當(dāng)物品也可以上網(wǎng)

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，最早是在1969年。此后，全球網(wǎng)絡(luò)便從電腦主機(jī)的連接發(fā)展到個(gè)人電腦和現(xiàn)代移動(dòng)裝置的連接。到2010年，聯(lián)網(wǎng)的電腦數(shù)量超過(guò)了地球上的人口數(shù)量。

然而，當(dāng)我們周?chē)臇|西也開(kāi)始聯(lián)網(wǎng)時(shí)，這其中的一部分被稱(chēng)作“物聯(lián)網(wǎng)”，之前那些令人印象深刻的發(fā)展也不再炫目。由于技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在讓一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器花1美元就變指尖大小成為可能。當(dāng)小型計(jì)算器嵌入日常用品后，能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送和接收信息，以至于出現(xiàn)下面的情形不足為奇：咖啡機(jī)可以在人起床時(shí)開(kāi)機(jī)，并在杯子裝入洗碗機(jī)時(shí)關(guān)機(jī)；交通燈可以同道路聯(lián)絡(luò)，為周?chē)房诘能?chē)輛規(guī)劃路線；建筑物可以通過(guò)掌握人們的方位和所從事的事情，更高效地運(yùn)行；通過(guò)匯總所有來(lái)自各種設(shè)備上的數(shù)據(jù)，就能及時(shí)監(jiān)控整個(gè)星球的健康狀況。

用這些方式連接數(shù)字世界和物理世界，對(duì)于二者來(lái)說(shuō)都會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。但是，除非物聯(lián)網(wǎng)借鑒因特網(wǎng)的歷史，否則這種未來(lái)將不會(huì)實(shí)現(xiàn)。因特網(wǎng)的開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)和分散式設(shè)計(jì)，給予創(chuàng)新和發(fā)展更少的障礙，戰(zhàn)勝了有競(jìng)爭(zhēng)性的專(zhuān)屬系統(tǒng)和集中控制。物聯(lián)網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)是指揮控制技術(shù)和分布式解決方案之間的爭(zhēng)論，它首先是組織結(jié)構(gòu)上的，而不是技術(shù)層面的。物聯(lián)網(wǎng)需要后者，并且開(kāi)放性將最終獲勝。

1互聯(lián)生活

物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是科幻小說(shuō)，它已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的一些物品通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，另一些則通過(guò)安全專(zhuān)網(wǎng)進(jìn)行通訊，但是它們共享共同協(xié)議，這允許它們交互操作來(lái)幫助解決深層次的問(wèn)題。

以降低能耗為例。建筑用電占了整個(gè)美國(guó)用電的四分之三，但是其中大約三分之一被浪費(fèi)了。當(dāng)自然光可以利用時(shí)使用照明燈，并且當(dāng)室外的天氣更加舒適或者房間空閑時(shí)進(jìn)行制冷。有時(shí)風(fēng)扇在往錯(cuò)誤的方向吹風(fēng)，或者制熱和制冷系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。巨大的浪費(fèi)依然持續(xù)，是因?yàn)楹銣仄骱驼彰鳠襞莸倪\(yùn)行方式在建筑物建造時(shí)已經(jīng)設(shè)定。只有當(dāng)公共建設(shè)本身隨著傳感器和驅(qū)動(dòng)器的聯(lián)網(wǎng)，變得智能化，建筑物的能效才能夠在其使用期內(nèi)得到改善。

醫(yī)療保健是美好愿景的另外一個(gè)領(lǐng)域。例如，藥物的管理不善，導(dǎo)致醫(yī)療保健系統(tǒng)每年為此耗費(fèi)數(shù)十億美元。連接了網(wǎng)絡(luò)的藥架和藥瓶，能夠提醒健忘的病人何時(shí)吃藥，藥劑師何時(shí)重新配方，醫(yī)生何時(shí)漏掉了服藥。如果老年人摔倒了,地板會(huì)進(jìn)行求助，這有助于老年人獨(dú)立生活。穿戴式傳感器能夠全天監(jiān)控人的活動(dòng)，并且充當(dāng)私人教練，以此改善健康并節(jié)省開(kāi)支。

