SFKP • 計算機百科丨什麼是物聯網？這裏有你須要瞭解的一切

什麼是物聯網？

物聯網指的是全球數十億的物理設備都鏈接到了互聯網上，均可以進行數據的收集與共享。物聯網的終極目標，就是讓萬物都成爲網絡的一部分。

將全部這些不一樣的物體鏈接起來，並給它們添加傳感器，使本來笨笨的設備增長了一個數字智能的層次，使它們可以在不涉及人類的狀況下進行實時數據通訊。物聯網正在讓咱們周圍的世界結構變得更加智能，反應更加靈敏，將數字世界和物理世界融合在一塊兒。

舉個物聯網的例子

幾乎任何物理物體均可以轉化爲物聯網設備，只要把它們鏈接到互聯網上進行控制或通訊信息。

一個可使用智能手機應用程序打開的燈泡就是物聯網設備，一個運動傳感器或辦公室裏的智能恆溫器也是物聯網設備。物聯網設備可能像兒童玩具同樣毛茸茸，也可能像無人駕駛卡車同樣硬核。

一些較大的物體自己可能充滿了許多較小的物聯網組件，好比如今的噴氣式發動機，裏面裝滿了成千上萬的傳感器，收集並傳輸數據，以確保其高效運行。在更大的範圍內，智慧城市項目正在用傳感器填充整個區域，幫助咱們理解和控制環境。

物聯網這個詞主要是指那些一般並不會有互聯網鏈接的設備，並且能夠不受人類行動的影響而與網絡通訊。出於這個緣由，電腦通常不被認爲是物聯網設備，智能手機也不屬於物聯網設備，儘管後者裝滿了傳感器。不過，智能手錶或健身環或其餘可穿戴設備可能會被算做物聯網設備。

物聯網的歷史

在 20 世紀 80 年代和 90 年代，人們一直在討論在基本的物體上添加傳感器和智能的想法，但除了一些早期的項目，好比聯網的自動售貨機以外，進展一直很緩慢。

緣由很簡單，由於技術尚未準備好。芯片太大、太笨重，再加上通訊行業的制約，致使物體之間沒有辦法進行有效的通訊。

在鏈接幾十億臺設備的成本效益最終成爲一種經濟實惠的方式以前，須要廉價、省電的處理器，而不是一次性的。能夠無線通訊的低功耗芯片 RFID 標籤解決了部分問題，同時寬帶互聯網、蜂窩和無線網絡的日益普及也解決了這一問題。IPv6 也是物聯網擴展的必要步驟，它能夠爲世界上每一臺設備提供足夠的 IP 地址。

Kevin Ashton 在 1999 年創造了「物聯網」這個短語，而這項技術又花了二十年時間才初現雛形。

"物聯網將人類文化的互聯性、咱們與'萬物'、與數字信息系統、與互聯網融爲一體。這就是物聯網。"Ashton 在一次採訪中表示。

在昂貴的設備上添加 RFID 標籤來幫助追蹤位置是物聯網的首批應用之一。但從那時起，在物體上添加傳感器和互聯網鏈接的成本不斷降低，專家預測，這種基本功能有一天可能只需幾分錢，就可使全部的東西鏈接到互聯網。

物聯網發展最初主要針對的是商業和製造業場景，當時也被稱爲 M2M（機器對機器）。但如今的重點是讓咱們的家庭和生活場景裏充滿智能設備，將其轉化爲幾乎與每一個人都相關的東西。

早期對互聯網鏈接設備的建議包括 "blogjects"(能夠將本身的數據記錄到互聯網上的對象)、無處不在的計算(或稱 "ubicomp")和隱形計算。

而這些合起來，就是咱們如今對物聯網的定義。

物聯網到底有多大？

大，並且愈來愈大 —— 世界上的物聯網設備已經比全球人口數量還要多了。

科技分析公司 IDC 預測，到 2025 年，總共將有 416 億個鏈接的物聯網設備，工業和汽車設備迎來了鏈接物聯網的最大機會，但短時間內智能家居和可穿戴設備的採用率會很高。

另外一家科技分析機構 Gartner 預測，今年企業和汽車領域的設備數量將達到 58 億臺，比 2019 年增加近四分之一。受益於智能電錶的持續推出，公用事業將成爲物聯網的最高用戶。

