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易拉罐的博客

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转 物联网-改变一切的互联网--格林加德  

2017-04-15 09:52:08|  分类: 物联网 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        互联网的发明人——包括罗伯特·E·卡恩和文特·瑟夫——预想到了将网络与其他网络相连会产生的景象——这样就形成一张由联网系统构成的交织在一起的大网。
       物联网可以深入到远远超越人类视觉、听觉、嗅觉和意识能力的,难以被察觉且常常是无形世界中所存在的缝隙角落之中。物联网创造出新型的网络和系统,以及完全不同的数据、信息和知识传播通道。

当想象变成现实
      现在是周一早上7点。我的Fitbit Force智能手环轻轻震动,将我叫醒。几分钟后,我伸手拿起iPhone,查看电子邮件和其他信息。我打开手后,我伸手拿起iPhone,查看电子邮件和其他信息。我打开手机上的Fitbit(一个健康和睡眠追踪应用),查看昨天夜间的睡眠情况,包括在床上躺了多久之后入睡和睡眠中间醒来几次。然后我从床上爬起来,走进浴室,用Fitbit体重计量体重,体重数据会被自动发送到云服务器上。然后云服务器会对数字进行分析,通过网页或者智能手机应用提供反馈。这样,我就可以追踪我的体重、体脂、饮食、水消耗和整体的身体情况。
      吃早餐的时候,我用iPhone上的MyFitnessPal(一个健康及营养追踪应用)扫描麦片包装上的条形码。这个应用会利用互联网上包含300多万项条目的数据库,计算出食物的卡路里和营养数据。之后,我开车到健身房锻炼。在跑步机上登录我的账号,它就能记录我的活动情况,包括我跑了多久、强度如何以及消耗掉多少卡路里。当我从跑步机上下来后,跑步机将我的锻炼数据发到iPhone上与Fitbit应用相互连接的MyFitnessPal应用里。这些器械和应用联合在一起,就比较全面地展现出了我每天运动和食物消耗的情况。我可以看到我的卡路里和锻炼水平是否达到目标。我可以研究一下我的营养信息,通过这些应用提供的图表、图形和仪表盘了解我是否喝了足够多的水。
        走回房间时,我在iPhone的Metromile(一个追踪车辆驾驶里程的应用)看一下自己的行驶数据;Metromile利用车内的仪器测量行驶里程、油耗及其他信息。冲过澡,我拿起iPad(苹果平板电脑),查看Facebook(脸谱网),整理大量的电子邮件信息。然后,我走进家庭办公室,坐在台式电脑旁开始工作。一段时间后,我记起来周末会在外面过夜。于是,我通过手机将Ecobee(联网智能恒温器),设定为休假模式。我也为前门的Kevo(智能门锁)设定了临时的密码,这样邻居就可以进门帮我给植物浇水。
       完成当天的工作之后,我开始准备晚餐,之后使用安装在iPhone上的Harmony(智能家居遥控器,可以通过配套软件在手机上进行操控)打开网飞视频网站。利用通过无线网络连接到互联网的蓝光DVD播放器,我看了一部电影。傍晚,WeMo(智能开关)根据我所在地理位置每天的日落信息自动打开门廊灯。WeMo每天获取信息,随时更新。几分钟之后,我的手机接到一条提醒:我车库门已经开着30分钟了,原来是孩子在开门扔完垃圾后没有关门。我点了一下应用中的一个按钮,关上车库门。
      晚上11点半,WeMo关闭了门廊灯。我钻进被窝,开始阅读纸质期刊上刊载的一篇文章。我想要对其进行电子剪辑,于是拿出iPhone,打开DocScanner(一个文件扫描应用)。DocScanner能帮我将文章传到印象笔记,实现云同步,这样我就可以在我任何一台设备上的项目文件夹中继续阅读这篇文章。我设定好第二天的Fitbit智能闹钟,关灯,然后渐渐睡着了。
