)耗(hao)的(de)限(xian)製(zhi)。還(hai)有(you)一(yi)點(dian)是(shi)難(nan)以(yi)聚(ju)合(he)其(qi)它(ta)來(lai)源(yuan)的(de)數(shu)據(ju)。節(jie)點(dian)的(de)低(di)功(gong)耗(hao)會(hui)限(xian)製(zhi)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)範(fan)圍(wei)和(he)有(you)效(xiao)載(zai)荷(he)。通(tong)過(guo)節(jie)點(dian)管(guan)理(li)來(lai)監(jian)視(shi)狀(zhuang)態(tai)和(he)執(zhi)行(xing)更(geng)新(xin)會(hui)很(hen)麻(ma)煩(fan)，同(tong)時(shi)網(wang)絡(luo)邊(bian)緣(yuan)的(de)硬(ying)件(jian)
、軟件和數據也存在安全風險。

 

基於網關的信號處理采用物聯網網關設備
，其一端具有短程無線傳感器網絡(WSN)鏈路，另一端具有LAN或WAN鏈路。它與路由器類似，也可以是傳感器集線器。除了WSN網絡管理和安全功能以外，它還常用作本地處理和分析的計算資源（通常稱為邊緣計算）。基於網關處理的優勢是可以使用大量潛在處理資源
，並且能夠聚合其他傳感器/來源的數據。因此
，在網絡邊緣附近運行分析的能力，加上利用現成的開發工具所開發的分析技術
，將有助於實現對IT部門更友好的解決方案。它有能力支持全堆棧OS，並使用帶標準遠程管理工具的LAN/WAN網絡技術來提供更好的安全性（不過物理安全可能存在風險）。另一方麵
，它通常不屬於低功耗類
，需要有線電源

，而且數據存儲有限。

 

 

圖4. 物聯網網關示例

 

雲連接的主要優勢之一是能夠存儲、檢jian索suo和he搜sou索suo大da量liang數shu據ju記ji錄lu
，這zhe些xie數shu據ju記ji錄lu可ke以yi包bao含han曆li史shi數shu據ju和he來lai自zi許xu多duo設she備bei的de數shu據ju。對dui於yu基ji於yu雲yun的de信xin號hao處chu理li，數shu據ju存cun儲chu在zai很hen多duo情qing況kuang下xia與yu大da數shu據ju處chu理li和he分fen析xi密mi切qie相xiang關guan。僅jin僅jin存cun儲chu數shu據ju是shi不bu夠gou的de。快kuai速su訪fang問wen和he分fen析xi數shu據ju的de需xu求qiu促cu成cheng了le許xu多duo新xin方fang法fa的de產chan生sheng，利li用yong簡jian單dan的de編bian程cheng模mo型xing和he開kai源yuan框kuang架jia，大da數shu據ju集ji可ke以yi在zai多duo個ge計ji算suan機ji集ji群qun上shang進jin行xing分fen布bu式shi處chu理li。基ji於yu雲yun處chu理li的de顯xian著zhu優you勢shi是shi有you大da量liang內nei置zhi安an全quan性xing的de潛qian在zai計ji算suan和he存cun儲chu資zi源yuan可ke用yong。開kai源yuan和he商shang業ye開kai發fa工gong具ju日ri益yi增zeng多duo，終zhong端duan解jie決jue方fang案an可ke以yi輕qing鬆song擴kuo展zhan。

 

現在認為軟件即服務(SaaS)是雲計算的關鍵貢獻
，另外還有基礎設施即服務(IaaS)、平台即服務(PaaS)、桌麵即服務(DaaS)、移動後端即服務(BaaS)和信息技術管理即服務(ITMaaS)。所有這些共同提供了廣泛的選擇來適應終端係統需求。對於基於雲的處理，服務器托管是必需的（可在本地或遠程）。存儲和服務有相關成本

，通信和大數據存儲可能會很昂貴。還有其他一些缺點，比如互聯網通信渠道的延遲和吞吐量可能難以預測。

 

