思想领导力

2015年5月13日
适用于工业IoT应用的数据存储解决方案
随着IoT应用的快速增长,组织必须解决对可靠数据存储的需求

撰写人:ATP副总裁兼SD协会董事会成员Danny Lin,和ATP业务开发和应用工程Saurabh Pande

物联网 (IoT)正在世界各地兴起。根据麦肯锡全球研究院报告,截至2025年,IoT对全球经济的影响可达到6.2万亿美元。该报告还预测,截至2020年,连接设备的市场将增长至200亿或300亿台设备。

在过去几年内,IoT设备的使用成倍增长,甚至已经成为日常生活的一部分。IoT系统有三大主要类别:消费电子产品、机器到机器和工业机器到机器。工业应用包括医学中心、安全和监控需求、铁道、航空运输、环境条件监测、灾难管理和零售。

考虑到工业IoT应用对许多不同行业的影响,故障可产生多个级别的灾难。此外,与消费电子产品IoT或传统的机器到机器IoT相比,该IoT应用类别的要求更加苛刻。这些系统的沟通要求不仅仅是客户端/服务器。相反,节点在网络上成对出现,每个节点为另一个节点制定决策并报告状态。

节点之间的通讯故障是不被容许发生的。这些系统处理任务的速率通常比人更快,因此它们必须可靠安全地运行,无需人为干预。如果由于几分钟的停机时间导致数据缺失,则可导致重要信息丢失。这样一来,通讯出现错误可能带来额外的成本,甚至是安全威胁。

伴随着高风险、高需求是工业IoT应用设备的本质。这些设备通常小巧紧实。在有限的空间内要求安全可靠的储存数据成为一项重大挑战。

完美的符合需求拟合

幸运的是,SD记忆卡「可移动数字存储设备」拥有多项的特征,使其能够满足这些设备的需求。

  • SD记忆卡非常小巧,是IoT设备为数不多的小型解决方案之一。因为能够提供各种尺寸的卡片和microSD,因此用户可以自主选择。
  • 记忆卡值得信赖,性能可靠且功率高效。这些特点尤其适用于远程或难以接近的区域。
  • 卡片可提供灵活性,并具备广泛的操作温度范围。
  • 用户可以在记忆卡上执行可靠性优化和纠错的算法。
  • SD记忆卡已经成为既定的存储解决方案,并且随着技术的不断发展,记忆卡的功能也将不断完善。

和任何解决方案一样,SD记忆卡会遇到阻碍其性能的特定问题。但是,用户可以克服这些障碍。

应对技术挑战

IoT设备通常不间断地连续操作,其传感器必须记录每一秒钟的数据。将数据从SD记忆卡发送至相关设备时,时间上的任何小延误都可能导致数据损坏。如果出现这种情况,因为延误已经中断了数据流,设备为了正常运行会丢失所需的关键信息。数据在传输中丢失,最终系统尝试在不执行最新信息的情况下运行。这会引发严重后果。

要解决该问题,简单的解决方案就是备份数据。设备应该包括备用电池,但SD记忆卡则是一个更加简单的选项。制造商可以将备份代码编写到记忆卡中,允许卡片恢复到之前的状态;就像是PC或MAC在遇到系统崩溃时的应对机制。

读取/编程干扰,这是卡片架构的内部问题,会产生不同类型的挑战。这一现象尤其发生在使用NAND闪存的SD记忆卡等设备中。在包含写入数据的架构内部,当成一行排列的相邻存储单元间出现电荷泄漏时,这一问题便会出现。没有任何安全措施可以防止电荷从目标存储单元泄漏到相邻存储单元中。如果相邻存储单元已经有电荷,则泄露可导致上述干扰。干扰会带来问题,因为它们会减少SD记忆卡的寿命。

多个监视解决方案可以帮助防止干扰。首先,卡片内部的特定算法作为控制器,定期检查存储单元,以确保存储单元的状态与之前一样。第二,如果出现意外变化,自动刷新会纠正错误,以确保电荷到达目标存储单元,且数据正确。要利用这些功能,必须从将该技术融入设计的供应商那里购买SD记忆卡。

压力之下保持稳定

为工业IoT应用提供数据存储时,SD记忆卡有时候要在极端条件下运行。条件的范围包括温度、湿度、压力、机械振动或冲击、辐射和高海拔。

智能汽车便是IoT应用受到极端温度这一主要需求条件的典型范例。理论上来讲,随着智能汽车日渐普及,从严寒的俄罗斯北部到炙热的阿拉伯半岛,它们将在许多不同地理位置越来越常见。长期暴露在极端温度中时,数据丢失会导致上面提到的智能汽车出现各种类型的设备故障。

这一威胁之所以存在,是因为温度会影响卡片中的闪存和数据保持。极端条件导致閃存儲存單元保持電荷的能力上下波动,这將会影响保持数据的能力。

有时,所产生的后果根据特定应用而不同。GPS系统通过SD记忆卡存储地图,极端条件可能会影响其导航功能。因此,在加利福尼亚州度假的人可能会发现自己的地图应用程序在那里毫无用武之地。

借助在极端温度条件下经过耐久性测试的卡片,SD记忆卡制造商可以解决这一问题。通过新兴技术,供应商得以生产出性能稳定的记忆卡,这些卡片均能够承受具有挑战性的外界条件。为工业IoT应用寻求存储解决方案的用户应该避开为消费电子产品制造的记忆卡,因为该行业的供应商在设计产品时通常不会考虑到极端条件。

如何为工业IoT应用选择SD记忆卡會依据目的不同而有所差別。在很大程度上取决于应用本身以及其操作环境。然而,对于任何应用来说,黄金法则就是选择所设计产品的稳定性能够持续多年的知名制造商。

Danny Lin是ATP的副总裁,也是SD协会的董事会成员。在ATP,Danny负责全球供应战略伙伴关系和联盟。通过SDA董事会,Danny不断推动SD记忆卡采用率在非传统市场中的持续扩大,包括IoT、工业/嵌入式、医疗保健和汽车。要与Danny联系,可发送电子邮件至 DannyL@us.atpinc.com

Saurabh Pande负责ATP现有及新战略客户群的业务开发、解决方案工程和技术营销。要与 Saurabh联系,可发送电子邮件至SaurabhP@us.atpinc.com

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