       这些场景不是虚构的,而是对我家典型的一天的真实快照。虽然我家里有许多联网智能设备,却很难算得上是一流的互联设备实验室。我的路由器一共连着19个无线客户端——每个都有各自的IP(互联网协议)地址,包括计算设备、媒体播放器、家庭自动化设备以及其他设备。其中许多设备都由手机应用控制,连接到了物联网之中。不管怎样,这些互联的设备替代了人工,为我们提供了全新的方式去获取数字内容和增长见识以及管理门、锁、灯和自动恒温器。一些互联的设备同时也通过更智能、更有效率地运行实现了节能。另外一些设备则提高了安全性。

我们是如何走到了今天
      我们很容易忽视过去几十年间世界发生的巨大变化。不久之前,在互联网、移动设备和云应用还没有出现时,数据大都存储在庞大的大型计算机内,之后又存储在个人电脑的硬盘内。这些机器中的大部分都是广袤的计算机海洋中一座座孤立的岛屿。将数据在设备间转移可不是一项简单的工作。除了那些连接到局域网的少数幸运者之外,对于大多数人来说软盘不可或缺。
       按现在的标准来看,把信息从一张软盘拷到另一张软盘的过程又慢又麻烦,而且这些软盘的存储空间十分有限。首先,软盘体积大,最初的存储盘直径有8英寸[注释]。其次,鉴于当时的媒体格式,一张软盘只能保存大约80千字节[注释]的数据,相当于大约40页纯文本。20世纪70年代中期,5.25英寸软盘的出现将媒体存储量提高到了110千字节,1982年时达到了1.2兆字节[注释]。20世纪80年代末,3.5英寸盘可容纳大约2.4兆字节的数据。虽然这在当时代表了很大的进步,但按现在的技术标准来看简直低端得匪夷所思。
       将这些磁性媒体中存储的数据进行物理转移也同样非常麻烦。你必须将软盘邮寄或送到目的地。这样的话,要转移量稍大些的数据可能需要几个小时或几天的时间。在20世纪80年代甚至90年代,安装一个软件程序通常需要使用10~20个软盘。安装过程可能耗费一个多小时,其间计算机还不能执行其他工作。那时,个人计算机还没有现在的多处理器系统和执行多任务的能力。虽然制造商引入了其他媒体格式提高数据存储容量,包括之前曾流行的极碟驱动器(Zip Drive),但是主要的进步都围绕着提高数据管理的便利性,而不是实现更有效的系统互联。
      20世纪90年代普遍采用的电脑网络改变了这一切。以太网和局域网使组织机构能够进行内部数据共享——有时也与企业工作场所之外的商业伙伴或其他机构进行数据共享。但是,那时网络昂贵的价格和专有特性及其相对低的传输速率限制了它们的价值和整体的使用率。当时,连通性和联结性对大部分人和机器来说依然遥不可及。
     远程用户为了发送或接收文件经常不得不通过一台传输速率为300比特/秒的调制解调器拨号连接到电脑——通常是大型计算机。设置协议(处理资料传送的标准)和传送数据常常是一项令人望而生畏的任务。将一份篇幅很短的文本文件发送出去可能需要几分钟或更久的时间,而且任何类型的大型文件都可能占用系统资源,致使计算机数小时内基本不能操作。按照现在的标准,这就是数据传输的最初发端,堪比数字版的麦哲伦试图乘坐木质克拉克帆船靠风帆环绕地球。
     1995年,在探讨数载之后,互联网和万维网开始进行商业化运作。原始的阿帕网(ARPAnet,美国高级研究计划局网络)是在20世纪50年代对基于数据包网络的研究中诞生的,自从1969年低调面世以来,已经演化为强大了不知几何的IP(互联网协议网络IP与TCP一起构成在设备或系统之间建立虚拟联络的协议)。一系列不间断的技术进步以及计算能力方面的大跨步前进,引领了一大批私人团体推动形成一个开放的互联网。在美国政府让当时的美国国家科学基金网络退役之后,网络发展就跨入了一个新时代。实现全球连通所需要的框架已经建成。