安防設備，以入侵檢測和網絡攝像頭的形式，將成爲物聯網設備的第二大用途。樓宇自動化（如聯網照明）將是增加最快的領域，其次是汽車（聯網汽車）和醫療保健（慢性病監測）。

物聯網對企業有哪些好處？

物聯網給企業帶來的好處取決於具體的實施方式，好比敏捷性和效率一般是首要考慮因素。企業能夠有能力得到更多關於自身產品和內部系統的數據，並所以得到更大的變革能力。

製造商正在爲產品的部件添加傳感器，這樣他們就能夠將數據傳輸回來，瞭解其性能如何。這能夠幫助企業發現某個部件可能出現故障，並在其形成損壞以前將其更換掉。公司還能夠利用這些傳感器產生的數據，使他們的系統和供應鏈更有效率，由於他們將掌握更準確的數據，瞭解真正的狀況。

"隨着全面、實時數據收集和分析的引入，生產系統的反應能力會大幅提升。"諮詢師麥肯錫表示。

企業對物聯網的使用能夠分爲兩個部分：行業特定的產品，如發電廠的傳感器或用於醫療衛生保健的實時定位設備；以及可用於全部行業的物聯網設備，如智能空調或安防系統。

雖然特定行業的產品正在進行初期的跑馬圈地，但 Gartner 預測，到 2020 年，跨行業的設備將達到 44 億臺，而垂直領域的特定設備將達到 32 億臺。

消費者購買更多的設備，而企業的支出也將變得更多：該分析機構表示，去年消費者在物聯網設備上的支出約爲 7250 億美圓，而企業在物聯網上的支出則達到 9640 億美圓。到 2020 年，企業和消費者在物聯網硬件上的消費支出將達到近 3 萬億美圓。

據 IDC 預測，2019 年全球物聯網支出將達到 745 億美圓，比 2018 年的 6460 億美圓增加 15.4%，並在 2022 年突破 1 萬億美圓大關。

在預測報告中，物聯網的首要行業是離散製造業（1190 億美圓的支出）、加工製造業（780 億美圓）、交通運輸（710 億美圓）和公用事業（610 億美圓）。對於製造商而言，支持資產管理的項目將是關鍵；在運輸領域，貨運監控和車隊管理將是重中之重。公用事業行業的物聯網支出將由電力、燃氣和水的智能電網項目主導。

消費者物聯網支出預計將達到 1080 億美圓，成爲第二大行業領域：智能家居、我的健康和聯網汽車信息娛樂將佔據大部分支出。

什麼是工業物聯網？

工業物聯網(IIoT)或第四次工業革命或工業 4.0 都是對物聯網技術在商業環境中的應用的稱呼。

其實概念與家庭中的消費類物聯網設備相同，但在這種狀況下，其目的是利用傳感器、無線網絡、大數據、人工智能和分析技術的組合來測量和優化工業流程。

若是在整個供應鏈中引入，而不只僅是單個企業，那麼，經過及時交付材料和從頭至尾的生產管理，影響可能會更大。提升勞動生產率或節約成本是兩個潛在的目標，但 IIoT 也能夠爲企業創造新的收入來源：

製造商不僅是銷售獨立的產品，好比賣發動機的廠商，以後還能夠配套銷售發動機的預測性維護檢修服務。

物聯網對消費者有什麼好處？

物聯網有望讓咱們的社會環境變得更加智能、可測量，好比咱們的家庭、辦公室和車輛。

像如今比較比較普及的物聯網設備智能音箱，就可讓咱們更輕鬆的播放音樂、設置鬧鐘或者查詢一些信息。家庭安全系統讓咱們更容易監控室內外的狀況，或者是看到訪客並與之交談。同時，智能溫控器能夠在咱們回來以前幫助咱們在家裏取暖，智能燈泡可讓咱們即便不在家也能讓人看起來像在家同樣。

