IoT（物聯網）技術正在讓連接到互聯網的多樣設備呈現出爆炸式的增長。 我們看到熟悉的物體獲得了連接性，增加了計算能力，以及只能存在於網絡中的新類別設備。 傳感器和執行器為橋接現實世界和數字世界中的信息和行動創造了新的可能性。 但是，許多這類設備必須仔細設計所使用的能源和計算能力。 這些技術限制是UX（用戶體驗）設計人員在設計連接設備時所遇到的一些挑戰的根本原因。
連接設備的類型
連接設備可以採用多種形式，通常是以下形式之一：
••多功能電腦
••專用嵌入式設備
••連接的傳感器
••被動跟蹤的物體
大多數系統將由多種類型的設備所組成； 例如，連接的家庭系統可以具有：
••在智能手機上的控制界面（多用途計算機）
••加熱/通風/空調（HVAC：Heating/ventilation/air conditioning）控制器，遠程控制的門鎖和盲控制器（專用嵌入式設備）
••安全傳感器，如運動和接觸傳感器（互連的傳感器）
表1總結了這些之設備間的關鍵差異
表1、 連接設備的類型總結
多功能電腦
這些是強大的計算機，旨在執行各種計算任務。 它們不再僅僅是臺式機，還有智能手機，平板電腦，現在可以連接電視，機頂盒和遊戲機。 他們通過屏幕，音頻，觸摸輸入，鍵盤，鼠標以及有時還用語音和手勢等交互，因此具有豐富的互動功能。 它們包含強大的微處理器，以及具有用於存儲器和外圍接口（如聯網功能）的外部芯片。 雖然它們不屬於IoT（物聯網）設備的類別，但它們通常用於處理IoT（物聯網）服務的用戶交互（或者有時作為不具有內置Internet連接的設備的Internet網關）。
嵌入式設備
技術成本下降意味著計算機現在是最便宜，最簡單的方法來實現甚至微不足道的任務，比如定時刷牙。因此，我們周圍的更多的物體開始具有板載計算和連接功能。這種趨勢創造了物聯網最新穎和標誌性的設備：如恆溫器，浴室秤，甚至塑料兔子。這些都是嵌入式設備。
由於專門執行特定任務，嵌入式設備具有廣泛的外形尺寸以適應各種任務需要，並且可能具有其他機械部件（如洗衣機）或者甚至具有其他嵌入式系統（如汽車）。
由於嵌入式設備是專門從事特定工作的，所以儘管能力比通用的計算機低，但它們可以比通用計算機系統更可靠，更有效地完成這些任務。例如，控制汽車制動器的嵌入式計算機可以保證它能夠按照正確的間隔釋放並激活制動器，以防止失去控制（這是實時系統的一個例子）。運行通用操作系統的通用計算機可以執行相同的功能，但不能保證需要多長時間來控制制動器。事實上，你可以用它來觀看視頻，但是在冰冷的道路上行駛時它卻無濟於事。
手機歷來被認為是嵌入式設備，因為它們是高度專業化的設備。現代智能手機在可以為用戶做的事情方面更像通用計算機，因為有許多方式可以通過應用程序來擴展其功能。
嵌入式系統可能需要滿足比通用計算機更嚴格的操作準則，特別是如果它們位於無法訪問的地方或者需要控制安全關鍵的系統時。他們可能需要在惡劣的環境條件下工作（例如油井下），可以需要節省電力以用一個微小的電池（如環境傳感器）來運行多年，可以運行多年而無故障（如防鎖死的汽車制動器或者核反應堆），並且可能在不可能進行人為干預時（如在海底電纜中）從故障中恢復過來。它們通常也是我們希望建立並且很大程度上忘記的設備，例如家用鍋爐/熔爐，我們不想要定期維護或者重新啟動這些設備。圖2，圖3和圖4全部展示了嵌入式設備的示例。
圖2、 Nest的恆溫器
圖2、 Nest的恆溫器瞭解家庭居民如何手動設置加熱，使用運動和光傳感器來檢測家庭何時被佔用，並使用此數據優化加熱計劃和設置; 可以在設備上或者通過智能手機應用程序和Web網絡服務進行控制（圖片來源：Nest（https://nest.com/））
圖3、Withings的智能身體分析儀浴室秤
