什么是物联网?这里有你需要了解的一切!

发布时间: 2020-05-15 10:42:38   来源:SegmentFault  作者:

  什么是物联网?

  物联网指的是全球数十亿的物理设备都连接到了互联网上,都可以进行数据的收集与共享。物联网的终极目标,就是让万物都成为网络的一部分。

  将所有这些不同的物体连接起来,并给它们添加传感器,使原本笨笨的设备增加了一个数字智能的层次,使它们能够在不涉及人类的情况下进行实时数据通信。物联网正在让我们周围的世界结构变得更加智能,反应更加灵敏,将数字世界和物理世界融合在一起。

  举个物联网的例子

  几乎任何物理物体都可以转化为物联网设备,只要把它们连接到互联网上进行控制或通信信息。

  一个可以使用智能手机应用程序打开的灯泡就是物联网设备,一个运动传感器或办公室里的智能恒温器也是物联网设备。物联网设备可能像儿童玩具一样毛茸茸,也可能像无人驾驶卡车一样硬核。

  一些较大的物体本身可能充满了许多较小的物联网组件,比如现在的喷气式发动机,里面装满了成千上万的传感器,收集并传输数据,以确保其高效运行。在更大的范围内,智慧城市项目正在用传感器填充整个区域,帮助我们理解和控制环境。

  物联网这个词主要是指那些通常并不会有互联网连接的设备,而且可以不受人类行动的影响而与网络通信。出于这个原因,电脑一般不被认为是物联网设备,智能手机也不属于物联网设备,尽管后者装满了传感器。不过,智能手表或健身环或其他可穿戴设备可能会被算作物联网设备。

  物联网的历史

  在 20 世纪 80 年代和 90 年代,人们一直在讨论在基本的物体上添加传感器和智能的想法,但除了一些早期的项目,比如联网的自动售货机之外,进展一直很缓慢。

  原因很简单,因为技术还没有准备好。芯片太大、太笨重,再加上通信行业的制约,导致物体之间没有办法进行有效的通信。

  在连接几十亿台设备的成本效益最终成为一种经济实惠的方式之前,需要廉价、省电的处理器,而不是一次性的。可以无线通信的低功耗芯片 RFID 标签解决了部分问题,同时宽带互联网、蜂窝和无线网络的日益普及也解决了这一问题。IPv6 也是物联网扩展的必要步骤,它可以为世界上每一台设备提供足够的 IP 地址。

  Kevin Ashton 在 1999 年创造了「物联网」这个短语,而这项技术又花了二十年时间才初现雏形。

  "物联网将人类文化的互联性、我们与'万物'、与数字信息系统、与互联网融为一体。这就是物联网。"Ashton 在一次采访中表示。

  在昂贵的设备上添加 RFID 标签来帮助追踪位置是物联网的首批应用之一。但从那时起,在物体上添加传感器和互联网连接的成本不断下降,专家预测,这种基本功能有一天可能只需几分钱,就可以使所有的东西连接到互联网。

  物联网发展最初主要针对的是商业和制造业场景,当时也被称为 M2M(机器对机器)。但现在的重点是让我们的家庭和生活场景里充满智能设备,将其转化为几乎与每个人都相关的东西。

  早期对互联网连接设备的建议包括 "blogjects"(可以将自己的数据记录到互联网上的对象)、无处不在的计算(或称 "ubicomp")和隐形计算。

  而这些合起来,就是我们现在对物联网的定义。

  物联网到底有多大?

  大,而且越来越大 —— 世界上的物联网设备已经比全球人口数量还要多了。

  科技分析公司 IDC 预测,到 2025 年,总共将有 416 亿个连接的物联网设备,工业和汽车设备迎来了连接物联网的最大机会,但短期内智能家居和可穿戴设备的采用率会很高。

  另一家科技分析机构 Gartner 预测,今年企业和汽车领域的设备数量将达到 58 亿台,比 2019 年增长近四分之一。受益于智能电表的持续推出,公用事业将成为物联网的最高用户。

  安防设备,以入侵检测和网络摄像头的形式,将成为物联网设备的第二大用途。楼宇自动化(如联网照明)将是增长最快的领域,其次是汽车(联网汽车)和医疗保健(慢性病监测)。

  物联网对企业有哪些好处?

