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將低成本消費(fèi)類(lèi)嵌入式設(shè)計(jì)連接到互聯(lián)網(wǎng)的解決方案

來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)

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關(guān)鍵詞: 物聯(lián)網(wǎng),煙霧探測(cè)器,嵌入式,低成本

      據(jù)技術(shù)預(yù)測(cè)者預(yù)測(cè),將日常事物連接到互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將掀起下一波的聯(lián)網(wǎng)熱潮。其涉及到的產(chǎn)品出貨量非常巨大,是每年移動(dòng)電話交貨量的10至100倍。

      何種應(yīng)用會(huì)驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)被大范圍接受?這是整個(gè)行業(yè)目前需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。桌面(激光打印機(jī))排版推動(dòng)了早期的以太網(wǎng)市場(chǎng);Wi-Fi出貨量的猛增得益于Intel公司將802.11芯片做進(jìn)了其筆記本電腦的參考設(shè)計(jì)中;而當(dāng)手機(jī)價(jià)格下降到大眾可負(fù)擔(dān)的起時(shí),移動(dòng)電話的用量也開(kāi)始呈指數(shù)式增長(zhǎng)。

      與低成本產(chǎn)品相連的智能手機(jī)和平板電腦,很有可能將驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)從發(fā)燒友市場(chǎng)走向主流。事實(shí)上,智能手機(jī)已經(jīng)能使消費(fèi)者在任何時(shí)間、任何地點(diǎn),連接到任何人或搜索到任何事物。

      讓智能手機(jī)和平板電腦消費(fèi)者意識(shí)到他們的口袋里裝著一個(gè)真正的萬(wàn)能遙控器,這只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題。到那個(gè)時(shí)候,他們可以在任何時(shí)間從任何地點(diǎn)監(jiān)控制他們的東西。我們的生活方式正在悄然發(fā)生改變。Informa Telecoms & Media公司在2008年的一份報(bào)道中曾指出:供應(yīng)商出貨的智能手機(jī)數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了上網(wǎng)本數(shù)量。這些趨勢(shì)正在為物聯(lián)網(wǎng)的起飛創(chuàng)造條件。

      應(yīng)用驅(qū)動(dòng)

      截至目前,具有互聯(lián)網(wǎng)連接功能的產(chǎn)品僅僅吸引著“發(fā)燒友”的目光,因?yàn)榇祟?lèi)產(chǎn)品價(jià)格仍然居高不下、安裝依舊太過(guò)復(fù)雜。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)功能所增加的成本跌破30美元,并且安裝簡(jiǎn)化到即插即用的地步,那么這個(gè)市場(chǎng)就將迎來(lái)高速擴(kuò)張的好機(jī)會(huì)。

      現(xiàn)在有三種很有前途的目標(biāo)應(yīng)用:減少定制安裝服務(wù)的用戶支持成本;節(jié)省消費(fèi)者費(fèi)用;給消費(fèi)者帶來(lái)更多的舒適性和愜意感受。

      例如,銷(xiāo)售昂貴的家庭影院或園林灌溉方面產(chǎn)品的公司,一般通過(guò)定制安裝服務(wù)網(wǎng)絡(luò)銷(xiāo)售產(chǎn)品。家庭影院的上門(mén)安裝服務(wù)費(fèi)用超過(guò)100美元,而園林服務(wù)每個(gè)月通常需要支付10,000美元的燃料費(fèi)用。

      借助互聯(lián)網(wǎng)連接,產(chǎn)品品牌持有者可以在產(chǎn)品中增加遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,從而為其銷(xiāo)售渠道增加另一種產(chǎn)品。銷(xiāo)售渠道為新增收入感到高興,而其消費(fèi)者也會(huì)因此得到更佳更快捷的服務(wù)。

      結(jié)果是更加愉快的用戶和忠誠(chéng)的銷(xiāo)售渠道。Monster Cable公司的HTUPS 3700家庭影院電源就是這樣一個(gè)例子。這種電源具有互聯(lián)網(wǎng)連接功能,能夠通過(guò)定制安裝服務(wù)向其終端消費(fèi)者提供遠(yuǎn)程診斷和問(wèn)題糾錯(cuò)服務(wù)。HTUPS 3700曾贏得CES Innovations 2010設(shè)計(jì)與工程大獎(jiǎng)。

