关于工业物联网的深度思考

工业物联网是指在工业中应用物联网技术，实现工业特有的价值增值的技术模式。

所有物联网都是为了实现万物互联，特别是物与物的互联，但是工业物联网又有其专有属性，原因是与工业物联网相对的消费物联网本身的联网密度、联网的实时性、联网物的异质化要求都不高，而工业物联网的要求主要表现在联网密度、联网实时性及联网异质化三个方面。

思考所有问题都需要从宏观到微观的细化过程，工业物联网也不能例外，我认为对工业物联网进行深度思考，需要从以下五个维度进行分析，否则将会要么带来一叶障目，要么带来好高骛远。

首先需要我们思考的问题是，工业物联网的价值、意义和目的是什么；第二个是工业物联网需要连什么的问题，这是一个范围的概念；第三个需要我们思考的是连入物联网的物的层级问题，也就是深度的问题；第四个需要我们思考的是实现物联的价值成本分析；第五个需要我们思考的是如何建设工业物联网。
互联网实现了计算机与计算机的连接，或者说实现了人与人的连接，这个连接带来了人的交互的便利，在这个基础上涌现出很多全新的、颠覆性的商业模式，例如，电子商务、即时通讯，社交媒体等等；而物联网将实现人与物、物与物的连接，同样我们也期望带来全新的、颠覆性的商业模式，甚至更进一步，期望带来人类生活、生产方式的全新的颠覆性的模式。

作为物联网主战场的工业物联网，人们对其的期许是在工业设计、制造、流通环节带来革命性的变革，为传统工业注入新的活力，提供新的势能，驱动工业在更高维度上发展、创新、乃至变革。随着计算、存储能力的提升，特别是大数据、人工智能的发展，任何行业对数据获取手段都提出了前所未有的要求。对数据获取手段的要求主要表现在四个特征，第一是高效性；第二是准确性；第三是实时性；第四是经济型；在当前技术能力下，能够同时满足这四个特征的就是工业物联网，首先，芯片技术已经发展到一个具有较强计算能力的MCU在美元以下，RFID芯片价格甚至已经到美分这个量级，使得工业物联网有了物质基础，同时满足了经济性要求；近三十年的通讯技术的发展，从模拟到数字，从简单调制到复杂调制技术的商用化，使无线通讯可以很廉价地覆盖几百米甚至数公里的范围，满足了数据获取的密集部署要求，同时由于工业物联网的永久在线的特征，使工业物联网满足数据获取的高效性、实时性要求；微电子技术在近年也发生了突飞猛进的发展，不论在价格上还是在进度上都有了长足的突破，满足了数据获取的准确性。

总而言之，工业物联网的出现是在以下几个条件成熟时涌现出来的不可逆转的趋势：

1、快速变化的市场需要数据支撑，产生了市场对数据获取的急切要求；

2、MCU的发展使得计算能力快速提升；

3、以调制技术为核心的通讯技术发展为联网建立的管道基础；

4、传感技术，特别是以MEMS为标志的微电子技术的发展给予感知世界提供的保证；

工业物联网不是规划出来的，是各种技术与需求发展进化的产物，是生活、生产、经济发展到一定高度后自然而然出现的，是在需求的驱动下，众多行业创新带了的自然产物。

通过工业物联网，可以把传统经济中不可数字化之物数字化，可以把传统不可数字化之行为数字化，可以把传统不可能变为可能，甚至变为容易获得、解决的方案。
这个问题是第一个问题的延续，如果不考虑经济性，那么我们可以说工业物联网连接一切可连接之物，但是，当我们在做一个务实的、有价值的方案时就不能不考虑可行性及经济性，那么工业物联网连什么呢？我们认为这是一个从哪里来到哪里去的问题，我们通过上面对价值、意义和目的分析可知，我们应该从目的反推，一切从目的出发，时刻盯紧企业需要弥补的最关键环节，例如，如果对量化OEE有需求，那么我们就要连接设备状态；如果要减少在制品，那么我们就要对在制品进行追踪；如果能源消耗对企业是重中之重，那么我们就要把能效物联化，等等。世界上不存在同样的两片树叶，同样地，世界上也不存在同样的两个企业，我们只能对企业本身进行深入分析，紧紧聚焦于企业价值，在保证经济性的基础上，确定工业物联网的实施范围方案。联网范围一个核心点是连入物的属性，也就是说我们通过分析连入物的属性与企业建设工业物联网目标的耦合度，决定需要实施工业物联网的广度。
通过分析工业物联网连什么后，我们得到了连入物的内容，接下来需要我们决定是对每个/每类连入物我们该数字化哪些属性，这里遇到工业物联网特有的一个障碍，需要连入工业物联网的物的可连通性问题， 特别是在设备互联时，可连通性表现的特别突出，例如，有的设备具有开放的通讯协议和可用的通讯接口，有的设备不开放协议等等，那么可连通性就是对方案供应商的很大的考验，我们的经验是有四种方案可供选择：