  物联网给企业带来的好处取决于具体的实施方式,比如敏捷性和效率通常是首要考虑因素。企业可以有能力获得更多关于自身产品和内部系统的数据,并因此获得更大的变革能力。

  制造商正在为产品的部件添加传感器,这样他们就可以将数据传输回来,了解其性能如何。这可以帮助企业发现某个部件可能出现故障,并在其造成损坏之前将其更换掉。公司还可以利用这些传感器产生的数据,使他们的系统和供应链更有效率,因为他们将掌握更准确的数据,了解真正的情况。

  "随着全面、实时数据收集和分析的引入,生产系统的反应能力会大幅提高。"咨询师麦肯锡表示。

  企业对物联网的使用可以分为两个部分:行业特定的产品,如发电厂的传感器或用于医疗卫生保健的实时定位设备;以及可用于所有行业的物联网设备,如智能空调或安防系统。

  虽然特定行业的产品正在进行初期的跑马圈地,但 Gartner 预测,到 2020 年,跨行业的设备将达到 44 亿台,而垂直领域的特定设备将达到 32 亿台。

  消费者购买更多的设备,而企业的支出也将变得更多:该分析机构表示,去年消费者在物联网设备上的支出约为 7250 亿美元,而企业在物联网上的支出则达到 9640 亿美元。到 2020 年,企业和消费者在物联网硬件上的消费支出将达到近 3 万亿美元。

  据 IDC 预测,2019 年全球物联网支出将达到 745 亿美元,比 2018 年的 6460 亿美元增长 15.4%,并在 2022 年突破 1 万亿美元大关。

  在预测报告中,物联网的首要行业是离散制造业(1190 亿美元的支出)、加工制造业(780 亿美元)、交通运输(710 亿美元)和公用事业(610 亿美元)。对于制造商而言,支持资产管理的项目将是关键;在运输领域,货运监控和车队管理将是重中之重。公用事业行业的物联网支出将由电力、燃气和水的智能电网项目主导。

  消费者物联网支出预计将达到 1080 亿美元,成为第二大行业领域:智能家居、个人健康和联网汽车信息娱乐将占据大部分支出。

  什么是工业物联网?

  工业物联网(IIoT)或第四次工业革命或工业 4.0 都是对物联网技术在商业环境中的应用的称呼。

  其实概念与家庭中的消费类物联网设备相同,但在这种情况下,其目的是利用传感器、无线网络、大数据、人工智能和分析技术的组合来测量和优化工业流程。

  如果在整个供应链中引入,而不仅仅是单个企业,那么,通过及时交付材料和从头到尾的生产管理,影响可能会更大。提高劳动生产率或节约成本是两个潜在的目标,但 IIoT 也可以为企业创造新的收入来源:

  制造商不只是销售独立的产品,比如卖发动机的厂商,之后还可以配套销售发动机的预测性维护检修服务。

  物联网对消费者有什么好处?

  物联网有望让我们的社会环境变得更加智能、可测量,比如我们的家庭、办公室和车辆。

  像现在比较比较普及的物联网设备智能音箱,就可以让我们更轻松的播放音乐、设置闹钟或者查询一些信息。家庭安全系统让我们更容易监控室内外的情况,或者是看到访客并与之交谈。同时,智能温控器可以在我们回来之前帮助我们在家里取暖,智能灯泡可以让我们即使不在家也能让人看起来像在家一样。