      能夠減輕消費(fèi)者荷包支出的產(chǎn)品極有前途。比如住戶-智能自動(dòng)調(diào)溫器和天氣-智能灌溉控制器,它們能幫助消費(fèi)者節(jié)省10%-30%的能源和水費(fèi)。還可以出售能向出租物業(yè)和閑置物業(yè)主人發(fā)送短消息或電子郵件的家用煙霧、一氧化碳、血樣和結(jié)冰檢測(cè)器。這些服務(wù)能以報(bào)警一次收費(fèi)一次或針對(duì)報(bào)警傳感器的智能手機(jī)應(yīng)用來(lái)收取附加收益。

      產(chǎn)品要求

      消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品將最終推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)放量。由此可以得出結(jié)論,一個(gè)成功的互聯(lián)網(wǎng)連接消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品必須滿足三種產(chǎn)品要求:低成本、易于安裝,而且可靠。低成本才能實(shí)現(xiàn)大批量。一位“發(fā)燒友”或出租物業(yè)管理者,可能會(huì)為連接互聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)調(diào)溫器支付200美元或更多費(fèi)用,但是我們都知道,主流消費(fèi)者肯定不會(huì)愿意為家用自動(dòng)調(diào)溫器在平時(shí)60美元的基礎(chǔ)上額外支付30美元。

      其次,對(duì)于家用產(chǎn)品來(lái)說(shuō),使用和安裝必須簡(jiǎn)單,因?yàn)槿绻a(chǎn)品太過(guò)復(fù)雜,很可能會(huì)被退回零售商那里。飛利浦電子的Elke den Ouden發(fā)現(xiàn),所有被退回的電子產(chǎn)品中有一半工作正常,只是消費(fèi)者不知道該如何使用這些產(chǎn)品。ABI research公司的報(bào)告也指出,2009年有30%的消費(fèi)者非常想安裝Wi-Fi產(chǎn)品,但這些產(chǎn)品卻出現(xiàn)了11%的退還率。主流零售商只能容忍5%的退貨,而不是11%。安裝復(fù)雜性解釋了為何Zigbee和Z-wave產(chǎn)品通常要通過(guò)用戶自己的定制選擇,而不是默認(rèn)程序進(jìn)行安裝。

      亞馬遜的Kindle在商業(yè)上比索尼的e-book閱讀器更成功的一個(gè)主要原因,是它通過(guò)3G技術(shù)與亞馬遜的書(shū)店無(wú)縫融合。雖然3G比較昂貴,是實(shí)現(xiàn)低成本擴(kuò)展的致命缺陷,但USB電纜和PC則會(huì)使事情復(fù)雜化。最后,互聯(lián)網(wǎng)連接功能必須可靠。如果產(chǎn)品經(jīng)常無(wú)法正常工作,那么消費(fèi)者的口水也會(huì)扼殺產(chǎn)品的普及。

      產(chǎn)品互操作性并不是阻礙其普及的真正因素,我們家里數(shù)量眾多的遙控器和電池充電器就是很好的證明。零售商們知道,消費(fèi)者光顧其商鋪通常都肩負(fù)著某個(gè)使命,是為了解決某一個(gè)問(wèn)題,例如替換壞了的自動(dòng)調(diào)溫器,或者是自動(dòng)車(chē)庫(kù)門(mén)。

      他們不會(huì)帶著家庭自動(dòng)化的問(wèn)題光顧商鋪并進(jìn)行很大的投資,因此成本的增加以及安裝的便利性是消費(fèi)者是否會(huì)采用互聯(lián)網(wǎng)連接方案的關(guān)鍵點(diǎn)。

      當(dāng)然,產(chǎn)品的互操作性可以隨時(shí)間逐漸達(dá)成,即使產(chǎn)品投入使用之后。這是因?yàn)?,?yīng)用互操作性可以通過(guò)連接web服務(wù)輕松實(shí)現(xiàn),方法是利用揉合在互聯(lián)網(wǎng)云中且公開(kāi)發(fā)布的API。