1、使用设备开放的协议；

2、使用设备自带的传感器；

3、添加新的传感器；

4、改变观察侧面及维度，使用全新的采集模式；

其中第四条，改变观察的侧面和维度，使用全新的连接方式是使用第一性原理，避开设备不开放协议或接口的阻碍，避开被设备供应商牵着鼻子走的方向，从本质上获取数据。例如：通过能效检测获得设备的使用状态，通过震动传感分析设备部件的故障、甚至是转速等，只要通过第一性原理从你需要的信息入手，而不是被动地从设备可以提供的数据入手来提供物联解决方案的方式。直接把我们需要的信息做为目标，观察除了直接连接设备外，我们还能够如何获得需要的信息，因为只有我们获得的数据能够与设备提供的数据在信息上能够“同构”即可。例如，我们可以在我们的物联设备上安装一个震动传感器，从传感器获得的数据中，我们即得到了设备是否开机，又得到了是否启动工作，同时还得到设备的转速。如果不用第一性原理，而是硬要跟设备互联，那至少要采集三个数据，并且未必设备能够给你。这就是典型的边缘计算的案例，边缘计算的计算规则一定要具有定制能力，可以说边缘计算一定是一个知识容器，可以方便地把客户、厂家，甚至是第三方的知识融入的容器，我们开发的支持脚本的设备已经具有了初步的边缘计算的功能，我们需要在这个方面继续加大支持力度。

所以，通过分析企业价值和物的可连通性，我们就可以明确定义需要连入物层级，也就明确了连入物的连接深度；

在连入物联网的物的层级中一个重要的概念是管理粒度，对于制造业来说，连入物的管理粒度大概分为如下几个层级：

1、传感级；

2、设备级；

3、产线级；

4、车间级；

5、企业级；

也就是说我们要在经济性可行的前提下定义数据获取的粒度。理论上讲，细粒度一定比粗粒度更好，更有价值，但是当加入成本分析后，可能并不一定粒度越细越好，需要按照各种制约因素找到一个平衡点。
价值成本永远在企业行为中持有权值最高的赞同或者否决的一票，通过前三项分析，我们仅剩下最后一个问题没有解决，这也是关乎价值成本的关键：管理粒度问题，我们到底需要在多细的粒度下进行管理？这带来了一个哲学问题：世界是不是需要黑盒子。什么意思呢？当我们确定一个管理粒度后，比管理粒度更细的信息将被隐藏在黑盒子中，这个黑盒子将成为我们分析深度或者认知深度的制约因素和约束条件。我们可以通过价值成本分析来找到这个平衡点，从而明确黑盒子的大小，并最终确定连入工业物联网的物的特性。
我们的期许是工业物联网建设的价值观，其他一起都是方法论。首先，我们在规划物联网时要本着既要有高瞻远瞩，又要有务实可行的精神。在思考黑盒子的大小时我们要高瞻远瞩，设计方案尽可能地以黑盒子尽量小为目标，而实施方案则按照价值成本分析选择合适的黑盒子的大小，也就是选择合适的管理粒度，从而保证投入收益的平衡，甚至我们可以把黑盒子尽量定义的大些，用以验证工业物联网的可行性，最大可能地降低工业物联网实施的风险。

