能源自主可实现更具可持续性的物联网基础设施

近年来，不乏宣传物联网的代言人。他们谈到了这项技术的巨大潜力以及它可以为我们的社会带来的众多好处——更高效的工业流程、解决交通拥堵问题、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。尽管这一切听起来都是积极的，但不可否认的是，大规模物联网网络的推出所花费的时间比许多人希望的要长。

这里仍然存在一些障碍，一些与所采用的技术有关，另一些则更多地基于逻辑。因此，迄今为止主要见证的实施规模相对较小。下面的文章探讨了可以采取哪些措施来克服这些障碍，以便创建精简、具有成本效益且可持续的物联网基础设施。

目前阻碍物联网采用的因素是什么？

物联网实施进度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。通过抑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/市政当局/组织的数量将随之扩大，从而导致更广泛的用例得到解决。

物联网节点大小。物联网硬件所需的大量组件引发了另一个问题。除了可观的物料清单 (BoM) 成本外，这还意味着节点可能非常庞大。这使得它们无法用于必须考虑空间限制的很大一部分潜在应用（例如，可穿戴或需要装入紧密外壳的应用）。因此，需要找到收缩节点尺寸的方法，但又不会限制这些节点的功能或缩短它们的使用寿命（因为它们没有足够的可用能量存储）。

最大限度地减少运营费用。必须认识到，实施物联网网络仅仅是个开始。在此之后，需要不断的努力来维持所包含的所有节点的运行。

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

在着手实施 IoT 网络之前，组织必须了解网络将代表的总拥有成本。上面列出的第一点和第三点应该结合起来，以准确估计网络预计寿命期间的总成本。只有这样才能评估投资是否合理。

电源问题

节点的供电方式极大地影响了物联网网络的总拥有成本，影响了物料清单和随后的运营费用。目前，绝大多数部署的物联网节点都依赖锂离子电池作为电源。

电池不仅占用物联网节点的电路板空间，使它们无法用于已经概述的空间受限的应用，而且它们还有其他缺点。当然，电池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将由其功率预算决定。如果一个物联网节点每天需要进行大量的数据传输，或者需要处理大量的处理工作流，那么这个值会更高。因此，它的电池将持续更短的时间，并且需要更快地更换电池。

如果一个组织的网络由数万个节点组成，电池更换将是连续不断的，需要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（例如石化管道或智能农业设施），即使不是完全无法工作，它也会进一步恶化。在这种情况下，节点将很难到达。

环境方面

根据联合国数据，每年产生约 5000 万吨电子垃圾，其中只有相对较小的比例（大多数估计为 15% 至 18%）被回收利用。电池占产生的电子垃圾的很大一部分。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，整体物联网部署将很快构成大量节点。例如，Statista 在其关于该主题的最新报告中指出，到 2030 年将有 290 亿个物联网节点在运行。基于此（假设电池寿命估计为 18-24 个月），10-150 亿锂离子电池每年仅物联网就会产生相当于细胞价值的电子垃圾。

另一个值得一提的电子垃圾来源是用于蜂窝物联网节点的用户识别模块 (SIM) 的信用卡大小的载体中残留的塑料。通过用直接集成的替代品替换传统的 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，很明显仅使用锂离子电池为物联网供电是不切实际的，而且随着物联网网络规模的扩大，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具有如此重要的意义。与其拥有耗尽的电力存储储备，不如持续地从周围环境中提取能量。在某些情况下，热梯度或振动将成为能量来源；在其他情况下，将使用事件。

利用能量收集技术，而不是电池供电的安排，将大大降低物联网网络成本——无需购买新电池以及更换电池。它还将具有环保优点，不会通过电池处理产生电子垃圾。

到目前为止，在物联网环境中采用能量收集在一定程度上受到组成部分成本的阻碍。负责监督能量收集过程的电源管理 IC (PMIC) 是问题的核心。这些设备确保为 IoT 硬件提供最佳电流，并确保有足够的电流流向可充电储备（例如超级电容器）以备后用。不幸的是，此类 PMIC 通常需要大量无源元件（通常至少一百个）的支持。同样，可用于此硬件的无线模块通常太大且太贵，无法采购。

结论

毫无疑问，由于基本的实施问题，物联网基础设施的推出正在放缓。所需组件的数量使物联网节点过于昂贵，无法解决许多预期场景。此外，生成的节点大小通常太大而无法发挥作用。通过使用市场上可用的一些平台，可以生产出更好优化的物联网节点。这些节点将不依赖于电池，更低的 BoM 成本、更小的外形尺寸和更小的环境影响都是实现的关键优势。

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