第四次工业革命•物联网

                                                                     2019-12-28 青野云麓

物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书，在《未来之路》中，比尔盖茨已经提及物联网概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的重视。

1998年，美国麻省理工学院创造性地提出了当时被称作EPC系统的“物联网”的构想。

1999年，美国Auto-ID首先提出“物联网”的概念，主要是建立在物品编码、RFID技术和互联网的基础上。过去在中国，物联网被称之为传感网。中科院早在1999年就启动了传感网的研究，并已取得了一些科研成果，建立了一些适用的传感网。同年，在美国召开的移动计算和网络国际会议提出了，“传感网是下一个世纪人类面临的又一个发展机遇”。

2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术（RFID）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

物联网的基本特征

物联网的基本特征从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。

整体感知—可以利用射频识别、二维码、智能传感器等感知设备感知获取物体的各类信息。

可靠传输—通过对互联网、无线网络的融合，将物体的信息实时、准确地传送，以便信息交流、分享。

智能处理—使用各种智能技术，对感知和传送到的数据、信息进行分析处理，实现监测与控制的智能化。

物联网的应用

物联网的应用领域涉及到方方面面，在工业、农业、环境、交通、物流、安保等基础设施领域的应用，有效的推动了这些方面的智能化发展，使得有限的资源更加合理的使用分配，从而提高了行业效率、效益。 在家居、医疗健康、教育、金融与服务业、旅游业等与生活息息相关的领域的应用，从服务范围、服务方式到服务的质量等方面都有了极大的改进，大大的提高了人们的生活质量; 在涉及国防军事领域方面，虽然还处在研究探索阶段，但物联网应用带来的影响也不可小觑，大到卫星、导弹、飞机、潜艇等装备系统，小到单兵作战装备，物联网技术的嵌入有效提升了军事智能化、信息化、精准化，极大提升了军事战斗力，是未来军事变革的关键。

智能交通

物联网技术在道路交通方面的应用比较成熟。随着社会车辆越来越普及，交通拥堵甚至瘫痪已成为城市的一大问题。对道路交通状况实时监控并将信息及时传递给驾驶人，让驾驶人及时作出出行调整，有效缓解了交通压力；高速路口设置道路自动收费系统(简称ETC)，免去进出口取卡、还卡的时间，提升车辆的通行效率;公交车上安装定位系统，能及时了解公交车行驶路线及到站时间，乘客可以根据搭乘路线确定出行，免去不必要的时间浪费。 社会车辆增多，除了会带来交通压力外，停车难也日益成为一个突出问题，不少城市推出了智慧路边停车管理系统，该系统基于云计算平台，结合物联网技术与移动支付技术，共享车位资源，提高车位利用率和用户的方便程度。该系统可以兼容手机模式和射频识别模式，通过手机端APP软件可以实现及时了解车位信息、车位位置，提前做好预定并实现交费等等操作，很大程度上解决了“停车难、难停车”的问题。

智能家居

智能家居就是物联网在家庭中的基础应用，随着宽带业务的普及，智能家居产品涉及到方方面面。 家中无人，可利用手机等产品客户端远程操作智能空调，调节室温，甚者还可以学习用户的使用习惯，从而实现全自动的温控操作，使用户在炎炎夏季回家就能享受到冰爽带来的惬意;通过客户端实现智能灯泡的开关、调控灯泡的亮度和颜色等等; 插座内置Wifi，可实现遥控插座定时通断电流，甚者可以监测设备用电情况，生成用电图表让你对用电情况一目了然，安排资源使用及开支预算;智能体重秤，监测运动效果。内置可以监测血压、脂肪量的先进传感器，内定程序根据身体状态提出健康建议; 智能牙刷与客户端相连，供刷牙时间、刷牙位置提醒，可根据刷牙的数据生产图表，口腔的健康状况; 智能摄像头、窗户传感器、智能门铃、烟雾探测器、智能报警器等都是家庭不可少的安全监控设备，你及时出门在外，以在任意时间、地方查看家中任何一角的实时状况，任何安全隐患。看似繁琐的种种家居生活因为物联网变得更加轻松、美好。

