近十年來，物聯(lián)網(wǎng)已成為提供更明智的業(yè)務戰(zhàn)略、改善客戶體驗、管理資產(chǎn)、自動化流程、執(zhí)行預測性維護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)有助于整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的高性能。但是，沒有一種通用的方法來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行保存。然而，未來似乎屬于嵌入式物聯(lián)網(wǎng)。

正如麥肯錫報告的那樣，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習處理器和神經(jīng)處理器有助于嵌入式計算系統(tǒng)的性能和能源效率呈指數(shù)增長。然而，為了實現(xiàn)這一目標，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。盡管當今市場上有大量現(xiàn)成的嵌入式系統(tǒng)，但它們并不總是嚴格遵守客戶的業(yè)務目標。在某些時候，可能會出現(xiàn)降低大規(guī)模生產(chǎn)解決方案成本和獨特外形尺寸或最小化設備尺寸的問題。所有這些因素都加強了對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)，我們在技術上談論連接到互聯(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、邊緣設備、特定應用硬件、智能設備、路由器和用于嵌入式網(wǎng)絡的交換機——以及某些其他設備可以從環(huán)境中收集數(shù)據(jù)或?qū)δ繕藢ο螽a(chǎn)生智能反應。理論上，任何物體，從汽車和貨物到企業(yè)的技術人員，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，這應該會增加公司的收入或降低成本。這是開發(fā)人員從一開始就應該考慮的問題?？傮w而言，嵌入式系統(tǒng)的高效性在很大程度上推動了物聯(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)可以通過以下功能滿足業(yè)務需求：

• 實時計算
• 低功耗
• 小尺寸
• 高可用性
• 開發(fā)的可負擔性

因此，在生產(chǎn)的同時實現(xiàn)最高性能是可能的，并且開發(fā)成本最低。這允許構建能夠增強整個物聯(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)某些模板構建特定的系統(tǒng)，而不考慮特定的需求和趨勢，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題通常歸結(jié)為如何正確設計整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，因為其所有組件都是相互依賴的。因此，企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(EIoT)內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)必須在高層嚴格協(xié)調(diào)，旨在找到解決特定業(yè)務問題的最佳設計解決方案，優(yōu)化或自動化企業(yè)流程，以及提高安全性。

連接戰(zhàn)略設計思維

仔細考慮架構。一個因素是在 PoC 階段證明系統(tǒng)的可操作性。還有一個是表明特定系統(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?？紤]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)控倉庫可以與無人機和傳感器一起使用，它們可以提供溫度測量。考慮要在邊緣和云層上做出的決策以及設備在系統(tǒng)中的交互方式。

考慮物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的可能擴展

經(jīng)常發(fā)生嵌入式設備啟動后，由于計算能力不足而開始變慢的情況。它迫使開發(fā)人員通過重新設計架構或用更強大的處理器替換處理器來改變工作系統(tǒng)。它需要額外的人力和時間資源。為了獲得更高的性能并在連接性、圖形顯示和云計算方面有更多的選擇，最好的解決方案是從一開始就實現(xiàn)一個更強大的控制器。計算你需要多少內(nèi)存，你需要什么計算，以及這些計算的速度。此外，連接的新嵌入式設備可能會損害連接性，從而在實時數(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，通過添加新設備變得更強大。

投資定制嵌入式軟件

盡管嵌入式系統(tǒng)設計的重點是軟件開發(fā)，但即使是為航空電子設備設計的復雜嵌入式解決方案，由于嵌入式編程和測試的特殊性，也經(jīng)常存在軟件差距。嵌入式軟件不如應用軟件靈活，因為每個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用范圍。

考慮使用嵌入式 IIoT 解決方案的機器學習方法

通過在嵌入式系統(tǒng)中連接神經(jīng)網(wǎng)絡解決方案，公司不僅可以加速運營，還可以節(jié)省其他系統(tǒng)組件。例如，通過在企業(yè)中將機器學習算法用于視覺 QA 流程，它可以節(jié)省高分辨率相機。獲得的數(shù)據(jù)越多，系統(tǒng)就會變得越智能，從而使負責方可以將設備投入到更負責任的任務中。此外，在嵌入式設備中應用機器學習算法消除了將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说男枰瑥亩岣吡税踩墑e。

