האינטרנט של דברים Hardware Design: בניית הקרן לחדשנות המחוברת

האינטרנט של הדברים (IoT) הוא באופן יסודי משנה את האופן שבו אנו חיים, עובדים ואינטראקציה עם טכנולוגיה בכל ממד של חיים מודרניים.מ בתים חכמים צופים את הצרכים שלנו ואת המכשירים לבישים לפקח על הבריאות שלנו, על מערכות אוטומציה תעשייתית המייעלות את יעילות הייצור וערים מחוברות ניהול משאבי אנוש באופן אינטליגנטי, FLT:0 הפך להיות עמוד השדרה החיוני של עידן הדיגיטלי (FLT:1 בעוד פלטפורמות תוכנה, מחשוב, ענן, ופתרונות אמיתיים, לוכדים את הנתונים הפיזיים, לעתים קרובות, ומערכת המידע של חומרת, ותפקודה של חומרת, עם תכונות סביבתיות, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, שימוש ב-IoT, שימוש בתכונות של חומרת, שימוש ב-IoT, שימוש בחומרים, שימוש בחומרה של חומרת, שימוש בתוכן, שימוש בחומרים של חומרת, ותכונות של חומרת, כלומר, שימוש בכותנה, שימוש בכותנה של חומרת, שימוש בכותנה של חומרת, שימוש בכותנה של נתונים אמיתיים, שימוש בתכונות של חומרת, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, שימוש בתכונות של חומרת, כלומר, כלומר, שימוש ב-IoT, כלומר, כלומר, כלומר, שימוש בתכונות של חומרת, שימוש ב

(FLT:0) עיצוב חומרה IoT פועל גשר קריטי בין אינטליגנציה דיגיטלית לבין מציאות גופנית המציאות הפיזיתFLT:1, המאפשר ניטור בזמן אמת, אוטומציה חכמה, וקבלת החלטות מונחת נתונים על פני כל מגזר של הכלכלה.ללא חומרה חזקה, אמינה ויעילה, אפילו פלטפורמות IoT מתוחכמת ביותר ויכולות ניתוח נותרו מנותקים מהעולם הפיזי שהם שואפים להבין ולשליטה.

מדריך מקיף זה חוקר את העקרונות הבסיסיים, רכיבים קריטיים, אתגרים עיצוב, טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים של עיצוב חומרה IoT.בין אם אתה מהנדס אלקטרוניקה מפתח מכשירים מחוברים הדור הבא, מנהל מוצר תכנון פריסות IoT, או מנהיג טכני הערכה אסטרטגיות IoT, הבנה:0) עקרונות עיצוב חומרה עיצוב חומרה עיצוב חומרה FLT:1 חיוני ליצירת מוצרים ומערכות מוצלחות חיבור המספקות ערך מתמשך.

הבנת עיצוב חומרה IoT: מושגים מקוריים ושותפים

(FLT:0) עיצוב חומרה כולל את התהליך של יצירת מערכות אלקטרוניות משולבות המאפשרות למכשירים מחוברים לחוש את הסביבה, לעבד מידע, להעביר נתונים, ולבצע פעולות מיפוי:1 (שדה רב תחומי זה משלב הנדסה חשמלית, עיצוב מערכות משובצות, הנדסה מכנית, תדר רדיו (RF) עיצוב, וניהול כוח כדי ליצור מכשירים קוהרסיביים שפועלים באופן אמין, לעתים קרובות מאתגר מצבים אמיתיים.

תכונות עיקריות של IoT Hardware Systems

מכשירים מודרניים IoT משלבים תת-מערכות מרובות, כל אחד קריטי לתפקוד כולל:

(FLT:0)ensors and Transducersinger 1:1; רכיבים אלה יוצרים את האיברים החושיים של מערכות IoT, לכידת נתונים סביבתיים ו המרת תופעות פיזיות לסימנים חשמליים.Theחיישנים לטווח עצום - חיישני זמן מזמנים את התנאים התרמיים, תופעות לוואי של לכידת טמפרטורה וgyroscopes לזהות תנועה וכיוון, ניטור כוח חיישנים, מדידת לחות, גילוי גז, זיהוי חיישנים אופטיים, חיישנים אופטיים, חיישנים אחרים, חיישנים אופטיים, חיישנים אופטיים, חיישנים מיוחדים יותר ויותר חיישנים, חיישנים חיישנים , חיישנים חיישנים אופטיים, , , , חיישנים חיישנים חיישנים , חיישנים חיישנים חיישנים חיישנים , , , חיישנים חיישנים חיישנים , , חיישנים חיישנים חיישנים לוכדים לוכדים חיישנים חיישנים , , , , , חיישנים מיוחדים יותר ויותר חיישנים חיישנים חיישנים חיישנים אופטיים חיישנים חיישנים לוכדים חיישנים חיישנים לוכדים לוכדים חיישנים , , חיישנים חיישנים חיישנים חיישנים חיישנים חיישנים , חיישנים חיישנים , ,

(FLT:0)Sensor בחירה משפיעה עמוקות על יכולת המערכת הכוללת ועלות גבוהה FLT:1 חיישנים מודרניים הפכו מתוחכם להפליא -MEMS (מערכות מיקרו-אלקטרוניקה) טכנולוגיה מאפשרת לייצר חיישנים מיקרוסקופיים עם דיוק יוצא דופן בעלות נמוכה, חיישנים רב-פרמטר משלבים מספר רב של חישה בחבילות בודדות, וחיישנים חכמים משלבים עיבוד אותות משולב המפחיתים דרישות על מעבדים מרכזיים.

(FLT:0Microcontrollers ו- Processing Unitssverph:1): הלב החישובי של מכשירי IoT, מיקרובקרים לבצע קושחה הקוראת חיישנים, תהליכים נתונים, ניהול תקשורת, ובקרות Actuators.FLT:2IoT מיקרובקר בחירה אפשרויות עיבוד של 32 מיקרו-בקר, צריכת חשמל, אינטגרציה היקפית, ועלויות לינוקס: לינוקס אפשרויות מ- 8 סיביות פשוטות ליישומים של שימושים למעבדים יעילים יותר, תוך הפעלת אלגוריתמים של שימוש יעיל יותר, תוך הפעלת אלגוריתמים של פונקציות עיבוד של פונקציות של מעבדים יעילים יותר, תוך הפעלת אלגוריתמים של מעבדים של פונקציות של מעבדים של מעבדים של מעבדים בסיסיים של מעבדים של פונקציות יעילות של מעבדים, תוך הפעלת חשמל, תוך הפעלת אלגוריתמים של יישומים פונקציונליות של יישומים פונקציונליות של יישומים של יישומים פונקציונליים יעילים יותר, תוך הפעלת אלגוריתמים של יישומים של פונקציות יעילות של פונקציות הפעלה של פונקציות הפעלה של יישומים פונקציונליות של פונקציות הפעלה יעילה יותר, תוך הפעלת אלגוריתמים של פונקציות הפעלה של מעבדים, תוך הפעלת אלגוריתמים של יישומים פונקציונליות של יישומים של 32 מיקרו-מעבדים יעילים יותר, תוך שמירה על ידי הפעלת אלגוריתמים של יישומים פונקציונליות פונקציונליות של יישומים

מעבדי IoT מודרניים יותר ויותר משלבים מאיצים מיוחדים לחומרים עבור הצפנה, עיבוד אותות דיגיטליים, למידת מכונה ממשקי חיישן, ומספקים יכולת משופרת תוך שמירה על יעילות אנרגיה.מערכת-on-chip (SoC) משלבת מעבדים, זיכרון, תקשורת אלחוטית ופריפריה בחבילות בודדות, מפשטת באופן דרמטי את העיצוב חומרה וצמצום רכיב.

