物联网的体系结构

物联网的体系结构,第1张

物联网的英文名称为"The Internet of Things” 。由该名称可见,物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络;第二,扩展到了任其用户端延伸和何物品与物品之间,进行信息交换和通信。因此,物联网的定义是通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、 全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
物联网的整个结构可分为射频识别系统和信息网络系统两部分。射频识别系统主要由标签和读写器组成,两者通过RFID空中接口通信。读写器获取产品标识后,通过internet或其他通讯方式将产品标识上传至信息网络系统的中间件,然后通过ONS解析获取产品的对象名称,继而通过EPC信息服务的各种接口获得产品信息的各种相关服务。整个信息系统的运行都会借助internet的网络系统,利用在internet基础上的发展出的通信协议和描述语言。因此我们可以说物联网是架构在internet基础上的关于各种物理产品信息服务的总和。从应用角度来看,物联网中三个层次值得关注,也即是说,物联网由三部分组成:一是传感网络,即以二维码、RFID、传感器为主,实现对“物”的识别。二是传输网络,即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算。三是应用网络,即输入输出控制终端。
EPC系统是一个非常先进的、综合性的和复杂的系统。其最终目标是为每一单品建立全球的、开放的标识标准。它主要由全球产品电子代码(EPC)体系、射频识别系统及信息网络系统三大部分组成。
(1)EPC编码标准
EPC编码是EPC系统的重要组成部分,它是对实体及实体的相关信息进行代码化,通过统一并规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。
(2)EPC标签
EPC标签是装载了产品电子代码的射频标签,通常EPC标签是安装在被识别对象上,存储被识别对象相关信息。标签存储器中的信息可由读写器进行非接触读/写。
32 EPC系统特点
(1)开放的体系结构
EPC系统采用全球最大的公用的刀又TERNET网络系统。这就避免了系统的复杂性,同时也大大降低了系统的成本,并且还有利于系统的增值。梅特卡夫(Metcalfe)定律表明,一个网络大的价值是用户本系统是应该开放的结构体系远比复杂的多重结构更有价值。
(2)独立的平台和高度的互动性
EPC系统识别的对象是一个十分广泛的实体对象,因此,不可能有那一种技术适用所有的识别对象。同时,不同地区,不同国家的射频识别技术标准也不相同。所以开放的结构体系必须具有独立的平台和高度的交互 *** 作性。EPC系统网络建立在INTERNET网络系统上可以与INTERNET网络所有可能的组成部分协同工作
(3)灵活的可持续发展的体系
EPC系统是一个灵活的开放的可持续发展的体系,可在不替换原有体系的情况下就可以做到系统升级。整体的EPC网络 *** 作依赖于RFID系统和网络应用系统的介入,使产品信息有效的传播。安装在不同需求链环境的解读器可以读取标签中储存的产品数据。因此供应链数据可以通过网络及时地检查、更新或者交换信息。
33 EPC编码编码标准
EPC码是新一代与EAN/UPC码兼容的编码标准,在EPC系统中EPC编码与现行GTIN相结合,因而EPC并不是取代现行的条码标准,而是由现行的条码标准逐渐过渡到EPC标准或者是在未来的供应链中EPC和EAN.UCC系统共存。EPC中码段的分配是由EAN.UCC来管理的。在我国,EAN.UCC系统中GTIN编码是由中国物品编码中心负责分配和管理。同样,ANCC也即将启动EPC服务来满足国内企业使用EPC的需求。
EPC码是由一个版本号加上另外三段数据(依次为域名管理者、对象分类、序列号)组成的一组数字。其中版本号标识EPC的版本号,它使得EPC随后的码段可以有不同的长度;域名管理是描述与此EPC相关的生产厂商的信息。
第四章 物联网在家庭中应用
随着时代的发展,中国已经逐步进入了老龄化社会,以后我们社会面临的现状将是一对年轻的夫妻,在照看自己小孩的同时,还要照看2~6对老人,这就为全社会出了一个难题。每家都雇保姆,显然不现实;那么,只能通过科技的手段来解决这个问题了,靠提高家庭的生活品质、方便家庭与外界的信息交互、用传感节点感知家里发生的情况等,这就为家庭物联网的实现奠定了社会基础。
物联网的概念正大行其道,也使人们看到了社会未来的发展趋势,然而物联网大部分却停留在概念阶段,真正规模应用还有待时日。家庭区域相对狭小、需求比较明确,最有可能优先实现物联网的应用。它不只是现代家庭现实的需要(照看老人、孩童),更是人们日益增强的家庭安全