無(wú)數(shù)未來(lái)的智能房屋，尚未引起人們的興趣。但物聯(lián)網(wǎng)的成功應(yīng)用就將不一樣。冰箱能夠與食品雜貨店聯(lián)絡(luò)再次訂購(gòu)食物，與體重秤進(jìn)行通訊來(lái)監(jiān)測(cè)飲食，在用電高峰期與電力設(shè)施溝通來(lái)降低電力消耗，當(dāng)需要設(shè)備需要維修時(shí)與廠商聯(lián)系。電燈和開(kāi)關(guān)能夠隨使用的空間和時(shí)間的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。連接日歷、床和汽車(chē)的溫度調(diào)節(jié)器，可以在房屋主人的方位基礎(chǔ)上計(jì)劃進(jìn)行制熱和制冷。在公用事業(yè)提供電力和水暖的今天，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用能夠帶來(lái)安全、舒適和便利。

城市中，物聯(lián)網(wǎng)將能夠收集大量的各種新數(shù)據(jù)。掌握交通工具、公用設(shè)施和人口的流動(dòng)，對(duì)于最大化生產(chǎn)效率是必不可少的，但在傳統(tǒng)意義上，它即使能監(jiān)測(cè)也不會(huì)十分充分。如果每個(gè)街燈、消防栓、公交車(chē)和人行橫道都與互聯(lián)網(wǎng)相連，那么城市就能形成它們中哪個(gè)正常運(yùn)行哪個(gè)沒(méi)有正常運(yùn)行的實(shí)時(shí)讀數(shù)。正如一些城市已經(jīng)在做的，市政廳會(huì)與開(kāi)發(fā)商分享開(kāi)源數(shù)據(jù)集而不是封閉這些信息。

天氣、農(nóng)業(yè)投入和污染程度，隨著地域差異會(huì)發(fā)生很多變化。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接的費(fèi)用還比較高時(shí)，這些現(xiàn)象就已全部能夠被精確測(cè)量。大自然的互聯(lián)網(wǎng)，能夠幫助保護(hù)各種自然資源。

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的最終理解是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸真實(shí)事物。用戶(hù)已經(jīng)能夠發(fā)送物體說(shuō)明書(shū)，然后通過(guò)例如3-D打印機(jī)和激光切割機(jī)等個(gè)人數(shù)字化制作工具進(jìn)行制造。隨著數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)物、實(shí)物轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，長(zhǎng)長(zhǎng)的制造業(yè)供應(yīng)鏈就可以被在互聯(lián)網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)到當(dāng)?shù)厣a(chǎn)設(shè)備的這一過(guò)程所替代，進(jìn)而隨時(shí)隨地生產(chǎn)所需物品。

2回到未來(lái)

了解因特網(wǎng)本身的原理，有助于了解物聯(lián)網(wǎng)的工作原理。

因特網(wǎng)成功的第一個(gè)秘密是它的體系結(jié)構(gòu)。在因特網(wǎng)開(kāi)始發(fā)展的19世紀(jì)六七十年代，電線連接電話(huà)到電話(huà)局的總機(jī)。這種設(shè)置類(lèi)似于城市中的每條道路都穿過(guò)環(huán)形交通樞紐，雖易于識(shí)別方向但會(huì)導(dǎo)致市中心的交通擁堵。為了避免這種問(wèn)題,因特網(wǎng)的開(kāi)發(fā)商創(chuàng)造了一種分布式網(wǎng)絡(luò)，類(lèi)似于車(chē)輛在真實(shí)城市中行駛的道路網(wǎng)絡(luò)。這種設(shè)計(jì)使數(shù)據(jù)避開(kāi)了交通阻塞，并使管理者可以在需要的地方增加容量。

因特網(wǎng)發(fā)展的第二個(gè)關(guān)鍵，是把數(shù)據(jù)分解成單個(gè)單元,并在網(wǎng)絡(luò)傳輸后進(jìn)行重組。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)作“包交換技術(shù)”,它像一個(gè)鐵路系統(tǒng)，在其中，每個(gè)火車(chē)都可獨(dú)立行駛。去往不同目的地的車(chē)輛可以共享相同的軌道，而無(wú)需等一輛長(zhǎng)火車(chē)通過(guò)，并且去往相同地方的車(chē)輛不必都使用相同的路線。只要每輛車(chē)有各自的地址，每個(gè)交匯點(diǎn)能夠指示軌道通往的地方，車(chē)輛就能夠在到達(dá)時(shí)匯合。包交換技術(shù)通過(guò)這種方式傳輸數(shù)據(jù)，使因特網(wǎng)更加可靠、強(qiáng)健和高效。