將目光投向家庭以外，傳感器能夠幫助咱們瞭解咱們的環境可能有多嘈雜或污染的程度。自動駕駛汽車和智能城市能夠更大程度的改變咱們的城市空間與運行模式。

然而，這些創新可能會對咱們的我的隱私產生重大影響，這個咱們後面再詳細說明。

物聯網與智能家居

對於消費者來講，智能家居多是最容易接觸到「聯網」的東西，而這也是各大科技公司（尤爲是亞馬遜、谷歌和蘋果）都在激烈競爭的一個領域。

除了咱們前面提到的智能音箱，還有智能插頭、燈泡、攝像頭、恆溫器，還有被人戲稱爲智能冰箱的智能插頭。

但除了具有一些比較酷炫的功能外，智能家居還有更重要的一面。它可讓老年人或者行爲不便者保持獨立，讓家人或者他們的照顧者更方便的與他們交流、檢測觀察他們的生活狀況。

物聯網的安全問題

安全是物聯網最大的問題之一。這些傳感器在許多狀況下收集着極其敏感的數據，好比咱們在家裏說的話、作的事。

保證這些數據的安全對消費者的信任相當重要，但到目前爲止，物聯網在這一起作的能夠說是很是糟糕。太多的物聯網設備不多考慮到基本的安全問題，好比在運輸和待機時對數據進行加密。

另一點，不少物聯網設備不具有「打補丁」的能力，好比軟件中的漏洞沒法後期維護，這讓它們長期處於危險之中。隨着物聯網的發展，黑客們正積極地將目標鎖定在路由器和網絡攝像頭等物聯網設備上，由於這些設備天生缺少安全保障，很容易被攻破，而且更「有用」。

研究人員發現，至少有 10 萬個網絡攝像頭能夠輕鬆被黑客入侵，而一些鏈接互聯網的兒童智能手錶也被發現存在安全漏洞，黑客能夠追蹤佩戴者的位置，竊聽對話，甚至與用戶直接進行通訊。

各國政府對物聯網的風險愈來愈擔憂。英國政府已經發布了本身的指南，圍繞消費類物聯網設備的安全問題。它但願設備必須有惟一的密碼，公司將提供一個公開的聯繫點，以便任何人均可以報告漏洞（而且將對這些漏洞採起行動），製造商將明確說明設備將在多長時間內得到安全更新。

這是一個並不全面的指南，但也是一個很好的開始。由於當智能物體的制形成本越低，這些問題就會變得愈加廣泛和棘手。

這一切在商業領域也一樣適用，但利害關係更大。將工業機械鏈接到物聯網網絡，會增長黑客發現和攻擊這些設備的潛在風險。工業間諜活動或對關鍵基礎設施進行破壞性攻擊都是潛在的風險。這意味着企業須要確保這些網絡被隔離和保護，對傳感器、網關和其餘組件進行數據加密和安全保護是必要的。

然而，物聯網技術的現狀使其更難確保，各組織之間缺少一致的物聯網安全規劃也是如此。考慮到黑客對已鏈接到互聯網但未受保護的工業系統進行篡改的意願，這是很是使人擔心的。

物聯網在數字世界和物理世界之間架起了橋樑，這意味着黑客入侵設備可能會對現實世界形成危險的後果。黑客入侵控制發電站溫度的傳感器，可能會騙取操做人員作出災難性的決定；控制無人駕駛汽車，也可能以災難了結。

物聯網的隱私問題

隨着全部這些傳感器收集你所作的一切數據，物聯網是一個潛在的巨大的隱私和安全問題。

以智能家居爲例：它能夠告訴你何時起牀（智能燈泡），你的刷牙狀況如何（智能牙刷），你喜歡聽什麼歌（智能音箱），你愛吃什麼類型的食物（智能烤箱或冰箱），你的孩子在幹什麼（智能玩具），以及誰來拜訪你和通過你的房子（智能門鈴）。

雖然絕大部分的公司都只是爲了賣給你東西而賺錢，但物聯網的商業模式極可能也會涉及到部分隱私數據的出售。

這些數據會如何處理，是一個極其重要的隱私問題。並不是全部的智能家居公司都是圍繞着收集和出售你的數據來創建他們的商業模式，但有些公司確實如此。

值得注意的是，物聯網數據能夠與其餘數據結合在一塊兒，創造出一個使人驚訝的你的「我的畫像」。

從幾個不一樣的傳感器讀數中，能夠出人意料地發現一我的的不少信息。在一個項目中，一位研究人員發現，經過分析僅以圖表形式記錄家庭一天中的能源消耗、一氧化碳和二氧化碳含量、溫度和溼度的數據，他們就能夠計算出一我的的晚餐是什麼。