41家庭物联网应用领域
寒冷的冬季,供暖系统使北方城市家庭充满温暖,而当白天大部分人离家上班的时候,空空的房间仍温暖如春。我们需要一个智能化的供暖控制系统。在生产安全领域,在食品卫生领域,在工程控制领域,在城市管理领域,在人们日常生活的各个方面,甚至在人们的娱乐活动中,都需要建立随时能与物体沟通的智能系统。通过装置在各类物体上的电子标签(RFID),传感器、二维码等经过接口与无线网络相连,从而给物体赋予智能,可以实现人与物体的沟通和对话也可以实现物体与物体相互间的沟通和对话。在电度表上装上传感器,供电部门随时都可知道用户的用电情况,实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理,一年来降低电损。在电梯装上传感器,当电梯发生故障时,无需乘客报警、电梯管理部门会借助网络在第一时间得信息,以最快的速度去现场处理故障。
42发展历程
1999年,物联网的概念就已被提出,10年间,世界各国都在加紧研究。物联网的发展共分为四个阶段:第一个阶段是大型机、主机的联网,第二个阶段是台式机、笔记本与互联网相联,第三个阶段是手机等一些移动设备的互联,第四阶段是嵌入式互联网兴起阶段,更多与人们日常生活紧密相关的应用设备,包括洗衣机、冰箱、电视、微波炉等都将加入互联互通的行列,最终形成全球统一的“物联网”。
对于互联网来说,20世纪80年代是黄金时代,这段时间出了一个知名的人物——鲍勃•卡恩(BobKahn),他被人们称为互联网之父(被赋予同样称呼的人还有好几个)。在为互联网做出卓越贡献的同时,他也非常有远见的为另一个始于上世纪80年代的项目——分布式传感网(DistributedSensorNet,简称DSN)——做了奠基。在那个年代,传感器远比我手上的这个大得多,要用一辆卡车来拉。这么大的传感器作为一个个节点组织在一起,通过微波彼此相连,就组成了传感网。
庞大的传感器在体积方面跟不上人们对其功用上的期望,于是研究者们就开始思考能不能把它做得小一点、再小一点。于是,在上世纪90年代,“智能微尘”(SmartDust)这个很有意思的概念出现了,提出者是KrisPister,他是加州大学伯克利分校的教授。这一概念认为可以将计算和通讯集成在约1~2平方毫米的超微型传感器中,用以对周围环境的参数进行探测。其核心的成分是微电机系统(Micro-Electro-MechanicalSystem,简称MEMS;这个概念在当时引起非常大的轰动),该系统中可以集成很多和机械有关的传感器。
当时KrisPister这批人有一个幻想——在蒲公英上面悬挂一个传感芯片,蒲公英飞到哪里就探测哪里的信号,再把信号传递回来。虽然只是一个假想,但当时真有科学家信心百倍地投入其中,并且还把所需的数据算出来了。比如有空气动力学专家计算出了芯片应有的重量等等。在2001年,加州大学伯克利分校的实验室真做出了这种理想中的芯片雏形,比米粒还小,可谓“细如发丝,薄如蝉翼”。他们送给了我一个,当时我还精心包装了一下。可惜最近找不到了,特别遗憾。倘若芯片里面还有电留存的话,说不定我就能通过网络定位到它的“安身之所”了。
在这一时期,有三所高校和研究机构在传感器领域处于领军地位,一是加州大学伯克利分校(以KrisPister为代表,他们提出了“智能微尘”理论),另外两个是加州大学洛杉矶分校(他们提出了“微无线技术”)和施乐帕克研究中心(XeroxPARC)。施乐帕克研究中心的团队主要由我带领,我们做的是传感信息处理和“智能物质”(SmartMatter),希望能把计算、微电机系统放到物理世界中,与“智能微尘”也有非常紧密的联系。
自本世纪初以来,对于传感的研究越来越受到人们的重视,有很多学校和大公司的研发机构开始进行了类似的研究,并有许多新兴公司借此东风异军突起。将传感器连接成“网”或“系统”,就成了传感网。除了传感网以外,类似的概念也相继提出,比如“CyberPhysicalSystem”和“InternetofThings”(简称IOT)。相较而言,IOT的概念在提出的初期更接近于日常生活,比如常见的RFID(RadioFrequencyIdentification,射频识别)技术就是它的一部分。
关于传感网和物联网的历史,若从大的传感器开始算起,传感网诞生至今应有30年了;而若从微传感网(MicroWirelessSensorNetwork)来说,应该仅有15至20年:微传感网始于上世纪90年代,那个时期的人们刚刚提出“微电机系统”的概念,试图把传感器和计算机处理和通讯全部都集成在一个芯片上,即“智慧微尘”。
