物聯網是與云計算相伴而生的，事實上，正是物聯網的概念幫我弄清了對云計算的工作定義。物聯網是一個由三個不同的子系統組成的系統：

· 云

· 聚合器

· 智能傳感器

上述每一個子系統對于整個物聯網系統的功能優化都是必需的。云是終極的計算單元和通用通信網絡。智能傳感器是通向現實世界的界面。最后，這些聚合者是中間人。對云來說，聚合器看起來像智能傳感器，而對智能傳感器而言，它看起來像云。

系統的特點

系統的概念一直很有趣，這個術語引出了一些問題。例如，“一個系統存在的最小一組功能是什么？”或者，“一個系統可以由許多其他系統組成嗎？”物聯網是一個系統的系統。它的三個組件（云、聚合器和智能傳感器）都有自己的系統。此外，任何兩個組件也可以形成一個完整的IoT系統。例如，與聚合器進行通信的一系列智能傳感器可以成為許多應用的一個最佳系統。同時，智能傳感器直接對云進行通信也可以是一個最佳的系統。

然后，三者的區別是它們的具體性能，成本，功耗和規模的考量。特別是：

· 云系統專注于性能。因此，成本、功耗和規模是次要的問題。

· 聚合系統較少關注性能和功耗，更多地關注靈活性。

· 智能傳感器系統集中在電池壽命、大小和成本上，性能處于第三優先級。

也許一個示例應用可以幫助把這些系統放到一個維度上：

“智能咖啡杯”可以用來展示智能傳感器如何直接與云進行通信。在最喜歡的咖啡館，要上一杯“無限續杯”的咖啡。我會在咖啡店工作幾個小時，不想每30分鐘起來去續杯咖啡。有了無限的杯子，我可以坐在自己的桌子上工作，而我的咖啡杯正在和咖啡店的“云”通信，那就是 WiFi。當云感覺到我的杯子溫度越來越低，或者變冷了，咖啡師會給我另外一個杯子，如果需要的話自動完成付費。這最終成為咖啡館現有云計算的一個新用途。它可以很容易地擴展到餐廳和飲品店。

當認為物聯網是一個系統系統時，有很多的方式。正如星球大戰三部曲是從中間開始的，然后進入過去和未來，討論IoT的三個系統也可以從中間開始，然后再到另外兩個。乍一看，聚合器看起來既像是智能傳感器上的云，又看起來像一個云上的智能傳感器，似乎是物聯網中不必要的組成部分。

IoT中的聚合子系統

看待物聯網的簡單方法是假設云直接連接到智能電子設備上。從這個意義上說，也許智能傳感器和聚合器的概念是同一裝置的變體。但是這個概念在每個IoT機會中都不起作用。

聚合器是一個處理元素，它：

· 使用標準通信方法與云進行通信

· 與具有專有通信功能的智能傳感器進行通信，在這些傳感器中，對長壽命和成本的需求超過了對標準的需求

· 有足夠的處理性能來服務多個智能傳感器。在這樣做的過程中，它管理了來自大量智能傳感器的原始數據，消化它們的數據，準備一組需要傳送到云端的信息，然后將數據傳送到云端。

· 在某些情況下，聚合器有足夠的自主權，可以作為該系統的云。

聚合器與其他兩個元素之間的差異如下：

聚合器是大量智能傳感器和云之間的通信鏈接，最好的例子就是智能手機。它具有合理的電池壽命、成本和性能。可以看到許多設備可以與智能手機進行物理連接，也可以通過無線網絡連接到智能手機上。它通常執行所有必要的功能，使其有用。但它總是無縫地涉及到云的性能，依賴于電池的壽命。為了充分發揮其潛力，需要有電源，或者將其可用性限制在相對較短的活動期間。這導致了聚合器的一個更廣泛方面。它需要成為許多智能傳感器之間的可連續供電接口，那些傳感器不是外部供電的，而云是具有無限性能的。

可以在工業控制和醫療嵌入式設備中找到其他聚合器的例子。在這些例子中，都有一些共同的特點： 微型計算機或微處理器，許多標準的接口實現和各種通信選項。它們的性能足以滿足系統的需求，而且它們的電力需求很低，足以使電池使用壽命合理，或者使用USB連接的電源供電。

對聚合器最簡單的描述就是它是一個獨立的計算機系統，它有

· 計算系統

· 電力管理系統

· 存儲系統

· 通訊系統

聚合器是一個獨立的系統，但它也可以是一個較大系統中的一個子系統。

聚合器可以使用帶有離散組件的印刷電路板（PCB）來設計聚合器，或者在模塊（SOM）上的系統，或者一個包中的系統（SiP） ，或芯片上的系統（SoC）。一般而言，采取的這些形式中哪一種形式更多地取決于規模和靈活性的限制，而不是成本和性能限制。