公共安全

近年来全球气候异常情况频发，灾害的突发性和危害性进一步加大，网可以实时监测环境的不安全性，情况提前预防、实时预警、及时采取应对措施，降低灾害对人类生命财产的威胁。 美国布法罗大学早在 2013 年就提出研究深海互联网项目，过特殊处理的感应装置置于深海处，时分析水下相关情况，洋污染的防治、海底资源的探测、甚至对海啸也可以提供更加可靠的预警。该项目在当地湖水中进行试验，得了成功，一步扩大使用范围提供了基础。利用物联网技术可以智能感知大气、土壤、森林、水资源等方面各指标数据，善人类生活环境发挥巨大作用。

物联网带来的挑战

虽然物联网近年来的发展已经渐成规模，各国都投入了巨大的人力、物力、财力来进行研究和开发。但是在技术、管理、成本、政策、安全等方面仍然存在许多需要攻克的难题, 具体分析如下:

技术标准的统一与协调

目前，传统互联网的标准并不适合物联网。物联网感知层的数据多源异构，不同的设备有不同的接口，不同的技术标准；网络层、应用层也由于使用的网络类型不同、行业的应用方向不同而存在不同的网络协议和体系结构。建立的统一的物联网体系架构，统一的技术标准是物联网现在正在面对的难题。

管理平台问题

物联网自身就是一个复杂的网络体系，加之应用领域遍及各行各业，不可避免的存在很大的交叉性。如果这个网络体系没有一个专门的综合平台对信息进行分类管理，就会出现大量信息冗余、重复工作、重复建设造成资源浪费的状况。每个行业的应用各自独立，成本高、效率低，体现不出物联网的优势，势必会影响物联网的推广。 物联网现急需要一个能整合各行业资源的统一管理平台，使其能形成一个完整的产业链模式。

成本问题

就目前来看，各国对物联网都积极支持，在看似百花齐放的背后，能够真正投入并大规模使用的物联网项目少之又少。譬如，实现RFID技术最基本的电子标签及读卡器，其成本价格一直无法达到企业的预期，性价比不高；传感网络是一种多跳自组织网络，极易遭到环境因素或人为因素的破坏，若要保证网络通畅，并能实时安全传送可靠信息，网络的维护成本高。在成本没有达到普遍可以接受的范围内，物联网的发展只能是空谈。

安全性问题

传统的互联网发展成熟、应用广泛，尚存在安全漏洞。物联网作为新兴产物，体系结构更复杂、没有统一标准，各方面的安全问题更加突出。其关键实现技术是传感网络，传感器暴露的自然环境下，特别是一些放置在恶劣环境中的传感器，如何长期维持网络的完整性对传感技术提出了新的要求，传感网络必须有自愈的功能。 这不仅仅受环境因素影响，人为因素的影响更严峻。RFID是其另一关键实现技术，就是事先将电子标签置入物品中以达到实时监控的状态，这对于部分标签物的所有者势必会造成一些个人隐私的暴露，个人信息的安全性存在问题。不仅仅是个人信息安全，如今企业之间、国家之间合作都相当普遍,一旦网络遭到攻击,后果将更不敢想象。 如何在使用物联网的过程做到信息化和安全化的平衡至关重要。

2020年的物联网有什么可以期待？

物联网将连接更多不可连接的事物

如果物联网解决方案没有显示出足够快的投资回报，那么企业就不会采用它。历史上，物联网设备经常属于此类。由于设备采购、安装和维护的高成本，物联网解决方案对于许多公司和用例来说不太实用，而且这还没有考虑到网络订阅和漫游费用的成本。这些额外的成本使公司很难看到快速、充分的投资回报。