      具有互聯(lián)網(wǎng)連接功能的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模式

      下面以連接互聯(lián)網(wǎng)的煙霧探測(cè)器(圖1)為例進(jìn)行說(shuō)明。這種探測(cè)器在檢測(cè)到煙霧時(shí)能夠向戶主發(fā)送短消息或電子郵件。

      圖1:具有代表性的互聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品例子。

      圖1:具有代表性的互聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品例子。

      創(chuàng)建互聯(lián)網(wǎng)連接時(shí)需要考慮三個(gè)設(shè)計(jì)要素。首先,煙霧探測(cè)器必須連接到LAN;其次,這個(gè)LAN必須通過(guò)網(wǎng)關(guān)或路由器連接到互聯(lián)網(wǎng);第三,必須有一個(gè)web應(yīng)用服務(wù)器來(lái)接收煙霧告警,并向指定人員發(fā)送電子郵件或短消息。

      這里有兩種設(shè)計(jì)模式可供采用。第一種是web服務(wù)器位于產(chǎn)品內(nèi)部,第二種是web應(yīng)用服務(wù)器位于互聯(lián)網(wǎng)云中(圖2)。

      圖2:位于傳感器中的web應(yīng)用服務(wù)器會(huì)給用戶帶來(lái)安裝問(wèn)題(需要固定的IP地址,防火墻上需要開(kāi)放端口)

      圖2:位于傳感器中的web應(yīng)用服務(wù)器會(huì)給用戶帶來(lái)安裝問(wèn)題(需要固定的IP地址,防火墻上需要開(kāi)放端口)

      將web服務(wù)器置于產(chǎn)品內(nèi)部是當(dāng)前最常用的方法。其優(yōu)點(diǎn)是該產(chǎn)品的公司不必設(shè)置web服務(wù)器基礎(chǔ)設(shè)施,但這種方法也有兩個(gè)主要缺點(diǎn)。它增加了傳感器的成本和復(fù)雜性,并且極大增加了安裝過(guò)程所需的復(fù)雜度。web服務(wù)器軟件需要一個(gè)運(yùn)行Linux的32位CPU,以及支持它的存儲(chǔ)器。

      接近20萬(wàn)行的代碼,Linux操作系統(tǒng)將傳感器變成了一臺(tái)計(jì)算機(jī),并且很可能一個(gè)月需要重啟數(shù)次。消費(fèi)者能夠容忍重啟他們的計(jì)算機(jī)和家用路由器,但卻無(wú)法接受煙霧探測(cè)器或自動(dòng)調(diào)溫器的重啟。

      煙霧探測(cè)器功能可以用非常低成本的8位MCU實(shí)現(xiàn),因此32位CPU加上基于Linux的系統(tǒng)實(shí)在有點(diǎn)“殺雞焉用牛刀”。最大的問(wèn)題是,當(dāng)煙霧探測(cè)器位于防火墻后面時(shí),智能手機(jī)瀏覽器或應(yīng)用程序如何能夠得知煙霧探測(cè)器的IP地址?

      解決方案要求用戶給傳感器指定一個(gè)固定的IP地址,并開(kāi)放防火墻上的一個(gè)端口。發(fā)燒友(或IT部門(mén))可能樂(lè)于支付高昂的產(chǎn)品費(fèi)用,愿意去配置路由器端口,而且對(duì)一個(gè)月重啟兩次洪水檢測(cè)Linux盒也沒(méi)意見(jiàn)。但帶來(lái)大批量出貨潛力的主流消費(fèi)者,肯定不樂(lè)意這樣做。

      對(duì)于大批量、價(jià)格敏感的消費(fèi)市場(chǎng)來(lái)說(shuō),將云中的應(yīng)用服務(wù)器部署在專用服務(wù)器上(圖3)是一個(gè)更易于實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)模式。

      圖3:web應(yīng)用服務(wù)器位于互聯(lián)網(wǎng)云中,可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的即插即用安裝,因?yàn)榉?wù)器維護(hù)有一張服務(wù)器和傳感器之間的NAT防火墻表項(xiàng)