其实传感器的历史,归结起来就八个字——从大到小,以点到面。这八个字看似简单,但做起来却是困难重重——要想让传感器真正“飞入寻常世界中”,它必需在体积、造价、能耗等方面进行“瘦身”,这样它才真正能够进入到物理世界。
然而,造型的缩小并不是传感进入生活的唯一条件,还需要互联网技术的配合以实现从点到面的网际联系。就IP地址而言,物联网应采用IPv6(IPv4必然不够),它有128位两进制的IP网址数,这相当于给世界上的每个沙粒都赋予了一个 IP地址。唯有当所有的物体都有一个属于自己的IP的时候,物联网才能真正实现。总而言之,物联网的实现需要这两方面的相辅相成:一是利用微处理技术(micro-fabrication),提高集成度;其二是运用IP技术,以提供足够丰富的网址。
43面临的问题
国内智能家居市场存在很多问题。1、进入门槛较高,一般一次性投入要1、2万元,这就大大限制了中等收入以下人群的购买需求。2、功能华而不实,很多都是遥控个灯光、音响,需求跟投入不成比例。3、生搬硬套,将原来很多工业上使用的东西直接照搬到家庭里,缺少人性化,不能完全适合家居生活需要。4、很多智能家居企业缺少核心技术,东拼西凑,组成个系统就推广,导致成本增高、企业竞争力下降。
RFID超高频技术在我国的应用尚处于起步阶段,一些项目的应用只是试点,还没有得到广泛应用,也没有在供链上应用。比如,只在某一个仓库里应用,或只在生产线上应用。应该说,这些试点项目全
都属于闭环状态的应用,在供应链上串起来应用的案例国内还没有出现。
物联网发展潜力无限,但物联网的实现并不仅仅是技术方面的问题,建设物联网过程将涉及到许多规划、管理、协调、合作等方面的问题,还涉及标准和安全保护等方面的问题,这就需要有一系列相应的配套政策和规范的制订和完善。
首先是技术标准问题。标准是一种交流规则,关系着物联网物品间的沟通。各国存在不同的标准,因此需要加强国家之间的合作,以寻求一个能被普遍接受的标准。
其次是安全的问题。物联网中的物品间联系更紧密,物品和人也连接起来,使得信息采集和交换设备大量使用,数据泄密也成为了越来越严重的问题。如何实现大量的数据及用户隐私的保护,成为待解决的问题。
第三,协议问题。物联网是互联网的延伸,在物联网核心层面是基于TCP/IP,但在接入层面,协议类别五花八门,CPRS、短信、传感器、TD-SCDMA、有线等多种通道,物联网需要一个统一的协议基础。
第四,终端问题。物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能,且不同行业需求各异议,如何满足终端产品的多样化需求,对运营商来说的一大挑战。
第五,地址问题。每个物品都需要在物联网中被寻址,就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址,IPv4资源即将耗尽,那就需要IPv6来支撑。IPv4 向IPv6过渡是一个漫长的过程,因此物联网一旦使用IPv6地址,就必然会存在与IPv4兼容性问题。
第六,费用问题。目前物联网所需的芯片等组件的费用较高,若把所有物品都植入识别芯片花费自然不少,如何有效解决这一问题仍需考虑。
第七,规模化问题。规模化是运营商业绩的重要指标,终端的价格、产品多样性、行业应用的深度和广度都会地用户规模产生影响,如何实现规模化是具有待商讨的问题。
第八,商业模式问题。物联网在商业应用方面的业务模式还不是很明朗,商业模式问题值得更进一步探讨。
第九,产业链问题。物联网所需要的自动控制、信息传感、射频识别等上游技术和产业已成熟或基本成熟,而下游的应用也单体形式存在。物联网的发展需要产业链的共同努力,实现上下游产业的联动,跨专业的联动,从而带动整个产业链,共同推动物联网发展。
要建立一个有效的物联网,有两大难点必须解决:一是规模性,只有具备了规模,才能使物品的智能发挥作用;二是流动性,物品通常都不是静止的,而是处于运动的状态,必须保持物品在运动状态,甚至高速运动状态下都能随时实现对物品的监控和追踪。
实现物联网,首先必须在所有物品中嵌入电子标签等存储体,并需安装众多读取设备和庞大的信息处理系统,这必然导致大量的资金投入。因此,在成本尚未降至能普及的前提下,物联网的发展将受到限制。已有的事实均证明,在现阶段,物联网的技术效率并没有转化为规模的经济效率,目前的所谓物联网应用也没有一个在商业上获得了较大成功。例如,智能抄表系统能将电表的读数通过商用无线系统(如GSM短消息)传递到电力系统的数据中心,但电力系统仍没有规模使用这类技术,原因在于这类技术没有经济效率。
物联网的关键在于RFID、传感器、嵌入式软件及传输数据计算等领域,包括“云计算”、无线网络的扩容和优化等均是物联网普及需解决的问题。只有通过“云计算”技术的运用,才能使数以亿计的种类物品的实时动态管理变得可能。从目前国内产业发展水平而言,传感器产业人水平较低,高端产品为国外厂商垄断。

