物理世界與數字世界之間的橋樑－－傳感器（Sensors）和執行器（Actuators）介紹：
傳感器和執行器是橋接互聯網世界和物理世界的設備組件。傳感器將來自物理環境的能量讀數轉換為可以通過數字方式傳輸的數值。執行器將數字指令轉換為機械動作。 （見圖1）
圖1、傳感器將物理環境的讀數轉換為數字信息;執行器將數字指令轉換為機械動作
傳感器（Sensors）
傳感器接收來自物理世界的輸入（例如，運動，光，空氣質量，接觸，位置，接近度，溼度，方向等）。它們檢測能量的存在或者能量的變化，並量化它，從而生成一個數值。數字溫度計通常將熱能轉換成電壓，然後將電壓量化為溫度讀數。類似地，光電傳感器可以將光能轉換成電壓，然後輸出數字讀數。
傳感器可以是有源（active）的或者無源（passive）的。有源傳感器將能量注入到環境中以檢測某種變化（見圖2）;而無源傳感器檢測已經存在的能量。在商店中使用的移動（motion）檢測系統（或用於保護無價的博物館展品的檢測系統）使用光電傳感器檢測在一定的空間內射出光束：當某些東西（如強盜）打破光束時，傳感器就會測量到光的損失。
圖1、傳感器將物理環境的讀數轉換為數字信息;執行器將數字指令轉換為機械動作
傳感器（Sensors）
傳感器接收來自物理世界的輸入（例如，運動，光，空氣質量，接觸，位置，接近度，溼度，方向等）。它們檢測能量的存在或者能量的變化，並量化它，從而生成一個數值。數字溫度計通常將熱能轉換成電壓，然後將電壓量化為溫度讀數。類似地，光電傳感器可以將光能轉換成電壓，然後輸出數字讀數。
傳感器可以是有源（active）的或者無源（passive）的。有源傳感器將能量注入到環境中以檢測某種變化（見圖2）;而無源傳感器檢測已經存在的能量。在商店中使用的移動（motion）檢測系統（或用於保護無價的博物館展品的檢測系統）使用光電傳感器檢測在一定的空間內射出光束：當某些東西（如強盜）打破光束時，傳感器就會測量到光的損失。
圖2、三星Galaxy S5具有可用於測量心率的有源傳感器;它通過向用戶的手指觸發紅光，使用光強度的變化來測量血流變化從而指示脈搏（圖片來源：三星（http://www.samsung.com/levant/support/skp/faq/1042671））
用於家庭安全報警（如圖3）的運動檢測器（Motion detectors）往往採用的是無源紅外傳感器（passive infrared sensors）：人類會輻射波長在9-10微米左右的紅外能量，因此報警傳感器被調整以對這個波長上的快速變化作出響應來檢測是否有人在移動。
圖3、Dropcam的互連相機包含無源紅外傳感器以檢測移動（圖片來源：Dropcam（https://nest.com/camera/meet-nest-cam/?dropcam=true）（Dropcam2014年被Nest收購））
一些傳感器能夠測量是否存在化學品。通過檢測由化學物質與傳感器表面的化學反應而導致的電導率變化，空氣質量傳感器可以檢測有害的揮發性有機化合物（VOC），例如汽車尾氣中的苯。
位置傳感在移動設備的應用中非常普遍。 GPS接收機通過從GPS衛星接收的定時傳輸來計算其位置（見圖4）。在手機中通常可以看到的小羅盤使用的是磁場感測來判斷哪個方向是北方。先前描述的藍牙信標可用於基於信標的接近度和信號強度來實現室內位置的檢測。
圖4、Tractive的寵物跟蹤器使用GPS來跟蹤您的貓或狗的位置（圖片來源：Tractive（https://www.tractive.com/en/））
加速度計基於振動測量加速度（見圖5）。它們通常用於移動電話和平板電腦中以檢測屏幕的方向，並相應的以橫向或縱向模式UI（用戶界面）來呈現。一些鬧鐘使用加速度計來識別喚醒用戶的最佳時間。時鐘被放置在床墊上，並檢測睡眠者在不同睡眠階段的移動的差異，並在輕度睡眠期間喚醒用戶。陀螺儀測量角加速度（繞軸旋轉），並且可用於實現比單獨的加速度計更準確的運動測量。
圖5、Wii Remote使用加速度計來檢測旋轉; WiiMotionPlus（底部的附件）添加了一個陀螺儀，可以更準確地進行移動檢測 - 這在許多運動遊戲中使用，如“塞爾達傳說：天空之劍”（圖片來源：任天堂和埃文·阿莫斯（http://www.zelda.com/skywardsword/）或者（http://zelda.gamepedia.com/The_Legend_of_Zelda:_Skyward_Sword））
傳感器不僅在網絡嵌入式設備中而且在移動設備中也越來越多。有許多應用程序（例如活動跟蹤）以前需要單獨的傳感器，但現在可以使用智能手機的板載傳感器來實現（參見圖6）。然而，專用傳感器（例如可穿戴式跟蹤器）可以更準確或者更適合於應用的上下文環境（例如，用戶行走時手提包中攜帶的電話可能與在口袋中攜帶的電話檢測到的移動會有所不同）。
圖6、Withings 的iPhone應用程序現在可以使用iPhone的板載加速度計跟蹤用戶的腳步;然而，但是Withings仍然在使用專門的活動跟蹤器，如Activité（圖片來源：Withings （https://www.withings.com/cn/zh/products/activite-steel））
執行器（ACTUATORS）