(FLT:0) מודולים תקשורתיים מודולים של LT:1: קישוריות רבת טווח בין מכשירים לרשתות רחבות יותר, חומרה תקשורת מיישמת פרוטוקולים אלחוטיים המתאימים ליישומים ספציפיים.FLT:2Connectivity אפשרויות לטווח קצר טווח רשתות שטח אישי IoT IoT IoT IoT (כחול, LTE נמוכה, Zigbee, Z-Wave, NFC), אזורי בינוני (Wi-Fi-Fi) ורשתות אלחוטיות שונות (כחול-Fi-L-Fi) ו-L-Fi-L-L-Fi) , כולל רשתות אלחוטיות (כחול-Fi-L-L-L-L-Fi) ו-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-L-Fi רחבות (כחול, V-L-L-Fi) , V-ERLGארוכות) , 2 רחבות (כחול, , V-FiGארוכות) ו-Fi רחבות, WANL-LGארוכות, WAN, WAN, WAN, , , WAN, WAN, WAN, , , , WAN

כל טכנולוגיית תקשורת מציגה פערים נפרדים בנתוני שיעור, טווח, צריכת חשמל, שקיפות, עלות ודרישות רישוי.בחירת קישוריות מתאימה דורשת בדיקה קפדנית של דרישות יישום - כמה נתונים יש להעביר, באיזו תדירות, עם אילו מרחק, עם אילו מגבלות לב, ובאיזה תקציב כוח.

(FLT:0) Power Management SystemssFLT:1; אולי את מערכת המשנה הקריטית ביותר עבור יישומים רבים של IoT, ניהול חשמל קובע את המכשיר פועל חיים וגמישות פריסה.FLT:2Power מערכות כוללת אחסון אנרגיה irFLT 3 (הדברים של כימאים שונים, supercapacitors), קציר אנרגיה (תאים סולפיים, גנרטורים, ⁇ חשמליים, מטבוליזם אנרגיה, קיבולת RF), קצירת מתחים והחלפת מתחים חכמים (מתאים)

ניהול כוח סופניסטי מעסיק טכניקות רבות בו זמנית - מיקרובקרים נכנסים לשינה עמוקה בין קוראי חיישן, היקפי כוח למטה כאשר לא בשימוש, שידורי תקשורת ממזערים את משך הזמן באמצעות פרוטוקולים יעילים, ורמות מתח להתאים באופן דינמי בהתבסס על דרישות עיבוד.

(FLT:0) מזכר מערכות למערכות תפוצה:1: מכשירים IoT דורשים סוגים שונים של זיכרון המשרת מטרות שונות - לא-וולטי מאחסן חנויות זיכרון קושחה ונתונים תצורה, SRAM מספק זיכרון עבודה מהיר עבור פעולות מעבד, ולעתים זיכרון חיצוני מרחיב את יכולת האחסון עבור נתוני חיישן מבול או אירועים של קידוד.FLT:2 מאזןי זיכרון, מהירות, צריכת חשמל, ועלויות של 3:3 תוך הבטחת דרישות אחסון מספיקות עבור דרישות למערכות הפעלה עתידיות.

(FLT:0) פועלים ומכשירים חיצוניים: מערכות IoT רבות כוללות מעשים פיזיים המבוססים על מידע מעובד - מנועים, סולנואידים, מוצגים, רמקולים, מכשירי משוב מטושטשים, או מעשים מיוחדים השולטים בתהליכים תעשייתיים.

(FLT:0) Antenna Systems ו- RF DesignFLT:1: קישוריות אלחוטית דורשת מערכות אנטנה מעוצבות בקפידה להתאים את להקות התדר ואת המאפיינים של פרוטוקולים אלחוטיים נבחרים.FLT:2 Antenna עיצוב משפיע באופן משמעותי טווח, אמינות וצריכת חשמלFLT 3 של תקשורת אלחוטית. Options כוללים אנטנה לספק פתרונות קומפקטיים, עקבות אנטנה ביטול רכיבים דיסקרטיים, שיפור ביצועים חיצוניים, וטכניקות מתקדמות כמו מגוון רחבות מאתגרות.

שילוב מערכת ואדריכלות

(FLT:0) עיצוב חומרה של IoT מצטבר מרכיבים אלה לאדריכלות cohesiveאדריכלות cohesivesveFLT:1 איזון מטרות מרובות בו זמנית - פונקציונליות, אמינות, יעילות כוח, גודל, עלות, יכולת אדם, ותחזוקתיות.

(FLT:0) מרכזי מול עיבוד Distributed ProcessingFLT:1: כמה מערכות IoT מתמקד עיבוד במכשירי שער מרכזיים מתקשרים עם צמתים חיישן פשוט יותר, בעוד אחרים מחלקים מודיעין על פני נקודות אוטונומיות.כל גישה מציגה יתרונות ברורים - סימולציות עיבוד מבוזרות לא עיצוב תבוסה ומפחיתות את העלות, בעוד עיבוד מבוזר משפר אמינות, מקטין רוחב פס תקשורת, ומאפשר קבלת החלטות מקומיות.

(FLT:0)Modularity and ScalabilityFLT:1: אדריכלות מודולרית באמצעות ממשקים סטנדרטיים מאפשרת תצורה מערכת גמישה, פתרון בעיות קלות ופיתוח אבולוציוני.FLT:2Design for Classability:FLT 3 מאפשר מערכות לגדול מפריסות טייסים לייצור בקנה מידה מלא תוך שמירה על עקביות ארכיטקטורת.

(FLT:0) Fail-Safe and Redundancy DesignveFLT:1: יישומים קריטיים דורשים עיצובים בטוחים שאינם בטוחים להבטיח מצבים בטוחים במהלך כשלים, חיישנים או נתיבי תקשורת משומרים על תפעול למרות כשלים של מרכיבים, וצופים באנשי זמן מרתיעים מערכות אם התוכנה לא תואמת.

האתגר הקריטי של צריכת חשמל ב-IoT

(FLT:0) השגת צריכת חשמל אולטרה-נמוכה מייצגת אולי את האתגר המשמעותי ביותר בעיצוב חומרה של IoT (IoT) 1 (התקני IoT רבים פועלים במקומות שבהם החלפת סוללות היא קשה, יקרה או בלתי אפשרית - מבוטעים במבנים קונקרטיים, מכשירים פרוסים באזורי השמדה מרוחקים, צגים רפואיים מושתלים, או מספר מערכות באלפים שבהם תחזוקה סוללות הופכת למבצעית לא-מעשית.

המונחים: power right

הבנת צריכת החשמל דורשת לבחון את דרישות כוח ממוצע ואת דרישות כוח שיא.FLT:0 כוח ממוצע קובע חיי סוללה FLT:1, בעוד כוח שיא קובע דרישות עבור מערכות חשמל וקיבולת אחסון אנרגיה.

צריכת החשמל מתפרקת על פני תת-מערכות:

(FLT:0Microcontroller PowerFLT:1): אפילו מיקרו-בקרים בעלי כוח נמוך צורכים מילימטרים לעשרות מ"ט במהלך עיבוד פעיל, אך יכול להפחית את הצריכה למיקרו-אמפרים או אפילו ננו-מדגםים במצבי שינה עמוקים.FLT:2Optimizing כוח מעבד מעבדים 3LT 3 כרוך בבחירת רמות ביצועים מתאימות, צמצום של אלגוריתמים פעילים והופכים לאלגוריתמים יעילים באמצעות אלגוריתמים בזמן שינה.