物聯網和網絡戰

這個話題就比較大了。由於物聯網使得網絡的力量實體化，所以若是物聯網設備出現了問題，將會對現實世界形成重大的影響，而國家層面在規劃網絡戰爭戰略時也正在考慮這一點。

據網絡公開資料顯示，美國情報部門已經表示該國的關鍵基礎設施以及"被稱爲物聯網的更普遍的聯網消費和工業設備生態系統"正在受到威脅。而該國也正將國家關鍵基礎設施的關鍵要素（如水壩、橋樑和電網的要素）加入到物聯網中，這將使得安全問題變得更加劇要。

物聯網與數據

一個物聯網設備極可能包含一個或多個傳感器，以便收集數據。這些傳感器收集的內容取決於各個設備和它的任務。工業機械內部的傳感器可能會測量溫度或壓力；安防攝像頭可能會有一個距離傳感器，同時也會有聲音和視頻，而你的家庭控溫器可能會有一個溼度傳感器。

全部這些傳感器數據都必須被傳送到某個地方纔能進行數據的分析處理以及指令的發佈執行，這意味着物聯網設備將須要傳輸數據，並將經過 Wi-Fi、4G、5G 等方式進行傳輸。

科技分析機構 IDC 作過一個統計，五年內物聯網小工具將創造 79.4 兆字節的數據。IDC 表示，這些物聯網數據中的一些數據將是 "小的、突發的"，好比傳感器的溫度讀數或智能電錶的讀數等快速更新。而其餘設備可能會產生大量的數據流量，好比使用計算機視覺的視頻監控攝像頭。

IDC 表示，將來幾年內，物聯網設備創造的數據量將快速增加。它表示，大部分數據都是由視頻監控產生的，但隨着時間的推移，其餘工業和醫療用途將產生更多的數據。

此外無人機也將成爲利用攝像頭創造數據的一大驅動力。再往前看，自動駕駛汽車也將產生大量豐富的傳感器數據，包括音頻和視頻，以及更專業的汽車傳感器數據。

物聯網和大數據分析

物聯網產生了大量的數據，也意味着物聯網是大數據分析項目的重要驅動力，由於它容許企業建立龐大的數據集並對其進行分析。爲製造商提供大量關於其部件在現實世界中的行爲方式的數據，能夠幫助他們更迅速地進行改進，而從城市周圍的傳感器中獲取的數據能夠幫助規劃者更有效地進行城市交通規劃。

這些數據將以多種不一樣的形式出現，好比語音請求、視頻、溫度或其餘傳感器讀數，全部這些數據均可以被挖掘出來，從而進行分析。

正如 IDC 指出的那樣，物聯網元數據類別是一個不斷增加的數據來源，須要管理和利用。"元數據是一個首要的候選者，能夠被送入像 MongoDB 這樣的 NoSQL 數據庫，爲非結構化內容帶來結構化，或者被送入認知系統，爲外在的隨機環境帶來新的理解、智能和秩序。"

另一點，物聯網將提供大量的實時數據。據 cisco 統計，支持物聯網應用的機器對機器鏈接將佔到 271 億設備和鏈接總數的一半以上，到 2021 年將佔到全球 IP 流量的 5%。

物聯網和雲計算

物聯網應用產生的海量數據意味着許多公司會選擇在雲端進行數據處理，而不是創建大量的內部容量。雲計算巨頭們已經在向這些公司求愛。微軟有其 Azure IoT 套件，而亞馬遜 AWS 則提供了一系列 IoT 服務，Google Cloud 也是如此。這裏咱們就不展開了。

物聯網與智慧城市

經過將大量的傳感器分佈在一個城鎮或城市中，規劃者能夠實時瞭解城市運轉的真實狀況。所以，智慧城市項目是物聯網的一個重要應用場景。

城市已經產生了大量的數據（來自安全攝像頭和環境傳感器），而且已經包含了大型基礎設施網絡（如控制交通燈的網絡）。物聯網項目的目的是將這些鏈接起來，而後將進一步的智能添加到系統中。

