近些年,在万物互联趋势带动下,物联网(IoT)技术收获了新一轮的发展热潮。根据 IDC 最新发布的物联网支出报告显示,2016 年全球物联网设备相关的总投资金额已达到 7370 亿美元,其中 IoT 硬件的采购金额占比 30.6%,服务支出占比 27.5%,软件支出和通讯连接的占比分别为 25.0%和 16.9%。据预测,2020 年物联网硬件的产值将突破 4000 亿美元规模。 

 

 

 

2016 年全球物联网领域投资金额占比


这块大肥肉更像是一碗鸡血,从软银收购 ARM,到高通拿下 NXP,巨头们疯狂抢占物联网市场。各种新型传感器的出现,RFID 技术的革新,LoRA、NB-IoT 等专为物联网而生的低功耗通信方式的规范,云计算突飞猛进的发展,方方面面无不为物联网的大规模应用摩拳擦掌。IHS 曾对全球物联网设备安装基数进行了预测,从 2015 年的 154 亿增长到 2020 年的 307 亿,2025 年,这一数字更将达到 754 亿。 数据火爆了物联网这一领域,然而再疯狂的利益追逐都必须落实而谈,真正的制造物联网时代距离我们到底还有多远?

 

IHS 全球物联网设备安装基数预测

 

物联网体系第一层——感知层:感知信息,打好基础
感知层是物联网的“皮肤和五官”,承担着物体识别和信息采集工作。RFID、GPS、传感器等传感技术是感知层的核心,也是实现“万物互联”的基础。作为其中的核心部件,承担感知信息作用的传感器,一直是工业领域和信息技术领域发展的重点。传感器不仅可以感知信号、标识物体,还具有处理控制功能。

 

为了方便传感器在物联网应用中的海量布局及便捷维护的要求,超低功耗传感器会越来越受欢迎,而针对某一种或几种特定应用的多传感器模组可以使客户应用更加便捷。日本 Alps 电气(AlpsElectric)(2017 慕尼黑上海电子展,展位号:E5.5512)看准商机,推出的简易的物联网开发模组“IoTSmartModule”,可以自动侦测与收集温度、照度、湿度等环境资料,并可让使用者简单开发程式扩充用途,供仓储或农业需求。

 


Alps 电气物联网开发模组“IoTSmartModule”

 

与消费服务领域相比,电子制造领域的环境具有特殊性(强腐蚀、高低温、电磁干扰等),这就对感知设备的性能、体积、材质等提出了更高的要求,以保证数据采集的高可靠性和强稳定性。据悉,通过启发工程的理念实现未来创新的全球微电子公司迈来芯公司(Melexis)(2017 慕尼黑上海电子展,展位号:E4.4400)近期推出了用于下一代温度测量的先进传感器技术——MLX90640 红外(IR)传感器阵列。此技术结合了高分辨率和在恶劣环境中可靠工作的能力,为更昂贵的高端热像仪提供了高性价比的替代方案。这种 32×24 像素的器件适用于包括防火系统、智能建筑、智能照明和车辆座椅占用检测在内的安全和便利应用等,可为物联网领域带来新层次高质量的传感性能。

 


迈来芯下一代温度测量的先进传感器技术

 

 

物联网体系第二层——网络层:传输信息,保障安全
传感器感知到基础设施和物品信息后,需要通过网络传输到数据中心进行处理,制约物联网发展的便是终端设备的接入问题。与互联网不同,物联网需要接入的设备种类非常繁多,所处于的场景、位置也十分复杂,很难像互联网一样,用 WIFI 技术就可以解决大部分需求。

 

LPWAN(Low Power Wide Area Network)低功耗广域网络,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计,其目标是真正实现大区域物联网低成本全覆盖,任何一个物联网领域的设备提供商,都不可避免的要面对此关键技术。正如短距离无线网络包含 WIFI、蓝牙、ZigBee 等多种技术,在长距离接入 LPWAN 方面,则是众多技术一较高下的“试验场”,如 LoRa、Sigfox、WAVIoT、cellular、、Nwave、Weightless-P、Weightless-N 和 NB-IoT 等。从业内关注度最高的来说,当属 LoRa、 Sigfox、NB-IoT 这几项,它们各自都有着自己的拥趸。

 

LoRa 技术是 Semtch 公司的专利,Semtech 公司提供 SX127x 系列 LoRa 产品。借助 LoRa 的东风,ST(2017 慕尼黑上海电子展,展位号:E4.4102)与 Semtech 公司合作推出 LoRa 技术的 SoC 产品,对要求 PCB 空间尺寸小的应用有很大的帮助。STM32+SX1278 分立的方案非常灵活,同时借助 STM32 强大的产品和软件的支持,使得 LoRa 网络终端的开发也变得更为容易。

 


STM32 Nucleo + Sensor 扩展板 + LoRa 射频扩展板

 

