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物联网硬件新产品研发中的4大挑战及解决方案 译文
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层出不穷的物联网(IoT)设备在给企业提代更多选项的同时,也给企业的带来了如何选择适用设备的挑战。因此,企业在选择这些新的设备时,要全面了解它们的设计,以防止在未来的使用过程中造成设备无法正常工作的问题。

  层出不穷的物联网(IoT)设备在给企业提代更多选项的同时,也给企业的带来了如何选择适用设备的挑战。因此,企业在选择这些新的设备时,要全面了解它们的设计,以防止在未来的使用过程中造成设备无法正常工作的问题。以下,是与硬件相关的一些物联网设备的主要问题,以及问题解决的方案。

  一、注意电池的使用寿命

  今天,用户需要对物联网设备拥有更长的使用寿命,尤其是在一些偏远地区部署的设备,工作人员无法轻松的更换电池。此外,患者体内使用的联网医疗设备,如果频繁的更换电池,将会使患者面临更高的并发症风险。

  因此,硬件设计人员应该考虑哪些方面会消耗更多的功率,然后评估它们是否需要对设备进行重新设计,并找到延长电池寿命的方案。

  解决这一物联网设计挑战的一种方法,是使用具有深度睡眠模式且消耗极少电流的集成电路。此外,设计人员可以寻找使用低电池电压的方案,以减少产品内部的电量消耗。当然,设计人员可以通过使用低功率组件并确保零件在不使用时进入休眠模式,以此来实现消耗持续消耗的问题,提供更好的续航能力。

  一个来自于欧盟资助的项目表明,如果工程师不采取措施延长其使用寿命,到 2025 年将有多达 7800 万块物联网电池被丢弃。对该项目发表评论的研究人员认为,通过开发能够自我充电的电池将取得重大进展。然而,就目前而言,他们表示设计人员在规划物联网设备时应尽早优先考虑电池寿命。

  二. 杜绝安全漏洞

  当前,由于安全漏洞影响全球物联网设备的事件时有发生,令人担忧。从硬件角度解决这一物联网设计挑战,需要多管齐下的方法。

  首先,设计人员应考虑使用安全密钥管理,以防止各方访问处于未加密状态的密钥。他们必须以安全生成和存储密钥来设计产品,并探索使用硬件加速加密来保持设备更加安全,同时节省电力。

  其次,目前最佳实践是使用单独的内存域来隔离敏感和非敏感的物联网代码和数据,使用安全内存访问可以保护 RAM 和闪存免受未经授权的访问。当然,硬件设计人员还必须对调试和编程实施保护,使黑客更难使用编程接口和调试器发起攻击。

  最后,硬件设计人员还应该参与或鼓励围绕应用程序进行讨论,以披露产品中新发现的网络安全漏洞。一项研究发现,目前只有 21% 的物联网供应商拥有此类举措。因此,必须让帮助设计人员和其他所有关注物联网安全的人意识这一问题,否则会产生巨大的安全隐患。

  三. 推动更轻、更小的设备

  人们对于越来越小、越来越轻的设备的需求也是物联网设计者者面临的挑战。由于用户对于物联网设备的灵活性要求更高,因此他们对于产品的体积和重量要求也会越来越严苛。

  要设计更小、更轻的设备,一种可能性是查看该设备是否需要使用柔性印刷电路板 (PCB), 而不是刚性印刷电路板。柔性 PCB 的 重量减轻了 95%,并允许在更小的空间中安装更多组件。它们通常也比刚性的PCB更加耐用,并且可以更好地承受恶劣环境中的冲击,从而使它们的整体寿命更长。

  如果物联网设备将与人工智能 (AI) 一起使用,来处理设备上的数据处理,硬件设计人员必须了解这种工作方式也会影响设备的外形尺寸。研究人员最近通过在已经用于数十亿物联网设备的微控制器单元 (MCU) 上运行算法取得的进展发现,采用新的技术将进一步减少运行 AI 算法所需的内存,同时提高性能。

  物联网设备组件制造商还致力于使用更小的 Wi-Fi 模块等,以使其更适合小型化产品。因此,物联网硬件设计人员必须跟上这些发展步伐,并了解更新的选项如何支持他们即将推出的产品。

  四. 投入足够的时间进行测试

  企业给设计人员提代的产品研发时间并不是特别宽裕。即便如此,研发人员也必须留出足够的时间来进行硬件测试,并在获得相应的结果后进行必要的调整。此外,产品制造商还要评估涵盖从机械测试到耐环境性等领域。

  在这个阶段,设计人员将确保连接性、电池寿命和用户友好性等方面来满足他们期望的最低要求。在产品上市之前进行的测试也可以防止与安全相关的问题。例如,模糊测试涉及让物联网设备接收随机字节串,并跟踪可能表明错误的异常行为。

  当然,跨团队的有效沟通,对于获得有价值的测试结果至关重要。在设备上工作的软件开发人员可能会发现部分影响硬件的错误。在这些情况下,软件开发人员和硬件设计人员需要共同研究潜在的解决方案。

  与测试人员保持联系也很重要。在参与测试的人员给出详细的反馈后,硬件设计人员和其他参与物联网研发的人员,可以开始找出问题根源,并协作进行修复。

  更为重要的是,硬件设计人员应始终计划花费比预期更多的时间进行测试。这样,就不会有急于求成的压力,也不会有可能错过之后可能会干扰产品功能或安全性的问题。

责任编辑:张诚 来源: 51CTO
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