探索物聯(lián)網(wǎng)，你可以從這些角度入手

據(jù)科技網(wǎng)站報道，2017年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將首次超過全球人口。據(jù)市場研究公司Gartner稱，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達到84億——比2016年的64億增長31%，而全球人口數(shù)量為75億。2020年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達到204億。物聯(lián)網(wǎng)已滲透到我們的日常生活中。在本文中，我將探索物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 中的重要概念，描述開始構(gòu)建 IoT 解決方案的 4 個主要步驟。

物聯(lián)網(wǎng)正在帶來改變

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 正在徹底改變公司管理其資產(chǎn)，監(jiān)視其業(yè)務(wù)運營和與其用戶交互的方式。IoT 提供了一些新方法，通過遙測技術(shù) 遠程管理設(shè)備，使用實時機器數(shù)據(jù)來設(shè)計新的運營模型，并使用位置感知和智慧產(chǎn)品來通過新服務(wù)與客戶交互。設(shè)備制造商正不斷從機器中嵌入的傳感器中獲益，這些傳感器提供了有關(guān)設(shè)備使用、潛在故障、位置、安全和需要的耗材的重要實時信息。這些實時信息可以幫助設(shè)備制造商最大化正常運行時間，加快服務(wù)響應(yīng)速度。企業(yè)面臨的這些 “事物” 在大小和復(fù)雜性上各不相同，從簡單的恒溫控制器到自主重型車輛，再到渦輪機。

據(jù)科技網(wǎng)站報道，2017年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將首次超過全球人口。據(jù)市場研究公司Gartner稱，2017年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達到84億——比2016年的64億增長31%，而全球人口數(shù)量為75億。2020年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達到204億。其中，企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)硬件支出將達到人民幣66370億元，消費者物聯(lián)網(wǎng)硬件支出為人民幣49916億元。到2020年，消費者和企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)硬件方面的支出總和將達到約人民幣20.7萬億元。

面對物聯(lián)網(wǎng) (IoT)，企業(yè)正在努力克服這一轉(zhuǎn)變，嘗試找出前進的道路，而且不確定會有怎樣的結(jié)果。為了幫助您度過這些變化時期，我將解釋一些關(guān)鍵的 IoT 概念，在定義一種全面的方法來實現(xiàn) IoT 解決方案時，企業(yè)和開發(fā)人員必須知道這些概念。

每個企業(yè)和開發(fā)人員都需要了解的關(guān)鍵 IoT 概念

讓我們看看物聯(lián)網(wǎng)的這些關(guān)鍵概念：

事物

邊緣、連接和中心

數(shù)據(jù)(和大數(shù)據(jù))

流程

事務(wù)

安全性

云計算和一種新業(yè)務(wù)模型

它與事物 密切相關(guān)

IoT 關(guān)系到許多事物：具有傳感器、促動器和控制器的設(shè)備。這些事物都能夠連接到互聯(lián)網(wǎng)，它們具有各種形狀和大小。到 2020 年，擁有 500 億個互聯(lián)設(shè)備的前景或許真的會實現(xiàn)。這些事物通過網(wǎng)絡(luò)連接和通信，比如藍牙、無線個域網(wǎng)、wifi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星等。通常，控制器(或微控制器)或操作系統(tǒng)控制著每個事物。

在工業(yè)方面，您很可能遇到 PLC(可編程邏輯控制器)和 SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)，PLC 是數(shù)十年的工業(yè)自動化的主要支柱。像 Nest 這樣的學(xué)習(xí)型恒溫控制器配備了監(jiān)視溫度、濕度、活動和環(huán)境光的傳感器?，F(xiàn)代汽車還配備了 100-200 個不同種類的數(shù)字和機電系統(tǒng)。遙控飛機中的復(fù)雜性高得多。除了控制邏輯之外，您能想到的還包括附加到該事物上的不同服務(wù)，比如數(shù)據(jù)采集、事件過濾器、電源管理、固件、安全和身份管理，以及一個人機交互界面(比如觸摸屏)。此外，互聯(lián)設(shè)備在云中還可以充當真實事物的代理角色。

