能源自主 实现更可持续的物联网基础设施

　　近年来，一直不乏宣传物联网的推动者。他们都谈到了这项技术的巨大潜力以及其可以为社会带来的诸多好处——更高效的工业流程、解决交通拥堵、通过智能农业提高作物产量、通过数字健康改善患者的生活质量等等。虽然所有这些听起来都是积极的，但不可否认的是，大规模物联网网络的部署所需的时间比许多人预期的要长。

　　这仍然存在一些障碍，一些与所采用的技术有关，另一些则更以后勤为基础。因此，迄今为止主要的实现都是在一个相对较小的规模上。接下来，本文将探讨如何克服这些障碍，从而创建精简、成本效益和可持续的物联网基础设施。

　　目前阻碍物联网应用的因素是什么?

　　物联网实施进展慢于预期的原因有很多。其中最突出的是:

　　需要降低相关的硬件成本。大多数物联网节点需要包含许多不同的组件，这会产生成本影响。通过控制基础设施的前期财务支出，采用物联网技术的意愿肯定会增加。能够推出物联网网络的企业/市政/组织的数量将会随之扩大，从而导致更多的用例得到解决。

　　物联网节点大小。物联网硬件需要大量的组件，这引发了另一个问题。除了可观的材料清单(BoM)成本之外，这还意味着节点可能相当庞大。也排除了它们在必须考虑空间限制的潜在应用中使用的重要比例，如可穿戴在身上或需要安装在紧密外壳中的应用。因此，需要找到压缩节点尺寸的方法，但不能限制这些节点的功能能力或缩短其运行寿命，因为它们没有足够的能量存储可用。

　　减少运营费用。必须认识到，实现物联网网络只是一个开始。在此之后，需要持续努力来维护所有节点的运营。

　　物联网网络将负责处理的电子垃圾水平。这是另一个不容忽视的重要点。正如将看到的，除非采取适当的措施防止这种情况发生，否则物联网网络会对环境产生巨大影响。

　　在开始实施物联网网络之前，组织了解网络将代表的总拥有成本非常重要。应该将上面列出的第一点和第三点结合起来，以准确估计在该网络的预计生命周期内的总成本。只有这样才能评估投资是否合理。

　　电源问题

　　节点的供电方式对物联网网络的总拥有成本有很大影响，影响BoM和随后的运营费用。目前，绝大多数已部署的物联网节点都依赖于锂离子电池作为电源。

　　电池不仅占用了物联网节点的电路板空间，使其无法实现已经概述的更多空间有限的应用，且还有其他缺点。当然，电池的电量会随着时间的推移而耗尽。

　　部署的硬件可以使用的时间段将由其功率预算决定。如果一个物联网节点每天需要进行很多数据传输，或者需要处理大量的处理工作流，那么这个成本就会更高。因此，其电池将持续更短的时间，并且电池将需要尽快更换。

　　如果一个组织的网络由成千上万的节点组成，电池的更换将是持续的，这就需要指派一个专门的维护团队来完成这项任务。这将严重增加网络维护费用。如果物联网节点位于偏远地区，如在石化管道或智能农业设施，，即使不是完全不可用，也会进一步加剧这一问题。在这种情况下，节点将难以到达。

　　环境方面

　　根据联合国的数据，每年大约产生5000万吨电子垃圾，其中只有一小部分(大多数估计为15%到18%)被回收利用。在产生的电子垃圾中，电池占很大比例。尽管其他电池化学物质有充足的回收机会，但锂离子电池的回收活动仍然非常有限。目前被丢弃的锂离子电池数量已经被证明是有问题的，但随着物联网节点变得越来越普遍，每年被丢弃的电池数量将呈指数级增长。

　　大多数行业分析师预测，整个物联网部署将很快构成大量节点。例如，Statista在其最近的报告中表示，到2030年将有290亿个物联网节点在运行。基于此(假设电池寿命为18-24个月)，仅物联网每年就能产生100-150亿个锂电池价值的电子垃圾。

　　另一个应该提到的造成电子垃圾的因素是信用卡大小的运营商剩余的塑料，这些运营商用于蜂窝物联网节点的用户身份模块(SIM)。通过用直接集成的替代卡取代传统的SIM卡，可以避免这种塑料堆积。

　　遵循能量收集策略

　　从成本和环境的角度来看，仅使用锂离子电池为物联网供电显然是不切实际的，而且随着物联网网络规模的增加，这种情况只会变得更糟。这就是为什么能量收集在物联网环境中被证明如此感兴趣的原因。与其消耗电力储存储备，不如从周围环境中持续提取能量。在某些情况下，热梯度或振动将成为能源;在其他情况下，将使用incident。

　　与电池供电的安排不同，利用能量收集技术将大大降低物联网网络成本——无需购买新电池，也无需更换电池。此外，其还具有环保优势，不会通过电池处理产生电子垃圾。

　　到目前为止，物联网环境下的能源收集在一定程度上受到组成组件成本的阻碍。负责监督能量收集过程的电源管理集成电路(PMIC)是问题的核心。这些设备确保为物联网硬件提供最佳电流，并确保有足够的电流流向可充电储备，如超级电容器，以备以后使用。不幸的是，此类PMIC通常需要大量无源组件的支持，通常至少要100个。同样，可用于该硬件的无线模块通常太大且太贵，无法使其采购可行。

　　结论

　　毫无疑问，由于根本的实施问题，物联网基础设施的部署正在放缓。所需组件的数量使得物联网节点过于昂贵，无法解决许多未来的场景。而且，生成的节点大小通常太大，无法发挥作用。通过使用上述平台，可以生产更好优化的物联网节点。这些节点将不依赖电池，具有更低的BoM成本、更小的外形尺寸和更少的环境影响，这些都是实现的关键优势。