      最初的互联网连接大部分是通过使用拨号调制解调器和由马克·安德森(Marc Andreesen)发布的一款名为Mosaic的网页浏览器实现的(这家开发Mosaic浏览器的公司就是后来的网景公司)。Mosaic浏览器是在蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)所做的前期工作的基础上研发出来的。蒂姆·伯纳斯-李从牛津大学毕业后曾在欧洲核子研究组织(CERN)工作,他于1990年利用当时看来非常强大的NeXT电脑发明了最早的网页浏览器万维网(World Wide Web,后来重命名为Nexus)。
      最开始的时候,连接速度非常缓慢。较大的页面需要几分钟的时间才能上传到网页,而且用户通常只能通过登录美国在线(AOL)、CampuServe(美国最大的在线信息服务机构之一)和EarthLink(美国网络服务提供商)等服务才能实现连接。除了几个大型大学、研究机构、公司和政府机构之外,宽带还未用于上网服务,这种状况持续了数年之久才改观。2000年,大约有3%的美国人家中安装了宽带。到2013年8月,这个数字增长到了70%。有几个国家的安装率比美国的安装率还高。
     与在工业革命期间最早铺设的铁路一样,未来联网和连通所需要的架构倏忽之间就已然存在了。互联网的发明人——包括罗伯特·E·卡恩(Robert E. Kahn)和文特·瑟夫(Vint Cerf)——预想到了将网络与其他网络相连会产生的景象——这样就形成一张由联网系统构成的交织在一起的大网。他们预测未来世界会出现更加智能的机器,催生卓越的新功能,引发令人难以置信的变革。1999年我为《美西航空》(America West)杂志(已经被兼并的美西航空公司的机上杂志)采访瑟夫的时候,他阐述了他彼时的目标:
        1973年,当时的主要目标是创造出一种使计算机彼此沟通的方法。那时候,我们发明了不同的计算机网络,都是独立运行的。显而易见的是,那些系统除非能通过一种共通语言分享信息,否则没有多大价值。我们肯定不想沦落到与20世纪一二十年代相似的境地,那时候一个公司办公桌上要放十来个不同的电话机,每台电话机都有独立的专有系统,你必须知道通过哪种电话服务能联系到哪些人。因此我们发明了一种协议,称为TCP/IP,实现计算机以及不同网络的互联。
你随手放进提包就能带回家的设备。不过,也许更让人感兴趣的是,你很难想象当非常非常多的人能够同时利用一种技术的时候,比如互联网,会发生什么样的事情。这有点像汽车的发明人会想象有几十辆汽车的情况,却无法知道5 000万或1亿辆汽车会如何影响一个国家……以及全世界各地人们的态度、习惯、行为和活动。
      当然,现在发达国家的高速互联网接入已经普及。另外,随着移动设备以及蜂窝网络移动宽带的推出,一种时时在线、时时连通的文化已经形成。2007年推出的iPhone和2010年推出的iPad对改变竞争格局,为现在新兴的物联网燃起燎原之火功不可没。虽然许多制造商之前就已经推出了能连接互联网的所谓智能手机和个人数字助理(PDA),而且这些设备都很笨重但反应慢,功能也非常有限。许多设备只是简单地实现日程、联系人和基础数据的同步。而且大部分在完成某项功能时也表现得糟糕透顶——除了打电话这项功能之外然而,为建立一个联网的世界以及联网的设备所需要的基础已经存在了。今天,每件联网的设备都会获得一个IP地址,而且每个地址都能让一个设备与其他的设备相连,包括智能手机、平板电脑、游戏机、汽车、冰箱、洗衣机、灯光系统、门锁、汽车电子收费设备等等。过去数年内,在IP的基础上出现了几种不同的系统和平台。IP实际上已经成为通信、娱乐、购物、商业交易以及大量其他工作和活动的标准渠道。
      推动这股潮流发展的是机械和系统越来越数字化的特性。仅仅一二十年前,音像刻录机还在使用磁带,照相机还用胶片拍照,遥控还建立在硬件基础上,音乐会还需要从唱片、磁带或光盘中播放。人们通常在纸张上打印,再将纸张通过邮寄或传真机发给其他人。在这种模拟设备和数字设备并存的世界中,每个机器都发挥着独立的功能,人们常常无法在设备间传递数据,除非通过物理媒体——这种状况肯定限制了设备的可用性和便利性。