在基本層面上，這些事物最初被連接到一個網(wǎng)絡(luò)，或者通過改進而成為互聯(lián)設(shè)備。此外，可穿戴設(shè)備、機器人、無人機或 UAV，以及自主車輛已形成了跨越各個商業(yè)領(lǐng)域的水平類別。

智慧照明系統(tǒng)可以改變城市的電源需求，而自主車輛可以改變城市的運輸和物流動態(tài)。盡管 FAA 還未授權(quán)通過無人機遞送包裹，但這一天已為時不遠。事實上，無人機輔助醫(yī)療用品可在難以到達的區(qū)域挽救生命。這些只是少數(shù) IoT 示例，但對所有行業(yè)的影響是確信無疑的。

對于設(shè)備制造商，IoT 提供了新的創(chuàng)新機會，將來之不易的行業(yè)知識嵌入到設(shè)備設(shè)計中可以極大地提高采用速度。例如，與飲料銷售和供應(yīng)鏈相連接的智慧自動售貨機能夠感知和平衡供應(yīng)、庫存和消耗。

此外，應(yīng)該注意以下方面：

智能事物變成會思考的節(jié)點，這些節(jié)點組合了事物的數(shù)字和物理方面，改變了誰、何時、在何處做什么的動力學(xué)。

事物的物理方面使得 IoT 成為了計算和其他原則的多樣混合體：事物感知、移動、飛翔、加熱或制冷、施加壓力、泵送液體、與人交互等。

有諸多事物可以考慮，從用戶方面的可穿戴設(shè)備和智慧家用設(shè)備到工業(yè)方面的渦輪機和石油鉆塔等設(shè)備。

完全互聯(lián)的事物帶來了：

新的芯片、傳感器和促動器框架

嵌入式操作系統(tǒng)

以各種形式與互聯(lián)網(wǎng)的連接

為事物建立了云角色的虛擬化

事物生成的數(shù)據(jù)

圍繞事物的各種服務(wù)，比如身份、安全、訪問、隱私保護、發(fā)布/訂閱消息(例如 MQTT 消息協(xié)議) 和分組

必須為用戶和工業(yè)事物提供有吸引力的功能設(shè)計，以平衡多種因素，比如功能、安全性、使用范圍、事物壽命等。

邊緣、連接和中心對實時交互的作用

Kurt Vonnegut 在 The Player Piano 中寫道：“在邊緣，您會看到從中心無法看到的所有事物。”我們的感覺器官是定義我們的形體的邊界的一部分，使我們能夠處理真實世界。這個龐大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過濾該信息并將其傳輸?shù)教幚碇行? -- 我們的大腦，從這里發(fā)出通過我們的促動器(也就是我們的肌肉組織)執(zhí)行的響應(yīng)。大部分響應(yīng)都是在無意識的情況下發(fā)生的。就像人類的身體一樣，識別物聯(lián)網(wǎng)中形成的分布式和自主計算性質(zhì)至關(guān)重要。一個或一組通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交互和通信的互聯(lián)設(shè)備類似于感覺器官。

對于物聯(lián)網(wǎng)，理解邊緣、連接和中心 對實時交互的作用至關(guān)重要。邊緣上承載的數(shù)據(jù)量，使用的計算功率量和需要的自主性依賴于流程的整體需求。

可涵蓋偏遠建筑場所的高速無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，可能對在現(xiàn)場將勞動力與設(shè)備和基于位置的服務(wù)聯(lián)系起來的實時連接至關(guān)重要，對連接到偏遠的設(shè)計和監(jiān)視中心的衛(wèi)星鏈路也至關(guān)重要。舉例而言，一個海外石油平臺每天收集超過 1 TB 數(shù)據(jù)，這使通過目前的衛(wèi)星來發(fā)送該數(shù)據(jù)變得不切實際。

物聯(lián)網(wǎng)的新網(wǎng)絡(luò)連接具有不同的形式，平衡了范圍和功率消耗：無線個域網(wǎng) (WPAN)、wifi 網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)、超窄帶網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)都是這方面的示例。在使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)時，漫游模型顯然無法發(fā)揮作用，需要為 IoT 解決方案提供新的超低成本連接產(chǎn)品。