(FLT:0)Sensor PowerFLT:1: צריכת כוח חושי משתנה מאוד - חיישנים אנלוגיים פשוטים עשויים לצייר microamperes ברציפות, בעוד חיישנים דיגיטליים מורכבים יכולים לדרוש מעבורת במהלך מדידות. אסטרטגיות אופטימיזציה כוח כוללים רכיבה על חיישן (עוצמה של חיישנים רק במהלך המדידות), בחירת וריאנטים חיישן נמוך כוח, ושימוש במיזוג כדי להפחית את המדידות האדומות.

(FLT:0) תקשורת PowerveFLT:1: שידור אלחוטי בדרך כלל שולט תקציבי כוח מכשיר IoT.FLT:2Radio שידור יכול לצרוך 10-100 מילימפרסמנטיםFLT 3 במהלך המבצע, הזמנות של גודל יותר מאשר תת-מערכות אחרות.Minimizing כוח תקשורת דורש צמצום תדירות שידור, אופטימיזציה של גודל נתונים, בחירת פרוטוקולים יעילים, צמצום השידור כאשר ניתן במהירות ולהבטיח מעבר שינה.

(FLT:0)Peripheral PowerFLT:1: מערכות נוספות כמו תצוגות, אינדיקטורים, אקטוטורים וממשקים חיצוניים מוסיפים לתקציבי חשמל.

טכניקות עיצוב בעלות כוח נמוך

(FLT:0) עיצוב כוח נמוך מסולפיסט מעסיק אסטרטגיות מרובות בו זמניתFLT:1 כדי להשיג חיים תפעוליים נמדדים בשנים מתאים סוללה בודדים:

(ב) [15] ,0) ,Intelligent Sleep Mode ManagementFLT:1: מיקרובקר מודרני מציעים מצבי שינה מרובים עם רגישות וצריכת חשמל משתנה.FLT:2Deepest Sleep Modes (ראה: 3D) לצרוך ננואמפרים אך דורש מ- מילימטרים להתעורר, בעוד מצבי שינה קלים יותר מהירים אך לצרוך יותר אנרגיה אופטימאלית להתאמה מהירה יותר, כדי לטפל במידות שינה מהירה יותר, כאשר נדרשת טיפוליות מהירה יותר.

(FLT:0) אדריכלות של קונסטנטין-Driven ArchitecturesFLT:1; במקום תמיד לבדוק חיישנים או תנאי בדיקה, עיצובים מונעים על ידי אירועים חיצוניים נשארים ישנים עד אירועים חיצוניים מעוררים התעוררות - עצירות מצביעה על פרמטרים נמדדים על פני סף, מודולי תקשורת אות הודעות נכנסות, או אזעקה בזמן אמת המציין זמנים קבועים של מדידה.

(FLT:0) פרוטוקולי תקשורת נוחים 1 (FLT:1): פרוטוקולים מיוחדים של IoT ממזערים שידור מעל פני השטח והמשך. Bluetooth Low Energy משיג יעילות גבוהה באמצעות מרווחי חיבור, נדיבות עבדים ומתאים את מבני הנתונים. LoRaWAN מאפשר שידור לטווח ארוך ב- nanoamperequent, שידורים קצרים.

(FLT:0)Dynamic Voltage ו Frequency ScalischeingFLT:1: התאמת מתח מעבד ותדירות השעון המבוסס על דרישות חישוביות מפחיתה את צריכת החשמל ואת התדרים מספיק עבור משימות פשוטות, בעוד דורש חישובים להגדיל באופן זמני את הביצועים והכוח.

(ה-FLT:0)אנרגיה מאנרגיה סולארית, ⁇ תרמי, שדות RF, או מקורות אחרים יכולים להאריך את חיי הסוללה ללא הגבלת זמן או לחסל סוללות לחלוטין.FLT:2Solar Energy HarvestingFLT 3: 3 מוכחת במיוחד עבור יישומים חיצוניים, בעוד יישומים מקורה עשויים לקצור אור מלאכותי או אנרגיה תרמית מטמפרטורה שונה.

(FLT:0) Power-Aware Component SelectionFIRLT:1): כל בחירה של רכיב משפיעה על צריכת החשמל.בחירת גרסאות אולטרה-נמוכות של מיקרובקרים, חיישנים, רגולטורים מתח, ומודולים תקשורת משלמים דיבידנדים בחיי הסוללה.

אפשרויות קישוריות ואדריכלות תקשורת

(FLT:0) עיצוב חומרה חייב לבחור וליישם טכנולוגיות תקשורת מתאימות, הטמעת מידע חילופי בין מכשירים, שערים, פלטפורמות ענן, משתמשי קצה.אדריכלות זו מעצבת באופן יסודי יכולות מערכת, מגבלות ומאפיינים.

קיצור של Short-Range Wireless Technologies

פרוטוקולים אלחוטיים לטווח קצר (FLT:0) לטווח קצר (קצרי טווח) מאפשרים תקשורת בתוך אזורים אישיים או רשתות מקומיות, בדרך כלל המשתרעים על פני מטרים לעשרות מטרים:

(FLT:0) Bluetooth ו- Bluetooth Low Energy (BLE) , ההרחבה Bluetooth מספקת שיעורי נתונים בינוניים עם צריכת חשמל סבירה, בעוד ש-BLE מפחיתה באופן דרמטי את הכוח ליישומים הדורשים שידורים בלתי אפשריים, נתונים קטנים.

(ב) [ה]: [0] Z-Waveveveveph:1]: פרוטוקולים אלה של רשתות רשת מרשימים יוצרים רשתות של מכשירים מונעים סוללות או מונעים על ידי ראשי סוללה:2Zigbee יוצרות אימוץ סטנדרטי בתעשייה של 3FLT הופך אותו פופולרי עבור אוטומציה ביתית, בקרה תעשייתית, ומכשירים רפואיים Z-Wavea, תוך כדי כך פשוט יותר ויותר מאפשר תקשורת בין-אופטיקה.

(FLT:0)Near שדה תקשורת (NFC)FIRLT:1: מתן תקשורת בטוחה על מרחקים ס"מ, NFC מאפשר תשלום ללא מגע, בקרת גישה, חיבור וקריאה תג. טווח הקצר ביותר של NFC מספק אבטחה מוטה נגד פיגור מרחוק תוך מתן אינטראקציה אינטואיטיבית באמצעות קרבה.

(FLT:0)Wi-Fi (802.11)FLT:1: תקן Wi-Fi מספק שיעורי נתונים גבוהים וממנף תשתיות קיימות אך צורכת משמעותית יותר כוח מאשר פרוטוקולים מיוחדים של IoT:2Wi-Fi יישומים הדורשים רוחב פס גבוה של IoTFLT 3 - הזרמת וידאו, עדכוני קושחה, חיישנים רגישים נתונים - או היכן שכוח מתמשך זמין.

רשת רחבת-שטח

(FLT:0) תקשורת לטווח ארוך (FLT:1) מאפשר למכשירים להתחבר ישירות לתשתיות אינטרנט או רשתות פרטיות לאורך קילומטרים:

(FLT:0) טכנולוגיות טכנולוגיות עתירות (FLT:1): תאים מסורתיים (2G / 3G /G/5G) מספק כיסוי ubiquitous, אמינות גבוהה, רוחב פס משמעותי, אך דורש מנויים סלולריים וצריכה כוח משמעותי.

(FLT:0)Low-Power Wide-area Networks (LPWAN)FLT:1: טכנולוגיות כמו LoRaWAN ו- Sigfox מספקות תקשורת לטווח ארוך (10-40 ק"מ באזורים כפריים, כמה קילומטרים בערים) עם צריכת חשמל מינימלית.FLT:2 LoRaWAN מאפשר חיי סוללה נמדדים בשנים עשר: 3, תוך שמירה על תקשורת לעשרות אלפי מכשירים מקצועיים.