       但是,现在大量的功能和作用都被压缩到了一台典型的计算设备之中,例如平板电脑和智能手机。通过二进制代码和互联网协议这两种通用语,这些设备不断地将过去数种设备的功能进行合并,而且操作上也越来越简单直接。命令、函数和编程等工作之前可能还需要一大堆深谙编程语言的开发人员,现在只需点一下手指或说一个词语就能轻易完成。的确,用户基本无须具备关于计算设备的知识就能操作备完成看起来非常复杂的一组任务。
       最终产生了什么样的效果呢?数字技术令一些行业分崩离析,也在许多其他行业中引发了翻天覆地的变化。传统相机和胶卷几乎踪迹全无,独立的音像录制设备正在消失,纸质地图日益稀少,有线电话面临绝迹,而传统的书籍期刊正在成为历史。而且,即使是专用的设备也越来越与网络紧密连接。DVD播放器从远端的服务器获取流媒体内容,手机上的导航系统依靠传感器和卫星数据显示交通状况,而浴室里的体重计将信息上传到互联网。越来越多的工业机器——从医疗器械到农场机械——也开始将数据上传至互联网,在互联网上这些数据被分别存入不同的数据库之中,与其他数据进行结合,然后分析。
      所有这些数字设备都为产品和服务增加了价值。突然之间,一部价值75美元的手机变成了一部价值600美元的能够重新定义这个世界的智能手机。据设立有IoE(万物网)指数的思科系统公司统计,凭借连通的设备,商业界每年获得6 130亿美元额外收入,而这仅代表物联网潜能的大约50%。思科公司预测,在10年之内,由物联网产生的净利润就可以达到14.4万亿美元。

当万物连上互联网
      不可否认,我们现在生活在一个互联的世界之中。马歇尔·麦克卢汉(Marshall McLuhan)提出的“地球村”已经成为现实,数字时代正处在蓬勃发展之中。今天,世界范围内大约有70亿互联网用户。思科系统公司估计2014年4月时大约有121亿台设备连接到互联网,预计到2020年的时候这个数字将猛增到500亿。事实上,这家互联网公司称目前每秒大约有100个“物体”会连接到互联网,而这个数字到2020年就能达到250个。总体来说,思科系统公司互联网商业解决方案小组预计物理世界中存在着1.5万亿个“物体”,而且99%的“物体”最终都会成为某个网络的一部分。当然,这种预测是过于乐观还是基于现实,就要由时间来证明了。
      与此同时,这些“物体”出现了新的形状和形式。连接到互联网的“物体”不再只有计算机和智能手机,还包括停车计时器、恒温器、健康监测器、健身设备、交通摄像头、轮胎、道路、锁具、超市货架、环境传感器,甚至牲畜和树木。另外,这些功能呈指数级增长,因为不同的数字技术相互交叉,软硬件价格不断下滑,持续的连通性变得更快速更可靠,而且开发者正在努力将设备、应用、平台等更好地进行整合。
       不管是独立使用还是联合使用,这些设备都为各个行业和消费者提供了新的特征和全新的能力。例如,调节恒温器、开灯关灯及为前门锁设定临时密码——都能通过在城市另一端或者地球另一端的智能手机实现。而且,这种技术通过社交媒体、众包、地理位置信息及最终的大数据和分析学为以一种全新的能够激发人们兴趣的方式对数据加以利用提供了机会。后者综合运用了现在庞大且不断增长的数据集。有观察家确信所有这些数据很快就会成为一种真正的货币,对商业、股票估值和并购活动产生影响。
       互联网可以帮流行病学家实现对病毒传播过程的接近实时的监控。食品百货店可以在顾客在店内走动的同时分析他们如何购物以及他们观察或购买的商品。服装制造商可以即刻发现正在发生改变的时尚品位和潮流。制药公司可以实时掌握消费的模式。城市管理者也可以分析从传感器和其他系统获取的数据,更好地管理拥堵、废弃物处理、公用设施、自然资源等等。没有哪个行业能避开物联网的影响。这项科技使一大批物理和虚拟系统具备了智慧及更深层次的洞察力和理解力。

