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回应“什么是物联网最关键技术”这个问题的答案,应该比有关物联网仁智各见的定义的种类还要多。不错,传感器、无线、通信、云计算、信息安全、电源等技术都可谓是物联网的关键技术。
如果笔者说这些都不是物联网最关键的技术,恐怕现如今的物联网人士都会群起而攻之。但如果笔者说在与物联网没有关系的领域,这些技术经过十几年乃至数十年的发展已经比较成熟或者相对成熟,可能反对的声音就不会有那么多了。
这些比较成熟的技术应用到物联网后之所以成为关键技术或者说技术难点,主要原因在于物联网特别是无线传感器网络对物理尺寸的敏感。
尺寸决定成败
十多年前,计算机“2000年问题” 令人十分头痛。内存特别是大型机的内存曾经十分昂贵,因此很多商业应用在表达日期时就把19xx年中的19去掉,只留下后两位,从而省去两个字节的长度。然而,这种缺省只是在1个世纪内有效,跨世纪时则会出现大问题。最终,两个字节长度的节省,给全球商业用户带来了大麻烦。
在无线传感器网络的多数应用特别是军事应用中,人们自然希望传感器节点的尺寸越小越好,这样才能做到隐蔽。而这种微型化的需求,将会把原本在工程实现上不成问题的技术变成了技术障碍。
如果不谈尺寸的限制,我们可以说电源技术发展得很快,而一旦以衡量电源性能的主要指标比能量,即单位体积或重量的电源所给出的能量来衡量的话,电源技术的发展可以说是太过缓慢。今年8月9日,盖茨在一次技术趋势研讨会上也对电池的研究进展很不满意:“电池存在很多物理上的限制,要想在这一行业取得新进展是十分困难的。”
无线传感器节点的微型化与电源容量就变成了一对矛盾。受电源容量所限,节点内的处理器的性能非但难以提高,有时甚至必须间歇工作以节省能耗。而计算性能不高,直接影响到信息安全,因为加密算法对计算资源要求很高。总之,电源容量限制带来的影响将会波及到传感器节点的方方面面。现实中,很多应用又要求传感器网络长期工作,这对传感器节点的能量供给来说又是雪上加霜。
集成电路工业的发展为解决传感器节点微型化和功耗问题提供了借鉴。纵观处理器的发展历史,摩尔定律揭示着芯片集成度的持续提高,从而使同等面积的芯片可以容纳更多的功能,或者实现同样的功能所占用的芯片面积越来越小,从而促进了芯片微型化的发展。与此同时,由于芯片制程的提高,缩短了晶体管之间的引线长度,降低了引线电感,从而使得处理器在执行同样任务时,功耗也比上一代处理器有所下降。
得益于集成电路工艺的进步,传感器节点中芯片微型化已经让位于传感器的微型化,由于传感器家族中绝大部分都是非电量传感器,特别是涉及到机械量的传感器,是很难集成到芯片上的,因此,传感器节点的微型化在很大程度上可以说是传感器的微型化。
MEMS:微观世界的加工技术
微电子机械系统(Micro-Electro Mechanical Systems,MEMS)是解决传感器微型化的关键手段,MEMS对于物联网的重要性,与集成电路技术之于IT产业的重要性是一样的。
MEMS的起源可以追溯到半个世纪之前一位名叫理查德
如果笔者说这些都不是物联网最关键的技术,恐怕现如今的物联网人士都会群起而攻之。但如果笔者说在与物联网没有关系的领域,这些技术经过十几年乃至数十年的发展已经比较成熟或者相对成熟,可能反对的声音就不会有那么多了。
这些比较成熟的技术应用到物联网后之所以成为关键技术或者说技术难点,主要原因在于物联网特别是无线传感器网络对物理尺寸的敏感。
尺寸决定成败
十多年前,计算机“2000年问题” 令人十分头痛。内存特别是大型机的内存曾经十分昂贵,因此很多商业应用在表达日期时就把19xx年中的19去掉,只留下后两位,从而省去两个字节的长度。然而,这种缺省只是在1个世纪内有效,跨世纪时则会出现大问题。最终,两个字节长度的节省,给全球商业用户带来了大麻烦。
在无线传感器网络的多数应用特别是军事应用中,人们自然希望传感器节点的尺寸越小越好,这样才能做到隐蔽。而这种微型化的需求,将会把原本在工程实现上不成问题的技术变成了技术障碍。
如果不谈尺寸的限制,我们可以说电源技术发展得很快,而一旦以衡量电源性能的主要指标比能量,即单位体积或重量的电源所给出的能量来衡量的话,电源技术的发展可以说是太过缓慢。今年8月9日,盖茨在一次技术趋势研讨会上也对电池的研究进展很不满意:“电池存在很多物理上的限制,要想在这一行业取得新进展是十分困难的。”
无线传感器节点的微型化与电源容量就变成了一对矛盾。受电源容量所限,节点内的处理器的性能非但难以提高,有时甚至必须间歇工作以节省能耗。而计算性能不高,直接影响到信息安全,因为加密算法对计算资源要求很高。总之,电源容量限制带来的影响将会波及到传感器节点的方方面面。现实中,很多应用又要求传感器网络长期工作,这对传感器节点的能量供给来说又是雪上加霜。
集成电路工业的发展为解决传感器节点微型化和功耗问题提供了借鉴。纵观处理器的发展历史,摩尔定律揭示着芯片集成度的持续提高,从而使同等面积的芯片可以容纳更多的功能,或者实现同样的功能所占用的芯片面积越来越小,从而促进了芯片微型化的发展。与此同时,由于芯片制程的提高,缩短了晶体管之间的引线长度,降低了引线电感,从而使得处理器在执行同样任务时,功耗也比上一代处理器有所下降。
得益于集成电路工艺的进步,传感器节点中芯片微型化已经让位于传感器的微型化,由于传感器家族中绝大部分都是非电量传感器,特别是涉及到机械量的传感器,是很难集成到芯片上的,因此,传感器节点的微型化在很大程度上可以说是传感器的微型化。
MEMS:微观世界的加工技术
微电子机械系统(Micro-Electro Mechanical Systems,MEMS)是解决传感器微型化的关键手段,MEMS对于物联网的重要性,与集成电路技术之于IT产业的重要性是一样的。
MEMS的起源可以追溯到半个世纪之前一位名叫理查德