近十年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)已成為提供更明智的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略、改善客戶體驗(yàn)、管理資產(chǎn)、自動(dòng)化流程、執(zhí)行預(yù)測(cè)性維護(hù)等方面的突破性解決方案。嵌入式解決方案在這里發(fā)揮了重要作用——硬件和軟件系統(tǒng)有助于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的高性能。但是，沒(méi)有一種通用的方法來(lái)組織和部署嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以保證其完全成功。根據(jù)具體情況，嵌入式IIoT解決方案供應(yīng)商、制造商、開發(fā)商和企業(yè)主必須決定裝備哪些“東西”、如何定制解決方案以及如何在不造成傷害的情況下進(jìn)行保存。然而，未來(lái)似乎屬于嵌入式物聯(lián)網(wǎng)。

正如麥肯錫報(bào)告的那樣，到2030年，5G物聯(lián)網(wǎng)嵌入式模塊的總收入將增加50多倍！這部分是由于深度學(xué)習(xí)處理器和神經(jīng)處理器有助于嵌入式計(jì)算系統(tǒng)的性能和能源效率呈指數(shù)增長(zhǎng)。然而，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，現(xiàn)成解決方案的制造商必須深入研究生產(chǎn)現(xiàn)成模塊以滿足客戶特定需求的需求。盡管當(dāng)今市場(chǎng)上有大量現(xiàn)成的嵌入式系統(tǒng)，但它們并不總是嚴(yán)格遵守客戶的業(yè)務(wù)目標(biāo)。在某些時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)降低大規(guī)模生產(chǎn)解決方案成本和獨(dú)特外形尺寸或最小化設(shè)備尺寸的問(wèn)題。所有這些因素都加強(qiáng)了對(duì)定制嵌入式硬件和軟件開發(fā)的需求。

IIoT解決方案的嵌入式系統(tǒng)：特性和示例

談到物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，我們?cè)诩夹g(shù)上談?wù)撨B接到互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式解決方案的示例包括傳感器、執(zhí)行器、邊緣設(shè)備、特定應(yīng)用硬件、智能設(shè)備、路由器和用于嵌入式網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)——以及某些其他設(shè)備可以從環(huán)境中收集數(shù)據(jù)或?qū)δ繕?biāo)對(duì)象產(chǎn)生智能反應(yīng)。理論上，任何物體，從汽車和貨物到企業(yè)的技術(shù)人員，都可以配備傳感器。鑒于物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，這里的主要目標(biāo)是確保內(nèi)部所有事物的“協(xié)作”，提供不間斷的數(shù)據(jù)流通。必須添加一層信息和通信技術(shù)才能將嵌入式系統(tǒng)連接到物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

與任何對(duì)企業(yè)有益的解決方案一樣，物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)建是為了最大限度地提高其性能，這應(yīng)該會(huì)增加公司的收入或降低成本。這是開發(fā)人員從一開始就應(yīng)該考慮的問(wèn)題?？傮w而言，嵌入式系統(tǒng)的高效性在很大程度上推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)在企業(yè)規(guī)模上的全球部署。

嵌入式系統(tǒng)可以通過(guò)以下功能滿足業(yè)務(wù)需求：

• 實(shí)時(shí)計(jì)算
• 低功耗
• 小尺寸
• 高可用性
• 開發(fā)的可負(fù)擔(dān)性

因此，在生產(chǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最高性能是可能的，并且開發(fā)成本最低。這允許構(gòu)建能夠增強(qiáng)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的大型多功能嵌入式系統(tǒng)。但是，如果根據(jù)某些模板構(gòu)建特定的系統(tǒng)，而不考慮特定的需求和趨勢(shì)，那么即使是如此顯著的好處也可能被降低。下面我們將描述如何最大化這些好處。

如何在 IIoT 解決方案中構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)

如何從嵌入式系統(tǒng)中獲得最大收益的問(wèn)題通常歸結(jié)為如何正確設(shè)計(jì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，因?yàn)槠渌薪M件都是相互依賴的。因此，企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(EIoT)內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)必須在高層嚴(yán)格協(xié)調(diào)，旨在找到解決特定業(yè)務(wù)問(wèn)題的最佳設(shè)計(jì)解決方案，優(yōu)化或自動(dòng)化企業(yè)流程，以及提高安全性。