對于設(shè)備制造者，決定連接方法是設(shè)計的一個重要部分。您可以為 IoT 定義一個 “厚或薄邊緣” 的概念，該概念捕獲支持端點(比如事物、一個具有網(wǎng)關(guān)的事物網(wǎng)絡(luò)或一個像石油鉆塔這樣的復(fù)雜系統(tǒng))所需的復(fù)雜度和功能。要決定邊緣的厚薄程度，必須平衡關(guān)鍵性、事物壽命和(甚至遠程地)連接到和管理事物的能力，與本地計算功率量、邊緣的自主程度、連接類型、能源供應(yīng)模式和要建立的冗余量。

例如，同時支持藍牙和 wifi 連接的決定將改變一個事物呈現(xiàn)的邊緣的性質(zhì)。具有信息娛樂和服務(wù)訪問能力的互聯(lián)汽車和自駕汽車，會向互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)不同的邊緣;自駕汽車呈現(xiàn)一個厚得多的邊緣?？傊谠O(shè)計 IoT 解決方案時，一定要理解邊緣需要多厚或多薄，以及組成邊緣的事物組將支持的連接類型。

IoT 數(shù)據(jù)讓大數(shù)據(jù)變得更大

顯然，隨著數(shù)十億互聯(lián)設(shè)備加入到數(shù)據(jù)流中，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)會使大數(shù)據(jù) 變得更大。在 2014 Digital Universe 研究 中(EMC 發(fā)布并由 IDC 提供研究和分析)，預(yù)計到 2020 年數(shù)據(jù)量將超過 40 萬億 GB。IoT 的數(shù)據(jù)戰(zhàn)略涉及到數(shù)據(jù)的收集、處理、分發(fā)和使用。如果您假設(shè)一個普通互聯(lián)設(shè)備到 2020 年將生成 10 倍的數(shù)據(jù)(例如從目前每個設(shè)備每月平均 10 MB 到每個設(shè)備每月 100 MB)，對于 500 億個互聯(lián)設(shè)備。該數(shù)字將增長到約 50 萬億 GB。例如，一輛互聯(lián)車輛每天可能僅生成 1 MB 數(shù)據(jù)，但將來會有數(shù)百萬輛這樣的車輛。

對于互聯(lián)的事物，您必須理解和管理來自數(shù)百萬個承載傳感器的端點的數(shù)據(jù)流，進而為本地操作過濾和處理邊緣上的數(shù)據(jù)，讓它經(jīng)由一系列連接網(wǎng)絡(luò)而到達云中。使用云來存儲和處理數(shù)據(jù)，從這里將結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)的各種用戶使用點(比如智能電話)。它還在可雙向發(fā)生的流中將該數(shù)據(jù)集成到一個后端系統(tǒng)中(比如 ERP、CRM 或服務(wù)管理系統(tǒng))。數(shù)據(jù)移動和排隊系統(tǒng)(使用消息協(xié)議)和 NoSQL 數(shù)據(jù)庫因其移動數(shù)據(jù)的能力而變得流行。隨著數(shù)據(jù)量激增和對實時洞察的需求出現(xiàn)，機器學(xué)習(xí)方法正受到歡迎。

算法和基于新型計算機芯片的計算能力都被利用來執(zhí)行實時數(shù)據(jù)管理。因此，成功的 IoT 數(shù)據(jù)戰(zhàn)略涉及：

實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)流

數(shù)據(jù)存儲

事件中心

大數(shù)據(jù)分析，具體來講機器學(xué)習(xí)方法

數(shù)據(jù)保護，比如加密

訪問控制

入侵檢測

新形式的計算機器

新的和不同的流程

所有這些事物和所有這些數(shù)據(jù)(依賴于各種連接方法)都要求在 IoT 解決方案中采用新的和不同的流程：

圍繞農(nóng)場飛行的無人機如何改變當前的耕種方法?誰將分析圖像并確定合適的灌溉戰(zhàn)略?如果耕種無人機中的圖像處理功能被鏈接到一個智慧灌溉系統(tǒng)，作物調(diào)查與作物澆水之間的鏈接可變得自動化。