      圖3:web應(yīng)用服務(wù)器位于互聯(lián)網(wǎng)云中,可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的即插即用安裝,因?yàn)榉?wù)器維護(hù)有一張服務(wù)器和傳感器之間的NAT防火墻表項(xiàng)

      將web應(yīng)用服務(wù)器放置在云中有四個(gè)優(yōu)勢(shì):降低端點(diǎn)成本、即插即用型安裝、隨時(shí)間有更好的產(chǎn)品可擴(kuò)展性,以及體現(xiàn)連線用戶的價(jià)值。在這種系統(tǒng)架構(gòu)中,web服務(wù)器CPU和存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)的成本可以由多個(gè)用戶分擔(dān),不會(huì)增加到端點(diǎn)的BOM中。

      集成了RF無(wú)線電且成本不到兩美元的8位MCU可以用在傳感器中,來(lái)維持較低的BOM成本。固件代碼堆棧要比運(yùn)行TCP/IP的Linux小10倍,因而能降低板載存儲(chǔ)器成本,而且更少的代碼也意味著更少的潛在軟件缺陷。

      第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是給消費(fèi)者提供真正的即插即用安裝體驗(yàn)。其設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)在于讓消費(fèi)者利用防火墻外的瀏覽器發(fā)起一個(gè)到傳感器的對(duì)話。設(shè)計(jì)解決方案是讓基于云的服務(wù)器維護(hù)一張服務(wù)器與端點(diǎn)之間的消費(fèi)者防火墻網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)表項(xiàng)。

      問(wèn)題是,NAT防火墻沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。你必須對(duì)大量消費(fèi)型防火墻中的NAT算法進(jìn)行分類(lèi)。當(dāng)克服這些挑戰(zhàn)后,你會(huì)發(fā)現(xiàn)確保即插即用安裝的努力是值得的。當(dāng)產(chǎn)品安裝變得非常容易,它就會(huì)被留在家庭或辦公室,而不是退還給零售商。

      第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是通過(guò)給部署在云中的web應(yīng)用增值,產(chǎn)品功能可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)展。為了滿足消費(fèi)者提出的新要求,可以重現(xiàn)服務(wù)器軟件,還能增加在原始產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)尚未預(yù)見(jiàn)的功能,并實(shí)現(xiàn)與其它web服務(wù)的連接(互操作)。

      如果web服務(wù)器位于傳感器中,那么在家中進(jìn)行固件升級(jí)對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)太過(guò)復(fù)雜。如果軟件升級(jí)可以向消費(fèi)者提供真正的價(jià)值,它還能給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)收入增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)。

      第四個(gè)優(yōu)勢(shì)是擁有聯(lián)網(wǎng)用戶有很大的價(jià)值。Bain consulting公司發(fā)現(xiàn),老客戶的銷(xiāo)售成本只有新客戶銷(xiāo)售成本的20%。因此,留住忠誠(chéng)的用戶顯然是值得的。例如,向用戶提供新產(chǎn)品和服務(wù)的一個(gè)完美機(jī)會(huì),是從她的智能手機(jī)應(yīng)用中了解到她的各種習(xí)慣。借助聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,可以對(duì)用戶行為進(jìn)行跟蹤和分析,從而預(yù)測(cè)消費(fèi)者的消費(fèi)趨勢(shì),并提出更好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

      這種云服務(wù)器方法的缺點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)復(fù)雜,因?yàn)樗仨氈С治锫?lián)網(wǎng)所包含的大量端點(diǎn)設(shè)備。早期的社交網(wǎng)站Friendster和蘋(píng)果公司的MobileMe(只有2萬(wàn)個(gè)帳戶)就是沒(méi)有形成規(guī)模的兩個(gè)例子。這兩個(gè)案例都遭遇了災(zāi)難性的失敗,花了巨大的代價(jià)才得以恢復(fù)。