  将目光投向家庭之外,传感器可以帮助我们了解我们的环境可能有多嘈杂或污染的程度。自动驾驶汽车和智能城市可以更大程度的改变我们的城市空间与运行模式。

  然而,这些创新可能会对我们的个人隐私产生重大影响,这个我们后面再详细说明。

  物联网与智能家居

  对于消费者来说,智能家居可能是最容易接触到「联网」的东西,而这也是各大科技公司(尤其是亚马逊、谷歌和苹果)都在激烈竞争的一个领域。

  除了我们前面提到的智能音箱,还有智能插头、灯泡、摄像头、恒温器,还有被人戏称为智能冰箱的智能插头。

  但除了具备一些比较酷炫的功能外,智能家居还有更重要的一面。它可以让老年人或者行为不便者保持独立,让家人或者他们的照顾者更方便的与他们交流、检测观察他们的生活情况。

  物联网的安全问题

  安全是物联网最大的问题之一。这些传感器在许多情况下收集着极其敏感的数据,比如我们在家里说的话、做的事。

  保证这些数据的安全对消费者的信任至关重要,但到目前为止,物联网在这一块儿做的可以说是非常糟糕。太多的物联网设备很少考虑到基本的安全问题,比如在运输和待机时对数据进行加密。

  另外一点,很多物联网设备不具备「打补丁」的能力,比如软件中的漏洞无法后期维护,这让它们长期处于危险之中。随着物联网的发展,黑客们正积极地将目标锁定在路由器和网络摄像头等物联网设备上,因为这些设备天生缺乏安全保障,很容易被攻破,并且更“有用”。

  研究人员发现,至少有 10 万个网络摄像头可以轻松被黑客入侵,而一些连接互联网的儿童智能手表也被发现存在安全漏洞,黑客可以追踪佩戴者的位置,窃听对话,甚至与用户直接进行通信。

  各国政府对物联网的风险越来越担心。英国政府已经发布了自己的指南,围绕消费类物联网设备的安全问题。它希望设备必须有唯一的密码,公司将提供一个公开的联系点,以便任何人都可以报告漏洞(并且将对这些漏洞采取行动),制造商将明确说明设备将在多长时间内获得安全更新。

  这是一个并不全面的指南,但也是一个很好的开始。因为当智能物体的制造成本越低,这些问题就会变得越发普遍和棘手。

  这一切在商业领域也同样适用,但利害关系更大。将工业机械连接到物联网网络,会增加黑客发现和攻击这些设备的潜在风险。工业间谍活动或对关键基础设施进行破坏性攻击都是潜在的风险。这意味着企业需要确保这些网络被隔离和保护,对传感器、网关和其他组件进行数据加密和安全保护是必要的。

  然而,物联网技术的现状使其更难确保,各组织之间缺乏一致的物联网安全规划也是如此。考虑到黑客对已连接到互联网但未受保护的工业系统进行篡改的意愿,这是非常令人担忧的。

  物联网在数字世界和物理世界之间架起了桥梁,这意味着黑客入侵设备可能会对现实世界造成危险的后果。黑客入侵控制发电站温度的传感器,可能会骗取操作人员做出灾难性的决定;控制无人驾驶汽车,也可能以灾难告终。

  物联网的隐私问题

  随着所有这些传感器收集你所做的一切数据,物联网是一个潜在的巨大的隐私和安全问题。

  以智能家居为例:它可以告诉你什么时候起床(智能灯泡),你的刷牙情况如何(智能牙刷),你喜欢听什么歌(智能音箱),你爱吃什么类型的食物(智能烤箱或冰箱),你的孩子在干什么(智能玩具),以及谁来拜访你和经过你的房子(智能门铃)。

  虽然绝大部分的公司都只是为了卖给你东西而赚钱,但物联网的商业模式很可能也会涉及到部分隐私数据的出售。

  这些数据会如何处理,是一个极其重要的隐私问题。并非所有的智能家居公司都是围绕着收集和出售你的数据来建立他们的商业模式,但有些公司确实如此。

  值得注意的是,物联网数据可以与其他数据结合在一起,创造出一个令人惊讶的你的「个人画像」。

  从几个不同的传感器读数中,可以出人意料地发现一个人的很多信息。在一个项目中,一位研究人员发现,通过分析仅以图表形式记录家庭一天中的能源消耗、一氧化碳和二氧化碳含量、温度和湿度的数据,他们就可以计算出一个人的晚餐是什么。