全新框架:从IoT、IoH到IoE
       现在,我们都清楚物联网就是字面上所表示的连接到互联网以及彼此相互连接的“物”或“物体”。它可以是任何物体,随便举几个例子:电脑、平板电脑或智能手机、健身设备、灯泡、门锁、书籍、飞机引擎、鞋子或橄榄球头盔。这些设备或物体中每一件都具有自己的UID(唯一识别号码)和IP地址。这些物体通过线缆和无线技术(包括卫星、蜂窝网络、Wi-Fi和蓝牙)连接起来。它们使用了内置的电子线路和通过芯片和标签后期附加上的RFID或NFC(近场通信)技术。无论具体的实现方式是怎样,物联网都能利用数据的移动实现在房间的另一侧或者地球另一侧的某个地方进行操作。
       但是,在物联网的庞大范畴内,存在几种关键的区别和差异。介绍到这里,就需要解释几个基本的概念。术语“联网设备”(connected device)指通过标准的互联网交换数据并受益于网络(有时是私人网络或封闭网络)连接的设备。联网设备不是必须连接到物联网的,但是越来越多的联网设备都连接到了物联网中。而且,它们将连接性扩展到了计算机之外,渗透到世界的各个角落。
       根据2014年5月美国市场研究公司ABI Research公布的一份简报《物联网对万物互联:区别在哪儿?》(Internet of Things vs. Internet of Everything:What’s the Difference?),世界上存在两种基本类型的联网物体:物理性第一和数字化第一。前者包含除非在被增强或控制情况下,否则通常不会产生或传播数字数据的物体和程序,“而属于数字化第一这个范畴的物体和程序能够产生数据并将其传播出去发挥更多作用,它们通常本身就具有这种能力或者被精心设计成具有这种能力。”
      这种区别非常重要。举例来说,一本书的复印件和黑胶唱片都是物理性第一的物体。但是,电子书和MP3音频文件就是数字化第一的。这两者本身就属于数字世界,因为它们是由二进制代码而非物质组成的。同样,实体商店是物理性第一的,而网店则是数字化第一的。虽然许多物理性第一的物体可以通过数字工具和科技,例如RFID,获得数据标签,但它们通常不能达到相同的数据水平或相似的认识层次。例如,市场营销人员可以通过研究点击情况而追踪读者使用和阅读一本电子书的方式;而带有数字标签的精装版图书或许能够标示出其所处位置,但是除此之外,它也提供不了别的什么信息了,因为纸和墨可不是数字的。然而,假如图书管理员要查找放错地方的图书,这种带有数字标签的物理性第一的物体还是能发挥作用的。
       能将物理设备带入数字领域的一种重要工具是RFID技术。该项技术依赖微型芯片,从安装在机器内的传感器或安装在设备外部或内部的芯片中搜集信息。RFID技术同时使用有能源(经常是电池)的“主动标签”和不需要电池或其他能源的“被动标签”。两种标签使附近的RFID读写器能够收集数据并与电脑进行数据交换。如果RFID芯片在读写器识别范围之内,就会自动给电脑发送信号和数据。
      被动式RFID尤为令人着迷,因为它不需要能源,标签有效期是20年或更长,而且每枚标签的价格也就几美分而已。被动标签从附近的读写器获取所需的能量。设备中卷成圈的天线构成电路,而标签会形成磁场。
        另外一个进入物联网领域的术语是“工业互联网”,其核心是装备了传感器从而变“聪明”的机器。这些设备常常成为物联网的管道工程或信息技术基础。例如,工业机械或者货车可能向物联网传送数据。这些数据也可以与其他数据结合进一步提升性能和整体价值。在工业互联网内,通信通常通过三种方式进行:M2M(机器对机器)、H2M(人对机器),以及M2S(机器对智能手机)或其他设备,例如平板电脑。显然,每种方式都有不同的影响和结果,我们会在书中对此加以探讨。