      兩個(gè)瓶頸點(diǎn)分別是SQL事務(wù)處理和管理開(kāi)放的TCP會(huì)話。首先,當(dāng)端點(diǎn)數(shù)量超過(guò)2萬(wàn)個(gè)時(shí),SQL事務(wù)處理和管理開(kāi)放的TCP/IP連接就會(huì)迅速成為系統(tǒng)中的瓶頸點(diǎn)。SQL數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)不能很好的擴(kuò)展,因?yàn)楫?dāng)前的服務(wù)器每秒只能處理100-1,000次SQL操作。SQL事務(wù)成為關(guān)鍵的瓶頸點(diǎn),因?yàn)樽畛R?jiàn)的SQL事務(wù)是用戶證書(shū)檢查。當(dāng)達(dá)到SQL操作極限時(shí),系統(tǒng)性能會(huì)急劇下降。

      其次,TCP/IP會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,因?yàn)門(mén)CP/IP處理服務(wù)器可以處理1萬(wàn)-5萬(wàn)個(gè)TCP/IP連接。當(dāng)服務(wù)器系統(tǒng)發(fā)展超過(guò)這個(gè)極限時(shí),服務(wù)器必須以群的方式互連來(lái)共享數(shù)據(jù)。但群服務(wù)器的成本遠(yuǎn)高于單獨(dú)服務(wù)器成本??傊?,在由智能手機(jī)規(guī)模驅(qū)動(dòng)的快速發(fā)展的技術(shù)市場(chǎng)中,根本沒(méi)有時(shí)間為一個(gè)意外興起的產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)一個(gè)服務(wù)器。

      商用解決方案

      許多公司已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。通過(guò)提供基于云的服務(wù),這些公司已經(jīng)生產(chǎn)了提供物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)。我們經(jīng)常提及的三家公司分別是:Arrayent、Pachube和Widetag。通過(guò)使用他們的產(chǎn)品,用戶可以專注于其核心業(yè)務(wù),而不用去搭建一個(gè)超出能力范圍的服務(wù)器系統(tǒng)。這樣可以節(jié)省用戶的開(kāi)發(fā)時(shí)間、成本,并降低風(fēng)險(xiǎn)。

      如何建立一個(gè)具有互聯(lián)網(wǎng)連接功能的產(chǎn)品原型

      Arrayent公司最近發(fā)布了兩款互聯(lián)網(wǎng)連接開(kāi)發(fā)套件,可以用來(lái)幫助嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師建立帶有互聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品功能的產(chǎn)品原型,使用非常方便。Arrayent公司同時(shí)支持專有的低功耗RF(1GHz以下)和Wi-Fi RF LAN技術(shù)。

      除了短消息和電子郵件功能外,還可以考慮給煙霧探測(cè)器增加一個(gè)聲音警報(bào)。購(gòu)買(mǎi)連接互聯(lián)網(wǎng)的煙霧探測(cè)器的理由有很多,其中一個(gè)是在閑置房屋或出租物業(yè)起火時(shí)能發(fā)出警報(bào),或者更實(shí)用的情況是,在電池電量較低時(shí)提前作出提醒,而不用等到凌晨?jī)牲c(diǎn)鐘發(fā)出惱人的噪音。幸運(yùn)的是,利用DevKit硬件和web應(yīng)用程序,這些警報(bào)功能不用一天時(shí)間就能很容易地建好原型。

      DevKit包括硬件和內(nèi)置的軟件組件,可以幫助你監(jiān)視和控制設(shè)備。由于這是一個(gè)電池供電的設(shè)備,我們要選擇一個(gè)低功耗的RF實(shí)現(xiàn)。在硬件方面,低功耗RF套件提供了一個(gè)RF模塊和一個(gè)低成本的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。RF模塊的數(shù)字I/O端口、模擬輸入和RS232串口可以用來(lái)方便地連接大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)。RF模塊參考設(shè)計(jì)使用了TI的CC1110,該芯片集成有一個(gè)可編程的不到1GHz的無(wú)線芯片和一個(gè)8051 MCU。

      默認(rèn)頻率設(shè)在900MHz頻段,使用星形拓?fù)鋾r(shí)輸出功率為10dBm。這個(gè)RF模塊可以在整個(gè)4000-5000平方英尺的房屋內(nèi)正常通信。CC1110還支持硬件方式的128位AES加密,對(duì)網(wǎng)上銀行來(lái)說(shuō)這是標(biāo)準(zhǔn)的安全級(jí)別。