連接戰(zhàn)略設(shè)計(jì)思維

仔細(xì)考慮架構(gòu)。一個(gè)因素是在 PoC 階段證明系統(tǒng)的可操作性。還有一個(gè)是表明特定系統(tǒng)的配置和選擇的 IIoT 解決方案是提高企業(yè)目標(biāo)流程有效性的最佳方式。由于創(chuàng)建嵌入式系統(tǒng)是為了與環(huán)境交互，因此我們必須在考慮所有可用的傳感器、網(wǎng)絡(luò)和處理器解決方案的情況下確定最有效和最具成本效益的交互方式。考慮一下您做出決策所需的信息、如何收集這些信息以及使用哪些傳感器和工具。例如，監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)可以與無(wú)人機(jī)和傳感器一起使用，它們可以提供溫度測(cè)量。考慮要在邊緣和云層上做出的決策以及設(shè)備在系統(tǒng)中的交互方式。

考慮物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的可能擴(kuò)展

經(jīng)常發(fā)生嵌入式設(shè)備啟動(dòng)后，由于計(jì)算能力不足而開始變慢的情況。它迫使開發(fā)人員通過(guò)重新設(shè)計(jì)架構(gòu)或用更強(qiáng)大的處理器替換處理器來(lái)改變工作系統(tǒng)。它需要額外的人力和時(shí)間資源。為了獲得更高的性能并在連接性、圖形顯示和云計(jì)算方面有更多的選擇，最好的解決方案是從一開始就實(shí)現(xiàn)一個(gè)更強(qiáng)大的控制器。計(jì)算你需要多少內(nèi)存，你需要什么計(jì)算，以及這些計(jì)算的速度。此外，連接的新嵌入式設(shè)備可能會(huì)損害連接性，從而在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析中造成差距。例如，為了防止這種情況，該公司可以考慮網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)添加新設(shè)備變得更強(qiáng)大。

投資定制嵌入式軟件

盡管嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是軟件開發(fā)，但即使是為航空電子設(shè)備設(shè)計(jì)的復(fù)雜嵌入式解決方案，由于嵌入式編程和測(cè)試的特殊性，也經(jīng)常存在軟件差距。嵌入式軟件不如應(yīng)用軟件靈活，因?yàn)槊總€(gè)代碼行都直接影響硬件。因此，如果嵌入式硬件開發(fā)即使是單個(gè)單元的成本也可以很低，我們建議不要節(jié)省定制軟件，并在開發(fā)階段特別注意它。盡管您可以在市場(chǎng)上找到現(xiàn)成的嵌入式系統(tǒng)，其中包括專門用于特定微控制器的軟件，但現(xiàn)成的嵌入式解決方案顯著縮小了它們的應(yīng)用范圍。

考慮使用嵌入式 IIoT 解決方案的機(jī)器學(xué)習(xí)方法

通過(guò)在嵌入式系統(tǒng)中連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決方案，公司不僅可以加速運(yùn)營(yíng)，還可以節(jié)省其他系統(tǒng)組件。例如，通過(guò)在企業(yè)中將機(jī)器學(xué)習(xí)算法用于視覺(jué) QA 流程，它可以節(jié)省高分辨率相機(jī)。獲得的數(shù)據(jù)越多，系統(tǒng)就會(huì)變得越智能，從而使負(fù)責(zé)方可以將設(shè)備投入到更負(fù)責(zé)任的任務(wù)中。此外，在嵌入式設(shè)備中應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法消除了將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说男枰?，從而提高了安全?jí)別。

跟隨嵌入式物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)

