物联网最大的挑战是什么（如何克服物联网硬件设计中的 4 大挑战）

在市场上推出新的物联网 (IoT) 产品需要了解设计挑战，这些挑战可能会在此过程中造成障碍或意味着设备无法按预期工作。以下是与硬件相关的一些主要问题以及如何解决这些问题。

1. 电池寿命长

今天的许多物联网设备用户需要他们拥有可以使用多年的电池。如果有人计划在他们无法轻松访问以更换电池的偏远地区部署某些东西，这一点尤其重要。假设产品是在患者体内使用的联网医疗设备。频繁更换电池可能需要操作或以其他方式使某人面临更高的并发症风险。

硬件设计人员应考虑哪些方面会消耗最多的功率，然后评估它们是否对设计至关重要。如果是，下一步就是弄清楚如何延长电池寿命。

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机会。这个想法是最小化产品内的电流消耗。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不会继续消耗过多功率来实现这一目标。

一个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。

当前的头条新闻经常包含可能影响全球物联网设备的安全漏洞的令人担忧的细节。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。他们必须设计产品以安全地生成和存储密钥。他们还应该探索使用硬件加速加密来保持设备更安全，同时节省电力。

另一个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。硬件设计人员还必须对调试和编程实施保护。这样做会使黑客更难使用编程接口和调试器发起攻击。

硬件设计人员还应该参与或鼓励围绕程序进行讨论，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。但是，它们对于帮助设计人员和其他所有关注物联网安全的人意识到否则会被忽视的问题至关重要。

另一个物联网设计挑战来自对越来越小、越来越轻的设备的需求。对这些特性的渴望是有道理的，因为它允许实施的灵活性。

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更耐用，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) 一起使用或处理设备上的数据处理，硬件设计人员必须了解这些必需品也会影响外形尺寸。研究人员最近通过在已用于数十亿物联网设备的微控制器单元 (MCU) 上运行算法取得了进展。他们表示，他们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 Wi-Fi 模块等产品越来越小，以使其更适合小型化产品。物联网硬件设计人员应该跟上这些发展的步伐，并了解更新的选项如何支持他们即将推出的产品。

设计人员通常按紧的时间表进行操作。即便如此，他们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。制造商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受随机字节串并跟踪可能表明错误的异常行为。这最常发生在测试计算机应用程序时。但是，它也是检查物联网设备的有用选项。

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。其中许多方可能不会立即了解他们由于硬件问题而遇到问题。然而，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产品的人员可以开始找出问题所在并协作修复它。

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，也不会有可能错过以后可能会干扰产品功能或安全性的问题。

没有通用的方法可以避免您可能遇到的每一个物联网设计挑战。然而，正如这些示例所示，考虑每个设计决策的好坏结果至关重要。这样做将帮助设计师在每个阶段做出最合适的选择，并避免成本高昂且耗时的问题。