当物联网这个名词被创造出来时,物联网之父Kevin Ashton大概没想到18年后的今天,这个Internet of Things居然成了后PC时代的救世主。从市井小民到科技新贵,从厂商到国家,从贩夫走卒到学者政客,莫不引颈企盼这物联网能带领大家走出经济泥淖,再造一次PC荣景。但是,这个泡沫吹得起来吗?
然后,许多人开始讨论究竟要作“物联网”还是“联网物”,物联网的核心价值到底在于“物”还是“联网”,日前科技业大佬纷纷表明,物联网真正的价值在于“联网”,背后的服务与智慧才是一门大生意,但是许多厂商都将重点放在硬件,并做出一个个的联网“物”,最后变成价格战,产品与服务不知不觉间也偏离消费者需求。
于是我们看到许多企业从产品面(如冰箱、空调或洗衣机等)切入想象对象连网后该有的功能,却忽略了两个本质问题:什么是消费者觉得通过“联网”才能解决的问题?对象联网后,带给消费者的核心利益或价值又是什么?在物联网的“硬件结构”中,大概可以分成前端的物,串接的网,最终是统合的应用。许多人认为,只要把侦测器、设备、设备连上网,就是物联网。错了,那只是“联网物”,可以联结网络的物!而串接这些设备的各种网络(没错,我用各种,因为网络不是只有Internet,在地球上,可以叫网络的东西,多不胜数,电力网?地下水道网?电信网?这些都是网络!更别提一堆封闭性的网络!),我们可以叫它是“联物网”。但这就算是Internet of Things,“物联网”了吗?真正的物联网,应该是水乳交融不分彼此,所有的事物,都能串接,都能交流,都有智能,更能提供解决人们问题的创新应用!
许多业界的前辈们,都对这个议题发表过意见,物联网确实是好机会,所有的大咖,都告诉我们:▲物联网有许多应用,物联网产品多,只是将以渐进式稳定发展,不像手机很快跳上去。
▲我们要扭转产业的最后一次机会,是把握物联网,但不是把握硬件,这不是意味着要放弃硬件,而是要把握硬件可以发展的智能服务。
▲物联网是大事,但联网物,是小事,硬件这一块很小,下一波真正大的生意,是在服务与智慧。明眼人其实不少,但是人常说,听其言观其行。讲得头头是道,入情入理,而且言简意赅:物联网的产业价值在于服务、在于应用、在于智能。可是,为什么这些大厂、大人物,或者是投身物联网事业的好汉们,却仍旧在想:我要“设计”个智能结局的“产品”?我要设计传感器能把信号传出来?明明物联网就不看重硬件啊,而我们仍有许多人一窝蜂投入硬件制造和设计?
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文/杨剑勇