第三個(gè)重要決定是使數(shù)據(jù)在不同種類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)間傳輸成為可能，以至于信息可以經(jīng)過(guò)建筑物里的電線，進(jìn)入光纜穿越一座城市，然后到達(dá)衛(wèi)星傳送到另一大陸。為了實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程,計(jì)算機(jī)科學(xué)家開(kāi)發(fā)了互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，使數(shù)據(jù)包編址方式標(biāo)準(zhǔn)化。在鐵路方面有同等意義的發(fā)展是標(biāo)準(zhǔn)軌距的引進(jìn)，使火車(chē)可以在國(guó)境邊界上穿越。IP標(biāo)準(zhǔn)，能允許大量不同種類(lèi)的數(shù)據(jù)在共同協(xié)議的基礎(chǔ)上穿行。

第四個(gè)至關(guān)重要的選擇是讓因特網(wǎng)的功能寄居在網(wǎng)絡(luò)末端，而不是中間節(jié)點(diǎn)，以此來(lái)控制流量。這種稱(chēng)為“末端對(duì)末端法則”的設(shè)計(jì)，使得新應(yīng)用無(wú)需升級(jí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)電話(huà)的性能僅能與它所連接的總局交換機(jī)同步，但是因特網(wǎng)分層的體系結(jié)構(gòu)避免了這個(gè)問(wèn)題。

在線留言、音頻和視頻流、電子商務(wù)、搜索引擎和社會(huì)媒體，全部是在幾十年前發(fā)明的系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的，新的應(yīng)用程序可以在這些基礎(chǔ)上創(chuàng)造出來(lái)。

遺憾的是，雖然上述選擇產(chǎn)生了很好的效益，但直到最近,它們都沒(méi)有被除了計(jì)算機(jī)以外的物聯(lián)系統(tǒng)所分享。

相反，從制冷和制熱到家用電子產(chǎn)品的每項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，都創(chuàng)造了自己的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，不光指定了設(shè)備間的交流方式，還指定了能夠交流的內(nèi)容。這種封閉式模式或許可以在一個(gè)確定的域名里工作，但是不限制了創(chuàng)造者最初設(shè)想的未來(lái)種種可能性。此外，每種這些標(biāo)準(zhǔn)都遇到了因特網(wǎng)已經(jīng)解決了的同樣問(wèn)題:如何給設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)名稱(chēng)，如何在網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)送信息，如何控制流量，以及如何保障通信安全。

盡管使用因特網(wǎng)去連接物體，而不是為每種產(chǎn)業(yè)重新發(fā)明網(wǎng)絡(luò)輪，可能現(xiàn)在顯得合乎邏輯，但這迄今為止還不是慣例。原因之一是，制造商想建立專(zhuān)有控制。因特網(wǎng)沒(méi)有收費(fèi)站,但是如果特定產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)商能夠控制設(shè)備間使用的通信標(biāo)準(zhǔn),它就可以向使用者收費(fèi)。

要調(diào)和這一問(wèn)題，必須得出這樣的結(jié)果，即專(zhuān)用的解決方案能比通用的因特網(wǎng)表現(xiàn)地更好。但這些選擇方案并沒(méi)有得到很好的發(fā)展，且缺少因特網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模和可靠性。它們的設(shè)計(jì)者高估了以互聯(lián)互通為代價(jià)的最優(yōu)功能。

對(duì)于任何特殊用途來(lái)說(shuō)，因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)都不是完美的，但相比其他，其實(shí)都已足夠好。專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)不僅需承擔(dān)維持多樣且不相容標(biāo)準(zhǔn)的高昂費(fèi)用，而且還缺乏安全性。因特網(wǎng)數(shù)十年受到的攻擊，使其形成了一個(gè)完善防御措施的巨大研究者和供應(yīng)商群體，現(xiàn)在正好可以應(yīng)用于防護(hù)物聯(lián)通信。