盡管系統(tǒng)本身效率很高，但正在采取措施進(jìn)一步降低功耗，同時(shí)將電池容量提高數(shù)十倍。例如，NB-IoT – 是一種低功耗廣域網(wǎng)，可在嵌入式設(shè)備之間提供可靠的通信。對(duì)于提供視覺(jué)傳感的嵌入式系統(tǒng)，也有一些尖端的解決方案，例如 Etacamera，它是目前最節(jié)能的圖像捕獲系統(tǒng)。甚至嵌入式計(jì)算機(jī)也變得更加高效和強(qiáng)大：新版本的 Raspberry Pi 大大超過(guò)了之前的版本。

讓您的設(shè)備在沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)的情況下進(jìn)行通信

在多層物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，設(shè)備一般可以在本地交換數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)皆贫?。嵌入式設(shè)備可以支持各種協(xié)議，允許它們?cè)跊](méi)有中央單元命令的情況下進(jìn)行通信。為了在邊緣計(jì)算中提供智能反應(yīng)，最好實(shí)現(xiàn)無(wú)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，例如 Zigbee 或 Thread。這使得系統(tǒng)更加自主并且不受互聯(lián)網(wǎng)關(guān)閉的影響。

IIoT 解決方案的嵌入式系統(tǒng)趨勢(shì)

雖然制造商正在尋找改進(jìn)嵌入式系統(tǒng)組件的方法，但物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員被迫預(yù)測(cè)該領(lǐng)域在不久的將來(lái)可能面臨的問(wèn)題?，F(xiàn)在，未來(lái)看起來(lái)像這樣：

• 人工智能廣泛引入。今天，實(shí)施機(jī)器學(xué)習(xí)的系統(tǒng)變得越來(lái)越普遍。很快就會(huì)有足夠的經(jīng)驗(yàn)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用人工智能來(lái)在全球范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行分析并勾勒出進(jìn)一步的發(fā)展方式。從今天開始，它繼續(xù)在各個(gè)領(lǐng)域證明其價(jià)值，從工廠到醫(yī)藥；雖然人工智能實(shí)施的解決方案變得越來(lái)越實(shí)惠，但我們可以期待每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案都有基于人工智能的嵌入式系統(tǒng)。
• 無(wú)線連接的增長(zhǎng)。由于我們預(yù)計(jì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)無(wú)處不在，因此嵌入式系統(tǒng)中的無(wú)線連接應(yīng)該會(huì)顯著增加。因此，盡管有大量的有線連接，但嵌入式系統(tǒng)應(yīng)該適應(yīng)新的連接時(shí)代。
• 增加嵌入式安全解決方案。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，黑客攻擊似乎有更多的點(diǎn)數(shù)。因此，我們可以期待嵌入式設(shè)備中安全解決方案的相應(yīng)增長(zhǎng)。例如，來(lái)自 Infineon、Microchip、STMicroelectronics、Micron、Winbond 等的內(nèi)置安全芯片在嵌入式硬件設(shè)計(jì)中變得越來(lái)越頻繁。
• 超高速計(jì)算。量子計(jì)算很可能需要更多時(shí)間才能普及。但是當(dāng)它發(fā)生時(shí)，計(jì)算能力將顯著提高，這將導(dǎo)致處理器速度顯著提高，整個(gè)系統(tǒng)也是如此。

物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)實(shí)施背后的理念屬于對(duì)未來(lái)的投資，企業(yè)并不期望立即看到投資回報(bào)。大多數(shù)解決方案的主要目標(biāo)是進(jìn)行深度數(shù)據(jù)分析以做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。因此，有必要考慮嵌入這些趨勢(shì)，以便為不久的將來(lái)做好準(zhǔn)備。

結(jié)論

由于嵌入式系統(tǒng)的目標(biāo)是與環(huán)境交互，因此需要將它們?cè)O(shè)計(jì)為執(zhí)行特定功能，同時(shí)考慮低功耗因素、安全架構(gòu)、可靠處理器等。為了提供高效的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，公司應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

• 市場(chǎng)上有很多物聯(lián)網(wǎng)嵌入式解決方案。但是，為了使其與業(yè)務(wù)需求相匹配，公司必須在定制方面進(jìn)行投資。
• 盡管嵌入式系統(tǒng)總體上功耗低且具有成本效益，但公司應(yīng)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中考慮它們，以創(chuàng)建最佳架構(gòu)解決方案。
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