安森美半导体(2017 慕尼黑上海电子展,展位号:E4.4116)则与领先全球的专注于 IoT 互通互联的供应商 SIGFOX 协同工作,AX-SFEU 系统级芯片(SoC) 已确认在欧洲完全通过 SIGFOX Ready 认证,用于最佳的双向通信,而在美国的认证则在进行中。通过 AX-SF SoC,配以其库和开发系统,IoT 开发人员将能轻松使用 SIGFOX 的远程、双向全球 IoT 网络,创建低成本、低功率的设备到云互通互联的方案,高度优化用于环境传感器、智能仪表、病人监护仪、安防设备、路灯和其它广泛的工业和消费者导向的应用。

 


安森美半导体 AXSF 系列 SoC

 

而 NB-IoT 标准于去年 9 月份正式被确定下来,这也是全球通信业对共同形成一个低功耗、广域覆盖(LPWA)的物联网标准的一个共识。今年,随着 NB-IoT 即将完成测试,正式进入商用阶段,业界对于它的关注度和讨论也是逐渐升温,以华为、中兴为代表的中国厂商也纷纷发力,都在加速推出自主设计的 NB-IoT 窄带物联网商用芯片。华为的首款商用 NB-IoT 芯片将在今年 1 季度正式量产,而 1 月中兴通讯 AnyLink 物联网平台也在全球 NB-IoT 实验局中首战告捷,中国电信旗下广东电信联合中兴通讯实现 NB-IoT 水表端到端试验环境对通。

 

虽说不同标准都在为“一统物联网”而不断竞争,然而在一点上确也达成共识:即随着越来越多的终端接入物联网,网络世界的安全威胁也与日俱增。无处不在的传感器实时监控着汽车、飞机、生产设备、智能产品的“一举一动”,接入网络之后将数据上传到云端,进行信息交换和通信,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理,小小的安全漏洞也可能造成不可估量的损失。例如,已有多家智能网联汽车因黑客攻击,导致汽车驾驶系统陷入瘫痪。如何保证信息传输和存储的安全,不给黑客和其他网络犯罪分子进入企业网络以及窃取个人隐私留下可乘之机,是需要物联网系统开发者认真考虑的问题,也是电子制造业领域物联网发展的最大挑战。

 


物联网体系第三层——应用层:处理信息,瞄准需求
应用层位于物联网三层结构中的最顶层,其功能为“处理”,即通过云计算平台进行信息处理。应用层与最低端的感知层一起,是物联网的显著特征和核心所在,应用层可以对感知层采集数据进行计算、处理和知识挖掘,从而实现对物理世界的实时控制、精确管理和科学决策。

 

智能化、绿色化、服务化是制造业转型升级的三大方向,也是物联网与制造业的重要结合点和突破口。因此,物联网的发展必须要面向行业,以市场需求为牵引,找准切入点,选择转型升级迫切、技术标准成熟、发展潜力大、带动能力强的行业进行重点研究和示范应用,包括车联网、智能工厂、环保监测、能源管理、食品溯源等领域。

 

以计量仪表行业为例,水表 / 气表目前仍是不同于电表的一个“蓝海”市场,对成本的敏感度远低于对功耗的敏感度,正是因为这一特点,使得 FRAM 这一无电池存储技术在无论是通信单元(中继)还是计量单元都得到越来越多。FRAM 作为一种独特的存储器件,近年来在三表应用、医疗、工业控制、物联网、传感器网络等领域的应用风生水起,而在这些应用中,几乎总能看到富士通的身影。富士通半导体(2017 慕尼黑上海电子展,展位号:E4.4312)的 FRAM 产品线相当宽泛,容量从 4Kb 到 4Mb,涵盖 SPI 和 IIC 串行接口、并行接口,掌握着从研发、设计到量产及封装的整个流程,始终保证 FRAM 产品的高品质和稳定供应。

 


FRAM 正在成为水表 / 气表及其集抄系统的最佳选择

 

加速 IoT 应用落地,慕尼黑上海电子展期待您的检阅
综上所述,从物联网三层结构体系的发展来看,感知层发展十分迅速,网络层竞争也是异常激烈,而应用层不管是从受到的重视程度还是实现的技术成果上,暂时都落后于其他两个层面。但应用层可为用户提供具体服务,是与我们最紧密相关的,因此应用层的未来发展潜力巨大。

 

因此,积极构建物联网及传感器发展生态,以智慧城市建设推动公共基础设施建设,培育新兴商业模式,加速物联网应用落地是当务之急。紧随物联网大潮,2017 年慕尼黑上海电子展将于 3 月 14-16 日在上海新国际博览中心举行,物联网作为本届大会的热门话题之一,众多展商云集,将带来各自在物联网领域的诸多最新成果。配套会议“国际嵌入式系统创新论坛”将主要探讨物联网开发技术和创新应用,共同促进电子供应商与行业客户之间的互动,搭建一个探讨技术创新的平台。如果想要近距离感受物联网,了解物联网实现技术方案将带来怎样的新惊喜,此次大会不容错过。