物联网设备如何实现低功耗？

我们这些技术人员差不多把互联网的事情都解决了，所以我们变得很无聊，你知道的，当一群技术人员变得无聊时，就热衷于寻找另一个难以解决的难题。

进入物联网的世界，我们才意识到网络还没有征服那些真正对我们重要的事物——那个我们每天与之交互的世界——现实世界。现在，一系列挑战至少能让我们技术人员们再奋斗下一个十年。

我认为现实世界面向物联网的主要挑战并不根植于网络互联(inter-networking)，而在于如何推动事物影响网络互联和软件编程，特别是在无线的情况下。

电池与物联网

显而易见，可充电电池推动了面向消费者的物联网发展。

iPhone一天要冲几个小时的电，使其能够连入蜂窝网络或WiFi，通过 TCP/IP协议上网，这似乎并没有大幅改变网络或编程方法。Fitbit通过蓝牙与其它设备通信，每天只需充电几分钟，这就对网络和软件编程模型产生了剧烈的影响。

但如果我告诉你电池必须在没法充电或更换的情况下坚持1个月呢?6个月，2年，5年?这是疯了吗?谁会要求可穿戴设备要持续那么久不充电?

考虑一下这些非常现实的工业物联网应用：在扁桃树果园里监测土壤和病害状况，监测奶牛的疾病情况，工厂里空气压缩机改造的预测性维护，包括起重机监控、发动机性能监测或者灭火器监测在内的过顶业务(over-the-top services，指互联网企业利用传统电信运营商的基础网络，直接面向用户提供的服务)。在这些场景下，设备所处的环境是要求超过6个月(某个情况下是5年)没有连接电源的。

说句题外话，过顶服务作为一个商业模式很有趣。那些销售起重机、灭火器和汽车的传统公司，期望他们的产品能够更智能，并且联网以获得更多的服务收益，或者与客户建立更密切的关系。但是他们希望能在不干扰现有基础设施的前提下安装他们的产品，这意味着工业领域整个类别的物都需要较长的电池寿命。

如何使你的电池寿命变长

买一个大号的电池当然是一种方法，但是通常既不实用也不划算，更多的设计方法可以归结为以下三个方面：

使用拥有先进的睡眠控制装置的低功耗处理器

使用可以精确控制TX/RX(传送/接收)时间的低功耗射频技术

控制传感器和制动器外围设备的用电

换句话说，尽可能在低功耗的模式下有足够长的时间读取传感器数据，发送信息，然后关闭所有设备。这关乎管理电池的占空比(一个脉冲循环内通电时间所占的比例)。

怎样权衡?

当然，工程学的第一原则就是，你想得到一些就意味着你必须放弃另外一些东西，总有权衡——在这种情况下，必须用传统的网络连接和软件编程手段来交换长的电池寿命。

WiFi和TCP/IP真的不能帮助你很好的控制电池占空比。WiFi需要花费射频时间来锁定接入点，TCP发送数据之前需要使用握手协议建立连接，还要协议开销来保证可靠性。这些过程都要花费珍贵的RF和处理器时间，而且时间不是花在传输数据上，而是在建立连接和可靠性上面。

你可以考虑使用UDP(用户数据报协议)作为替代方案，但它仍然会浪费时间，并且无法保证可靠性。

一些可以缩短"ON"占空比的替代性网络方案有：

即发即弃(Fire and forget)：如果可靠性不是大问题，那么这是使功率最小化的选择

时间同步性传输(Time synchronized transmit)：避免冲突

以电力中继器作支持来传递信息(A backbone of poweredrepeaters to relay messages)：电池供电节点和电力节点之间的可靠性花费更少的时间

这些方案和其它非传统网络方案的实施，意味着必须有其它方案来保证可靠性。好消息是，有新兴标准在物理层、连接层和网络层来管理这些物，但是别期待他们会像我们之前惯用的方式工作，将来必须有额外的工具和算法来可靠地收集数据。

传统的操作系统既不支持快速的睡眠/唤醒周期，也不会处理这些有限的RAM&闪存。物的决策逻辑将由嵌入式软件和主要事件驱动：一个传统IT开发人员不熟悉的编程范式。

这里的底线是，工业物联网中有很大一部分的"物"需要电池，并且这些电池需要有长寿命，以至于可靠的网络和编程需要非常杰出的专业知识。

问题不是如何驱动一个物联网平台，而是一个物联网平台应该能够通过一些手段很容易的延长电池寿命，不是吗?