物聯(lián)網結合了輸入數(shù)據、處理資源和執(zhí)行器，以支持新的應用程序。因此，提供相關的輸入數(shù)據是一項核心要求。對于開發(fā)人員來說，能量收集無線傳感器特別感興趣，因為它們提供靈活的無線電通信，同時無需維護。此類傳感器的興趣急劇增加，因為它們是一種可靠且易于安裝的技術，可提供整個物聯(lián)網模型所依賴的基本輸入數(shù)據。

　　創(chuàng)建一個傳感器節(jié)點，在可以從環(huán)境中獲取的最小能量內完成基本數(shù)據捕獲、處理和傳輸是一項挑戰(zhàn)。能量收集無線傳感器有三個關鍵任務：產生（收集）所需的能量，傳感和處理環(huán)境參數(shù)（例如溫度、濕度、位置），以及無線傳輸收集到的信息。這三個任務需要一起優(yōu)化，以提供可行的解決方案。

　　長期以來，不同形式的動能（橫向運動、旋轉或振動）一直被用于使用電磁或壓電收集器產生電能。對于大多數(shù)應用來說，電磁能量收集器是更好的選擇，因為它可以在更長的生命周期內提供更穩(wěn)定的能量輸出，而不會產生老化效應。這些采集器通常通過改變通過線圈的磁通量來工作，或者通過相對于線圈移動磁體或通過改變磁通量極性。后一種方法用于 EnOcean 的 ECO 200 收割機，它可以根據彈簧的橫向移動快速切換磁極。這種類型的動能收集是機械開關和類似應用的首選技術。

　　許多傳感器應用由小型太陽能電池供電。它們非常適合照明充足的應用（室內或室外），并且通常用于溫度、濕度、照明或 CO 2傳感器等傳感器應用。根據應用程序設置的可用空間，可以通過調整太陽能電池的尺寸來調整能量輸送。

　　溫差可以基于珀耳帖元件產生能量。這些元件的標準應用是在施加電能時冷卻一個區(qū)域（例如冷卻箱）。根據溫差產生能量的反向效應用于熱收集。珀耳帖元件的輸出電壓取決于溫差，通常非常小（例如，35.6°F 溫差為 20 mV）。因此需要專門的電子設備來使用這種能量。

　　與傳感器相關的有效載荷通常很小（幾個字節(jié)）。因此，優(yōu)化的協(xié)議必須盡可能地限制傳輸開銷（幀控制、前導、同步、錯誤檢查），同時保持高度可靠的通信。

　　標準 IP 協(xié)議（??UDP over IPv6）需要超過 50 個字節(jié)的開銷。因此，在能量收集傳感器應用中通常無法進行原生 IPv6 通信。相比之下，功率優(yōu)化的 ISO/IEC 14543-3-1X 協(xié)議總共只需要 12 個字節(jié)來傳輸 1 個字節(jié)的傳感器數(shù)據。將此類協(xié)議與智能傳輸策略（例如僅傳輸重大更改）結合使用，甚至可以使用冗余子報文來提高傳輸可靠性。

　　能量收集無線傳感器必須在超過 99.99% 的時間內處于超低功耗睡眠狀態(tài)。因此，將這種狀態(tài)下的功耗降至最低至關重要。例如，300 nA 的總預算需要涵蓋睡眠模式下的處理器消耗（具有基于定時器的周期性喚醒的能力）以及由于能量存儲泄漏造成的損失。即使使用最新的處理器也很難達到如此低的功耗水平，并且是最大的設計挑戰(zhàn)。需要定制混合信號設計以及優(yōu)化的系統(tǒng)架構來應對這些挑戰(zhàn)。

　　如今，物聯(lián)網的輸入數(shù)據通常由本地連接到控制器和執(zhí)行器的有線傳感器提供。在這里，所有網絡組件都非常接近并直接相互連接。這種方法非常適合具有有限靈活性需求且不需要數(shù)據重用的本地應用程序。在許多情況下，物聯(lián)網網絡不需要如此接近，因為它允許集中或基于云的數(shù)據處理。因此，相同的數(shù)據可以用于多個應用程序，從而降低基礎設施成本并允許動態(tài)網絡結構。

　　這些特性需要第二個云，由可以靈活部署和擴展的傳感器和執(zhí)行器節(jié)點組成。使用最少能量的節(jié)點，它們從周圍環(huán)境中獲取，提供“安裝即忘”的解決方案，安裝在人跡罕至的位置，并依靠最少的維護或關注來執(zhí)行任務。

　　審核編輯：郭婷