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物联网
2022/11/22 15:52

工业物联网简史

千家网  

工业物联网的历史有三个不同的技术发展故事:网络连接、处理和存储能力,以及传感器和执行器。如果能了解每一项核心技术的发展时间表,将能准确了解相应时代工业环境中使用的连接设备的能力。

工业物联网网络连接

工业物联网(IIoT)首字母缩略词中的第二个“I”代表互联网,其表明了网络在工业物联网中的重要性。直到20世纪90年代末和21世纪初,计算机和计算设备的标准状态都是与互联网断开:必须采取特殊措施才能上网和连接。这与2022年的组织生活几乎相反,那时经常需要采取特殊措施来断开联系。

大多数早期的网络技术都是有线的:连接需要电缆将设备物理连接到网络上。网络带宽,在一段时间内可以传输的数据量。对于10BASE-T以太网连接来说,这是20世纪80年代末和90年代初建立的最广泛使用的标准之一,允许每秒传输10兆的数据。在当代,有线网络支持每秒1000兆的数据连接(1000BASE-T或1千兆),甚至现代以太网连接支持每秒10千兆的数据连接(10GBASE-T)。

无线和蜂窝网络消除了对每个设备的电缆需求,这是工业物联网的一个重大转变。802.11b于1999年标准化,是许多制造商产品支持的首批标准之一,也是2020年制定的Wi-Fi 6E标准的前身。现代Wi-Fi设备不仅能提供比早期设备快50到800倍的速度,且还能在比以前的设备更密集的无线电环境中可靠地运行。

蜂窝网络是全球范围内智能手机覆盖所依赖的网络,其在速度、容量和能效方面都取得了类似的改进,从支持大约每秒0.1兆比特的早期2G网络,到提供每秒200兆比特甚至更高连接的现代5G网络。

工业物联网也有在范围、电力使用和速度方面做出不同权衡的技术的故事。范围可达300英尺左右的射频识别,和需要近距离接触的近场通信技术在工业物联网设置中都很有用。RFID通常用于资产跟踪,NFC用于访问控制、支付或数据交换。

其他技术,如远程广域网,一种低功耗广域网或窄带物联网,4G物联网的一种变体,不需要非常高的速度,可以解决特定的问题。无线智能泛在网络联盟等重点小组,寻求解决与智慧城市或物联网公用事业应用相关的具体问题。

工业物联网存储和处理能力

处理能力的显著提高,加上可用存储容量的增加,成本稳步下降,也在工业物联网的历史上发挥了重要作用。

计算处理能力的提升通常体现在所谓的摩尔定律中。摩尔定律是Intel联合创始人Gordon Moore的一项观察,即微芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番,而同期成本减少一半。

计算能力如此快速的提高意味着,在自20世纪80年代以来的近40年的现代计算机革命中,企业不仅能够大幅提高设备的整体处理能力,且可以在非常小的尺寸中制造出功能强大的处理器。

重要的是,对于工业物联网的目的,供应商可以制造硬化的芯片,能够承受极端环境,如高/低温、水暴露或浸泡,以及跌落物理影响。

完整的数据存储历史将包括磁带、穿孔卡和磁盘,但对工业物联网的关注将重点缩小到现代硬盘驱动器、闪存和固态磁盘。这三种技术的现代衍生产品使存储几兆位字节的数据成为可能,这些数据的大小从大约一角硬币大小到一副薄薄的扑克牌大小不等——所有这些的成本都不到每兆位字节150美元左右。

工业物联网传感器和执行器

讲述工业物联网故事的第三个技术流是传感器和执行器。传感器检测事物,如温度、光线、位置、触摸、运动或声音。执行器移动或控制事物。执行器可以触发门锁的打开或关闭、机械臂的收紧或松开、机器部件的移动,或加热或冷却系统的激活。

要了解传感器在过去几十年里是如何进步的,不妨考虑一下数码相机技术。1994年,Apple推出QuickTake数码相机,最大分辨率为640 x 480像素,略高于307万像素。到2022年,iPhone 14 Pro相机可以拍摄8064 x 6048像素的图像,或超过4800万像素,总像素数约为158倍。简单的像素数比较甚至没有考虑到光或颜色敏感度、速度、多相机传感器的使用或计算摄影的进步方面的变化。

机械臂可以抓住和操纵各种各样的物体,如一张纸、葡萄、酒杯或砖头——这体现了执行器的许多进步。现代系统不仅有能力感知这些不同的物体,还能适当调整压力。同时使用多个传感器的能力也扩展了工业物联网系统的能力。

工业物联网的挑战和机遇

工业物联网领域的两个最重要的当代挑战,即安全性和互操作性,是上述一系列技术发展的结果。在早些时候,连接到互联网的人和物品都很少,因此安全不是一个大问题。同时,工业物联网设备和系统的制造商也没什么经济动力使其系统与竞争对手的产品广泛兼容:为什么要易于转换?好在,客户的集体关注引起了对安全性和互操作性的日益重视。

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