物聯網（IoT）部署應用面臨的五大挑戰

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在公共安全、應急響應、工業自動化、自動駕駛汽車和醫療物聯網(IoMT)領域，IoT部署已從基于智能家居裝置和可穿戴裝置等基于消費級應用擴充到關鍵任務應用。

随着這些關鍵任務應用的激增，工程師和設計師必須解決重要的設計和測試注意事項，以及從早期設計階段到制造結果的權衡取舍。

通過物聯網5C應對技術挑戰

物聯網的“ 5C”是物聯網設計面臨的五個主要挑戰，即連通性、連續性、合規性、共存性和網絡安全性。

挑戰一：連接配接性

由于無線連接配接非常複雜，而且密集的裝置部署進一步使操作複雜化，是以，實作往返于裝置、基礎架構、雲和應用之間的無縫資訊流是一項比較大的物聯網挑戰。然而，即使在最惡劣的環境中，關鍵任務物聯網裝置也有望可靠運作而不會失敗。迅速發展的無線标準增加了複雜性，工程師們在與比較新的技術保持同步方面面臨不斷的挑戰，同時要確定裝置可以在整個生态系統中無縫運作。

為了應對連接配接性挑戰，需要設計和測試解決方案，這些解決方案必須高度靈活，可配置，并且可以更新以滿足未來的需求。需要靈活性來測試具有多種無線電格式的裝置，以評估實際操作模式下的裝置性能，并支援信令模式下的空中(OTA)測試，而無需晶片組專用的驅動器。該解決方案應該簡單、便宜，并且能夠在研發和制造中使用，以利用代碼并使開發的不同階段中的度量相關問題最小化。

挑戰二：連續性

確定和延長電池壽命，這是物聯網裝置最重要的考慮因素之一。較長的電池壽命是消費物聯網裝置的巨大競争優勢。對于工業物聯網裝置，電池壽命通常為五到十年。對于起搏器等醫療裝置，裝置壽命可能意味着生與死之間的差異。當然，電池故障也是問題。

為了滿足IoT電池壽命的要求，內建電路(IC)設計人員需要設計具有深度睡眠模式的IC，這些模式消耗很少的電流并降低速度和指令集，并實作低電池電壓。

對于無線通信，标準組織正在定義新的低功耗工作模式，例如NB-IoT、LTE-M，LoRa、Sigfox，它們在保持低功耗的同時提供了有限的有效工作時間。将傳感、處理、控制和通信元件內建到最終産品中的設計人員必須知道外圍裝置的性能和功耗，并優化産品的固件和軟體以簡化操作并減少功耗。

挑戰三：合規性

物聯網裝置必須遵守無線電标準和全球法規要求。一緻性測試包括無線電标準一緻性和營運商驗收測試，以及法規遵從性測試，例如RF、EMC和SAR測試。設計工程師經常被迫遵守嚴格的産品推出時間表，并確定順暢地進入全球市場，同時遵守最新法規(而且這些法規經常更新)

由于合規性測試非常複雜且耗時，是以，如果手動執行，則可能需要幾天或幾周才能完成。為了保持産品釋出進度，設計人員可以考慮投資内部可在每個設計階段使用的預一緻性測試解決方案，以及早解決問題。選擇一個符合測試實驗室法規遵從性要求的系統還可以幫助確定測量相關性并降低故障風險。

挑戰四：共存

對于數十億的裝置，無線電信道的擁塞是一個隻會變得更糟的問題。為了解決無線擁塞問題，标準機構開發了測試方法，以評估在存在其他信号時裝置的運作情況。

例如，在藍牙中，自适應跳頻(AFH)可使藍牙裝置放棄遇到高資料沖突的信道。其他防撞技術，例如LBT和CCA，也可以提高傳輸效率。但是在混合信号環境中的有效性尚不清楚，并且當無線電格式無法互相檢測時，将會發生沖突和資料丢失。

失去控制信号的工業傳感器，或由于周圍幹擾而停止工作的醫用打點滴泵，可能會造成嚴重後果。是以，共存測試至關重要，它可以測量和評估裝置在擁擠的混合信号環境中的運作方式，并評估在相同操作環境中發現意外信号時保持無線性能的潛在風險。

挑戰五：網絡安全

大多數傳統的網絡安全保護工具都集中在網絡和雲上。端點和空中(OTA)漏洞經常被忽略。盡管在許多應用中使用了諸如藍牙和WLAN之類的成熟技術，但為解決OTA漏洞所做的工作很少。這些無線協定的複雜性轉化為裝置無線電實作中潛在的未知陷阱，這可能使黑客能夠通路或控制裝置。

根據IDC的調查，70%的安全漏洞來自端點。應格外小心，以保護這些物聯網裝置。應識别OTA漏洞和進入端點裝置的潛在入口點，并應使用已知威脅/攻擊的定期更新資料庫對裝置進行測試，以監視裝置響應并檢測異常。

通過“5C”建立堅實的物聯網基礎

物聯網為許多行業帶來了激動人心的新應用和機遇的大門。但這也帶來了前所未有的挑戰，需要以新的方式進行思考以滿足關鍵任務的要求。傳遞成功的物聯網意味着克服物聯網的5C技術挑戰。對這些挑戰有深刻的了解，并了解關鍵的設計和測試考慮因素，将為在整個生态系統中實施和部署奠定堅實的基礎。在整個産品生命周期中使用正确的設計、驗證、合規性測試，制造和安全工具将有助于確定物聯網兌現其承諾。

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原文釋出時間：2020-07-01

本文作者：蒙光偉編譯

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