资讯详情

如何发挥嵌入式系统的潜力来充分利用IIoT解决方案

2022-09-09 10:36:484636

近十年来，物联网已成为提供更明智的业务战略、改善客户体验、管理资产、自动化流程、执行预测性维护等方面的突破性解决方案。嵌入式解决方案在这里发挥了重要作用——硬件和软件系统有助于整个物联网生态系统的高性能。但是，没有一种通用的方法来组织和部署嵌入式物联网系统，以保证其完全成功。根据具体情况，嵌入式IIoT解决方案供应商、制造商、开发商和企业主必须决定装备哪些“东西”、如何定制解决方案以及如何在不造成伤害的情况下进行保存。然而，未来似乎属于嵌入式物联网。

正如麦肯锡报告的那样，到2030年，5G物联网嵌入式模块的总收入将增加50多倍！这部分是由于深度学习处理器和神经处理器有助于嵌入式计算系统的性能和能源效率呈指数增长。然而，为了实现这一目标，现成解决方案的制造商必须深入研究生产现成模块以满足客户特定需求的需求。尽管当今市场上有大量现成的嵌入式系统，但它们并不总是严格遵守客户的业务目标。在某些时候，可能会出现降低大规模生产解决方案成本和独特外形尺寸或最小化设备尺寸的问题。所有这些因素都加强了对定制嵌入式硬件和软件开发的需求。

IIoT解决方案的嵌入式系统：特性和示例

谈到物联网开发，我们在技术上谈论连接到互联网的嵌入式系统。嵌入式解决方案的示例包括传感器、执行器、边缘设备、特定应用硬件、智能设备、路由器和用于嵌入式网络的交换机——以及某些其他设备可以从环境中收集数据或对目标对象产生智能反应。理论上，任何物体，从汽车和货物到企业的技术人员，都可以配备传感器。鉴于物联网生态系统，这里的主要目标是确保内部所有事物的“协作”，提供不间断的数据流通。必须添加一层信息和通信技术才能将嵌入式系统连接到物联网生态系统。

嵌入式系统

与任何对企业有益的解决方案一样，物联网生态系统的创建是为了最大限度地提高其性能，这应该会增加公司的收入或降低成本。这是开发人员从一开始就应该考虑的问题。总体而言，嵌入式系统的高效性在很大程度上推动了物联网生态系统在企业规模上的全球部署。

嵌入式系统可以通过以下功能满足业务需求：

实时计算
低功耗
小尺寸
高可用性
开发的可负担性

因此，在生产的同时实现最高性能是可能的，并且开发成本最低。这允许构建能够增强整个物联网生态系统的大型多功能嵌入式系统。但是，如果根据某些模板构建特定的系统，而不考虑特定的需求和趋势，那么即使是如此显着的好处也可能被降低。下面我们将描述如何最大化这些好处。

如何在 IIoT 解决方案中构建嵌入式系统

如何从嵌入式系统中获得最大收益的问题通常归结为如何正确设计整个物联网生态系统，因为其所有组件都是相互依赖的。因此，企业物联网(EIoT)内的嵌入式系统的开发必须在高层严格协调，旨在找到解决特定业务问题的最佳设计解决方案，优化或自动化企业流程，以及提高安全性。

连接战略设计思维

仔细考虑架构。一个因素是在 PoC 阶段证明系统的可操作性。还有一个是表明特定系统的配置和选择的 IIoT 解决方案是提高企业目标流程有效性的最佳方式。由于创建嵌入式系统是为了与环境交互，因此我们必须在考虑所有可用的传感器、网络和处理器解决方案的情况下确定最有效和最具成本效益的交互方式。考虑一下您做出决策所需的信息、如何收集这些信息以及使用哪些传感器和工具。例如，监控仓库可以与无人机和传感器一起使用，它们可以提供温度测量。考虑要在边缘和云层上做出的决策以及设备在系统中的交互方式。