圖3、Withings的智能身體分析儀浴室秤通過WiFi將重量讀數傳輸到互聯網服務器中，供用戶使用智能手機應用程序跟蹤自己的體重（圖片來源：Withings（https://www.withings.com/us/en/products/home））；
圖4、 Nabaztag
圖4、 Nabaztag - 最早的消費者IoT設備之一 - 是一種兔形環境設備，可以從Internet服務中讀取電子郵件和信息（圖片來源：Rama（http://nabaztag.com/））
在物聯網環境中，嵌入式設備如連接的門鎖或者燈開關通常是與物理世界交互的系統的一部分，通過傳感器（如運動檢測器）收集數據和/或產生物理動作。
嵌入式設備可能具有板載用戶交互功能，例如Nest的溫控器具有屏幕和可以旋轉以選擇/滾動並按下以選擇的按鈕。用戶可以對設備進行溫度調節，甚至設置調度計劃。但用戶交互通常至少部分地由系統中的其他設備來處理。 Tado加熱控制器（見圖5）具有非常有限的板載用戶輸入/輸出功能：大多數互動由智能手機應用程序處理。 請注意，沒有輸入/輸出功能的嵌入式設備在出現問題時除了停止工作外將無法提供反饋。如果是這種情況，您需要確保系統可以使用其他設備（如網絡或者智能手機應用程序或者短信）來告訴用戶有問題，並指導他們進行修復。
嵌入式設備可以直接連接到互聯網中（正如Nest控制器通過WiFi）。它們也可以通過智能手機間接連接（像許多可穿戴設備所做的那樣，見圖6）或者Hub/網關設備（許多家庭自動化系統都是這樣做的，如圖7所示）。
圖5、Tado加熱控制器具有有限的設備上的用戶交互功能；
圖5、Tado加熱控制器具有有限的設備上的用戶交互功能：用戶通過智能手機應用程序控制設備（圖片來源：Tado（https://www.tado.com/en/））；
圖6、Pebble的 Smartwatch連接到智能手機
圖6、Pebble的 Smartwatch連接到智能手機以在手腕上顯示應用程序app的通知;它還可以運行自己的應用程序，如顯示Evernote筆記（圖片來源：Pebble（https://www.pebble.com/ 或者 https://www.britishgas.co.uk/smart-home/hive.html））
圖7、Hive的恆溫器
圖7、Hive的恆溫器可以通過移動和web網絡應用程序進行遠程控制;它通過專用網關設備連接到互聯網（圖中心的小設備;圖片來源：British Gas（https://www.hivehome.com/））
嵌入式硬件
嵌入式系統（嵌入式設備的計算部分）具有與通用計算機一些相同的基本類型的硬件組件，例如中央處理器，存儲器和外圍設備（儘管這些組件可以集成到稱為微控制器（microcontroller）的單個芯片上，而在多功能計算機中它們往往是分離的部件）。
微控制器的計算能力遠低於多用途計算機的計算能力（通常只有幾KB的存儲器和幾MHz範圍內的處理器時鐘速度），但是它們被優化以執行特定的任務，例如控制汽車上的防抱死制動器或實現 縫紉機的功能，並以非常有限的成本預算，功耗和空間來實現這一點。
在一些物聯網論壇中，您可能會經常聽到用來設計原型和構建IoT設備時所使用的一些常見的微控制器/系統的名稱，如Arduino（見圖8，https://www.arduino.cc/），Beaglebone（http://beagleboard.org/bone），Electric Imp（https://electricimp.com/）， Raspberry Pi（https://www.raspberrypi.org/），以及ARM mBed（https://www.mbed.com/zh-cn/）等。
圖8、Arduino
圖8、Arduino是IoT原型設計中所使用的廣受歡迎的微控制器，它旨在為新手提供硬件原型設計;本圖片顯示了用於創建混色燈光的Arduino Uno系統（圖片來源：https://www.arduino.cc/）