总之，我们应该从以几个方案来确定工业物联网的建设原则：

1、期望获得什么结果？

2、期望用什么方式获得想要的结果？

3、需要信息基础提供什么？

4、工业物联网是否能够获得这些信息？

5、工业物联网如何获得这些信息？

6、获得这些信息的性价比如何？

7、回归分析，评估预期结果是否符合经济利益？

8、落地实施。

随着区块链技术的出现，尽管我们已经朝着这个未来主义的愿景迈近了很多步，但还远远无法达到理想的目标。以下简单地列出了一些关键的局限性：
1、缺少专门为物联网设备开发的主流区块链网络（注意：截至本文撰稿时间，还没有任何区块链系统称得上是「主流的」）；
2、设备制造商尚未将加密密钥嵌入到所有硬件中，也没有把与区块链的兼容性确立为一个通用标准；
3、用于保证隐私保护算法的软件加密方法效率极低且不切实际 [1]，而硬件解决方案则需要建立在对制造商和整个制造供应链完全信任的基础上。因此止数据盗版很难被防止；
4、人工智能还不够精密，无法在设备中实现这种高度自主的决策行为；
5、为了进一步消除链上交易风险，还需要确立相应的法律手段，但是只有有限的国家和地区 [2] 才承认链上智能合约具有和链下合约同等的法律约束力。
但即使存在这些局限性，区块链依旧具有提供广泛增值应用的潜力，能够解决物联网面临的许多技术。首先，让我们更深入地了解区块链技术当前的进展，以及我们可以做些什么来改善现有技术水平。
为物联网设备开发的区块链网络
考虑到区块链和物联网之间的所有协同作用，一个能够完美适配物联网需求的区块链网络会具备哪些特征？尽管许多区块链技术在本质上都是基础性的，并不会明显侧重于特定应用，但在公共分类帐层面，有许多设计和优化选择能够反映设计者在开发过程中考虑到的应用堆栈。
物联网设备的特征及其对区块链网络设计的影响
在谈及物联网，特别是将其与现有区块链网络上运行的节点做对比时，我们需要明确一点：目前所有的区块链网络，都依赖于功能强大且始终联网的服务器来执行所有记录保存和共识任务。当下显而易见的是，我们所认为的大多数「物联网」设备，或者更小的，有时是移动的联网设备，其受限且独有的特征并不适合上述情况。
「IoT」一词基本上被用于指代任何连入互联网的设备，我们可以对这些设备的特征做一些总结性的陈述：
大规模：[3] 据一些统计显示，物联网设备的数量已经超过了世界人口，并将继续以更快的速度增长；
有限的算力：[4] 即使是与普通笔记本电脑的处理能力相比，物联网设备的算力在量级上往往也排不上号；
有限的存储空间：大多数物联网设备的初衷并不是在本地存储信息，而是单纯的信息中继（例如上传到云端），因此其存储空间非常有限；
有限的带宽和网络连接性：许多物联网设备在没有可靠网络连接的野外环境运行，联网成本高昂（例如，树林深处的卫星网络）；
能耗限制：许多物联网设备使用电池或通过能量采集机制运行，这严重限制了其能耗。
那么想要设计最适合物联网设备的区块链网络，需要满足哪些关键指标？
1、网络需具备可扩展性：考虑到可能有数十亿个设备连接到任何特定的区块链网络，该网络必须能够扩展其处理交易和请求的能力。
2、网络需支持通用资产的发现和交易：物联网设备上有许多可交易的数字资产和资源（例如数据），其中不仅仅是货币。因此还需要发现这些资产的途径。
3、网络需支持选择性存储：考虑到物联网设备的所有局限性，它们将只能参与网络的一个小的子集，并且必须仔细甄选每个设备所存储和处理的内容。
4、网络不能仅仅依靠「工作」来维持安全性：网络安全不能单纯基于解决复杂的密码难题，这会使物联网设备难以执行区块链事务。
5、网络需支持去信任的轻节点：目前的物联网设备并不足以支持全节点的 *** 作，但仍需要保持其在区块链网络上的独立性，因此在物联网设备上运行的「轻」节点不能太过天真（即盲目地信任另一个全节点），并且应该具备某种方法能够验证网络状态和状态转换。
6、网络需支持点对点交易：IoT 设备之间的许多事务都是高度本地化的，即设备彼此相邻，不可能每次都去等待全网验证造成的延时。
综上，即便目前区块链与物联网的结合还存在许多局限性，在满足上述关键指标的基础上，就能够设计出最适合物联网设备的区块链网络，从更好地赋能物联网生态。

不能说物联网会给哪些行业带来威胁，物联网带来的是挑战与机遇！
当然了，如果固步自封，闭门造车，不紧跟时代潮流的话只能被社会淘汰。
主要受影响的行业：家居、建筑、工业、农业、物流、教育、金融、交通等等，各行各业都会受到影响的

摘 要 物联网作为一项新兴的技术, 已经引起国内学术界高度重视。针对物联网的发展趋势，介绍了其基本概念和技术背景，以及对所涉及的利益相关者产生安全和隐私的影响。需要采取措施，确保该架构能抵御攻击，进行数据认证，访问控制，建立客户隐私。
关键词 物联网 隐私
中图分类号：C913 文献标识码：A