      低成本以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的BOM成本不到5美元,可以插入消費(fèi)者家用路由器的以太網(wǎng)端口,并提供與RF模塊通信的RF鏈路。RF模塊和以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的組合,可以使位于消費(fèi)者家庭防火墻后面的煙霧探測(cè)器原型穿透防火墻,連接到云中的web應(yīng)用設(shè)備,這一過(guò)程無(wú)需消費(fèi)者作任何配置(圖4)。

      圖4:Arrayent公司用于低功耗射頻的互聯(lián)網(wǎng)連接開(kāi)發(fā)套件包括了應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具、射頻模塊、網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)開(kāi)發(fā)帳戶。

      圖4:Arrayent公司用于低功耗射頻的互聯(lián)網(wǎng)連接開(kāi)發(fā)套件包括了應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具、射頻模塊、網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)開(kāi)發(fā)帳戶。

      DevKit還提供了配套的軟件工具,可以讓你從任何網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上定義、配置并控制被連接產(chǎn)品的原型。這些組件是互聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)器帳戶(Internet Connect Server Account)、配置器(Configurator)和實(shí)用工具(Utility Application)。服務(wù)器帳戶提供對(duì)服務(wù)器和API的訪問(wèn)。配置器應(yīng)用可以用來(lái)建立測(cè)試用戶或演示帳戶、定義設(shè)備屬性以及定義要收集的數(shù)據(jù)。

      你可以規(guī)定隨著時(shí)間推移需要存儲(chǔ)和跟蹤的信息,以及在設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)之間或者連接服務(wù)器和其它設(shè)備之間往來(lái)通信的信息。例如,服務(wù)器可以記住設(shè)備的位置,跟蹤從設(shè)備那里收集到的起火和電池歷史數(shù)據(jù)以及時(shí)間戳。當(dāng)測(cè)試人員登錄網(wǎng)站時(shí),這些歷史數(shù)據(jù)就可以按時(shí)間順序顯示出來(lái),測(cè)試人員可以從這些數(shù)據(jù)中查看到設(shè)備的屬性,以及設(shè)備在一段時(shí)間中的性能表現(xiàn)。

      產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步,是確定什么樣的信息對(duì)終端用戶來(lái)說(shuō)是重要的。對(duì)于煙霧探測(cè)器而言,當(dāng)在房屋中的確切位置檢測(cè)到煙霧時(shí),我們希望其發(fā)出一條短消息進(jìn)行警報(bào)。我們也需要在探測(cè)器半夜亂叫之前知道其電池電量是否足夠。這個(gè)煙霧探測(cè)器的警報(bào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào),你可以將它連接到RF模塊的通用I/O,再將電池電量信號(hào)連接到RF模塊的模擬輸入端(圖5)。

      圖5:Arrayent公司的射頻模塊與煙霧探測(cè)器的告警信號(hào)和電池電壓相連。

      圖5:Arrayent公司的射頻模塊與煙霧探測(cè)器的告警信號(hào)和電池電壓相連。

      在完成煙霧探測(cè)器和RF模塊之間的物理連接后,就可以著手準(zhǔn)備web應(yīng)用側(cè)的工作了。首先,要為你的產(chǎn)品規(guī)定一個(gè)“設(shè)備類(lèi)型”,并建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)有關(guān)產(chǎn)品特性的信息。你可以登錄配置應(yīng)用(Configuration Application)網(wǎng)站,對(duì)所連接的應(yīng)用進(jìn)行配置。在這里你可以“增加新類(lèi)型(Add New Type)”——即煙霧探測(cè)器,并設(shè)置顯示名稱,如圖6所示。

      圖6:使用Arrayent的DevKit配置器設(shè)定設(shè)備的類(lèi)型。

      圖6:使用Arrayent的DevKit配置器設(shè)定設(shè)備的類(lèi)型。

      然后,你要用“增加新屬性(Add New Attribute)”窗口添加有關(guān)設(shè)備的基本信息,并設(shè)置你想要收集的數(shù)據(jù)種類(lèi)。這些屬性包括煙霧、電池電量、電池電量時(shí)間序列、位置和警報(bào)郵件地址(圖7)。