其中有一些嵌入式硬件系統被設計為“開放”的系統：使用開源軟件和硬件。您將獲得工作示例來幫助您走出困境，但如果需要的話，您也可以將其修改為裸機。而有些嵌入式硬件系統（例如Electric Imp）是“封閉的” - 它們支持開箱即用，但不允許您訪問其內部的工作區。它們可能更方便使用，但是您卻不能修改它們。
嵌入式軟件
用於嵌入式系統中的軟件旨在有效地利用有限的資源。一個簡單的設備可能只有一個小的固定功能的程序（即固件（firmware））就足以使系統工作。這些軟件存儲在非易失性存儲器（即當設備斷電後不會丟失信息的存儲器）如Flash或ROM等中。如果要更改設備的工作方式，則需要重寫固件（參見圖9）。 （Flash可以被重寫，但ROM卻不能，所以有些設備可能會有無法升級的固件）。
圖9、一些惠而浦的洗衣機設備具有USB端口
圖9、一些惠而浦的洗衣機設備具有USB端口，這使得用戶能夠升級固件並添加新的洗滌程序（圖片來源：Whirlpool（https://www.whirlpool.com/））
更復雜的設備可能具有專業的嵌入式操作系統並且能夠運行多個程序，就像臺式機操作系統可以用來運行應用程序一樣。例如，如果不同的應用程序可能同時需要系統資源如處理器或網絡，則操作系統可以管理它們對系統資源的訪問。操作系統還提供了更改設備功能的靈活性，而無需重新安裝所有軟件。使用VxWorks，QNX和RTLinux等實時操作系統用來進行時間敏感的處理。許多類型的系統可能需要實時的操作系統，從航天器到機器人再到WiFi接入點等（見圖10）。甚至有一些專門用於嵌入式設備的通用操作系統的特別版本，如Windows Embedded和各種各樣的Linux。操作系統通常需要更多的CPU和功耗來運行固件。
圖10、美國宇航局的Curiosity Rover和蘋果公司的Airport Extreme
圖10、美國宇航局的火星科學實驗室Curiosity Rover和蘋果公司的Airport Extreme一樣使用的都是VxWorks實時操作系統（參見：https://www.nasa.gov/mission_pages/msl/msl5things20100916.html；和 https://www.apple.com/airport-extreme/）；
互連傳感器
互連傳感器是用於從物理世界捕獲數據並將其傳送到網絡服務中的小型嵌入式設備。雖然技術上是一類嵌入式設備，但它們往往以物聯網的一部分以不同的方式來使用和體驗。他們通常沒有板載用戶輸入或輸出功能。所以沒有旋鈕或按鈕，知道他們在做什麼的唯一的方式是通過另外一個設備如智能手機上的顯示屏。傳感器往往相當小，因此設備本身通常不太可見，對用戶的體驗不太突出。 對於這類設備的UX（用戶體驗）的重點不在設備上，而是在捕獲的數據和數據所支持的服務上（參見圖11）。
圖11、NetAtmo氣象臺傳感器
圖11、NetAtmo氣象臺傳感器測量溫度，溼度，空氣質量和大氣壓力;這類傳感器上沒有板載用戶交互功能，但可以通過智能手機或網絡應用程序來查看數據（圖片來源：NetAtmo（https://weathermap.netatmo.com/））
它們通常部署在具有多個傳感器的網絡中（其中它們自己可以稱為“傳感器節點”）。諸如大規模空氣質量傳感器網絡的例子可以具有數百個或者數千個節點;較小規模的示例可能是一組家庭報警用的運動/接觸傳感器。在某些情況下，單個傳感器也可能已經是實用的，例如Proteus體內藥物傳感器，它可用於檢測患者是否服用了藥物。