最終的問(wèn)題是費(fèi)用。因特網(wǎng)最先依賴(lài)于幾十萬(wàn)美元的大型計(jì)算機(jī)，然后是一千美元的私人電腦。

因特網(wǎng)經(jīng)濟(jì)到目前為止是從電燈泡和門(mén)把手的經(jīng)濟(jì)上分離出來(lái)的，但開(kāi)發(fā)商從未想過(guò)讓這樣的物體聯(lián)網(wǎng)會(huì)具有商業(yè)價(jià)值，一千美元照明開(kāi)關(guān)的市場(chǎng)畢竟是有限的。因此，幾十年來(lái),物體保持非聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。

3大物體小程序

但是經(jīng)濟(jì)或者技術(shù)上的障礙不再擋道于物聯(lián)網(wǎng)。使物聯(lián)網(wǎng)成為可能的是默默無(wú)聞的微控制器，它由一個(gè)小量?jī)?nèi)存和外圍部分封裝而成的簡(jiǎn)單處理器組成。微控制器僅有幾毫米大小，花費(fèi)幾美分就可以制造，只需用數(shù)毫瓦的電力，以至于它可以依靠一個(gè)蓄電池或者小太陽(yáng)能電池運(yùn)行幾年。不像以數(shù)億字節(jié)內(nèi)存標(biāo)榜的私人電腦，微控制器只能儲(chǔ)存幾千字節(jié)。雖然這并不夠支撐今天臺(tái)式機(jī)程序的運(yùn)行，但卻能與因特網(wǎng)發(fā)展時(shí)期的設(shè)備相匹配。

1995年前后，研究者在麻省理工開(kāi)始使用這些元素來(lái)簡(jiǎn)化因特網(wǎng)連接。從丹尼-科恩開(kāi)始，這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)一步與一大群因特網(wǎng)原創(chuàng)者合作，目的是將因特網(wǎng)擴(kuò)展到物體上。既然“下一代互聯(lián)網(wǎng)”早已用來(lái)指代互聯(lián)網(wǎng)提速項(xiàng)目，我們只能稱(chēng)這種更慢更簡(jiǎn)單的互聯(lián)網(wǎng)為“零代互聯(lián)網(wǎng)”

零代互聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是為最小的設(shè)備設(shè)置IP通過(guò)把智能

燈泡和智能開(kāi)關(guān)直接聯(lián)網(wǎng)，這些設(shè)備可以自行開(kāi)閉，而無(wú)需通過(guò)與互聯(lián)網(wǎng)相連的控制器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。這樣，新的應(yīng)用程度將被創(chuàng)造出來(lái)以連接電燈和開(kāi)關(guān)，可以不受控制器容量的限制。

讓物體進(jìn)入因特網(wǎng)，簡(jiǎn)化了眾多疑難問(wèn)題?？紤]到電子產(chǎn)品代碼（為人熟悉的條形碼成功者），零售商開(kāi)始在它們的產(chǎn)品上使用通過(guò)無(wú)線電頻率識(shí)別的標(biāo)簽。這些標(biāo)簽中的信息也可以被因特網(wǎng)數(shù)據(jù)包替代，以至于物體可以?xún)?nèi)含隨環(huán)境變化的使用說(shuō)明；商店里的收銀臺(tái)、藥瓶上的標(biāo)簽?zāi)軌蚺c商品數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交流；在醫(yī)院，它又能連接到病人的檔案。

隨著互聯(lián)網(wǎng)連接的簡(jiǎn)化，零代互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目也簡(jiǎn)化了物體間的網(wǎng)絡(luò)。永遠(yuǎn)追求更快的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致每種數(shù)據(jù)傳輸媒介的標(biāo)準(zhǔn)因其都需要自己特殊的預(yù)防措施而呈現(xiàn)很大不同。但是對(duì)于莫爾斯碼來(lái)說(shuō)，無(wú)論它是使用旗幟什么介質(zhì)進(jìn)行傳輸，其實(shí)看起來(lái)都一樣，并且同樣地，零代互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)包在某種程度也獨(dú)立于其媒介。就像IP,它不是最理想的，但是它用速度換來(lái)了廉價(jià)和簡(jiǎn)潔。高速并不是必需的，燈泡畢竟用不著看寬帶電影。