跟隨嵌入式物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

盡管系統(tǒng)本身效率很高，但正在采取措施進一步降低功耗，同時將電池容量提高數(shù)十倍。例如，NB-IoT – 是一種低功耗廣域網(wǎng)，可在嵌入式設備之間提供可靠的通信。對于提供視覺傳感的嵌入式系統(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)。甚至嵌入式計算機也變得更加高效和強大：新版本的 Raspberry Pi 大大超過了之前的版本。

讓您的設備在沒有互聯(lián)網(wǎng)的情況下進行通信

在多層物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中，設備一般可以在本地交換數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)皆贫?。嵌入式設備可以支持各種協(xié)議，允許它們在沒有中央單元命令的情況下進行通信。為了在邊緣計算中提供智能反應，最好實現(xiàn)無互聯(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)關閉的影響。

IIoT 解決方案的嵌入式系統(tǒng)趨勢

雖然制造商正在尋找改進嵌入式系統(tǒng)組件的方法，但物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)設計人員和開發(fā)人員被迫預測該領域在不久的將來可能面臨的問題?，F(xiàn)在，未來看起來像這樣：

• 人工智能廣泛引入。今天，實施機器學習的系統(tǒng)變得越來越普遍。很快就會有足夠的經(jīng)驗在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用人工智能來在全球范圍內(nèi)對其進行分析并勾勒出進一步的發(fā)展方式。從今天開始，它繼續(xù)在各個領域證明其價值，從工廠到醫(yī)藥；雖然人工智能實施的解決方案變得越來越實惠，但我們可以期待每個物聯(lián)網(wǎng)解決方案都有基于人工智能的嵌入式系統(tǒng)。
• 無線連接的增長。由于我們預計未來互聯(lián)網(wǎng)無處不在，因此嵌入式系統(tǒng)中的無線連接應該會顯著增加。因此，盡管有大量的有線連接，但嵌入式系統(tǒng)應該適應新的連接時代。
• 增加嵌入式安全解決方案。隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的指數(shù)級增長，黑客攻擊似乎有更多的點數(shù)。因此，我們可以期待嵌入式設備中安全解決方案的相應增長。例如，來自 Infineon、Microchip、STMicroelectronics、Micron、Winbond 等的內(nèi)置安全芯片在嵌入式硬件設計中變得越來越頻繁。
• 超高速計算。量子計算很可能需要更多時間才能普及。但是當它發(fā)生時，計算能力將顯著提高，這將導致處理器速度顯著提高，整個系統(tǒng)也是如此。

物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)實施背后的理念屬于對未來的投資，企業(yè)并不期望立即看到投資回報。大多數(shù)解決方案的主要目標是進行深度數(shù)據(jù)分析以做出準確的預測。因此，有必要考慮嵌入這些趨勢，以便為不久的將來做好準備。

結(jié)論

由于嵌入式系統(tǒng)的目標是與環(huán)境交互，因此需要將它們設計為執(zhí)行特定功能，同時考慮低功耗因素、安全架構、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)，公司應考慮以下幾點：

• 市場上有很多物聯(lián)網(wǎng)嵌入式解決方案。但是，為了使其與業(yè)務需求相匹配，公司必須在定制方面進行投資。
• 盡管嵌入式系統(tǒng)總體上功耗低且具有成本效益，但公司應在整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中考慮它們，以創(chuàng)建最佳架構解決方案。
• 如果您認為您找到了具有最高性能潛力的最具成本效益的 IIoT 解決方案，請再次查看趨勢。
• 關注物聯(lián)網(wǎng)市場。市場上不斷出現(xiàn)新的組件、設備和連接解決方??案。在任何時候，解決方案都可能出現(xiàn)并被視為您的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的理想匹配。