考虑物联网生态系统的可能扩展

经常发生嵌入式设备启动后，由于计算能力不足而开始变慢的情况。它迫使开发人员通过重新设计架构或用更强大的处理器替换处理器来改变工作系统。它需要额外的人力和时间资源。为了获得更高的性能并在连接性、图形显示和云计算方面有更多的选择，最好的解决方案是从一开始就实现一个更强大的控制器。计算你需要多少内存，你需要什么计算，以及这些计算的速度。此外，连接的新嵌入式设备可能会损害连接性，从而在实时数据分析中造成差距。例如，为了防止这种情况，该公司可以考虑网状网络，通过添加新设备变得更强大。

投资定制嵌入式软件

尽管嵌入式系统设计的重点是软件开发，但即使是为航空电子设备设计的复杂嵌入式解决方案，由于嵌入式编程和测试的特殊性，也经常存在软件差距。嵌入式软件不如应用软件灵活，因为每个代码行都直接影响硬件。因此，如果嵌入式硬件开发即使是单个单元的成本也可以很低，我们建议不要节省定制软件，并在开发阶段特别注意它。尽管您可以在市场上找到现成的嵌入式系统，其中包括专门用于特定微控制器的软件，但现成的嵌入式解决方案显着缩小了它们的应用范围。

考虑使用嵌入式 IIoT 解决方案的机器学习方法

通过在嵌入式系统中连接神经网络解决方案，公司不仅可以加速运营，还可以节省其他系统组件。例如，通过在企业中将机器学习算法用于视觉 QA 流程，它可以节省高分辨率相机。获得的数据越多，系统就会变得越智能，从而使负责方可以将设备投入到更负责任的任务中。此外，在嵌入式设备中应用机器学习算法消除了将数据传输到云端的需要，从而提高了安全级别。

跟随嵌入式物联网发展趋势

尽管系统本身效率很高，但正在采取措施进一步降低功耗，同时将电池容量提高数十倍。例如，NB-IoT – 是一种低功耗广域网，可在嵌入式设备之间提供可靠的通信。对于提供视觉传感的嵌入式系统，也有一些尖端的解决方案，例如 Etacamera，它是目前最节能的图像捕获系统。甚至嵌入式计算机也变得更加高效和强大：新版本的 Raspberry Pi 大大超过了之前的版本。

让您的设备在没有互联网的情况下进行通信

在多层物联网生态系统中，设备一般可以在本地交换数据，并将其传输到云端。嵌入式设备可以支持各种协议，允许它们在没有中央单元命令的情况下进行通信。为了在边缘计算中提供智能反应，最好实现无互联网协议，例如 Zigbee 或 Thread。这使得系统更加自主并且不受互联网关闭的影响。

IIoT 解决方案的嵌入式系统趋势

虽然制造商正在寻找改进嵌入式系统组件的方法，但物联网生态系统设计人员和开发人员被迫预测该领域在不久的将来可能面临的问题。现在，未来看起来像这样：

人工智能广泛引入。今天，实施机器学习的系统变得越来越普遍。很快就会有足够的经验在物联网系统中使用人工智能来在全球范围内对其进行分析并勾勒出进一步的发展方式。从今天开始，它继续在各个领域证明其价值，从工厂到医药；虽然人工智能实施的解决方案变得越来越实惠，但我们可以期待每个物联网解决方案都有基于人工智能的嵌入式系统。
无线连接的增长。由于我们预计未来互联网无处不在，因此嵌入式系统中的无线连接应该会显着增加。因此，尽管有大量的有线连接，但嵌入式系统应该适应新的连接时代。
增加嵌入式安全解决方案。随着物联网设备的指数级增长，黑客攻击似乎有更多的点数。因此，我们可以期待嵌入式设备中安全解决方案的相应增长。例如，来自 Infineon、Microchip、STMicroelectronics、Micron、Winbond 等的内置安全芯片在嵌入式硬件设计中变得越来越频繁。
超高速计算。量子计算很可能需要更多时间才能普及。但是当它发生时，计算能力将显着提高，这将导致处理器速度显着提高，整个系统也是如此。

物联网生态系统实施背后的理念属于对未来的投资，企业并不期望立即看到投资回报。大多数解决方案的主要目标是进行深度数据分析以做出准确的预测。因此，有必要考虑嵌入这些趋势，以便为不久的将来做好准备。