物联网技术重塑者：智能嵌入式系统

物联网（IOT）作为国家战略性新兴产业的重要组成部分，被誉为“继计算机、互联网和移动通信之后新一轮信息技术革命”。它将负责人与人之间通信的蜂窝网扩展到了物与物、人与物、物与人之间的实时连接。本文从众多商业化物联网应用中选择两例加以深度剖析，为读者生动呈现物联网为整个电子产业带来的无穷想象空间和全新商业机遇。

　　让每个灯泡拥有自己的IP地址

　　如果每个灯泡都有自己独一无二的互联网IP地址，那将会怎样？恩智浦半导体（NXP）日前将物联网概念带进照明领域，推出了GreenChip智能照明解决方案。其理念是让每一个紧凑型荧光灯（CFL）、LED灯泡或灯管都具有一个IP地址，并允许任何人不管身在全球哪个角落，都可以利用移动互联设备（如手机、平板电脑、笔记本电脑、PDA等）远程控制家里或办公室里的任何一个灯泡或灯管，实现单独监控、管理和控制等功能。

　　不过，对于这种设想的最大挑战则来自于目前IPv4的地址资源不足，全球每年出货120亿只灯炮，仅是10%的灯泡拥有IP地址，都将是一个巨大的消耗。“所以，针对这种应用的方案必须支持IPv6，我们提出这种设想时，已考虑到这个趋势，这也正是我们NXP的JenNet -IP网络不同于现有的ZigBee网络的根本原因。”NXP大中华区照明产品市场资深经理陈嵘表示。

　　据称，北美领先的CFL/LED灯具制造商TCP以及照明应用服务厂商GreenWave公司是率先采用该智能照明技术的企业。陈嵘认为，与目前TRIAC可调光方式的相比，这是一种纯数字方式的调光，可以实现超过90%的能效，而前者仅能实现30%多的能效。至于成本，以LED灯泡为例，每个灯泡可能会增加30%的成本。“但是，这为LED灯泡带来了非常大的卖点”。例如，这种无线调光控制在房屋装修时不用布线，或者可以在装修后增加此功能，非常方便，也节省了成本。

　　智能照明解决方案的核心

　　GreenChip智能照明解决方案有两种版本可供选择：针对紧凑型荧光灯的GreenChip iCFL和针对LED灯的GreenChip iSSL。

全套方案由以下几个部分组成：1. GreenChip iCFL和GreenChip iSSL芯片组，是针对智能灯泡的能效比极高的调光驱动器。2. 超低功耗待机电源控制器，空载功耗为10mW；在智能照明应用中，由于灯泡需要随时听候来自用户和/或网络的指令，所以待机功耗显得尤为重要。3. 兼容2.4GHz的IEEE 802.15.4标准的集成式RF收发器和无线微控制器，Tx/Rx电流小于17mA。4. 基于JenNet-IP网络层软件的低功耗IP无线连接功能。

　　GreenChip智能照明解决方案的核心是NXP自己开发的JenNet-IP超低功耗IEEE 802.15.4无线连接网络层软件，这是一种增强型6LoWPAN网络层，专门针对基于IEEE 802.15.4标准的超低功耗网络而设计，适用于住宅和工业应用。JenNet-IP具有很多引人注目的功能，包括超低功耗、射频距离长、存储器占位空间小且整体成本低，并可随意扩充，支持最多500台设备的大型网络。今年5月，NXP曾宣布其有意以开源许可方式提供JenNet-IP，预计首款开源JenNet-IP软件计划于2011年四季度发布。

　　在IPSO（IP for Smart Objects，智能对象IP）联盟“物联网”大会上，NXP展示了如何使用JenNet-IP实现智能住宅控制，包括如何通过移动应用管理分组灯具和设备，以及如何实时监视住宅的能源使用情况。演示人员使用iPad和Android平板电脑作为安全网络，对住宅内的CFL、LED灯泡、智能插座和显示面板进行远程无线监视和控制。

　　新型JenNet-IP住宅控制在年初发布的GreenChip智能照明演示基础上进行了增强和优化。这套系统采用了带USB加密狗（内核采用NXP JN5148超低功耗无线微控制器和模块）的Wi-Fi网关，作为6LoWPAN IPv6家庭无线网络和本地IPv4无线网络之间的桥接器，并同时作为DHCP服务器为本地6LoWPAN设备提供IP地址。

　　陈嵘表示，智能照明作为一种概念产品，已经点燃了全世界产业观察家们想象的火花，从客户和合作伙伴收到的有关JenNet-IP的反馈充分显示了这一产品的光明前景。未来，还会有更多新设备（如智能插座）和新功能被添加到SNAP（简单网络访问协议）中，以涵盖典型楼宇和住宅的所有自动化设备，如暖气和空调等环境控制系统以及安全和警报系统。

　　JenNet-IP协议的最新更新包括：1. 增强型无网关操作，客户无需网络连接，使用遥控器和开关就可以操作家里的设备；2. 更快的传输速率确保信息通过网络及时传送，从而让用户即时获得操作反应，这一点对于照明尤其重要，因为其网络延迟是显而易见的；3. 无线下载能力使得JenNet-IP/6LoWPAN网络中的设备可一边工作一边将固件升级到最新版本；4. JN514x系列无线微控制器内置AES-128安全引擎，其安全程序可拒绝未授权设备非法访问网络，确保网络中的控制和状态信息受到保护；5. 支持新设备，如智能插座和SNAP应用层的电容式触摸遥控器