舉例而言，一項工業(yè)資產(chǎn)啟用了遙測的預(yù)測性維護，意味著將服務(wù)操作模型從計劃性訪問改變?yōu)檫h程服務(wù)，僅在萬不得已的情況下采用現(xiàn)場服務(wù)。

互聯(lián)車輛的無線更新模型如何與當前提供服務(wù)的經(jīng)銷商模型相聯(lián)系?來自車輛接口或移動銷售點系統(tǒng)的付款方式如何改變當前的結(jié)賬實踐?

通過實時位置服務(wù)將在線購物體驗擴展到了店內(nèi)體驗，需要在線和實體店之間存在一種不同的協(xié)調(diào)水平。通過無人機或通過自主車輛投遞包裹，如何改變在線購物的動態(tài)?

將新流程結(jié)合在一起面臨的挑戰(zhàn)之一將是，連接沒有能力處理新現(xiàn)象(比如通過飛機或無需睡覺的駕駛員投遞)的遺留系統(tǒng)，至少在數(shù)字變革完成之前是如此。因為 IoT 技術(shù)的變化節(jié)奏不會是均衡的，所以反思流程也意味著考慮全局方法所面臨的約束。

交易……無處不在

互聯(lián)事物的出現(xiàn)帶來了使用更大量額外的設(shè)備接口作為交易 點的潛力。因此，支付接口可能會轉(zhuǎn)移。

在線購物仍會存在。瀏覽、搜索和獲取優(yōu)秀商品的容易性，已使在線購物成為了主導(dǎo)性的購物模式。全渠道商務(wù)集成了在線、移動和店內(nèi)零售購買，正變得更加流行。使用數(shù)字錢包、應(yīng)用程序或設(shè)備來通過移動設(shè)備進行支付正被逐步采用，平板電腦也正被用作銷售點系統(tǒng)。使用 NFC 的無接觸支付具有巨大的潛力。舉例而言，Apple Pay 現(xiàn)在正被許多美國零售商采用，而且這一數(shù)量將不斷增長。

但除了零售，IoT 還可引入更新的交易模型。例如，在重新建立遙測鏈接后和在運行資產(chǎn)診斷時，可通過電子方式支付資產(chǎn)修理費用。所以，基于使用的計費模式依靠遙測數(shù)據(jù)來捕獲使用數(shù)據(jù)。此過程有潛力用于新的資產(chǎn)即服務(wù)模型。新的保險模型可使用車內(nèi)遙測信息，基于假設(shè)行為來動態(tài)更改保險成本。但是，這種交易輔助能力必須平衡隱私需求。

安全性

安全性 顯然是 IoT 的一個重要條件，而且它貫穿技術(shù)堆棧的所有層面，從應(yīng)用中的訪問控制一直到設(shè)備中的嵌入式安全性。IoT 中與關(guān)鍵基礎(chǔ)架構(gòu)的鏈接使安全性成為了一個重要的關(guān)注點。像惡意地改變一輛有乘客的互聯(lián)汽車的路線，欺騙智慧家庭系統(tǒng)以進入室內(nèi)，使用無人機販毒，或者甚至改變自主車輛中一批寶貴貨物的運送路線等場景，在互聯(lián)世界中都有可能發(fā)生。

芯片制造商正開始提供嵌入式 IoT 安全性，比如實現(xiàn)傳輸層安全 (TLS)。設(shè)備本身必須通過固件層和物理層的安全性來防干擾。還有用于實現(xiàn)安全身份驗證和訪問控制的設(shè)備身份服務(wù)，它們定義了允許誰操作某臺機器。

在連接端，網(wǎng)絡(luò)必須是安全的，它必須加密來自設(shè)備的通信。從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)必須收到牢固地保護，必須經(jīng)歷用戶想要的隱私控制。當然，要考慮各種加密算法。訪問設(shè)備的應(yīng)用程序?qū)碛凶约旱囊唤M控制功能和權(quán)限。這些會思考的設(shè)備提供了推理安全破壞并采取合適的操作的能力，進而提供新的安全模型。