(FLT:0Satellite IoTearFLT:1): קבוצות לוויין מתפתחות במיוחד לקישוריות IoT, מתן כיסוי עולמי כולל אוקיינוסים ואזורים מרוחקים שבהם רשתות ארציות אינן זמינות. יישומים כוללים מעקב נכסים, ניטור ימי, חישה סביבתית מרחוק וניהול חקלאי באזורים שמעבר לכיסוי סלולרי.

בחירת קריטריונים

(ב) ,0) בחירה של קישוריות מתאימה ל- 1FLT דורש ניתוח גורמים מרובים:

(FLT:0) דרישות ראנג'ר (Ralisual דרישות) 1: כמה רחוק צריך נתונים נסיעה מהמכשיר לתשתיות? ממטרס מציעים פרוטוקולים לטווח קצר, קילומטרים מצביעים על צרכים רחבים, כיסוי עולמי עשוי לדרוש לוויין.

(FLT:0Data Volume and LatancyFLT:1): כמה נתונים יש להעביר כמה פעמים? שליטה בזמן אמת דורשת שקיפות נמוכה, בעוד ניטור תקופתי סובל עיכובים משמעותיים.

(FLT:0) Power BudgetveFLT:1; מכשירים המופעלים על ידי סוללה מעדיפים BLE או LPWAN, בעוד מכשירים מופעלים על ידי ראשי התיבות יכולים להשתמש ב-Wi-Fi או סלולרי ללא מגבלות כוח המשפיעות באופן משמעותי על עיצוב.

(FLT:0) ,Infrastructuredationsתלויים ב- 1:1: האם סביבת פריסת מטרות מספקת Wi-Fi, כיסוי סלולרי או חייב מכשירים ליצור רשת משל עצמם?

(ב) [ה]התערות: [ה] [ה]: [ה] [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה], [ה]]]], [ההההתמ"ל], [ה], [התקבלות], והוצאות ההתקנה, כל הגורמים להוצאות המערכת הכוללות.

דרישות סודיות (FLT:0) דרישות סודיות (סעיף 1): פרוטוקולים שונים מספקים יכולות אבטחה שונות. יישומים הדורשים הצפנה חזקה ואימות צריכים לבחור פרוטוקולים המציעים תכונות אבטחה חזקות.

טכנולוגיית חיישן: הקרן למודיעין של IoT

(FLT:0ensors להפוך את העולם הפיזי ל-DataBuildFLT:1), המאפשרים מערכות IoT לפקח על סביבות, לזהות אירועים, למדוד תנאים, ולהגיב בצורה נאותה לאבולוציה יוצאת דופן של טכנולוגיית החיישן - גודל מופחת באופן קיצוני ועלויות תוך הגדלת יכולת ודיוק - היה בסיסי לצמיחת חומרי נפץ של IoT.

סוגי חיישנים ויישומים

(FLT:0)Modern IoT מערכות פריסות סוגים שונים של חיישן מספר 1) על פני אינספור יישומים:

(FLT:0) חיישןי חירום מזג אוויר לפקח על פרמטרים סביבתיים.: טמפרטורה, לחות, לחץ, איכות אוויר, עוצמת אור, קרינה אולטרה סגולה, וחיישנים מצב מזג אוויר לפקח על פרמטרים סביבתיים.יישומים להאריך מבנים חכמים סיבולת ויעילות, ניטור חקלאי ניהול הקפדה ותנאים גדלים, תחנות מזג אוויר לספק חיזוי מקומי, והתאמה סביבתית מעקב אחר מטעני מעקב.

(FLT:0Motion and Position Sensors) 1OVA: Accelerometers מדידת האצה,gyroscopes לזהות סיבוב, מגנטים חישה שדות מגנטיים, ומודולים GPS לקבוע מיקום מאפשר מעקב תנועה, נטייה חישה, ניווט, הכרה, ניטור וזיהוי של חיישנים ממריצים.

(FLT:0)Proximity ו- Distance SensorsFIRLT:1) : אולטרה סגול, אינפרא אדום, קיבולי, ו-Time-of-טיס לזהות נוכחות ומרחק. יישומים כוללים דיקור עבור בקרת תאורה, זיהוי חלל חניה, מניעת התנגשות רובוטיקה, ניטור ברמת נוזלי, ואנשים ספירת.

(FLT:0Chemical and Gas Sensors) ; Detecting כימיקלים, גזים או איכות אוויר מאפשרת ניטור בטיחות, הגנה סביבתית, בקרת תהליכים תעשייתיים ויישומים רפואיים. חיישנים דו-חמצני לפקח על איכות האוויר הפנימית, גלאי פחמן חד-חמצני מספקים אזהרות, חיישני תרכובת אורגניים מורכבים תנודתיים לזהות זיהום אוויר, וחיישנים מיוחדים למדוד כימיקלים תעשייתיים ספציפיים.

(FLT:0) חיישנים של ביומטרי ובריאות חיישןsFLT:1: צגים בקצב הלב, חיישני חמצן בדם, אלקטרודות אלקטרוגרגרמה, צגים גלוקוז, חיישנים, ועוקבים בתנועה מאפשרים ניטור בריאותי לב, אבחון רפואי, מעקב כושר ויישומים טלאיים.

(FLT:0) חיישנים ויזואליים ואימגיימים חיישנים 1: : מצלמות, חיישנים אינפרא אדום, לידר וחיישנים ספקטרליים ללכוד מידע חזותי המאפשר מעקב, בדיקה איכותית, הכרה, מציאות מוגברת וניווט אוטונומי.

(FLT:0) חיישנים אקוסטיים חיישן ®Acoustic Sensors FLT:1: מיקרופונים וחיישנים אקוסטיים מיוחדים מאפשרים שליטה קולית, ניטור ברמת הקול, תחזוקה חיזוי באמצעות חתימה אקוסטית, ו ניטור רעש סביבתי.

אתגר אינטגרציה

(FLT:0) שיפור חיישנים רבים בתוך מכשירים קומפקטיים של IoT, מציג מספר אתגרים טכניים:

(FLT:0) תנאי המחייה של ההרחבה:1: פלטי חיישן Raw דורשים לעתים קרובות הדגימה, סינון, המרה אנלוגית-למדתית, לינאריזציה או פיצוי טמפרטורה לפני עיבוד שימושי.

(FLT:0Calibration and AccuracyFIRLT:1) : חיישנים מציגים וריאציות בין יחידות, סחף לאורך זמן, רגישות לתנאים סביבתיים.מערכות IoT יעילות ליישם הליכי קיליברציה, לפצות על מקורות שגיאה ידועים, ובאופן זמני לאמת דיוק.

(FLT:0)SensorfusionFLT:1: שילוב נתונים מחיישנים מרובים לעתים קרובות מספק תוצאות מדויקות יותר, אמינות מאשר חיישנים בודדים בלבד.FLT:2 אלגוריתמים של היתוך נתונים היתוך 3 משלב מידע חיישן משלים - שילוב GPS עם חיישנים לא חוקיים עבור ניווט, שילוב חיישנים באיכות האוויר מרובים למדידה מדויקת של זיהום, או שימוש במצלמות אינפרא אדום עבור גילוי אובייקטיבי.

(FLT:0) Power ManagementveFLT:1; חיישנים משתנים באופן דרמטי בצריכת חשמל.אופטימיזציה של כוח המערכת הכוללת דורש ניהול חיישן זהיר - תוך רכיבה על אופניים גבוהה חיישנים, באמצעות חיישנים בעוצמה נמוכה למעקב מתמשך עם חיישנים בעוצמה גבוהה מופעל רק כאשר צורך, וליישם אסטרטגיות התעוררות חכמות מקטנות מצמצם מדידות מיותרות.