       物联网如此强大是因为它将物理性第一的物品彼此相连并连接到数字化第一的设备,包括电脑和软件应用。这就使得这些设备能够在团组或多点的基础上进行互动和实时分享数据——一般是通过云计算。另外,当这些机器与使用各种计算设备的人——特别是IoH(人联网)——相连的时候,一个全新的概念框架就诞生了。
       这一切的总和就构成了IoE——这是由互联网公司思科系统公司创造的一个术语。它代表了一种演化程度更高、更加先进的状态——物理世界和数字世界混合构成一个统一的空间。随着越来越多的功能相互连接、交错,这种人类——机器浑然一体的世界所具有的价值就被释放出来了。正如ABI Research研究公司所言:“随着由人控制的物体通过机器学习和人工智能而变得更加智能,它们对人类干预的需求可能会不断降低。今天还需要得到此类指导以理解人类用户偏好的物体在未来会与它们运行的环境融为一体。从这个意义上讲,万物网是迈向具有更高浸入水平智能的一块踏脚石。”
       联网设备的概念最早出现在20世纪90年代初期。那时,麻省理工学院自动化识别系统中心(Auto-ID Center)的研究人员开始考虑建造一种系统,允许物理世界中的设备通过传感器和无线信号相连。1999年,麻省理工学院自动化识别系统中心[该机构于2003年关闭,而之后EPCGlobal(一个负责EPC[注释]网络的全球化标准的非营利组织)开始将所谓的EPC技术商业化]的创建者之一凯文·艾什顿(Kevin Ashton)创造了“物联网”(Internet of Things)这个词。早在1997年,他就考虑到了使用RFID技术帮助日用消费品企业宝洁公司管理产品供应链。他在这家公司担任过助理品牌经理。两年之后,当自动化识别系统中心创立时,艾什顿在建立RFID全球标准的过程中发挥了关键作用,之后他成为一名高科技企业家,成立了多家属于他自己的创业公司。
      当时,研究人员将RFID视为物联网发展的必然先锋。该项技术与近场通信、条形码、二维码及数字水印一起,为衔接物理物体与虚拟世界提供了一种方式。2009年,艾什顿在《RFID期刊》(RFID Journal)撰文指出,物联网将把以人为基础的数据输入改变为以人和机器为共同基础的数据输入。虽然目前互联网上的大部分数据形式为文本文件、信息、音频、相片及视频文件,物联网会获取新的不同形式的数据,它会用不同的方式将数据合并,而且也会使人类和机器获得更加广泛和深入的见解。
       那篇文章的标题是“‘物联网’的那些事”(That‘Internet of Things’ Thing),文中艾什顿这样表达了自己的想法:
      “今天,计算机——当然,还有互联网——几乎完全倚赖人类为其提供信息。几乎所有……互联网上已有的数据都是最先由人类取得和创造的——通过打字、按下录制按钮、拍摄数字相片或者扫描条形码。传统的互联网图解包含了服务器、路由器等等,但是都忽略了数量最多、重要性最高的那种路由组成部分:人。问题是人的时间、注意力、精确性有限——这一切都意味着人类并不擅长捕获有关现实世界事物的数据。
        这是一个重大问题。我们是物理存在,我们的环境同样也是。我们的经济、社会和生存不是建立在思想或信息基础上,而是建立在物体基础之上。你不能以二进制数字为食物,不能燃烧二进制数字取暖,也不能向油箱里加二进制数字。思想和信息很重要,但是物体更重要。然而,现在的信息技术过度依赖人类产生的数据,致使电脑所了解的思想比物体更多。
        我们需要允许计算机运用它们自身特有的方式收集信息,这样,它们就能够亲自观察、倾听和嗅闻世界……”
毫无疑问,世界互联的潜力巨大。物联网可以深入到远远超越人类视觉、听觉、嗅觉和意识能力的,难以被察觉且常常是无形世界中所存在的缝隙角落之中。物联网创造出新型的网络和系统,以及完全不同的数据、信息和知识传播通道。在这个过程中,通过正确的信息输入和分析,计算机和人类可以解开控制这个星球上.
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