  物联网和网络战

  这个话题就比较大了。因为物联网使得网络的力量实体化,因此如果物联网设备出现了问题,将会对现实世界造成重大的影响,而国家层面在规划网络战争战略时也正在考虑这一点。

  据网络公开资料显示,美国情报部门已经表示该国的关键基础设施以及"被称为物联网的更广泛的联网消费和工业设备生态系统"正在受到威胁。而该国也正将国家关键基础设施的关键要素(如水坝、桥梁和电网的要素)加入到物联网中,这将使得安全问题变得更加重要。

  物联网与数据

  一个物联网设备很可能包含一个或多个传感器,以便收集数据。这些传感器收集的内容取决于各个设备和它的任务。工业机械内部的传感器可能会测量温度或压力;安防摄像头可能会有一个距离传感器,同时也会有声音和视频,而你的家庭控温器可能会有一个湿度传感器。

  所有这些传感器数据都必须被传送到某个地方才能进行数据的分析处理以及指令的发布执行,这意味着物联网设备将需要传输数据,并将通过 Wi-Fi、4G、5G 等方式进行传输。

  科技分析机构 IDC 做过一个统计,五年内物联网小工具将创造 79.4 兆字节的数据。IDC 表示,这些物联网数据中的一些数据将是 "小的、突发的",比如传感器的温度读数或智能电表的读数等快速更新。而其他设备可能会产生大量的数据流量,比如使用计算机视觉的视频监控摄像头。

  IDC 表示,未来几年内,物联网设备创造的数据量将快速增长。它表示,大部分数据都是由视频监控产生的,但随着时间的推移,其他工业和医疗用途将产生更多的数据。

  此外无人机也将成为利用摄像头创造数据的一大驱动力。再往前看,自动驾驶汽车也将产生大量丰富的传感器数据,包括音频和视频,以及更专业的汽车传感器数据。

  物联网和大数据分析

  物联网产生了大量的数据,也意味着物联网是大数据分析项目的重要驱动力,因为它允许企业创建庞大的数据集并对其进行分析。为制造商提供大量关于其部件在现实世界中的行为方式的数据,可以帮助他们更迅速地进行改进,而从城市周围的传感器中获取的数据可以帮助规划者更有效地进行城市交通规划。

  这些数据将以多种不同的形式出现,比如语音请求、视频、温度或其他传感器读数,所有这些数据都可以被挖掘出来,从而进行分析。

  正如 IDC 指出的那样,物联网元数据类别是一个不断增长的数据来源,需要管理和利用。"元数据是一个首要的候选者,可以被送入像 MongoDB 这样的 NoSQL 数据库,为非结构化内容带来结构化,或者被送入认知系统,为外在的随机环境带来新的理解、智能和秩序。"

  另外一点,物联网将提供大量的实时数据。据 cisco 统计,支持物联网应用的机器对机器连接将占到 271 亿设备和连接总数的一半以上,到 2021 年将占到全球 IP 流量的 5%。

  物联网和云计算

  物联网应用产生的海量数据意味着许多公司会选择在云端进行数据处理,而不是建立大量的内部容量。云计算巨头们已经在向这些公司求爱。微软有其 Azure IoT 套件,而亚马逊 AWS 则提供了一系列 IoT 服务,Google Cloud 也是如此。这里我们就不展开了。

  物联网与智慧城市

  通过将大量的传感器分布在一个城镇或城市中,规划者可以实时了解城市运转的真实情况。因此,智慧城市项目是物联网的一个重要应用场景。

  城市已经产生了大量的数据(来自安全摄像头和环境传感器),并且已经包含了大型基础设施网络(如控制交通灯的网络)。物联网项目的目的是将这些连接起来,然后将进一步的智能添加到系统中。

  例如,西班牙正计划用 50 万个传感器覆盖巴利阿里群岛,将其变成物联网项目的实验室。该项目的计划之一是为了更好地服务岛上的老年人,另一个计划则是通过传感器识别海滩的拥挤程度,从而为当地的旅游部门以及游客提供替代方案。

  另外,AT&T 也正在推出一项服务,利用 LTE 传感器监测桥梁、公路和铁路等基础设施,以监测结构变化(如裂缝和倾斜等)。

  能够更好地了解城市的运行情况,就可以让规划者们更及时更精准的做出改变,改善居民的生活。除了政府外,很多大型科技公司也将智慧城市项目视为一个潜在的巨大领域。

  物联网和 5G 如何连接和共享数据?