(FLT:0) אלקטרו-אימפריאליזם InterferenceofFLT:1: אלקטרוניקה ארוזה באופן חד-משמעי יכול ליצור הפרעה אלקטרומגנטית המשפיעה על חיישני אנלוגי רגישים. פריסת PCB, הגנה, סינון, וצמצום ההפרעות תוך שמירה על גורמי צורה קומפקטיים.

המונחים: processing Intelligence at the Device Level

(FLT:0) מחשוב מחשוב מייצג שינוי ארכיטקטוני יסודי של מערכות IoT, העברת עיבוד נתונים ואינטליגנציה של שרתי ענן מרכזיים למכשירים עצמם או שערי קצה מקומיים.אדריכלות זו מספקת יתרונות רבים תוך הצגת דרישות חומרה חדשות ואתגרי עיצוב.

The Rationale for Edge

(ב) ⁇ :0 ⁇ חישוב לחוד החנית של ה-FLT:1) מתייחס למספר מגבלות קריטיות של ארכיטקטורות ממוקדות ענן:

(FLT:0) ,Reduced LatencyFLT:1: עיבוד מקומי מבטל זמן עגול, המאפשר תגובה בזמן אמת או ליד-מציאותי חיוני עבור כלי רכב אוטונומיים, בקרה תעשייתית, ניטור רפואי ויישומים אינטראקטיביים.FLT:2MilliII-Levalph 3 הופך להיות אמין כאשר עיבוד מתרחש באופן מקומי במקום צורך העברת נתונים לשרתים מרוחקים.

(FLT:0)Bandwidth השימור של שימור: העברת נתוני חיישן גולמי באופן קבוע לענן צורכת רוחב פס עצום וכוח. Edge עיבוד מנתח נתונים באופן מקומי, משדר רק תובנות רלוונטיות, אנומליות, או מסכם מידע.מצלמה המבצעת גילוי אובייקטים מקומי עשויה לשדר אירועים במקום זרמי וידאו רצופים, צמצום רוחב פס באמצעות פקודות גודל.

(FLT:0)Enhanced PrivacyFLT:1: נתונים רגישים - מידע רפואי, קטעי מעקב, דפוסים אישיים - ניתן לעבד באופן מקומי מבלי להעביר לשרתים חיצוניים.

(FLT:0) שיפור ReliabilityFLT:1: עיבוד Edge מאפשר הפעלה במהלך הפסקות רשת או קישוריות לסירוגין. פונקציות קריטיות להמשיך לפעול באופן עצמאי, להחדיר נתונים חשובים לשידור מאוחר יותר כאשר קישוריות משחזרת. חוסן זה מוכיח חיוני עבור פריסות מרחוק, יישומים ניידים ומערכות קריטיות של משימות.

(FLT:0) ניכוי ReductionveFLT:1: מחשוב ענן ועברת נתונים עולים בעלויות מתמשך מצטברות מצטברות על פני אלפי מכשירים. Edge עיבוד מפחית הן עלויות חישוביות והן רוחב פס, עלולות להפוך את הכלכלה התפעולית לפריסות בקנה מידה גדול.

דרישות קשיחות ל- Edge Computing

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(FLT:0)Enhanced Process PowerFLT:1hil: מחשוב צוק דורש מעבדים או מעבדי יישומים חזקים יותר באופן משמעותי ממיקרובקרים מספיק עבור חישה פשוטה.FLT:232 מעבדים במעבדים של MIRFLT 3 או מעבדי יישומים הפועלים במהירויות של ג'יגההרץ, המאפשרים ביצוע אלגוריתמים מורכבים, למידה, או ביצוע עיבוד וידאו בזמן אמת.

(FLT:0) אלגוריתמי זיכרון סגולה:1: אלגוריתמים צוק דורשים זיכרון משמעותי יותר מאשר קושחה פשוטה - מאגביס או אפילו ג'יגהביטים של RAM עבור זיכרון עבודה, אחסון פלאש עבור אלגוריתמים, מודלים, וספקת זיכרון חייבת לאזן את היכולת נגד עלות וצריכת חשמל.

(FLT:0) Acceleration AccelerationFLT:1: מאיצים מיוחדים משפרים באופן דרמטי את היעילות של משימות ספציפיות. מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) מאיצים אלגוריתמי עיבוד אותות, יחידות עיבוד גרפיקה (GPUs) במקביל לפעילות מתמטית, ויותר, יחידות עיבוד עצביות (NPUs) או אלגוריתמי עיבוד (TPUs) אופטימיזציה של למידה ב-F2ware:

(FLT:0)Expanded InterfacesFLT:1: מכשירים Edge דורשים לעתים קרובות ממשקים עשירים יותר - קלטי חיישן רב, בקרה הפעלה, פלטי תצוגה, יכולות אודיו - תמיכה פונקציונליות מורכבת יותר מאשר צמת חיישן בסיסי.

Machine Learning at the Edge

(FLT:0) על-ידי מכונת למידה למידה למידה של מכונה 1R) מייצג יישום מחשוב קצה משתנה במיוחד, המאפשר למכשירים IoT לזהות דפוסים, לסווג נתונים של חיישן, לחזות תוצאות ולקבל החלטות חכמות ללא קישוריות בענן:

(FLT:0) אופטימיזציה של מכשירים מאומנים של ConsilitureFLT:1; מודלים של למידת מכונה מאומנים ענן בדרך כלל להוכיח גדול מדי ודורשים חישובי חומרה מ-IoT ממונעת:2 טכניקות אופטימיזציהModel 303FLT 3 - quantization (הפחתת דיוק מספרי), פיזור (removing פרמטרים מיותרים), דיפולציה (משימתם של מודלים קטנים יותר ושמירה על דיוק).

(FLT:0) ML FrameworksFLT:1: TensorFlow Lite, PyTorch Mobile ומסגרות מיוחדות המיועדות עבור מערכות משובצות מאפשרות פריסת מודלים של למידת מכונה על מיקרובקרים ומעבדים בעלי כוח נמוך. מסגרות אלה אופטימיזציה בכפוף במיוחד לסביבות מוגבלות.

(FLT:0)Applicationהמחשה ל-FLT:1: Edge ML מאפשר זיהוי אנומלי בציוד תעשייתי זיהוי צרכי תחזוקה, זיהוי מילות מפתח אודיו פועל עוזרי קול, זיהוי אובייקטים חזותיים במצלמות אבטחה, תחזוקה חיזוי בכלי רכב, ו ניטור בריאות מותאמים אישית זיהוי דפוסים לא נורמליים.

אבטחת מידע: הגנה על מכשירים מחוברים והנתונים

(FLT:0 מיליארדים של מכשירי IoT להתחבר לרשתות, האבטחה הופכת ל-PresheralFLT:1 ; מכשירים דיגיטליים מבוזרים יכולים להדליף נתונים רגישים, לאפשר גישה בלתי מורשית לרשתות, להשתתף בהתקפות של הכחשת שירות מבוזרת, או לגרום נזק פיזי אם שליטה על תשתיות קריטיות או מכשירים רפואיים.

איומים ביטחוניים מול מכשירי IoT

הבנת איומים מודיעה על אמצעי אבטחה מתאימים:

(ב) [ה]הההתמרון: [ה]: גישה פיזית למכשירים מאפשרת לתוקפים לחלץ קושחה, לקרוא אישורים מאוחסנים, לשנות תוכנה, או להתקין קוד זדוני:2Tamper-resistant designsFLT 3, להפוך התקפות פיזיות ליותר קשות וגלוותנות.