物联网(IoT)蕴含的内容及其广阔,也被视作为第四次科技革命,得到了各国政府大力支持,让一切设备互联将影响着各国经济,借助物联网技术实现未来新型社会,以及影响着数十亿的企业和消费者,尤其在全球呈现快速增长态势下,能充分利用物联网的企业将会成为万物互联时代的赢家,然而企业在署物联网最大瓶颈就是人才匮乏。

来自网络

物联网战略 人才视为支柱

物联网是近年来最热门关键词之一,然而物联网的实践最早可以追溯到1990年,但有“物联网之父”之称的Kevin Ashton在1999年创造了“物联网”一词,早期的物联网主要依托射频识别(RFID)技术,随着技术和应用不断发展,到如今物联网蕴含的内容及其广阔。简单来说是让万物连接至互联网,更深入一点,就是让毫无生机的物体通过联网后,具有感知能力,设备具有思考决策的能力。

让一切设备互联将重塑我们日常生活方方面面,来自思科报告声称:”到2021年,在全球271亿连接设备中,物联网设备将占据连接主导地位。在思科全球高级副总裁兼运营商事业部总经理YvetteKanouff看来:“全球全数字化转型持续升温影响着数十亿的企业和消费者,网络和安全将成为物联网发展关键。

物联网被视作为第四次科技革命备受关注,世界各国纷纷推出本国家的物联网相关政策,得到了各国政府大力支持,预示着一个新的物联网时代即将崛起,随之而来的是互联网也将消失,而中国有望领跑全球物联网,中国物联网产业规模突破7500亿元。

在日本,制定了物联网综合战略,旨在普及“物联网,囊括人才培养,人才投资视为支柱,以应对所有机器设备通过互联网连接起来后所产生庞大的数据,能够有效运用的人才不可或缺,通过人才投资提高生产率作为解决劳动力不足,借助物联网技术实现未来新型社会。

物联网产业在迅速发展之际,相关产业人才也备受关注,由于物联网相关专业人才的稀缺,人才供给严重不足,尤其物联网复合型人才备受青睐。至此高校也先后开设了物联网专业,为产业注入新兴人才,作为新兴专业,物联网工程、网络安全和大数据等在高校增加明显。在机智云创始人兼CEO黄灼先生看来,物联网是一个有机互联的生态系统,基于大数据的人工智能未来将更广泛应用于物联网,但数据分析、云端安全等技术,全球专业人才也不多。

物联网人才受青睐备,校企结合培养人才

随着物联网时代的到来,以及人工智能等技术崛起,杨剑勇曾提出:“万物透过互联,赋予万物感知、认知,我们处在了万物互联的好时代。”同时,能充分利用物联网的企业将会成为未来赢家,如今,物联网的应用范围越来越广泛,在全球也呈现出快速增长的态势,但根据Gartner报告显示,企业在署物联网最大瓶颈就是人才匮乏。

(一)校企结合

作为最有影响力的物联网开发平台,早在多年前,机智云已经与清华大学、北京大学和北京理工大学等多所高校展开合作,为可研项目提供资源便利,目的是人才培养。

机智云通过联合其他校企等伙伴,结合热点技术、热门岗位、市场需求、学校专业等方面进行整合匹配,提供多层次、多角度的人才评测服务,以及为企业用人选拔专业技术人才提供可靠的依据,推动智能产业行业人才标准与技术研发。

(二)专业培训 认证考试

就在近日,中盛君安和机智云达成合作协议,深度整合各自资源和优势,全面推动物联网应用人才培养工作,加速产学研用落地。中盛君安是工信部电子通信行业职业技能鉴定指导中心和教育部授权教育培训机构。