技術已經允許減少聚合器的尺寸，它也將減少其組件的大小。令人驚訝的是，它并不依賴于提高原始性能或驅動集成。創造小型設備如智能塵埃的意圖要求計算機的功耗低到足以更好的散熱。聚合器將需要一個超低功耗的通信鏈接與許多智能傳感器（也許是數千個）來通信并聚合它收到的數據信息。它將把這些信息發送到云端進行最后的處理。與云計算的通信將采用行業標準方法進行。與智能傳感器的通信很可能是專有的，而不是標準的，以在其所需的通信速率中保證最小的功率耗散。

IoT中的云

云的作用是兩個基本的功能： 與用戶交流，并給出額外的表現，甚至用戶可能不知道那些需求。云計算的概念可能是用一個愚蠢的方式來描述了互聯網的復雜性和它所做的一切。

物聯網的概念不僅僅是描述云，還包括云是其中一部分的更廣泛的生態系統。這個概念使得云計算成為一個更大系統的組成部分。微控制器和微處理器的多樣性能夠融入這個生態系統。

當云從概念演變為現實的時候，它似乎提供了無限的通信帶寬、無限的性能和完全的安全性——但是，所有這些假設都可能是謊言。圖1描述了物聯網的各個組成部分的性能、帶寬和安全性。

圖1 IoT的性能、帶寬和安全性

對“無限”的一個定義是實際上提供的比所需要的多一點。

云計算的安全性是三者最關心的問題。至關重要的是，用戶和公司的隱私和安全得到保障。將更多的功能放在傳感器和聚合器將比由云做出每一個決定更具有保護性。這就是“一攬子體系”可以幫助的地方。這些微小的多芯片電子設備看起來像一個單一集成電路（IC），可以處理遠離云計算的物聯網系統中大部分決策。隱私和安全將始終具有價值，并將推動創新。

在考量物聯網系統的時候，三個系統中的每一個（云，聚合器，或者傳感器）都會有不同的組件類別。例如，智能傳感器的組件將被設計為超低功率，接受由此產生的性能水平。聚合器的組件將是更高的性能，但在電力預算范圍內。最后，云中的組件將被設計為最大性能，較少強調功耗或成本。

這個表主要表達的是：

· 高性能設備即使不是唯一的優先事項，也是主要事項。這是對云計算機的描述。

· 高效率的設備是那些在沒有任何性能犧牲的情況下，優先減少功耗的設備。這與聚合系統保持一致。

· 超低功耗設備是指在實現絕對最小功耗的情況下，將優先考慮性能的設備。這描述了智能傳感器。

可以看到上面的三個概念和組成物聯網系統的三個系統之間的相關性。云中充滿了高性能的設備。

圖2 IoT系統的功耗對比

如果把性能這一概念作為云計算的首要條件（如果不是唯一的話） ，那是因為云計算中的設備類別是高性能的多核處理系統，GPU，FPGA以及專門設計的自定義設備。在所有這些設備中，目標是最大化性能，最大化通信帶寬，或者保證安全和隱私。更復雜的是，許多聚合器也采用了高性能的概念，而且很難區分是否屬于云計算。

IoT中的智能傳感器

智能傳感器的設計包括紅綠藍3個方面的問題：

· 性能（藍）：處理器模擬還是數字的？數據是否壓縮？通信的方法，標準和安全

· 能耗（綠）：節能的方法和數量？電池的類型和容量？電源的轉化和分配？（電源管理）

· 個性化（紅）：具體傳感器的個性化參數？

值得注意的是，電力和無線通信將成為智能傳感器的主導設計標準。

智能傳感器的最終目標是完全自治。這意味著它可以源源不斷地提供能量，履行所有的功能，通過無線方式與外部世界交流。在智能傳感器中有三個獨立的子系統。其中一個子系統處理所有的電源管理，一個處理所有的性能，一個子系統處理所有智能傳感器的個性化。這三個獨立的子系統可以連接在一起來創建智能傳感器。有了這種靈活性，可以開發各種能源管理方法，然后與各種處理系統混合匹配。最后，具有不同傳感器陣列的不同個性化組件可以連接到其他兩個子系統，以創建不同的智能傳感器。

功能所需的性能數量總是一個難以回答的問題。但是當它應用于智能傳感器時，一個新的性能指標就出現了，這個性能指標就是能源效率。因為隨著性能的提高和功能的增加，能耗也在增加。

在智能傳感器中，通信方法將占據大部分的電力預算。因此，與聚合器的通信方法需要有最低可能的功耗。

小結

物聯網系統（或系統）需要在云層之間進行優化，通過聚合器，最后到智能傳感器。當今聚合器將變得更智能、更小和更低的功率，同時包圍云和智能傳感器的大部分功能。物聯網未來的最大障礙將是如何處理收集的所有數據，以獲取有趣的信息并采取適當的行動。

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