分析物联网网络组件及其相关挑战
关键的外卖
为物联网拓扑提供基础。
物联网网络组件相互作用分析。
物联网设计领域的持续和紧急关注。
物联网的组成部分包括处理的速度、安全性和精度
物联网(IoT)在功能上可以被描述为感知、网络和应用这三层的融合，每一层都扮演着至关重要的角色。传感器检测并采样可操作的信息，网络促进设备之间的通信并处理大型数据存储，应用程序为用户和系统之间的交互提供接口。网络层特别调用物联网的定义:设备之间的连接是正式隔离的，不能实时自动调整。这种通信源于网络协议设计的组件，这些组件被开发为最适合应用程序的优势和需求。
物联网网络组件需要考虑需要在短时间内以高准确度发送的大量数据。为了实现这一目标，网络需要相互连接的元素能够在预测当前和未来隐私和安全领域的问题的同时稳健地运行。
什么塑造了物联网网络的需求?
物联网已经很好地集成到许多级别的用户电器和工业设备中，但这两个市场对效率的更大趋势将推动采用水平进一步提高。物联网的核心思想是为设备之间的通信提供通信途径，这可以进一步推断为设备用户通知。由于物联网覆盖了广泛的产品和行业，不可能制定一个一刀切的网络解决方案;相反，系统工程师希望平衡最佳性能标准。
在物联网中，最重要的是网络的布局或拓扑结构。网络可以由节点端到端连接的简单道路组成，其中数据只能在两个方向上流动，也可以由具有多条路径的更复杂的安排组成，这些路径支持冗余和最少步骤的路由，同时需要更高的计算能力和资源投资。拓扑结构应该反映特定实现的可靠性需求，系统运行时更强调速度或信号收发的临界性，在其设计中构建交织。网络的确切类型或其中的任何修改将严重依赖于几个核心性能指标。
额外的粒度:深入物联网网络组件
在物联网更基本的层面上，设计集中在三个相互关联的因素上。
文件大小/流
某些物联网系统(例如，计算机视觉)取决于更大的文件和更频繁的实时分析更新。处理这些数据需要更高的边缘计算性能，无论是本地/机载还是服务器端。支持这种物联网配置还需要高吞吐量和传感器的捕获率，这是廉价和低功耗电子产品的另一个障碍，与普通物联网系统相比，由于规模的扩大，成本和低功耗操作通常更受青睐。智能神经网络模型可以适用于物联网设备，将资源密集型任务分配给更复杂的内存和处理器，同时允许在设备级别上执行某种级别的任务。编码器还可以通过在专用处理硬件传输和解码之前系统地减少数据大小来辅助整体性能。
不幸的是，当在多层上执行时，神经网络往往会受到识别的影响，需要注意避免影响收集数据的一致性。最后，一个持续存在的问题是确定和应用能够“读取”数据优先级的算法，因为当前模式通常使用资源密集型函数扫描整个图像，而不是建立一个从最重要到最不重要的层次结构，并按算法向下操作。
传输速率和协议
速度通常与传输数据的大小相对应;更小的、离散的数据包可以更容易地发送和接收。然而，在严重依赖视觉信息的物联网格式中，带宽问题是不可避免的。幸运的是，对网络基础设施(即5G)的投资有助于缓解对网络流量的一些担忧，同时为新的或不发达的物联网应用提供了可能性。优先级是一个重要的元素，在系统中，许多设备同时操作，以确定执行流程图。例如,CAN总线为汽车中独立的微控制器和传感器之间的通信设置协议和冲突解决方案，以提高需要立即注意的信号。在一定程度上进行权衡可以提高时间效率，这是需要以毫秒为单位连续执行决策的系统的必要组成部分。
精度
一个模型的价值取决于它的实证结果。有两个因素需要考虑:数据的质量和评估的质量。对于两者来说，更好的性能通常是以更大的资源使用为代价的，这可能是不可用的或不可行的。高清摄像机和记录仪等数据丰富的传感器可以提供更高的精度，但会危及可扩展性。在不丢失帧的情况下，性能可能会受到影响，从而影响累积数据的准确性。同样，更密集的模型表现得更好，但也需要更好的硬件，以避免阻碍神经网络分析的速度。
不断变化的物联网网络需求
除了性能，物联网系统还负责与之一起运行的个人或实体的高度特定的数据。从历史上看，这些已经降低了重要性物联网系统设计．然而，在一个设备与用户紧密结合的数字时代，妥协的成本增加了，这使得更大程度的沉迷成为可能。
安全
设计人员必须了解外部代理不恰当地访问系统信息的许多最常见的方式。硬件可能包括启用位的安全特性，如呈现为非可执行的可写页面。这需要额外的非标准硬件，这可能会在用于大规模生产的设备中遇到阻力。像随机地址空间布局这样的威慑因素可以最大限度地减少暴力攻击的易感性，但需要额外的内存存储;实施这种风格的防御措施可能会导致每块电路板的成本超过设计团队分配的成本。在物联网生态系统中，保护数据的传统方法似乎已经土崩瓦解，但现有的软件甚至硬件解决方案可以减少漏洞。在整个网络中分布特权可以有效地防止对单点访问的过度依赖。具有讽刺意味的是，这与物联网系统的核心原则完全相反，但设计师可以以这样一种方式进行操作，即首选类别的设备可以访问被视为敏感的数据，而其他交互设备则不能。其次，微控制器通常可以通过权限限制对物理内存读/写位置的访问。最后，基于云的物联网系统可以利用身份验证因素作为数字握手来确保机密性，可能还可以借助运行时生成的加密密码。
隐私
虽然云计算通常是物联网的同义词，因为它能够将计算过程卸载到更强大的硬件上，但一些系统通过专门切换到边缘计算来逆势而行，在边缘计算中，设备位置被设置或限制在一个小区域内。对于正在或将继续与服务器端进行计算交互的物联网系统，有少数紧急应用程序。与身份验证因素一样，数据的加密可以极大地混淆不恰当地访问数据的工作。屏蔽还可以用于在传输之前删除任何潜在的敏感信息，同时仍然保留要发送出去进行处理的有用数据。隐私问题通常落后于安全问题，因为它们往往影响个人用户，而不是行业运营，但不断增长的需求可能会继续影响产品的市场性。
Cadence为物联网硬件提供设计解决方案
物联网网络组件会引发许多不同的(有时是相互抵消的)问题，如网络可访问性、速度、安全性等。就像所有的电子设计一样，没有免费的午餐;设计团队需要密切合作，开发最适合物联网系统应用的网络模型。Cadence通过一套无所不包的工具在硬件端提供支持PCB设计和分析软件可以在原型制作之前快速准确地诊断大量设计或制造问题的工具。此外，请注意OrCAD PCB Designer为一个强大的，但易于使用的ECAD环境，优先考虑设计速度，而不牺牲性能。
领先的电子产品供应商依靠Cadence产品来优化各种市场应用的电源、空间和能源需求。要了解更多我们的创新解决方案，和我们的专家团队谈谈吧或请订阅我们的YouTube频道．