机智云则是物联网行业领军企业物联网开发及云服务平台,基于多年来为各行业提供物联网云服务所积累的经验,牵头制定了成体系的智能家居创新课程,利用机智云量产级的物联网开发平台和开发工具,结合IoT前沿最新技术、企业实际需求和量产应用案例,再通过集中培训、动手实践的授课方式深入浅出地讲解物联网应用技术,培养学员动手实践能力的整套课程体系和教学方式,填补了目前物联网教育领域的空白。

十年树木,百年树人,教育在人类进步中的作用不言而喻,随着物联网产业不断发展,相关技术人才成为企业最大的需求,在工信部电子通信行业职业职能鉴定指导中心、北京产学研信息技术中心等部门的指导下,中盛君安联合机智云开展“智能设计(智能家居的研发实战实 *** )专项技能培训与考试”工作,其最大特色结合智能家居市场需求和物联网行业热点技术;并分为理论和实践两部分,注重实 *** 训练;另外,获得证书的高校学生可直接纳入机智云人才库,推荐和对接企业需求。

(三)软硬结合 降低物联网开发门槛

另外,也和国内知名开源电子网(OpenEdv)正点原子建立了紧密合作,基于机智云自助开发平台和正点原子STM32开发平台,为开发者提供一站式物联网开发工具和技术服务,帮助物联网开发者快速实现智能产品开发。对于此次双方在物联网开发领域进行深度整合,在机智云总经理黄锡雄看来:“正点原子为开发者提供专业的开发板,也在为高校提供物联网开发课程,帮助了很多创业团队,和正点原子的合作,能在更广阔的创新生态中帮助到更多开发者。”

(四)培养符合产业需求物联网人才

由于物联网方面的人才在市场非常紧缺,在人才培养方面,机智云与多方合作,包括联合iCAN发布了物联网技术人才孵育平台,通过创新创业大赛、物联网开发实训培训,及工信部职业技能鉴定认证,系统挖掘和培养一批符合国家物联网技术发展需要、符合智能产业人才需求、具有创新实践能力和项目实 *** 能力的新兴技术人才。

机智云长期致力于推动物联网产业有序健康发展,长期携手包括微软、英特尔、Qualcomm、ST、Arduino等众多国际知名科技企业进行技术合作,并通过为开发者举办公开课和训练营等各种事形式,打破传统,以推动物联网持续发展为己任,不仅培养了众多开发者,其平台也降低开发者门槛,截止2016年底,平台聚集了超过5万名活跃智能硬件工程师,催生了上万款产品研发,其平台在线设备总量也超过700万台,促进了物联网产业蓬勃发展。

写到最后

百度李彦宏表示移动互联网时代已经结束,不会再有新独角兽,同时表示物联网已经为时不远;日本软银孙正义声称物联网将会引领下一轮技术爆炸;而在谷歌董事长埃里克·施密特看来,互联网即将消失,物联网无所不能,对科技公司而言是前所未有的机会。

作为拥有物联网属性的平台,不仅可实现各设备的互联互通,机智云也在围绕云平台之上不断增加适用于不同场景需求的应用服务,来服务客户需求的不同场景,作为最有影响力的物联网开发平台,机智云就要把这些复杂的算法模块化、工具化,持续为开发者提供更多有价值的开发工具和模块服务,帮助他们低成本快速进入物联网行业。

本文作者杨剑勇,长期关注物联网、智能家居、可穿戴设备、机器人和人工智能等前沿科技产业。

■本期观点

物联网被视为继计算机、互联网之后的第三次信息产业浪潮。在 科技 发展和 社会 需求的推动下,物联网的“寒武纪大爆发”正在来临。

当前,物联网在各行业数字化变革中的赋能作用已非常明显,气象行业也是受益者之一。物联网的发展最终将彻底改变气象行业,在物联网设备急剧增加并相互连接的条件下,获取气象数据的渠道将被前所未有地拓宽,气象观测数据的质量和精度也将得到前所未有的提升。

物联网与人工智能、云计算的发展密不可分,三者就像打开宝藏的三把钥匙一样,只有同时拧动才能开启宝藏之门。区块链为物联网穿上了一道“铠甲”,可防止气象数据被黑客篡改或窃取。