(FLT:0) נתונים אינטרצ'רטוטFLT:1: ניתן להטמיע תקשורת אלחוטית על ידי תוקפים סמוכים. Unencrypted Data שידור חושף מידע רגיש, סיסמאות או פקודות בקרה.

(ב) [ה]הההתמדה של ה-FLT: [המתקפה] עלולה לפרוס מכשירים סורקים המאחדים חיישנים לגיטימיים, תוך הפצת נתונים כוזבים או פקודות במערכות IoT.

(FLT:0)Firmware ExploitationFIRLT:1: פרצות תוכנה בקושחה של המכשיר מאפשרות ניצול מרחוק, פוטנציאל לתת לתוקפים שליטה מלאה.

(FLT:0) פיגועי Channel ResFIRLT:1; התקפות סופיסטיות מנתחות צריכת חשמל, פליטות אלקטרומגנטיות או וריאציות תזמון כדי לחלץ מפתחות קריפטוגרפיים או מידע רגיש אחר למרות יישום תוכנה תקין.

מדדי אבטחה מבוססי חומרה

(ב) ,0) אבטחת IoT קולקטיבית מעסיקה הגנה מעומקת: 1:1 החל מקרנות חומרה:

(FLT:0) Secure BootigtureFLT:1: אימות קושחה חתום Cryptographically במהלך האתחול מונע ביצוע תוכנה לא מורשית או שונה.תהליך ה-חול מאמת כל חתימה של רכיב תוכנה לפני ביצוע, יצירת שרשרת של אמון חומרה באמצעות קושחה ועד תוכנת יישום.

(FLT:0)Hardware Crypto EnginesFLT:1: מאיצים קריפטוגרפיים ייעודיים ליישם ביעילות הצפנה, פענוח, חיתול ואלגוריתמים אימות. Beyond Performance, יישומי חומרה מספקים הגנה טובה יותר מפני התקפות ערוץ צד מאשר יישום תוכנה.

(FLT:0) סודיות אחסון KeyBuild StorageFLT:1: מפתחות קריפטוגרפיים המאוחסנים בזיכרון סטנדרטי נותרו פגיעים למיצוי.FLT:2 יסודות אבטחה - רכיבים חומרה ממושמעים עם אחסון מפתח tamper-resistant StorageFLT 3FLT - הגנה על מקשי הצפנה גם אם התוקפים יקבלו גישה פיזית. Options כוללים שבבים מאובטחים, תכונות מיקרו-בקר מאובטחות, או אמין (MTP).

(FLT:0) פיזיולוגית Tamperenti DetectionFLT:1: חיישנים מזהים ניסיונות חדירה פיזיים - פתח, חדירה קרום, חריגות טמפרטורה - תגובות הגנה חמורות כמו מחיקת נתונים רגישים או חיישנים מתפוררים.

(FLT:0) Hardware-Enforced IsolationFLT:1: תכונות כמו ARM TrustZone ליצור סביבות ביצוע מאובטחות חומרה בתוך מעבדים, הגנה על קוד ביקורת אבטחה ונתונים מתוכנות יישומים שעלולות לפשרות.

(FLT:0) העדכונים של Officeware Firmware Updates: Over-the-air (טא) עדכוני קושחה מאפשרים הזנות לניתוק לאורך כל ימי החיים של המכשיר, אך יש להבטיח מנגנונים בעצמם:2Cryptographicallyחת עדכונים FLT 3 למנוע התקנת קושחה זדונית, תוך שמירה על מנעולים לגרסאות פגיעות קודמות.

ניהול תכנון אבטחה-Aware

(FLT:0)מעבר לתכונות אבטחה ספציפיות של ההרחבה: 1), כללי עיצוב משפרים את האבטחה הכוללת:

(FLT:0) תקיפת פני השטח של LT:1: דיסבול תכונות מיותרות, שירותים, וממשקים מפחיתים נקודות כניסה פוטנציאליות להתקפות.מדיניות אבטחה Default-deny מאפשרת רק פונקציונליות נדרשת במפורש.

(FLT:0) ,Defense in DepthFLT:1: אמצעי אבטחה מרובים חופפים להבטיח כי שום פגיעה אחת פוגעת במערכות שלמות.שכב אבטחה מגבירה את הקושי ואת העלות עבור התוקפים תוך מתן הזדמנויות מרובות לאיתור התקפות.

(FLT:0) סודיות על ידי עיצובFLT:1: בהתחשב בביטחון מהעיצוב הראשוני ולא להוסיף אותו לאחר מכן מייצרת פתרונות חזקים יותר.שיקולי אבטחה מוקדמים משפיעים על אדריכלות, בחירת הרכיב והחלטות עיצוב.

(FLT:0) ביקורת אבטחה regular Security AuditsFLT:1: הערכות אבטחה תקופתיות, בדיקות חדירה וסריקה של פגיעות לזהות חולשות לפני שתוקפים מנצלים אותם, ומאפשרים החלמה פעילה.

קיימות ושיקולים סביבתיים ב-IoT Hardware

(FLT:0) הפצת מכשירי IoT – התאפשרה ליותר מ-30 מיליארד עד 2030 – מעוררים חששות סביבתיים משמעותיים FLT:1 . . בזבז אלקטרוני, צריכת אנרגיה, מחיקת משאבים וייצור השפעה סביבתית דורשות תשומת לב לקיימות לאורך כל עיצוב חומרה של IoT.

אתגרים סביבתיים

(ב) ,0) טביעת הרגל הסביבתית של ה-IoT (FLT) כוללת מספר רב של ממדים:

(FLT:0) עיצובים חשמליים שפכים 1:1: מכשירים קצרים של מכשירים, תיקונים קשים, עיצובים שאינם ניתנים למחזור תורמים להגדלת בעיות אלקטרוניות.הרבה מכשירים מכילים חומרים מסוכנים הדורשים סילוק נאות.

(FLT:0) ,Energy ConventtureFLT:1: בעוד מכשירים בודדים של IoT לצרוך מעט כוח, מיליארדי מכשירים מייצגים באופן קולקטיבי ביקוש אנרגיה משמעותי.

(FLT:0) Resource Deplementtion FLT:1: ייצור אלקטרוניקה דורש אלמנטים נדירים של אדמה, מתכות יקרות ומשאבים סופיים אחרים.

(FLT:0) ייצור השפעות השפעה (FLT:1): ייצור Semiconductor, ייצור PCB וייצור רכיב לייצר זיהום, לצרוך מים, ודורש אנרגיה משמעותית.

אסטרטגיות עיצוב בר קיימא

(FLT:0) עיצוב חומרה של IoT מודע באופן מודע, IoT, שלב 1 (IQ) משתמש באסטרטגיות מרובות הפחתת ההשפעה הסביבתית:

(FLT:0)עיצוב עבור LongevityFLT:1: עיצובים Robust, רכיבי איכות ותמיכה עדכוני קושחה מרחיבים את תוחלת החיים התפעולית של המכשיר, צמצום תדירות ההחלפה ופסולת קשורה:2 מעצבים עבור תוחלת חיים של 10 שנים תוחלת החיים של 10 שנים, ולא 2-3 שנים מפחית באופן דרמטי את ההשפעה הסביבתית ליחידת הפונקציונליות נמסרה.

(FLT:0)Modular ArchitecturesFLT:1: עיצובים מודולריים מאפשרים החלפת רכיבים כושלים או מיושנים במקום מחיקת מכשירים שלמים.מודולים סטנדרטיים להקל על תיקונים ושדרוגים, הרחבת תוחלת החיים של המוצר תוך צמצום הפסולת.

(FLT:0) עיצוב עבור disassembly ו RecyclingigtureFLT ( 1:1: Facilitating disassembly מאפשר לשחזר חומרים יקרי ערך וסילוק הולם של רכיבים מסוכנים.שימוש בחומרים הניתנים למחזור, צמצום הדבקות, מתן תיעוד שלא משוחד, וסימון סוגים חומריים משפרים את יכולת המחזור.