      圖7:使用Arrayent的DevKit配置器設(shè)定設(shè)備的屬性。

      圖7:使用Arrayent的DevKit配置器設(shè)定設(shè)備的屬性。

      至此在服務(wù)器上連接和定義物理設(shè)備的工作就算完成了,馬上就可以做測(cè)試了!無(wú)需開(kāi)發(fā)你自己的web應(yīng)用程序,Arrayent還提供了一個(gè)實(shí)用工具(Utility Application),用它來(lái)測(cè)試產(chǎn)品將如何工作。這個(gè)工具是由Arrayent公司預(yù)先創(chuàng)建好的,因此你不必從頭開(kāi)發(fā)web應(yīng)用程序就能測(cè)試你的產(chǎn)品原型。這個(gè)實(shí)用工具是DevKit的用戶界面,你可以從這里登錄進(jìn)去查看和控制煙霧探測(cè)器,就像實(shí)際產(chǎn)品的終端用戶做的那樣。

      登錄實(shí)用工具界面(圖8),然后注冊(cè)你的煙霧探測(cè)器。由于家里可能有不止一個(gè)煙霧探測(cè)器,因此你還需要增加一個(gè)描述,如客房,以方便你跟蹤設(shè)備。

      圖8:Arrayent的實(shí)用工具用于實(shí)現(xiàn)最終用戶的登錄頁(yè)

      圖8:Arrayent的實(shí)用工具用于實(shí)現(xiàn)最終用戶的登錄頁(yè)

      然后就可以使用你在配置應(yīng)用中設(shè)置的屬性,查看和控制你的煙霧探測(cè)器了(圖9)。這里,我們看到的是客房的煙霧探測(cè)器,界面上有相應(yīng)的域用于監(jiān)視當(dāng)前狀態(tài)并控制煙霧探測(cè)器狀態(tài),還有電池電壓和電池電壓歷史數(shù)據(jù)域。

      圖9:Arrayent公司查看煙霧探測(cè)器狀態(tài)的實(shí)用工具窗口。

      圖9:Arrayent公司查看煙霧探測(cè)器狀態(tài)的實(shí)用工具窗口。

      例如Arrayent公司的Internet-Connect System就是一個(gè)交鑰匙的端到端互聯(lián)網(wǎng)連接系統(tǒng),可以幫助品牌持有者連接其零售的低成本產(chǎn)品。該系統(tǒng)的核心技術(shù)是一臺(tái)高度可擴(kuò)展(運(yùn)行成本很低)的通信服務(wù)器,能為web應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員提供虛擬的web服務(wù)接口。該系統(tǒng)還提供面向低成本RF端點(diǎn)模塊和最低成本(BOM價(jià)格5美元)的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件參考設(shè)計(jì), 能夠?qū)S蠷F LAN連接到互聯(lián)網(wǎng)。

      英國(guó)倫敦的Pachube公司提供的是“物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)紀(jì)平臺(tái)”,可以從個(gè)人、機(jī)構(gòu)和公司的角度管理數(shù)據(jù)點(diǎn)。該服務(wù)采用成熟的web協(xié)議和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和服務(wù)??梢杂盟占蛥R聚全球范圍內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù),再經(jīng)分析后發(fā)送報(bào)警信息。

      位于美國(guó)加州的WideTag公司則提供了一個(gè)可擴(kuò)展且具有容錯(cuò)能力的云基礎(chǔ)架構(gòu),可用于通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該公司還推出了一款“能量計(jì)”,可以提供對(duì)能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)視和管理;并提供一個(gè)基于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)站,用于收集環(huán)境噪聲測(cè)量結(jié)果。

      在實(shí)用工具窗口中,你還能改變某些屬性值,如重新命名設(shè)備,或增加警報(bào)發(fā)送的郵件地址。你還可以設(shè)置你的煙霧探測(cè)器,使它在電池電量低時(shí)給你發(fā)送電子郵件或SMS信息。短消息,從而使你能在探測(cè)器半夜亂叫之前更換新的電池。

      在這些工具背后,DevKit配置器和實(shí)用工具使用了Arrayent公司正在申請(qǐng)專利的虛擬化web服務(wù)技術(shù),該技術(shù)有兩大關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是降低產(chǎn)品的BOM成本。