■本期嘉宾:中国气象局气象探测中心高级工程师 张明

华风气象传媒集团副总经理 陈钻

安徽省气象局人工影响天气办公室高级工程师 李建邦

在距今542亿年前,有一段时期出现了大量的较高等生物,物种多样性呈爆发式增长——这就是寒武纪生命大爆发。至于爆发的原因,一些科学家认为是因为某些生物(比如著名的三叶虫)进化出了眼睛。有了眼睛之后,这些生物开始追逐捕食其他生物。更为重要的是,眼睛作为一种传感器,能够收集大量数据,而随着数据量的增加,大脑的学习周期就会加快,从而进一步推动之后的生物进化。

物联网被视为继计算机、互联网之后的第三次信息产业浪潮,从进化的视角来看,物联网实际上就是人类 社会 进化出的“眼睛”。《商业内参》(BI Intelligence)今年发布的《2019年全球物联网发展研究报告》指出,预计到2025年全球物联网设备将超过640亿个,远高于2018年的100亿和2017年的90亿。据预测,到2035年将有超过1万亿个物联网器件能在云端保存传感器数据。

物联网的“寒武纪大爆发”正在来临。

物联网的前世今生

物联网,顾名思义,就是物物相连的互联网。说来有些不可思议,物联网这个概念的提出最初来源于一款脱销的口红。

上世纪90年代,麻省理工学院教授凯文·艾什顿在宝洁公司做品牌经理时,发现一款棕色的口红总是缺货,但实际上库存里却还有不少。于是他开始思考:如果在口红的包装中内置一种应用了无线射频识别技术(RFID)的无线通信芯片,并且有一个无线网络能随时接收芯片传来的数据,那么零售商们就可以随时知道货架上有哪些商品,并且及时补货。“物联网”这个概念由此提出,凯文·艾什顿也因此被称为“物联网之父”。

RFID是物联网的核心技术之一,并且在第二次世界大战期间就出现了最早的雏形。当时,英国军队利用无线电发射器加上雷达来识别敌军和友军的飞机。2000年后,RFID技术得到大规模应用,基于物流和供应链管理的物联网开始构建起来。“当我们需要把所有‘物’连接在一起的时候,一个重要的问题就是如何判断出谁是谁,而射频识别技术就是为了解决‘唯一性’问题,为每一个‘物’贴上一个独一无二的身份标签。”张明说。

物与物之间除了要相互识别外,还要能进行数据收集和数据交换,这就不得不提到传感器了。这个词乍听之下你可能觉得有点陌生,但事实上我们周围无处不是传感器,比如气象卫星、监控摄像头、无人机等,都可以看作是采集数据的传感器。此外,手机上也有大量的传感器,比如GPS、重力感应器、红外感应器、摄像头、环境光感受器等。从这个意义上来说,手机其实就是一个物联网集成设备。未来,内置丰富传感器的智能手机可以发挥测量仪器的作用,收集气温、大气压和大气潮汐等数据。

除了射频识别和传感器技术外,物联网还包括智能处理和嵌入式技术。根据张明对未来趋势的分析判断,正在迅猛发展的5G技术将成为物联网发展 历史 上的重大里程碑事件,让“万物互联”从根本上摆脱网络环境的制约,极大地降低物联网的建设成本,并使物联网的服务水平突飞猛进。

总之,真正的物联网是由网络连接的感应器自动捕获、分析数据,自行作出决定,需要机器具备自主学习、自主决策的能力,整个过程不再需要人的干预。

气象+物联网

中国信息通信研究院发布的《2018物联网白皮书》指出,全球物联网产业规模由2008年的500亿美元增长至2018年的1510亿美元。在连接数快速增长和梅特卡夫定律的作用下,物联网在各行业的新一轮应用已经开启,落地增速加快,物联网在各行业数字化变革中的赋能作用已非常明显。

气象行业作为大数据的应用者,较早地接受了物联网的赋能。在一些发达国家,物联网技术已被广泛应用于气象监测预警、气象预报、气象信息传输和气象服务等各个层面。例如,美国应用物联网技术,已实现全自动地面观测。2012年6月,美国国家天气局成功应用物联网技术研发了无线紧急预警系统。该系统可根据恶劣天气经过的路径确定受影响区域,以此搜寻该区域内所有手机发出的信号,自动匹配发送人群,既提高了预警准确性,又避免了信息扰民。日本气象厅于2007年就建成了基于物联网的地震感知预警系统。