  物联网设备使用各种方法来连接和共享数据。目前大多数设备都会使用某种形式的无线连接:家庭和办公室使用 Wi-Fi 或者蓝牙;其他的部分设备将使用 LTE(现有技术包括窄带物联网和 LTE-M,主要针对发送有限数据量的小型设备)甚至卫星连接来通信。然而,大量不同的选择已经让一些人认为,物联网通信标准需要像今天的 Wi-Fi 一样被接受和可操作性。

  未来几年的一个增长领域无疑是利用 5G 网络支持物联网项目。5G 提供了在一平方公里内可容纳多达 100 万台 5G 设备的能力,这意味着在非常小的区域内使用大量的传感器将成为可能,也使得大规模的工业物联网部署成为可能。

  不过,5G 的普及部署可能还需要一段时间。据爱立信预测,到 2025 年,将有大约 50 亿台物联网设备连接到蜂窝网络,但其中只有大约四分之一是宽带物联网,其中大部分由 4G 连接。

  根据 Gartner 的数据报告,户外监控摄像头将是 5G 物联网设备的最大市场,短期内将成为 5G 物联网设备的最大市场,今年占 5G 物联网设备的 70%,但到 2023 年年底之前将下降到 30% 左右,届时将被联网汽车超越。

  而物联网还有一个发展趋势,就是将更少的数据发送到云端进行处理。

  为了降低成本,在设备上进行更多的处理,未来可以只将有用的数据送回云端,这种策略就是我们最近经常提到的「边缘计算」。但这将需要新的技术,比如防篡改的边缘服务器,可以在远离云端或企业数据中心的地方收集和分析数据。

  物联网数据和人工智能

  物联网设备会产生大量的数据,这些数据可能是关于发动机的温度、车门是否打开或关闭、智能电表的读数等信息。所有这些物联网数据都需要收集、存储和分析。公司利用这些数据的一种方式是将其输入人工智能系统,系统再利用这些物联网数据进行预测。

  例如,谷歌已经让人工智能负责其数据中心的冷却系统。这个系统使用从成千上万的物联网传感器中提取的数据,并将这些数据反馈到深度神经网络中,由其预测不同的选择会对未来的能源消耗产生怎样的影响。

  通过使用机器学习和人工智能,谷歌已经能够使其数据中心更加高效,并表示同样的技术也可以在其他工业环境中得到应用。

  物联网的下一个方向是什么?

  随着传感器和信息通信的价格不断下降,在物联网中增加更多的设备会变得性价比更高,即使在某些情况下对消费者来说没有什么明显的好处。

  但物联网的部署还处于早期阶段,大多数参与物联网的公司目前都处于试验阶段,这主要是因为传感器技术、5G 和机器学习驱动的分析技术还处于合理的早期发展阶段。

  现在物联网领域有许多竞争的平台和标准、许多不同的厂商,从设备制造商到软件公司到网络运营商,都想分一杯羹,但目前还不清楚哪一个会胜出。但如果没有标准,而安全问题又是一个持续存在的问题,未来几年我们很可能会看到更多的物联网安全事故。

  随着联网设备的数量持续增加,我们的生活和工作环境将被智能产品所充斥 —— 假设我们愿意接受安全和隐私的权衡,那么我们的生活和工作环境将变得充满了智能产品。

  参考资料:

  维基百科:物联网

  ZDNet:《What is the IoT? Everything you need to know about the Internet of Things right now》

  《The Internet of Things? It's really a giant robot and we don't know how to fix it》

  Techrepublic:《System on a chip takes IoT processing to the edge》

  新华网:《“新基建”重塑物联网产业新秩序》

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      关键词: 物联网

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