　　陈嵘认为，以上几点极其重要，因为客户通常一开始只会使用较少的IP灯具和单个遥控，随着他们对此技术的掌握，会增加更多的灯具、设备和遥控器，最终升级成含有互联网网关的智能控制系统。让网络脱离网关独自运行可以在网关出错时保证网络继续运行，从而克服了其他无线控制方案的缺陷。

　　物联网+云计算=智能地球

　　据IHS iSuppli公司无线系统服务的研究，能够利用“云”这种新兴的热门计算与存储技术的无线服务提供商，尤其是其中能够利用其重要的网络资产的公司，将迎来巨大商机。

云计算是一种便利的按需提供的服务，通过互联网提供。用户通过云计算，可以购买第三方提供的各种应用或存储空间的费用，只根据使用数量付费。用户使用云网络可以自如掌握和调整，不需要什么管理，用户不必花费大笔前期投放购置新硬件和能力，就能应对需求的增长。另外，也可以随处访问存储在云中的数据，并随时在多种设备上与其它合格用户无缝共享数据。

　　作为嵌入式电脑、应用平板电脑、工业网络电脑以及自动化领域的领导厂商，研华科技（Advantech）于今年3月在台北举办的“2011研华嵌入式全球合作伙伴大会”上就确立了担当“智能地球推手”（Enabling an Intelligent Planet）的使命。研华科技总经理何春盛对记者表示，“未来十五年的产业将会是在物联网和云计算产业的趋势之下，以及半导体技术的进步中，催生一个巨大的嵌入式电脑计算平台。一个智能地球即将来临，研华将从各个方面整合扮演一个智能地球的推手，立志成为全球嵌入式服务的领导企业。”

　　显而易见，研华对智能地球的定义是物联网+云计算。物联网指的是物与物、人与物、以及物与人之间实现即时互通，云计算指在局端或云端（又可分为私有云、公有云和商业云）完成多媒体信息流计算、分析和处理，再将处理结果通过无线或有线技术推送到终端联网设备上。未来终端联网设备都是一台瘦客户机，不需要具备很强计算或处理功能，从而既可变得很轻，又可实现超低功耗以提供超长使用寿命。

　　研华方面称，在物联网市场中，从感知层到网络层，再到应用层，研华将提供无线感知网络I/O，通过标准接口与内建智能功能的设备、应用软件等，包括无线传感器网络（WSN）产品、无线通信模块、以及最终应用市场开发等部分。涉及领域涵盖危险源监管、数字水务、数字矿山、数字油田、建筑节能等物联网应用。

　　自2009年开始，研华嵌入式系统的板卡设计方式发生了很大改变。“以往嵌入式厂商都是根据芯片厂商，如Intel的发展路线来进行开发，这样的结果是各家厂商设计的嵌入式产品都比较雷同。”研华科技嵌入式运算核心事业群副总经理张家豪说，“我们从2009年起在设计中加入了许多附加值，而非简单地根据参考设计来开发。其中一个很典型的例证就是导入了云端运算的概念。”

　　张家豪在日前举办的“2011研华嵌入式设计论坛（ADF）研讨会”上，从整个物联网架构角度阐述了嵌入式在中国发展的契机。着重介绍了研华通过引入云端服务，使系统开发人员和用户对于嵌入式设备的管理和维护得到极大简化，从而给嵌入式产业带来的巨大变革。

　　他强调说，云计算在嵌入式领域的解决方案将会越来越多。研华第一阶段的目标是在标准产品中提供云端服务；而在第二阶段，将帮助行业客户建立起属于自己的私有云架构。在这朵“云”中，研华所提供的云端服务是与所有的客户建立产业链，包括提供为数众多的软件服务和技术更新服务。比如，研华将其嵌入式板卡、嵌入式系统或者IPC卖给客户用于系统集成的同时，还要培训客户如何通过云端来获取应用技术，如何把研华的产品、应用融入到属于客户的特定系统（自动化系统、远程医疗系统、电子标牌）中去。

　　他进一步解释称，嵌入式设备具有软件更新需求（如BIOS、Windows OS、驱动程序的更新），传统的做法是通过FTP或服务器将这些最新的更新放在网络上，供客户自己查找是否需要更新，这些更新是被动的。而研华的做法则是将相关软件和需更新的内容放在构建的嵌入式网上商城（Embedded Store）上，由系统自动检测是否需要更新。客户只需将嵌入式设备接入网络，系统就会自动侦测接入的机器型号，并显示可供其自动更新的软件列表，客户需要做的只是按一下按键就可以实现自动下载、更新，免除了搜索、查找等繁琐的操作。

　　此外，为了实现创新理念，研华开发的嵌入式板卡还能够自动侦测系统上的电压、温度、风扇转速等状态，并自动记录和回报这些状态信息。通过新开发的远程管理软件SusiAccess将信息从远端自动回报，从而轻松监测网络上所有连接的嵌入式计算机的状态；另一个典型案例则是由于嵌入式计算机并不能保证一次成功开机，而在某些领域（如医疗、军事应用）却不允许出现这种情况，研华为此专门设计了一款嵌入式计算机，其专利技术可确保无论在任何苛刻环境下都能一次开机。