延长工业设备中物联网传感器的使用寿命

物联网(IoT)和工业物联网的普及率持续飙升。麦肯锡报告称，2014年，约有13%的企业报告其运营中使用了物联网技术。今天，这一数字已增长到25%。到2023年，全球使用的物联网设备数量预计将达到430亿台，是2018年使用数量的三倍。

尽管物联网传感器的前景是能够从任何地方实时监控关键资产，但长期以来，一直有一个大问题困扰着研究人员：这430亿台设备究竟如何运作?

电源问题

物联网设备需要传感器，该传感器可以观测资产的特定属性，并测量关于它的有用数据。例如，物联网设备温度传感器可以监测生产车间的电机温度，并将该信息转发给分析人员，或者提醒维护团队注意潜在的问题。或者传感器可以监测附近障碍物的接近程度，以帮助自动驾驶汽车保持安全和正常行驶。监测参数的可能性几乎是无限的——传感器可以测量光、振动、湿度、速度等等。

问题在于每个传感器都需要一个电源，而物联网设备的绝对数量构成了巨大的功耗。给每台设备配备电池似乎是最简单的解决方案，但这也带来了一些挑战。在416亿台设备上开发、安装和更换电池将需要太多的时间和太多的宝贵资源。同样具有挑战性的是，物联网传感器通常放置在偏远地区或危险区域的关键资产上。如果物联网设备依靠传统电源，那么投资回报率将急剧下降。

为了提高投资回报率，物联网设备需要两样东西：功耗更低的传感器和持续时间至少10到20年的电池。

两种节能方式

为了解决这些限制，研究人员正倾向于两种节能方式：按需唤醒和能量收集。

按需唤醒意味着物联网智能传感器只有在需要时才会启动，其余时间，它们都处于休眠状态。例如，跟踪大楼门口行人流量的物联网设备，只有当有人走过时才会醒来。

从某种意义上说，收集能量的物联网智能传感器是自我维持的，因为它们从日常流程中获取少量电力。在智能建筑中，安装在门把手上的传感器可以从把手的每次转动中获取机械能，并将这些能量保存到电池中。光伏电池可以通过从光中收集能量来为物联网传感器供电。如果它们的电力消耗足够低，那么这些自我维持的物联网设备理论上可以运行几十年。

更广泛的网络需求

一个有效的物联网系统不仅需要低功耗物联网设备来完成工作，而且还需要一个健壮、安全和可靠的网络来中继和处理数据。

物联网网络整合了收集和路由数据的网关，以及中继和处理数据的系统。数据的确切处理位置(在云中还是在边缘)取决于应用的具体需求。低功耗广域网是要求覆盖较大地理距离、低功耗的物联网智能传感器的理想选择。

物联网网络还需要中继大量数据的能力。5G网络可能特别适合这里，因为它们提供了可靠中继传感器数据所需的速度和容量，而许多物联网应用(包括自动驾驶和机器人辅助手术)都需要这些数据。网络安全也是一个主要问题，特别是因为物联网设备可以成为网络攻击者的轻松切入点。

物联网的未来充满无限希望，并且其采用障碍也正在逐步消除。随着传感器寿命的延长和广域网技术的协同工作，革命性物联网应用的前景越来越接近现实。

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