Talking about the Problems of Internet Things Privacy
HUANG Ling
(College of Electronics and Information Engineering, Nanjing Institute of
Information Technology, Nanjing, Jiangsu 210046)
Abstract IOT(Internet of Things), as an emerging technology, attracts much attention form domestic academia and industry For its trend, this paper describes the basic concept and technical background Its development has an impact on the security and privacy of the involved stakeholders Measures ensuring the architecture"s resilience to attacks, data authentication, access control and client privacy need to be established
Key words Internet of things; privacy

1 物联网：概念和技术背景
物联网（IOT）是一个新兴的基于互联网的信息体系结构，促进商品和服务在全球供应链网络的交流。例如，某类商品的缺货，会自动报告给供应商，这反过来又立即引起电子或实物交付。从技术角度来看，物联网是基于数据通信的工具，主要是RFID（无线电射频识别）标签的物品，通过提供的IT基础设施，促进一个安全和可靠的 “物”的交流的方式。
基于目前普遍的看法，物联网的新的IT基础设施是由EPCglobal和GS1引入的电子产品代码（EPC）。“物”是携带一个特定EPC 的RFID标签的物理对象;基础设施可以给本地和远程的用户提供和查询EPC信息服务（EPCIS）。信息并不完全保存在RFID标签上，通过对象名称解析服务（ONS）的连接和互联。信息可由互联网上的分布式服务器提供，
ONS是权威的（连接元数据和服务），在这个意义上，实体可以拥有―集中―改变对有关EPC信息的控制。从而，该架构还可以作为无处不在的计算的骨干，使智能环境识别和确定对象，并接收来自互联网的资料，以方便他们的自适应功能。
ONS是基于知名的域名系统（DNS）。从技术上讲，为了使用DNS来找到有关物品的信息，该物品的EPC必须转换成DNS可以理解的格式，这是典型的“点”分隔的，由左往右形式的域名。EPC编码语法上是正确的域名，然后在使用现有的DNS基础设施，ONS可以考虑是DNS子集。然而，由于这个原因，ONS也将继承所有的DNS弱点。
2 安全和隐私需求
21 物联网技术的要求
物联网的技术架构对所涉及的利益相关者产生安全和隐私的影响。隐私权包括个人信息的隐蔽性以及能够控制此类信息的能力。隐私权可以看作一个基本的和不可剥夺的人权，或作为个人的权利。用户可能并不知道物体的标签的归属性，并有可能不是声音或视觉信号来引起使用物体的用户注意。因此不需要知道它们个体也可以被跟踪，留下它们的数据或可在其网络空间被追踪。
既然涉及到商业过程，高度的可靠性是必要的。在本文中，对所要求的安全和隐私进行了说明：（1）抗攻击的恢复能力：该系统应避免单点故障，并应自动调节到节点故障；（2）数据验证：作为一项原则，检索到的地址和对象的信息必须经过验证；（3）访问控制：信息供应商必须能够实现对所提供的数据访问控制；（4）客户隐私：只有信息供应商从观察一个特定的客户查询系统的使用可以进行推断，至少，对产品的推断应该是很难进行。
使用物联网技术的民营企业在一般的经营活动将这些要求纳入其风险管理意识中。
22 隐私增强技术（PET）