然而，到2020年，新的和廉价的物联网设备以及更实惠的安装、维护和网络选项将继续扩展。物联网还将通过增加对扩展网络的投资，特别是低功耗广域网(LPWAN)，如Sigfox，来开始朝着更实惠的模式发展，以使物联网在全球范围内更广泛地可用。这些网络将创造更广泛的选择和低成本解决方案，使物联网的采用对各种规模和需求的组织来说都是值得的。因此，公司将能够充分利用物联网带来的好处。

物联网安全将变得至关重要

与数据安全一样，物联网安全仍然是整个科技界以及政府内部的头等大事。在整个2020年，这种情况将继续发展和成熟。

为了发展，需要暴露当前实践中的漏洞。只有在数据泄露发生后，我们才能看到数据安全性的成熟。同样，也只有在出现安全漏洞后，才会出现对更安全物联网设备和网络的需求，该漏洞会刺激广泛的行动，并促使物联网解决方案提供商开发新的产品，以更有效和更高效地预防和检测漏洞。此外，还将围绕物联网的经济实惠、基于价值的安全性展开对话，如果只有少数人才能负担得起，那么防止攻击的最好、最高科技的解决方案对不断增长的物联网用户来说是没有好处的。

美国联邦和州法律将为物联网安全解决方案的持续发展做出贡献。1月1日，加州将成为第一个制定法律的州，该法律要求在该州销售的所有物联网设备都必须嵌入“合理的网络安全措施”。在接下来的一年里，我们可以期待其他州或者其他国家和地区，也会讨论类似的措施。

物联网将通过人工智能（AI）和机器学习（ML）推动更好的决策

组织将越来越多地转向物联网来提供数据，以支持他们的人工智能和机器学习解决方案。数据收集是确保人工智能和机器学习应用程序产生准确和有洞察力结果的重要部分，数据过少通常会导致人工智能项目失败或有偏见的结果。

为了真正利用现有数据，并允许较小的运营公司获得与较大企业相同的洞察力，就必须大规模采用物联网。物联网产生大量数据，如果利用得当，这些数据可以为企业的运营、资产管理和其他方面提供有价值的洞察力。当这些数据被输入到机器学习和人工智能模型中时，就可以提供洞察力，从而使企业领导者和高管人员能够对其组织做出更明智的决策。

随着新网络和便宜的物联网设备在2020年变得越来越普遍，小型公司可以使可扩展的物联网成为现实。由于传感器的成本低至1美元，因此各种规模的企业将能够收集比以往任何时候都多的数据，从而将大量数据输入人工智能/机器学习模型中，进而推动更准确的决策制定。

物联网将推动智慧城市发展

智慧城市的概念并不新鲜。也就是说，到目前为止，大多数智慧城市应用程序都致力于在尽可能多的地方提供基于WiFi的网络连接。这使得人们能够方便地获取重要信息，例如公共汽车的到来，但对于大多数物联网系统能够提供的深入信息却无能为力。这主要是由于WiFi的高成本。虽然WiFi连接可以连接人们，但它成本太高、能耗太高，无法成为物联网设备的可行网络，这意味着城市往往错过了能够真正使其更智能的宝贵见解。

到2020年，市政当局和政府可以转向更实惠的网络连接选项，使他们能够在城市范围内更大规模地部署物联网设备。像Sigfox网络一样，低功耗广域网旨在将物联网设备简单、低功耗和低成本地连接到互联网。（来自物联之家）像这样的网络覆盖范围很广，但只使用少量的能源，使它们成为城市在更大规模引入物联网时可以利用的完美（和实用）网络。在接下来的一年里，在低功耗广域网（LPWAN）上运行的物联网将使智慧城市能够扩展并提供更好的城市服务，例如更好地管理垃圾收集或更快地发现犯罪。

物联网将在2020年走向增长和成熟。通过这种扩展，物联网将通过向用户提供有价值的见解，来继续改善企业和个人生活。尽管行业利益相关方在应对新的市场挑战和增长机遇的过程中可能会遇到挫折，但2020年将是物联网真正大规模起飞的一年——每个人都应该为此做好准备。