隨(sui)著(zhe)物(wu)聯(lian)網(wang)係(xi)統(tong)發(fa)展(zhan)，智(zhi)能(neng)係(xi)統(tong)分(fen)割(ge)也(ye)會(hui)發(fa)展(zhan)，節(jie)點(dian)的(de)智(zhi)能(neng)程(cheng)度(du)會(hui)提(ti)高(gao)。節(jie)點(dian)從(cong)不(bu)生(sheng)成(cheng)智(zhi)慧(hui)和(he)知(zhi)識(shi)，也(ye)即(ji)數(shu)據(ju)在(zai)到(dao)達(da)雲(yun)端(duan)之(zhi)前(qian)仍(reng)隻(zhi)是(shi)單(dan)純(chun)的(de)數(shu)據(ju)；而er轉zhuan換huan和he發fa送song所suo有you數shu據ju需xu要yao消xiao耗hao大da量liang電dian力li和he帶dai寬kuan。智zhi能neng檢jian測ce是shi指zhi節jie點dian將jiang數shu據ju轉zhuan換huan為wei信xin息xi，從cong而er降jiang低di總zong功gong耗hao，減jian少shao延yan遲chi和he帶dai寬kuan浪lang費fei。簡jian言yan之zhi
，它ta支zhi持chi從cong反fan應ying型xing物wu聯lian網wang到dao預yu測ce型xing和he實shi時shi物wu聯lian網wang的de轉zhuan變bian。

 

要實現卓越的物聯網設計，需克服無數挑戰，包括良好的測量、安全性以及知道應在整個物聯網路徑中的何處高效使用智能。此外，完整物聯網解決方案會涉及許多供應商，包括傳感器、網關
、軟件和存儲提供商。ADI公司既是物聯網供應商，也是物聯網客戶，我們利用自己的ADXL362加速度計（還有其他測量溫度和濕度的傳感器）jiankonglimolikegongchangdezhizaoshebei。tongguoceliangjiqihuodianjizhendongmoshidebianhua，keyizaixitongtingjizhiqianjiancedaoguzhang，fanghuanyuweiran。youcidailaidehaochushikeyishixingyucexingweihuchengxu
，tigaogongchangxiaolvhechanneng。ADI公司的物聯網方案為複雜製造工藝中的多台設備（新舊並存且來自多家供應商）提(ti)供(gong)全(quan)麵(mian)的(de)監(jian)控(kong)和(he)分(fen)析(xi)係(xi)統(tong)。該(gai)係(xi)統(tong)實(shi)時(shi)跟(gen)蹤(zong)並(bing)報(bao)告(gao)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)
，提(ti)醒(xing)技(ji)術(shu)員(yuan)注(zhu)意(yi)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)問(wen)題(ti)，避(bi)免(mian)設(she)備(bei)停(ting)機(ji)。晶(jing)圓(yuan)良(liang)品(pin)率(lv)因(yin)此(ci)得(de)到(dao)提(ti)高(gao)
，供(gong)應(ying)更(geng)穩(wen)定(ding)，有(you)助(zhu)於(yu)我(wo)們(men)的(de)客(ke)戶(hu)做(zuo)出(chu)更(geng)好(hao)的(de)規(gui)劃(hua)。這(zhe)個(ge)例(li)子(zi)展(zhan)示(shi)了(le)物(wu)聯(lian)網(wang)係(xi)統(tong)的(de)真(zhen)正(zheng)價(jia)值(zhi)。物(wu)聯(lian)網(wang)係(xi)統(tong)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)和(he)範(fan)圍(wei)允(yun)許(xu)以(yi)很(hen)多(duo)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)。將(jiang)物(wu)聯(lian)網(wang)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)處(chu)理(li)從(cong)雲(yun)端(duan)轉(zhuan)移(yi)到(dao)邊(bian)緣(yuan)可(ke)提(ti)升(sheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)智(zhi)能(neng)程(cheng)度(du)
，讓(rang)信(xin)息(xi)提(ti)取(qu)更(geng)接(jie)近(jin)來(lai)源(yuan)。網(wang)絡(luo)邊(bian)緣(yuan)節(jie)點(dian)、網關和雲中都有處理資源可用，係統設計人員可以優化解決方案的邊緣節點功耗
、數據帶寬
、計算和存儲要求。

 

 

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