履行对客户隐私的要求是相当困难的。多项技术已经开发，以实现信息的隐私目标。这些隐私增强技术（PET）的可描述如下。（1）虚拟专用网络（）是由商业伙伴的紧密团体建立的外联网。作为唯一的合作伙伴，他们承诺要保密。但是，这个方案不会允许一个动态的全球信息交换，考虑到外联网以外的第三方是不切实际的。（2）传输层安全（TLS），基于一个全球信托机构，还可以提高物联网的保密性和完整性。然而，每个ONS委派都需要一个新的TLS连接，信息搜索由于许多额外的层将产生负面影响。（3）DNS安全扩展（DNSSEC）的公共密钥加密技术记录资源记录，以保证提供的信息来源的真实性和完整性。然而，如果整个互联网界采用它。DNSSEC只能保证全球ONS信息的真实性。（4）洋葱路由对许多不同来源来编码和混合互联网上的数据，即数据可以打包到多个加密层，使用传输路径上的洋葱路由器的公共密钥加密。这个过程会妨碍一个特定的源与特定的互联网协议包匹配。然而，洋葱路由增加了等待时间，从而导致性能问题。（5）一旦提供了EPCIS私人信息检索系统（PIR）将隐瞒客户感兴趣的信息，然而，可扩展性和密钥管理，以及性能问题，会出现在诸如ONS的一个全球性的接入系统中，这使得这种方法变得不切实际的。（6）另一种方法来增加安全性和保密性是同行对等（P2P）系统，它表现出良好的的可扩展性和应用程序的性能。这些P2P系统是基于分布式哈希表（DHT）的。然而，访问控制，必须落实在实际的EPCIS本身，而不是在DHT中存储的数据，因为这两项设计没有提供加密。在这种情况下，使用普通的互联网和Web服务安全框架，EPCIS连接和客户身份验证的加密可以容易地实现，特别是，客户身份验证可以通过发布共享机密或使用公共密钥来实现。
重要的是，附加到一个对象RFID标签可以在稍后阶段被禁用，以便为客户来决定他们是否要使用标签。 RFID标签可及将其放入保护箔网格而禁用，网格称为“法拉第笼”，由于某些频率的无线电信号不能穿过，或将其“杀”死，如移除和销毁。然而，这两个选择有一定的缺点。虽然将标签放在笼子，相对比较安全的，如果客户需要，它需要每一个产品的每个标签都在笼中。某些标签将被忽略并留在客户那里，她/他仍然可以追溯到。发送一个“杀”命令给标签，留下重新激活的可能性或一些识别的信息在标签上。此外，企业可能倾向于为客户提供奖励机制不破坏标签或暗中给他们标签，不用杀死标签，解散标签和可识别对象之间的连接可以实现。ONS上面的信息可被删除，以保护对象的所有者的隐私。虽然标签仍然可以被读取，但是，关于各人的进一步信息，是不可检索。
此外，由RFID撷取的非个人可识别信息需要透明化。有源RFID可以实时跟踪游客的运动，不用识别哪个游客是匿名的 ；然而，在没有任何限制的情况下收集这些资料是否被传统隐私权的法律涵盖，这一问题仍然存在。
人们对隐私的关心的确是合理的，事实上，在物联网中数据的采集、处理和提取的实现方式与人们现在所熟知的方式是完全不同的， 在物联网中收集个人数据的场合相当多，因此，人类无法亲自掌控私人信息的公开。此外，信息存储的成本在不断降低，因此信息一旦产生， 将很有可能被永久保存，这使得数据遗忘的现象不复存在。实际上物联网严重威胁了个人隐私，而且在传统的互联网中多数是使用互联网的用户会出现隐私问题， 但是在物联网中，即使没有使用任何物联网服务的人也会出现隐私问题。确保信息数据的安全和隐私是物联网必须解决的问题，如果信息的安全性和隐私得不到保证，人们将不会将这项新技术融入他们的环境和生活中。
物联网的兴起既给人们的生活带来了诸多便利， 也使得人们对它的依赖性越来越大。如果物联网被恶意地入侵和破坏，那么个人隐私和信息就会被窃取，更不必说国家的军事和财产安全。国家层面从一开始就要注意物联网的安全、可信、隐私等重大问题，如此才能保障物联网的可持续健康发展。安全问题需要从技术和法律上得到解决。

参考文献
[1] 吴功宜智慧的物联网[M]北京:机械工业出版社,2010．
[2] 宋文无线传感器网络技术与应用[M]北京:电子工业出版社,2007．
[3] ITU ITU In ternet Reports 2005: The Intern et of Th ings [R] Tun is, 2005
[4] In tern at ion alTelecomm unicat ion Un ion U IT ITU In ternetR eports 2005: The Internet of Th ings[R]2005

物联网的发展前景很不错，具体如下：
1更安全的保护措施。在新技术出现之初，它的技术力量几乎都集中在创新上，导致监管水平低下，这就使业界的兴奋、激进和政策、监管的滞后常常形成鲜明的对比。由于物联网设备和基础设施的价格下降，企业在物联网设备上的应用也越来越普遍，这种创新和应用一旦普及，各种新技术的风险也突显出来。
2更普遍使用智能消费品设备。IoT所覆盖的行业人群广泛，从智慧交通、智能物流、医疗、农业、能源等行业应用，到私人智能家居、个人、智能汽车等应用，无论是降低成本，还是提高中国居民的生活质量，都将是中国居民生活质量的巨大提升。

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