另外一個(gè)使因特網(wǎng)拓展到物體的創(chuàng)新，是從IP的舊版本到新版本的更新?lián)Q代。當(dāng)最初標(biāo)準(zhǔn)IPv4的設(shè)計(jì)者在1981年發(fā)行它的時(shí)候，使用32個(gè)二進(jìn)數(shù)位（每位一個(gè)0或者一個(gè)1）來(lái)存儲(chǔ)每個(gè)IP地址，考慮到總數(shù)超過(guò)40億的IP地址，把唯一的識(shí)別符分配到了每個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。IPv4用完了所有地址后，它現(xiàn)正在被一新的版本IPv6替代。新標(biāo)準(zhǔn)使用128個(gè)二進(jìn)制數(shù)位的IP地址，創(chuàng)造出了比宇宙星辰還多的可能識(shí)別符。

但是,IPv6仍然需要處理物聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)特要求。隨著內(nèi)存、速度和功率上的限制，設(shè)備能夠在網(wǎng)絡(luò)上間歇性地出現(xiàn)和消失，要么是為了節(jié)能，要么是因?yàn)樗鼈冋谛羞M(jìn)中。并且，在足夠大的數(shù)量中，甚至是簡(jiǎn)單的傳感器也可以擊垮現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，因?yàn)橐蛔鞘锌赡軗碛袛?shù)百萬(wàn)的電表和插座。所以，要推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的延展，以滿(mǎn)足這些需求。

4英特網(wǎng)發(fā)展的必然性

盡管物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)在的技術(shù)上是可行的，但是其應(yīng)用受到了舊問(wèn)題的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵的區(qū)別是信息寄存于何處：在擁有自己ip地址的智能設(shè)備里，還是在有線連接私人聯(lián)網(wǎng)控制器的非智能設(shè)備里。令人困惑的是，后面這種裝備本身還頻繁地被描述為物聯(lián)網(wǎng)的一部分。把ip拓展到網(wǎng)絡(luò)的末端，可以使創(chuàng)新只停留在它的邊緣；把設(shè)備連接到因特網(wǎng)，間接造成了對(duì)它們的使用障礙。

在使用“智能電網(wǎng)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的時(shí)候，其含義同樣出現(xiàn)了相互矛盾。智能電網(wǎng)承諾，通過(guò)智能化地控制高峰時(shí)期的用電負(fù)荷，動(dòng)態(tài)地調(diào)控價(jià)格來(lái)刺激能源效率的提升，用許多小的可再生資源供電給電網(wǎng)，來(lái)減少對(duì)發(fā)電廠的需求。在不那么明智、實(shí)用主義的方法中,這些功能全部將集中控制。在相互矛盾的、以因特網(wǎng)為中心的方法中則不會(huì)，因?yàn)樗稚⒌奶匦詫⒁紤]開(kāi)發(fā)商設(shè)計(jì)節(jié)能應(yīng)用程序的市場(chǎng)。

讓電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，明顯增加了網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題，但是集中控制將只會(huì)放大問(wèn)題。因特網(wǎng)的歷史表明，隱藏式安全根本就行不通。以安全的名義對(duì)它們的內(nèi)在運(yùn)行保密的系統(tǒng)，一貫被證明比那些允許自身被外卜人檢查和挑戰(zhàn)的系統(tǒng)更易受到攻擊。用來(lái)保護(hù)英特網(wǎng)通訊的開(kāi)放式協(xié)議和程序，是龐大的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)不斷開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)的結(jié)果。

此外，在涉及安全的問(wèn)題上，人是最通常的弱點(diǎn)，而不是技術(shù)。無(wú)論一個(gè)系統(tǒng)如何安全，也難以避免人為因素的干擾。集中性的控制，引來(lái)了一個(gè)在分散式系統(tǒng)中不存在的弱點(diǎn)。

因特網(wǎng)的發(fā)展，極大地超出了人們的預(yù)期。因特網(wǎng)的很多應(yīng)用驅(qū)動(dòng)了其發(fā)展，讓人們驚訝不已，但它們并不是任何最初計(jì)劃中的組成部分。它們是開(kāi)放式建筑風(fēng)格的結(jié)果，總給出乎意料留有余地。同樣地，今天人們看待物聯(lián)網(wǎng)的視角，肯定也會(huì)在實(shí)踐的發(fā)展面前黯然失色。但是，因特網(wǎng)的歷史為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了原則，指引它以可行、強(qiáng)健、安全和令人鼓舞的創(chuàng)新方式發(fā)展。

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