      如前所述,典型的互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)計(jì)模式是將web應(yīng)用服務(wù)器放在終端產(chǎn)品中。web應(yīng)用服務(wù)器運(yùn)行在Linux之上,需要32位處理器以及相應(yīng)存儲(chǔ)器的支持。這種硬件對(duì)大多數(shù)消費(fèi)類(lèi)設(shè)備來(lái)說(shuō)過(guò)于昂貴,對(duì)煙霧探測(cè)器來(lái)說(shuō)尤其如此。Arrayent公司的虛擬化web服務(wù)將產(chǎn)品的web應(yīng)用服務(wù)器放在低成本的服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)云中。終端產(chǎn)品可以使用內(nèi)存小的低成本MCU。

      第二大優(yōu)勢(shì)是大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師無(wú)需在web服務(wù)抽象層編程,而web應(yīng)用開(kāi)發(fā)者也不用在嵌入式系統(tǒng)抽象層編程。借助于Arrayent公司的虛擬化技術(shù),web服務(wù)器應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員可以在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)級(jí)(XML和HTTP)編寫(xiě)控制煙霧探測(cè)器的代碼。由于無(wú)需額外的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員,這種架構(gòu)可以使web應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員有更高的產(chǎn)能和效率。

      如果想做進(jìn)一步測(cè)試,你可以利用DevKit中包含的樣例PHP代碼創(chuàng)建自己的產(chǎn)品網(wǎng)站。代碼中包含一個(gè)基本的消費(fèi)者使用界面,因此你可以很快演示出產(chǎn)品網(wǎng)站的外觀和功能(圖10)。

      圖10:在通過(guò)修改DevKit樣例 PHP代碼創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器用戶界面上看到的互聯(lián)網(wǎng)連線煙霧探測(cè)器狀態(tài)。

      圖10:在通過(guò)修改DevKit樣例 PHP代碼創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器用戶界面上看到的互聯(lián)網(wǎng)連線煙霧探測(cè)器狀態(tài)。

      這種架構(gòu)能夠?yàn)槲磥?lái)升級(jí)提供保障,因?yàn)楫a(chǎn)品功能是作為一個(gè)web應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn),該程序位于基于互聯(lián)網(wǎng)云的服務(wù)器上,而不是位于設(shè)備本身。Arrayent的連接服務(wù)器是按需設(shè)計(jì)的,采用類(lèi)似通信開(kāi)關(guān)的架構(gòu),因此由于SQL調(diào)用和開(kāi)放TCP會(huì)話引起的死機(jī)或服務(wù)器阻塞點(diǎn)限制的可能性極小。服務(wù)器本身在同一位置設(shè)有冗余,并且與地理上分開(kāi)的服務(wù)器互作備份,可確??煽抗ぷ?。

      本文小結(jié)

      隨著越來(lái)越多的智能手機(jī)和平板電腦走入我們的生活,消費(fèi)者想要更多的控制能力和生活舒適性,互聯(lián)網(wǎng)連線設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。遙控功能可使用戶安裝服務(wù)以更低廉的價(jià)格提供更快的用戶服務(wù)(即節(jié)省上門(mén)服務(wù)費(fèi)用),或給人們帶來(lái)舒適感覺(jué)(當(dāng)下班回家時(shí)打開(kāi)家里的交流電源)。

      消費(fèi)者想要舒適的生活對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)視應(yīng)用起著推動(dòng)作用。消費(fèi)者可以輕松回答我的房子安全嗎?或約翰在家嗎?而高產(chǎn)品價(jià)格加上極具挑戰(zhàn)性和高昂的產(chǎn)品安裝服務(wù)一直是過(guò)去最大的發(fā)展障礙。隨著低成本無(wú)線射頻LAN和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)明,這些障礙將被掃除。從業(yè)余愛(ài)好者市場(chǎng)騰飛的機(jī)會(huì)已經(jīng)來(lái)臨,大規(guī)模的消費(fèi)市場(chǎng)普及就將實(shí)現(xiàn)。

    (審核編輯: 智匯小新)