(ב) [13]:0 (Energy EfficiencyFLT: 1) אופטימיזציה של צריכת חשמל מפחיתה את צריכת האנרגיה התפעולית ומרחיבת את חיי הסוללה, צמצום תדירות החלפת סוללות והשפעה סביבתית הקשורה.

(FLT:0) חומרים בלתי אפשריים חומרים מפלט:1: בחירת חומרים ממוחזרים, משאבים מתחדשים, חלופות לא-הזאריות להפחית את טביעת הרגל הסביבתית.

(FLT:0) ייצור אחראי ייצור 1: שיתוף פעולה עם יצרנים ליישם מערכות ניהול סביבתי, באמצעות אנרגיה מתחדשת, צמצום כימיקלים מסוכנים, וטיפול נכון בבזבוז מפחית את ההשפעה הסביבתית של הייצור.

(FLT:0)חומרי ניהול (FLT) 1: ייצור סוללות וסילוק לשאת עלויות סביבתיות משמעותיות.אופטימיזציה של חיי סוללה, שימוש בסוללות חדות ולא סוללות ראשוניות, המאפשרות החלפת סוללות, ומימוש תוכניות מיחזור מצמצם את ההשפעה הסביבתית.

מגמות עתידיות שעושות שימוש ב-IoT Hardware Design

(ב) עיצוב חומרה של IoT ממשיך להתפתח במהירות 1FLT:1, עם כמה מגמות טרנספורמטיביות המכוונים לעצב מחדש את השדה:

שילוב Semiconductor

(FLT:0 System-on-chipאינטגרציה: אינטגרציה של 1FLT) משלבת בהדרגה פונקציונליות רבה יותר שבבים בודדים - מעבדים, זיכרון, תקשורת אלחוטית, ממשקי חיישן, תכונות אבטחה, ניהול חשמל, ומאצים מיוחדים.

אדריכלות מבוססת Chiplet, המשלבת התמחויות מת בחבילות בודדות, מאפשרת שילוב טכנולוגיות ייצור מתאים באופן מיטבי לפונקציות שונות תוך השגת הטבות שילוב. טכניקות שילוב heterogeneous אינטגרציה כמו מחסנית 3D ואריזות ברמה מאווררת ליצור מודולים אולטרה-שותפים המשלבים חיישנים, עיבוד, זיכרון וקישוריות.

5G ומעבר

(FLT:05G קישוריותFLT:1) מביא יכולות משופרות המשפיעות ישירות על יישומי IoT - באופן דרמטי על שיעור הנתונים המוגברת המאפשר יישומים רגישים וידאו, תקשורת מסוג מכונות מסיבי (mTC) תומכת במגוון עצום של ניתנות מכשירים, תקשורת נמוכה יחסית (URC) המאפשרת שליטה בזמן אמת, וחיבור לרשת המאפשר קישוריות מותאמים לדרישות שונות.

מעבר ל-5G, מחקר 6G מתפתח חוקר תקשורת טרה-הרץ, שילוב רשתות ארציות ולוויינים, בינה מלאכותית ותקשורת הולוגרפית.FLT:0 רשתות הדור הבא הללו, ינשום יישומים דיגיטליים כיום לא מעשיים בשל מגבלות קישוריות.

שילוב בינה מלאכותית

(FLT:0) על-דייט AIFLT:1 יהפוך מתוחכם יותר ויותר כמו יחידות עיבוד עצביות מיוחדות, אלגוריתמים יעילים יותר וכלים לפיתוח טוב יותר מכשירים עתידיים של IoT יבצעו משימות תפיסה מורכבות - שפה טבעית, הבנה של אובייקטים ופעילויות, חיזוי כשלים בציוד, הסתגלות התנהגויות משתמשים - באופן מקומי ללא קישוריות בענן.

למידה מפולגת מאפשרת הכשרה מודלים שיתופית על פני מכשירים מבוזרים ללא ריכוז נתונים, שיפור הפרטיות תוך מינוף ניסיון קולקטיבי. מחשוב נוירומורפי, חיקוי יעילות רשתות עצביות ביולוגיות, מבטיח הזמנות של שיפור גודל ביעילות אנרגיה עבור עומסי עבודה של AI.

אלקטרוניקה גמישה ומדפסת

(FLT:0) אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה אלקטרוניקה 1 מיוצר באמצעות תהליכי הדפסה ולא ליתוגרפיה המסורתית מאפשרת גורמי טופס חדש לחלוטין של IoT - רגישים מוטבעים בדים או בגדים, עור אלקטרוני המספק רגישות מגע עבור רובוטים, מצב ניטור אריזה חכם, חיישנים חד פעמיים עבור יישומים לשימוש יחיד, ואלקטרוניקה תואם משטחים מעוקלים.

טכנולוגיות אלה מבטיחות עלויות ייצור נמוכות באופן דרמטי עבור מעגלים פשוטים תוך מתן אפשרות ליישומים בלתי אפשריים עם PCB קשיח.עם זאת, מגבלות ביצועים מגבילות כיום אלקטרוניקה גמישה ליישומים פחות תובעניים.

פתרונות אנרגיה מתקדמים

(FLT:0) טכנולוגיות אנרגיה של הדור הבא של הדור הבא של אנרגיה מתחדשת 1 יפתרו מגבלות כוח המגבילות יישומים רבים של IoT:

סוללות מוצקות המדינה לספק צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, בטיחות טובה יותר, תוחלת חיים ארוכה יותר, וטמפרטורות תפעול רחב יותר טווח מאשר טכנולוגיית ליתיום הנוכחית. תאי מיקרו-דלק להמיר אנרגיה כימית ישירות לחשמל עם צפיפות אנרגיה גבוהה.טכניקות מתקדמות לכידת אנרגיה יעילה יותר מתנועה, ⁇ תרמי, גלי רדיו, או תהליכים ביוכימיים.

טכנולוגיות העברת חשמל אלחוטיות מאפשרות טעינה של מכשירים ללא קשרים פיזיים - הפיכה מפתה עבור יישומים לטווח קצר, הפיכה חוזרת לטווח בינוני, ובסופו של דבר כוח RF מסתכם למרחקים ארוכים יותר.FLT:0Wireless טעינה תשתיות (FLT:1) יכול לחסל סוללות עבור יישומים רבים של IoT.

חיישן קוונטי

(FLT:0)Quantum sensing טכנולוגיות sensing:1 ; נצל תופעות קוונטיות כדי להשיג רגישות ודיוק חסר תקדים . חיישנים קוונטיים יכולים לזהות שדות מגנטיים דקים, למדוד זמן עם דיוק אטומי, תמונה באמצעות obscurants, ולזהות וריאציות כבידהיות. בעוד כיום יקר ודורש ציוד תמיכה מתוחכם, FLT:2miniaturized חיישנים קוונטיים 3 , יאפשר בסופו של דבר יישומים רפואיים קיצוניים, ללא מדידה, תוך כדי זיהוי משאבים בסיסיים, וגילויים, ללא מדדי משקל, וגילויים, ללא חומרים מדויקים, וגילויים, וגילויים, ללא , ללא מדדי GPS.

אלקטרוניקה

(FLT:0) BioelectronicsFLT:1 למערכות אלקטרוניות ישירות עם רקמות ביולוגיות מאפשרות שתלים רפואיים, ממשקי מחשב במוח, אסתטיקה מתוחכמת, חומרים ביולוגיים שאינם עולים בקנה מידה, גורמי צורה גמישים המתאימים לתכונות רקמות, ומבצע אולטרה-עוצמה מאפשר השתלת לטווח ארוך.