云計算正在演變……一種新業(yè)務(wù)模型正在出現(xiàn)

借助物聯(lián)網(wǎng)，云計算正在演變?yōu)橐环N智慧分布式網(wǎng)絡(luò)，其中包含可自主操作的可尋址端點。它已從文檔或網(wǎng)站的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎愎?jié)點或智慧設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。新網(wǎng)頁是一臺會思考的計算機，它可以潛在地采用某種問答方式響應(yīng)并執(zhí)行操作。

搜索、瀏覽、爬網(wǎng)和索引(都是我們目前知道的在線模型)將具有新的意義。我們可提供利用了這個智慧網(wǎng)絡(luò)的真正威力的新的創(chuàng)新性業(yè)務(wù)模型。IoT 重新連接企業(yè)網(wǎng)絡(luò)并更改業(yè)務(wù)模型：資產(chǎn)轉(zhuǎn)換為服務(wù)，操作變成實時操作，而且體驗是可移植的。借助為云提供了新邊緣的會思考的節(jié)點，以及與新的交易能力和安全模型相結(jié)合的更豐富的新數(shù)據(jù)格式，創(chuàng)新潛力無限。

開始使用 IoT 的 4 步方法

那么，您如何開始開發(fā)您的 IoT 解決方案?下面這個 4 步方法將幫助您入門。

發(fā)現(xiàn)階段

原型設(shè)計階段

現(xiàn)場試驗階段

轉(zhuǎn)型階段

第 1 步：發(fā)現(xiàn)階段

首先，您需要研究您公司的關(guān)鍵業(yè)務(wù)將由 IoT 輔助還是受其影響。借助您公司的業(yè)務(wù)和技術(shù)部門的聯(lián)合工作，詢問大量問題，比如什么最重要和什么需要連接，從而揭示您公司或開發(fā)團隊可能存在的基本功能的空白。

第 2 步：原型設(shè)計階段

接下來，為您的想法設(shè)計原型。例如，如果您當前的資產(chǎn)啟用了遙測，可能發(fā)生什么?一個原型可幫助測試資產(chǎn)設(shè)計、需要的智慧模型類型、連接，以及新的必要安全特性。保持原型設(shè)計階段簡短而且可迭代。不熟悉 IoT 的開發(fā)人員可試驗簡單、廉價的工具包(比如 Raspberry Pi 和 Arduino)來快速熟悉新模式。這種類型的原型設(shè)計為發(fā)現(xiàn)流程提供了補充，能讓您為在現(xiàn)場進行逼真的試驗做好準備。原型旨在幫助您學(xué)習(xí)，所以特定方面的失敗與另一方面的成功同樣有參考價值。

第 3 步：現(xiàn)場試驗階段

接下來，在現(xiàn)場的真實業(yè)務(wù)條件下測試您的 IoT 解決方案?，F(xiàn)場試驗階段的長度取決于尋找的數(shù)據(jù)類型、業(yè)務(wù)變更性質(zhì)、競爭對手的速度、技術(shù)選擇和監(jiān)管環(huán)境。像原型設(shè)計一樣，這種現(xiàn)場試驗是發(fā)現(xiàn)流程的擴展的一種操作，但這一次是在真實條件下。例如，公司能否真正在任何地方處理交易?因為現(xiàn)場試驗的目標是將該原型轉(zhuǎn)換為業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，所以現(xiàn)場試驗階段對提供真實的洞察至關(guān)重要。所提及的有關(guān)原型設(shè)計的所有注意事項也適用于這里，而且可以設(shè)計多個試驗來捕獲機會的不同方面。

第 4 步：轉(zhuǎn)型階段

最后，有了來自現(xiàn)場試驗階段的洞察，現(xiàn)在，您就可以使用您的 IoT 解決方案執(zhí)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型了。勞動力的業(yè)務(wù)就緒性、資產(chǎn)管理、運營、客戶接洽、法律結(jié)構(gòu)和分析等不同方面，將在此階段中經(jīng)歷詳細審查和更改。