物聯(lián)網(wǎng)(IoT)：接下來又會是什么？

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展最初的技術(shù)成熟度曲線只是基于已部署和潛在傳感器的數(shù)量增加。如今，我們可以展望未來，探討一些重要的成功因素。物聯(lián)網(wǎng)的未來趨勢包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，會給最終客戶帶來經(jīng)濟效益。還有一個趨勢是電池使用壽命更長，能持續(xù)數(shù)年。在任何無線物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸都會消耗電力。因此，通過智能分區(qū)使感知和處理發(fā)生在邊緣節(jié)點，并且通過本地決策使得(在更零星或更短的期間)數(shù)據(jù)量減小，從而為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)帶來顯著增值。最后，未來的關(guān)鍵要素是安全可靠運行的能力。因此，對于成功的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的重點將轉(zhuǎn)向關(guān)鍵性能指標(biāo)，如可信傳感器和系統(tǒng)正常運行時間。分析師預(yù)測，低成本開發(fā)系統(tǒng)現(xiàn)在正處于期望膨脹的峰值期(Peak of inflated expectations)。我預(yù)測物聯(lián)網(wǎng)平臺將在一年內(nèi)充斥大眾市場，在接下來的二至五年內(nèi)，差異化或?qū)I(yè)化的高精度傳感器和模擬信號鏈將成為主流，真正將物聯(lián)網(wǎng)市場推向未來。

圖1a.疊加了低成本開發(fā)板數(shù)據(jù)點的技術(shù)成熟度曲線

圖1b.全球三次數(shù)字化浪潮

優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)的重要性

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有一個關(guān)鍵流程是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。簡單地說，這一轉(zhuǎn)換完成得越好，那么數(shù)據(jù)就越有用。硅技術(shù)創(chuàng)新了實現(xiàn)轉(zhuǎn)換和對周圍世界的解讀，它通過檢測、測量、解譯和連接技術(shù)在現(xiàn)實與數(shù)字世界之間架起橋梁。

圖2.從傳感器到云

最有效的物聯(lián)網(wǎng)部署方案是能夠利用這些數(shù)據(jù)來決定變化。而最佳變化就是為最終客戶帶來最大價值，如更高的效率或更高的安全性——例如在工廠中，機器學(xué)習(xí)不僅能識別將來何時可能需要對機器進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，還要能識別細(xì)節(jié)，達(dá)到更高的識別水平，以確定需要采取何種行動(例如，識別電機中特定滾珠軸承的磨損情況)。

因此，任何物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的第一階段都是檢測、測量，然后將實時信號轉(zhuǎn)換為分析數(shù)據(jù)。這一階段完成得怎樣將為后續(xù)成功與否奠定基礎(chǔ)。如果輸入錯誤的信息數(shù)據(jù)，那么從任何物聯(lián)網(wǎng)分析云平臺得到的結(jié)果也將是錯誤的。因此，最成功的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)要具備其他系統(tǒng)無法達(dá)到的測量與報告水平。

這種改善測量與報告的需求使得優(yōu)質(zhì)硬件至關(guān)重要。近期的Gartner報告持同樣觀點。報告認(rèn)為低成本物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)板正快速進(jìn)入泡沫破裂的幻滅期(trough of disillusionment)。這可能是由可用的低成本開發(fā)平臺的數(shù)量過多造成的。但是，我認(rèn)為這更可能是由于我們更加關(guān)注更具挑戰(zhàn)性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，它們更具實際經(jīng)濟價值。這些應(yīng)用所依賴的數(shù)據(jù)結(jié)果，粗略測量根本無法支持。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)點和云之間分區(qū)

云技術(shù)支持采用擴展的多個信號鏈，包括分析功能和大數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要是需要在邊緣節(jié)點實現(xiàn)高智能——這源于多種因素，包括將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆频膸挷蛔?或更準(zhǔn)確地說：無誤差傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率限制)，或延遲問題，即節(jié)點所需的行動速度意味著系統(tǒng)無法等待從云端傳回響應(yīng)。因此，需要在節(jié)點、中間網(wǎng)關(guān)和云中有多個控制回路。云能夠為大量傳感器整合數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整邊緣設(shè)置。麥肯錫認(rèn)為，實際使用的云數(shù)據(jù)只有1%，此外，安全性威脅也意味著將數(shù)據(jù)保持在本地更有優(yōu)勢。

圖3.邊緣節(jié)點智能，當(dāng)前與未來

傳感器中實施智能分區(qū)和嵌入算法可以在源頭實時解讀最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。嵌入智能傳感器和云端的算法能夠超越硅芯片做出更深的數(shù)據(jù)解讀。事實上，這使得預(yù)測未來系統(tǒng)行為成為可能。在任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用中能否加速采用物聯(lián)網(wǎng)解決方案取決于構(gòu)建安全系統(tǒng)的能力，而智能分區(qū)就可以做到。

云計算通過大量傳感器初步讀數(shù)間的這種聯(lián)系，并根據(jù)時間、位置和其他傳感器將各種不同的傳感器讀數(shù)相關(guān)聯(lián)，從中獲得見解。這包含兩部分：檢測數(shù)據(jù)變化的能力(例如，機器性能的漂移)，以及創(chuàng)建現(xiàn)實物體(如電機)或系統(tǒng)的一個軟件模型“數(shù)字孿生”的能力。這些數(shù)字孿生可用于主動修復(fù)設(shè)備或規(guī)劃生產(chǎn)流程。這是對未來幾年傳感器爆炸式增長的部分展望，也是將軟件和服務(wù)貨幣化的能力。

對物聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要的最后一部分是創(chuàng)建無線網(wǎng)絡(luò)。絕大多數(shù)聯(lián)網(wǎng)對象會利用射頻和微波頻率以無線方式連接回云端。運行方式多種多樣，運行范圍由短至長，數(shù)據(jù)速率由低到高。有些設(shè)備可能數(shù)月或數(shù)年不通信，而有些設(shè)備則需要跨關(guān)鍵業(yè)務(wù)安全網(wǎng)絡(luò)運行。許多傳感器節(jié)點也會通過電池或能量采集器自行供電，因此高效率運行將是關(guān)鍵。通信網(wǎng)絡(luò)對于根據(jù)各種需求從傳感器到云的情報傳輸至關(guān)重要。

圖4.可靠的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)

但可靠運行將是成功實施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最關(guān)鍵要素。所有這些不同的需求都會非常重視通信網(wǎng)絡(luò)，以便實現(xiàn)傳感器到云的情報傳輸。在惡劣的環(huán)境中(如由金屬和混凝土建造的工廠)，可靠的運行能力尤其具有挑戰(zhàn)性?？蛻糇钚枰氖堑统杀?、低功耗、低延遲的技術(shù)。他們同時希望傳感器布局能夠不受限制地擴展。不依賴無線協(xié)議創(chuàng)建可靠網(wǎng)絡(luò)就是使用替代路徑和通道來克服干擾，從而保持這種高可靠性。