摘要

　　雖然某些研究人員起初對互聯網架構用于傳感器網絡持有懷疑的態度，但是拋棄某些組織獨有或非開放標準的解決方案，轉而接受互聯網協議已成為今天嵌入式技術領域的大趨勢。此外，在縱向系統內，傳感器只用于特定應用領域；而在橫向系統內，一個應用可使用多個設備，反之，多個應用可使用同一個設備，為降低成本，縮短上市時間，系統需要從縱向向橫向轉變。智能網關是實現這個長期轉變的關鍵系統組件，因為它可以連接不同的鏈路層技術（e.g. 802.15.4， BT， PLC， etc…），能夠將網絡設備集成至面向服務的架構。我們將以智能能源和醫療保健領域為例介紹實現這個構想的解決方案。

　　雖然某些研究人員起初對互聯網架構用于傳感器網絡持有懷疑的態度，但是拋棄某些組織獨有或非開放標準的解決方案，轉而接受互聯網協議已成為今天嵌入式技術領域的大趨勢。事實上，隨著最近32位微控制器的性能提升和高度優化的協議棧軟件的出現，在智能物體上增加IP連接已經可行。事實上，這些IP協議棧的典型要求很低，運行輕量級操作系統且有8KB可用RAM空間的微控制器即可滿足這些需求。廣泛部署基于IP的智能物體網絡，為越來越多的應用服務，這在幾年前似乎還很難想象，而今天已變得可行。

　　此外，在縱向系統內，傳感器只用于特定應用領域；而在橫向系統內，一個應用可使用多個設備，反之，多個應用可使用同一個設備，為降低成本，縮短上市時間，系統需要從縱向向橫向轉變。按照我們的觀點，系統從縱向向橫向轉變是一個長期過程，實現這個過程需要幾個重要使能技術，互聯網協議是其中之一。互聯網協議可以構建一個統一的網絡架構，使應用服務器無需翻譯協議即可連接設備。此外，通過在最小的設備內部署基于IPv6的架構，可以利用最先進的頂層協議標準化技術。限制性應用協議（CoAP）就是其中一個，按照這個協議可以開發輕量級的嵌入式網絡服務，這些服務可以曝露設備資源（如傳感器），準許來自不同領域的業務邏輯訪問這些資源。從這個意義上講，IPv6協議和智能物體所用的相關頂層技術可幫助系統向橫向轉化。

　　現在我們看一個采用上文提到的開放技術替代專有解決方案的應用領域：新出臺的智能能源規范第2版（SEP 2.0）。該規范規定了一個輸電和用電管理協議，并通過定義新的增值服務，給電力公司和用電戶帶來好處。最新的互聯網協議（IPv6）棧的應用可提高不同廠商及其物理層接口之間的互動性。意法半導體領跑該領域的研發競賽，推動高效節能產品上市。內置802.15.4接口的STM32W微控制器支持SEP 2.0的很多先進功能，例如，預付費服務、負載響應和能源需求管理。這是一款高代碼密度微控制器，片上存儲器容量提高到256KB，基于ARM? Cortex?-M3處理器內核，可用于開發兼容SEP 2.0標準的智能電網應用。

　　從長遠看，醫療保健是另一個很可能走上述路線的應用領域。在這個領域，穿戴式醫療設備在監測病癥和提前診斷方面具有很大的優勢。遠程健康監視系統是由各種設備組成，其中包括傳感器和人體網關。傳感器可監測生命體征參數，例如，心電圖（ECG）、心率、身體活動、血壓和體重等等，在這里就不一一列舉了。人體網關是一個穿戴式設備，用于采集并發送傳感器數據到遠程應用服務器。從連接角度看，傳感器與人體網關通信采用了不同的鏈路層技術，例如，Bluetooth/Bluetooth LE、 IEEE 802.15.4等。6LoWPAN標準適配層使 802.15.4和 Bluetooth LE通信可以使用IPv6 協議。意法半導體為生化相關應用領域提供先進的傳感器和連接解決方案。

　　網關是另一項重要的橫向集成使能技術。作為系統組件，網關位于設備區域網與互聯網之間，承擔兩項重要任務：將不同的鏈路層技術連接在一起，準許網絡設備集成到面向服務的架構（SOA）。關于第一項任務，值得一提的是，目前鏈路層技術市場呈現諸侯分割的局面，不同的應用和法規要求造成各種解決方案并存。至于第二項任務，將不同網絡（人體/個人區域/局域/）內的設備集成到面向服務的架構內有很多好處，例如，通過明確定義的接口，基于互聯網的應用可以使用遠程服務。因此，在分布式應用中的傳感器/執行器控制和數據交換因互聯網服務的使用而變得更容易，網關可整合和補充從多個節點采集的數據。除上面提到的兩項任務外，網關還有其它功能。例如，從數據安全角度看，網關可防止外部攻擊傳感器節點，執行訪問權限控制。此外，網關的高速數據緩存功能還有助于延長傳感器電池的使用壽命。

　　圖1給出了從應用到設備的總體架構。

　　圖1 – 總體系統架構

　　意法半導體為這個低成本高能效網關提供很多元器件，特別是網關的核心系統級芯片和用于與設備區域網互動的各種連接器件。