執行器為數字系統提供了對環境採取行動的手段。他們將電能轉化為機械能，並在現實世界中生成動作。這些動作可能是用來控制電機的，或者只是打開或關閉某件東西。連接的門鎖（參見圖7），吊扇，拉動窗簾的電機（見圖8）等等都是消費者執行器的例子。甚至泡沫機也可以被當作執行器（見圖9）。
圖7、Danalock的互連門鎖允許用戶從智能手機中鎖定和解鎖家門（圖片來源：Danalock（https://danalock.com/））
圖8、Fortrezz水截流閥可以通過家庭自動化應用程序進行遠程編程和控制（圖片來源：Fortrezz（http://www.fortrezz.com/））
圖9、Bubblino互聯網連接的泡泡機是一個有趣的執行器例子：它觀看Twitter，並且當它看到一個特定的標籤（用戶也可以自定義標籤）時打開機器吹泡泡（圖片來源：Bubblino（http://bubblino.com/））；
設備供電方面的挑戰
連接設備的技術設計中的關鍵考慮之一是它是如何獲得和使用電源。這可能會對系統的功能和用戶體驗產生根本性的影響。
節省電池壽命
許多嵌入式設備和連接的傳感器都是用電池供電運行的。這可能是因為：
••它們需要隨身便攜
••它們需要在沒有電力供應的地方工作（例如戶外或者水下）
••電池使得它們更加容易安裝（避免需要在牆壁上鑽孔或者要請電工幫忙）
••電力電源運行在它們的位置是不安全的（例如，從智能氣體計量表讀取的設備一般採用電池供電，因為在氣體管道附近運行電力線是不安全的）
許多傳感器很小，所以只會使用一些能夠保持有限能量的小電池。如前所述，一些設備可能用來自環境的能量收集，如太陽能或風力發電來供電工作，但這可能是不可靠的（因為並不總是陽光充足或有風的）。其中有一些設備可能能夠從用戶交互中產生足夠的功率 - 例如，按下開關可能會從壓電晶體中產生微小的功率，這些功率對於微小的數據傳輸可能也是足夠的（參見圖10）。
圖10、Philips Hue Tap燈開關由按下開關時產生的動能供電（圖片來源：Philips（http://www2.meethue.com/en-us/productdetail/philips-hue-tap-switch））
許多嵌入式設備和傳感器都是背景設備：我們想要儘可能少地設置和思考它們。其中一些可能是放置在難以達到的地方，如果我們有一些這類器件和設備，我們不會去設想我們要經常考慮充電或者更換電池。例如如果您有電池供電的煙霧報警器，您不會希望每兩年更換一次電池。在一些情況下，可能非常難以到達設備所在的地方去更換電池，例如監測患有慢性心臟病的患者的生命體徵的人體內部起搏器。
處理數據和連接到網絡可能會消耗能量，因此需要節約能源的設備需要儘可能少地去處理以及儘可能少地去與網絡通話。嵌入式軟件通常被編程為使得設備花費盡可能多的時間在睡眠或者低功耗模式下，當需要處理某些事情時，偶爾喚醒處理器（見圖11）。例如，一個輻射傳感器可能會以低功率模式進行讀數並且定期喚醒來發送它們，或者當傳感器讀取到某個門限閾值時，它可能會被喚醒並更頻繁地連接到網絡。保持恆定的連接需要使用大量的電源，因此這類設備最適合用於電源供電。
圖11、只要沒有運動，Lowes Iris家庭安全移動傳感器會以兩分鐘的間隔傳輸其狀態;如果它檢測到運動，它會立即喚醒並傳輸此信息（圖片來源：Lowes（只要沒有運動，Lowes Iris家庭安全移動傳感器會以兩分鐘的間隔傳輸其狀態;如果它檢測到運動，它會立即喚醒並傳輸此信息（圖片來源：Lowes（https://www.irisbylowes.com/））））
節能的這個需求是許多邊緣設備 - 嵌入式設備和傳感器 - 不直接連接到互聯網的主要原因。互聯網連接，如蜂窩數據連接和WiFi連接，需要消耗大量的電力。本地的低帶寬網絡，如低功率藍牙（Bluetooth LE）和ZigBee使用要少得多電量。還有一些通信模式和協議可用於管理網絡連接，並且（在一定程度上）有助於控制功耗。
設備供電造成UX（用戶體驗方面）的挑戰
UX（用戶體驗）設計師通常不必關心設備的電力消耗。但是，在物聯網中，試圖節約能源消耗的會給UI（用戶接口）水平帶來負面影響。
設備通常僅間歇連接。這意味著通信本質上是異步的：消息可能需要時間才能到達系統中的所有設備。某些數據可能已過期或者丟失，在某些情況下，不同的設備會為您提供有關係統狀態的不同信息。這件事情是否發生以及會發生多少取決於你正在創造的服務類型。
功耗通常是IoT服務對UX（用戶體驗）設計人員所帶來的一些響應性挑戰的根源：如間歇性連接和異步通信。
總結
邊緣設備是物聯網中的事物（Things）。
許多IoT設備是嵌入式設備：專門用於執行特定功能的定製硬件和軟件。連接的傳感器是一種小型嵌入式設備，通常作為傳感器網絡的一部分來部署。
傳感器和執行器是互聯網和物理世界之間的橋樑。傳感器將來自物理環境的能量讀數轉換為可以進行數字傳輸的數值。執行器將數字指令轉換為機械動作。
嵌入式設備和傳感器通常具有有限的計算能力，並且許多都在電池上運行，所以必須有效地利用處理能力和電能。維護網絡連接需要大量的能量，所以很多IoT設備只能間歇地連接到網絡中。這可能導致用戶體驗出現不連續性，其中指令需要一定的時間才能到達邊緣設備，或者系統的某些部分可能具有比其他設備更多的最新信息。
（完）