互連傳感器通常包含足夠的板載計算來收集數據並通過網絡傳輸數據。這可能意味著它們的非常基本的處理單元具有非常有限的存儲器和計算能力，通信收發器和電池或者其它能源（例如，來自環境的能量收集，例如太陽能或者風能）。通信可以是到網關的低功率無線局域網（WLAN）連接，或者經由蜂窩網絡到Internet的高功率連接。它通常沒有設備上的用戶界面（家庭報警傳感器可能有一個LED來指示它何時運行和/或連接到了網絡）。可能通過網絡將簡單的指令傳遞給傳感器（例如，發送控制讀取頻率的指令），或者傳感器只能將數據推送到網絡，並且可能無法接收指令（參見圖12）。
圖12、Proteus的智能藥丸包含一個微小的傳感器
圖12、Proteus的智能藥丸包含一個微小的傳感器 - 它沒有電池，但是可以通過與胃酸接觸來激活，將一個小的傳輸發送到支持藍牙的皮膚貼片上，反過來又連接到手機上，並通過互聯網服務來親自通知親戚或者醫生藥片是否已經服用（圖片來源：Proteus Health（http://www.proteus.com/））
能量是大多數傳感器節點特別寶貴的資源，必須儘可能的保守使用。
在網絡中部署傳感器的地方，網絡被設計即使個體節點出現故障或丟失連接，儘管數據可能會丟失但整個網絡將繼續運行。任何IoT（物聯網）系統的UX（用戶體驗）設計必須能夠應對丟失數據點。例如，使用傳感器來監視道路上的交通流動的系統不需要每個數據點的數據來計算交通流動的速度。
被動跟蹤的對象（objects）
“事物（Thing）”可以在互聯網（Internet）上有一個簡單的存在，而實際上沒有Internet連接。被動跟蹤的對象具有與在線的信息相關聯的唯一身份，但它們本身並不連接到Internet。
被動跟蹤技術：
RFID和NFC
可以通過射頻識別（RFID）或快速響應（QR：quick response）編碼來識別簡單的對象（objects），根本不需要任何板載計算。此唯一ID允許用戶在線訪問有關對象（objects）的信息。
在數據存儲方面，RFID有兩種類型：
只讀RFID標籤
這些標籤只有足夠的存儲空間用於存儲唯一識別的代碼（unique identifying number），它與可能在Internet上的數據庫中更詳細的產品信息相關聯。如果要更改任何的產品信息，則必須在數據庫中執行此操作，因為您無法重寫標籤上的數據（參見圖13）。
可讀/寫標籤
這些標籤可以用更改的信息來重寫，因此您不一定需要訪問Internet來從標籤中檢索到有意義的信息。
RFID標籤可以在不同的射頻頻率上工作。較高頻率的標籤能夠在較遠的範圍內傳輸，較低頻標籤可在較短的範圍內傳輸。作為有明確的用戶交互的結果，例如刷卡智能卡或掃描產品標籤（見圖14），此時標籤的讀取範圍更短可能會合適些。因為不希望重複讀取相同的標籤，或者意外地讀取另一個附近的標籤。更長的範圍可能更適合於在更大的區域跟蹤一些對象。
RFID通常用於庫存管理，以跟蹤商店和供應商的庫存水平。例如，英國百貨公司馬克斯和斯潘塞（Marks and Spencer）是採用RFID來跟蹤庫存的早期先驅，用於跟蹤每個商店中每個商品的數量，目的是將供應與客戶的需求匹配起來。
圖13、在寵物ID芯片中應用的只讀RFID標籤；
圖14、倫敦的Oyster（牡蠣）旅行卡使用短程讀/寫RFID來存儲存儲在卡上的現金或者票據的本地信息；
RFID也常用於非接觸式票務和付款，例如借記卡和信用卡。迪斯尼主題公園發行RFID門票和腕帶，遊客可以刷卡進入景點（參見圖15）。門票可以存儲有關預訂景點的數據，並跟蹤公園周圍遊客的動態，幫助迪士尼更好地瞭解遊客行為。
圖15、迪士尼的MagicBand腕帶，可以當作檢票進入景點，也可用於支付在公園的購買活動，可以幫助迪斯尼更好地瞭解遊客的行為（參見：https://disneyworld.disney.go.com/plan/my-disney-experience/bands-cards/）；