אינטליגנציה שאפתנית ומחשוב אמין

סביבות עתידיות ישלבו את טכנולוגיית IoT באופן נרחב ולא כמכשירים דיסקרטיים – אמברול:0ambient Intelligence מוטבעת בבניינים, רהיטים, בגדים, כלי רכב, תשתיות ותשתית FLT:1 . פרדיגמה מחשוב כל כך אורוויאלית דורשת חומרה זעירה, זולה ויעילה שהופכת לבלתי נראית בעוד שנותרה פונקציונלית.

יישום הטוב ביותר עבור IoT Hardware Design

(ב) ,0) עיצוב חומרה של חומרת IoT (IoT) דורש שיטות מוכחות תוך הימנעות ממכשולים משותפים:

דרישות ואדריכלות מערכת

(ב) ,0) דרישות קליר (FLT:1) יוצרות את הבסיס לתכנון מוצלח:

דרישות יישום ברורות - מה צריך את אמצעי המכשיר או שליטה, באיזו תדירות, באיזו דיוק?איזה תנאים סביבתיים יש לעמוד?מהם גודל, עלות ומגבלות כוח?

ארכיטקטורת מערכת Define מוקדם - עיבוד קצה יתרחש על מכשירים או שערים?מה טכנולוגיות תקשורת משרתות את הדרישות הטובות ביותר?כיצד מכשירים יופעלו? החלטות אדריכליות מוקדמות מדריך בחירת רכיב ועיצוב מפורט.

פשטות ושיקום

(ב) ,0) ,7 ,7) ,"התחילה" (בתרגום חופשי: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ערכות פיתוח וועדת הערכה מאיצים את ההסתברות הראשונית, ומאפשרים פיתוח קושחה ובדיקות אלגוריתמיות לפני החומרה המקובלת קיימת.

עיצוב אינטגרטיבי - הסתברות, בדיקות, מימון מחדש, חוזר - משפר באופן פרוגרסיבי עיצובים תוך ניהול סיכונים.תוכנית מספר רב של מסלולים במקום לצפות עיצובים ראשונים כדי לענות על כל הדרישות.

בדיקת רובוסט ואימות

(ב) ,0) בדיקות קשות (FLT) 1 מבטיח כי מכשירים מבצעים באופן אמין בתנאים של עולם אמת:

בדיקות סביבתיות מאמתות את פעולתן של טווחי טמפרטורה, רמות לחות, רטט, הלם, ומכשירים סביבתיים אחרים יפגשו.FLT:0 (insufficient Environmental TestingveFLT:1) גורם לכשלי שדה בתנאים שונים מסביבות מעבדה שפירות.

בדיקות תאימות אלקטרומגנטית (EMC) מבטיחות כי מכשירים אינם מייצרים הפרעה אלקטרומגנטית מוגזמת ופועלים כראוי למרות התערבות חיצונית.

בדיקות אמינות לטווח ארוך, בדיקות חיים מואצות ובדיקת מתח לזהות מנגנונים אפשריים לפני ייצור נפח, המאפשר שיפורים עיצוב למנוע כשלים בשטח.

עיצוב לייצור

(FLT:0)ניהול יכולת 1:1 משפיע באופן משמעותי על עלות, איכות, ורמת ייצור:

תכנון לייצור (DFM) הנחיות להבטיח עיצובים ניתן לייצר ביעילות בנפחים הנדרשים.חשבו על זמינות רכיב, מורכבות הרכבה, דרישות הבדיקה והתשואות.

עיצוב למבחן (DFT) משלב תכונות המאפשרות בדיקות ייצור יעילות - נקודות עדות, יכולות מוכחות עצמיות, סריקות גבול וממשקים אבחון.

מסמך וגרסה בקרה

(ב) ,0) תיעוד מקיף של ההרחבה (FLT:1) מבטיח שיפור עיצוב וחיזוק שיתוף פעולה:

תיעוד עיצוב מפורט - סכימטיות, פריסת PCB, הצעת חומרים, רישומים של הרכב, נהלים - מספק מפרט עיצוב מלא.FLT:0;0;Version controlFLT:1 עוקב אחר האבולוציה עיצוב ומאפשר לשחזר כל גרסה ייצור.

תכנון תיעוד רציונלי תופס מדוע נעשו בחירות עיצוב ספציפיות, מה שמאפשר שינויים עתידיים ועוזר לאחרים להבין את כוונת העיצוב.

מסקנה: בניית העתיד המחובר

(FLT:0) עיצוב חומרה יוצר את הבסיס החיוני שעליו העולם המחובר בנוי מ-FLT:1 על ידי שילוב חיישנים תופסים את העולם הפיזי, מעבדים המפרשים מידע, מערכות תקשורת שמשתפות תובנות, וניהול כוח המאפשרים הפעלה מתמשכת, מהנדסים ליצור את המכשירים המניעים חדשנות בכל מגזר של הכלכלה.

החל משיפור הבריאות באמצעות ניטור סבלני מתמשך וייצור סיבולת באמצעות תחזוקה חיזויית, להפוך ערים חכמות יותר באמצעות תשתיות חכמות והגנה על הסביבה באמצעות חישה מקיפה - veFLT:0.0.000 פריצת דרך IoT מתחילה בחומרה שהופכת את קישוריות אפשרית FLT:1 ה תחכום, האמינות ויעילות של חומרת IoT קובעת ישירות את היקף ההשפעה של מערכות מחוברות.

ככל שטכניקות עיצוב מתפתחות - עם מחשוב קצה AI, תקשורת אולטרה-נמוך, חיישנים מתקדמים, אבטחת חומרה ושיטות עיצוב בר-קיימא - האינטרנט של הדברים ימשיך להרחיב את היכולות תוך התייחסות למגבלות הנוכחיות.שילוב של קישוריות 5G, האצת למידת מכונה, קציר אנרגיה ואלקטרוניקה גמישה יאפשרו יישומים בלתי אפשריים או לא מעשיים.

(FLT:0)הצלחה בעיצוב חומרה של IoT מחייבת איזון בין מטרות מתחרותיות מספר 1:1 - פונקציונליות ועלויות, ביצועים וצריכת חשמל, יכולת וגודל, חדשנות ומיומנות. מהנדסים אשר שולטים בהסכמי הסחר הללו תוך שילוב אבטחה, קיימות, והתרחבות עתידיות תיצור את המכשירים המגדירים את העידן הבא של חדשנות טכנולוגית.

העתיד המחובר בנוי כיום, מכשיר IoT מתוכנן בקפידה בזמן.כפי שיכולות החומרה ממשיכות להתקדם ופרקטיקות הטובות ביותר, האינטרנט של הדברים יספק בהדרגה את ההבטחה הטרנספורמציה שלו – יצירת עולם חכם יותר, בטוח יותר, יעיל יותר, וזמין יותר באמצעות מיליארדי מכשירים מחוברים הפועלים בקונצרט כדי לחוש, להבין ולשפר את העולם הפיזי סביבנו.

משאבים נוספים

עבור מהנדסים המבקשים להעמיק את המומחיות שלהם עיצוב חומרה IoT, ה-IoT:0IoT (Hardware BookFIRLT:1Freas) מספק הדרכה טכנית מקיפה בעיצוב מעגלים, בחירת רכיב ושילוב מערכת ספציפית למכשירים מחוברים.

(FLT:0) Embedded.comFLT:103) מציע מאמרים נרחבים, הדרכות ומשאבים טכניים המכסים מערכות משובצות, מיקרובקרים, חיישנים, קישוריות אלחוטית ופיתוח קושחה - כל תחומי הידע החיוניים למהנדסי חומרה של IoT.