例如，西班牙正計劃用 50 萬個傳感器覆蓋巴利阿里羣島，將其變成物聯網項目的實驗室。該項目的計劃之一是爲了更好地服務島上的老年人，另外一個計劃則是經過傳感器識別海灘的擁擠程度，從而爲當地的旅遊部門以及遊客提供替代方案。

另外，AT&T 也正在推出一項服務，利用 LTE 傳感器監測橋樑、公路和鐵路等基礎設施，以監測結構變化（如裂縫和傾斜等）。

可以更好地瞭解城市的運行狀況，就可讓規劃者們更及時更精準的作出改變，改善居民的生活。除了政府外，不少大型科技公司也將智慧城市項目視爲一個潛在的巨大領域。

物聯網和 5G 如何鏈接和共享數據？

物聯網設備使用各類方法來鏈接和共享數據。目前大多數設備都會使用某種形式的無線鏈接：家庭和辦公室使用 Wi-Fi 或者藍牙；其餘的部分設備將使用 LTE（現有技術包括窄帶物聯網和 LTE-M，主要針對發送有限數據量的小型設備）甚至衛星鏈接來通訊。然而，大量不一樣的選擇已經讓一些人認爲，物聯網通訊標準須要像今天的 Wi-Fi 同樣被接受和可操做性。

將來幾年的一個增加領域無疑是利用 5G 網絡支持物聯網項目。5G 提供了在一平方千米內可容納多達 100 萬臺 5G 設備的能力，這意味着在很是小的區域內使用大量的傳感器將成爲可能，也使得大規模的工業物聯網部署成爲可能。

不過，5G 的普及部署可能還須要一段時間。據愛立信預測，到 2025 年，將有大約 50 億臺物聯網設備鏈接到蜂窩網絡，但其中只有大約四分之一是寬帶物聯網，其中大部分由 4G 鏈接。

根據 Gartner 的數據報告，戶外監控攝像頭將是 5G 物聯網設備的最大市場，短時間內將成爲 5G 物聯網設備的最大市場，今年佔 5G 物聯網設備的 70%，但到 2023 年年末以前將降低到 30% 左右，屆時將被聯網汽車超越。

而物聯網還有一個發展趨勢，就是將更少的數據發送到雲端進行處理。

爲了下降成本，在設備上進行更多的處理，將來能夠只將有用的數據送回雲端，這種策略就是咱們最近常常提到的「邊緣計算」。但這將須要新的技術，好比防篡改的邊緣服務器，能夠在遠離雲端或企業數據中心的地方收集和分析數據。

物聯網數據和人工智能

物聯網設備會產生大量的數據，這些數據多是關於發動機的溫度、車門是否打開或關閉、智能電錶的讀數等信息。全部這些物聯網數據都須要收集、存儲和分析。公司利用這些數據的一種方式是將其輸入人工智能系統，系統再利用這些物聯網數據進行預測。

例如，谷歌已經讓人工智能負責其數據中心的冷卻系統。這個系統使用從成千上萬的物聯網傳感器中提取的數據，並將這些數據反饋到深度神經網絡中，由其預測不一樣的選擇會對將來的能源消耗產生怎樣的影響。

經過使用機器學習和人工智能，谷歌已經可以使其數據中心更加高效，並表示一樣的技術也能夠在其餘工業環境中獲得應用。

物聯網的下一個方向是什麼？

隨着傳感器和信息通訊的價格不斷降低，在物聯網中增長更多的設備會變得性價比更高，即便在某些狀況下對消費者來講沒有什麼明顯的好處。

但物聯網的部署還處於早期階段，大多數參與物聯網的公司目前都處於試驗階段，這主要是由於傳感器技術、5G 和機器學習驅動的分析技術還處於合理的早期發展階段。

如今物聯網領域有許多競爭的平臺和標準、許多不一樣的廠商，從設備製造商到軟件公司到網絡運營商，都想分一杯羹，但目前還不清楚哪個會勝出。但若是沒有標準，而安全問題又是一個持續存在的問題，將來幾年咱們極可能會看到更多的物聯網安全事故。

隨着聯網設備的數量持續增長，咱們的生活和工做環境將被智能產品所充斥 —— 假設咱們願意接受安全和隱私的權衡，那麼咱們的生活和工做環境將變得充滿了智能產品。

參考資料：

維基百科：物聯網
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》
新華網：《「新基建」重塑物聯網產業新秩序》