近場通信（NFC）使用與一些較短距離的RFID標籤相同的標準，但是它的標準在演變。支持NFC的設備（例如智能電話）既可以像RFID標籤（可以由讀取器讀取）也可以表現得像讀取器一樣。 RFID使用許多不同的數據格式，因此不同的RFID設備不一定能夠互操作。 NFC的一個主要優點是它提供了一種單一的通用數據格式，即NFC數據交換格式（即NDEF：NFC Data Exchange Format），可以允許各種支持NFC的設備和標籤共享數據。
支持NFC的智能手機通常用於來自移動設備的非接觸式付款。 NFC允許設備之間進行雙向通信，並且IoT（物聯網）的一個潛在的有趣的應用是使得與其他設備之間更容易地建立起網絡連接。 Android Beam使用NFC簡化在兩臺設備之間設置臨時藍牙連接的過程，以便共享照片或者聯繫人的數據（參見圖16）。
圖16、三星S Beam使用NFC在智能手機之間建立WiFi連接（圖片來源：Samsung（http://www.samsung.com/cn/support/skp/faq/1069423）
QR碼是給物理設備提供一種數字身份的非常基本的方式。它們是些二維條形碼，可以由能夠提取圖像中的編碼數據的任何成像設備如智能手機所讀取。就像只讀RFID標籤一樣，QR碼依賴於被映射到數據庫中更廣泛的產品信息的代碼。
在消費者環境中使用的QR碼的例子是由英國代理商Evrythng為Diageo飲料公司創建的+More平臺（見圖17）。他們為每瓶飲料分配一個唯一的標識符，可以通過掃描打印在標籤上QR碼來訪問。
圖17、帝亞吉歐（Diageo）的威士忌（ whisky）贈品活動允許消費者每瓶發送一條個人視頻信息; 每個瓶子都標有唯一的QR碼，掃描代碼後播放視頻（圖片來源：EVRYRYTHING（https://evrythng.com/platform/））
信標（Beacons）
信標（如Apple iBeacons）是另一種被動跟蹤對象。它們用於提供非常精確的位置信息。信標使用藍牙低能量廣播可以由附近的藍牙設備（如智能手機）接收的唯一ID。手機在在線數據庫中查找信標的ID，該數據庫提供相應的產品信息，例如信標的擁有人，以及它的位置在哪裡。信標和手機之間的無線電信號的強弱程度有助於確定手機距信標的距離。手機上支持信標功能的應用程序可以使用該信息來提供上下文環境相關的功能。例如，進入你喜歡的百貨商店可能會觸發您的手機上的忠誠度應用程序來通知您有特別優惠或折扣券（見圖18）。穿過雜貨店的清潔產品通道中的信標時可能會觸發購物清單應用程序，提醒您購買洗碗機洗滌劑。或者安裝您的車上的信標（Beacons）可能會觸發您的手機提出解鎖汽車的選項。
圖18、觸發智能手機應用程序以顯示特價的Estimote信標（圖片來源：Estimote（http://estimote.com/））
信標（Beacons）概念的一個變體是Google的物理網絡項目（Physical Web project）。由設計師斯科特·詹森（Scott Jenson）領銜的這個實驗項目旨在將需求上的互動交給物理世界，而不需要用戶在他們的移動設備上安裝特定的應用程序；該項目不是廣播一個必須查找的簡單ID，或需要觸發一個應用程序，物理Web信標廣播的是一個網址。用戶不需要下載專門的應用程序，只需要走到任何設備跟前，並通過手機的瀏覽器進行交互。正如該項目網頁引用的例子所說巴士汽車站可以分享到達的信息，停車場和自動售貨機都可以按照相同的方式支付（見圖19），租車公司可以廣播註冊頁面，允許用戶註冊並快速開車走人。
圖19、物理網絡（Physical Web）設備廣播的是用戶可以訪問其信息或者控件的網址
參考書目：《Designing Connected Products: UX for the Consumer Internet of Things》，下載地址：http://www.cloudioe.com/resources_details.aspx?id=7140
（完）