韩国气象厅采用RFID技术来监测天气变化,通过布设无线感应器,建立自动天气系统,实现对温度、气压、湿度、风、沉淀物、降雪、可视性、云层、地表地下温度等要素的实时监测和天气系统的追踪,有效提高了气象服务能力和保障水平。

“在国内,物联网技术已应用到气象信息监测、气象信息发布服务和专业气象服务等领域,并初步开发了部分应用系统和产品。”李建邦说。

物联网将手机、车辆甚至雨伞等物件的潜力完全释放了出来,使其一一成为获取天气数据的手段。各种各样的传感器很快就将遍布各个角落,这意味着天气数据将无处不在。“物联网的发展最终将彻底改变气象行业。”张明说,在物联网设备急剧增加并相互连接的条件下,获取气象数据的渠道将被前所未有地拓宽,气象观测数据的质量和精度也将得到前所未有的提升。

物联网与人工智能、云计算、区块链

不管一个人的能力有多强,他都只能观察到事物的某些切面,并且其观察范围主要限于人体感官所能达到的区域。要想获得宏观视角甚至“上帝视角”,我们就需要不断拓展自身的感知能力,让“触角”不断延伸。物联网最大的作用之一就是让人类 社会 拥有了“上帝视角”,极大地拓展了人类的感知能力,开辟了信息采集的新维度。

如果说物联网是人类 社会 进化出的“眼睛”,那么人工智能就是“大脑”。气象数据当前总量大约为23PB,仅每天产生的数据量就达几十个TB。事实上,这样体量的数据已经让气象工作者疲于应对,很多数据的价值根本没时间去挖掘。试想一下,当物联网设备的数量达到千万级甚至亿级时,其产生的数据量将庞大得让人难以想象,之前的数据量根本无法与之同日而语。这时,运用人工智能来处理传感器数据几乎就成为唯一选择。此外,如此海量的数据如果全部部署到业务端或本地,那么所花代价将随搬迁数据体量的倍增而呈几何倍数增长,原本已因系统过多而不堪重负的业务单位将雪上加霜。云计算可以将业务系统所需要的一切资源部署在云端,而人工智能就可以直接在“云”上处理海量气象数据。

更为重要的是,在海量气象数据的“喂养”下,人工智能成长的速度也将惊人的快。届时,“超级人工智能”或许就将出现,这种技术就会变成超级智力。最终,机器的智力会超过人类的集体智力。

“物联网与人工智能、云计算的发展是密不可分的,三者就像打开气象宝藏的三把钥匙一样,只有同时拧动才能开启宝藏之门。单纯把物物相连的意义非常有限,只有让这种连接变得智能才能将物联网的潜能完全释放出来。”张明说。

然而,物联网当前面临的最大问题之一就是信息安全问题,一旦被黑客或病毒侵入,后果将不堪设想。好在,具有高透明、可追溯和防篡改特性的区块链为这个问题提供了很好的解决方案。气象数据一旦上链,上链的时间和内容均是公开透明的,且一旦上链便难以篡改,上链的内容也将逐步具有法律效力,因此可溯源追责,这就为不同机构进行数据交换和共享提供了信任基础,用技术解决了信任和安全问题。

“物联网和区块链技术结合会产生区块链物联网,而区块链物联网可以大幅降低安全风险。”陈钻说,更为重要的是,区块链作为一种交易处理工具对物联网而言是革命性的创新,许多人机交互会被机器间基于规则的交互取代。此外,成功的物联网解决方案必然有强大的价值主张,物联网中的每一个设备都可以充当独立的商业主体,以极低的交易成本与其他设备共享能力和资源。可以想象通过基于区块链的智能合约和智能账本等技术,我们可以使得每部气象物联网中的观测设备都转变为拥有者和用户之间的交易点和经济价值创造点。物联网和区块链技术结合所促成的一系列变革将使得物理世界像数字世界一样流动、个性化和高效。


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