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[发布] 物联网发展速度为什么这么慢?

楼主
发表于 2017/4/1 10:44:22 | 只看该作者

物联网发展速度为什么这么慢?

1 楼
发表于 2017/4/1 | 只看该作者

    物联网这个说法来源于欧盟的定义,即Internet of Things,这也是大家最为熟知的英文表述;美国一般称之为Cyber-Physical Systems,即CPS,这个说法更学术化一些,说明物联网这个研究方向是一个system的方向。当然现在美国也开始说Iot了。为什么会发展缓慢?主要是因为基础研究现在还无法跟上。这个方向一直是我在跟踪和关注的,传感器开发和数据处理应该算是我的老本行。要想知道物联网究竟是什么,以及为什么发展会如此缓慢,就要了解它的技术沿革和发展历程。物联网并不是一个很新的技术,它的本质便是上个世纪学术界开始兴起传感器网络、自组织及多跳网络(wireless sensor network, ad-hoc network, wireless multi-hop network)。RFID在智能物流上的应用只是最为基本的应用场景,当前的研究远比这个更为复杂。随着微电子技术尤其是MEMS器件的高速发展,无线射频模块已经高度集成化、微型化且更加稳定,同时,使用传感器组网实现分布式数据采集有了现实的需求,尤其是在一些环境恶劣人工采集成本较高的场景当中(如森林、火灾场景、高压输电线、战场、太空,以及人工较难采集的情况,例如跟踪野生动物、空气检测等)。在人工检测成本较高的场景中的应用,是物联网技术发展的主要方向。但是,回到最开始,要想实现一个分布式传感器采集网络即sensor network,看起来简单,但实际上却不是那么容易的事情。传统的无线网络如蜂窝、WLAN等等,在高速移动的情况下优化路由和带宽分配策略可以达到较好的通信质量。但是相应的方案放在传感器网络上就存在问题:
    1、无线传感器网络的传感器节点往往处于不能直接供给能量的场景,也就是经常性只能使用电池或者太阳能供电,因此,传感器网络设计的重点在于保证功能完整情况下最大化地节能和增加网络的生存周期;
    2、无线模块发射距离和发射功率正相关,当通信的两节点之间的距离大于最大发射距离该怎么办?
    3、当无线节点没有电怎么解决?应该说能源供给问题是无线传感网络的研究中最核心的问题,这个领域最经典的理论都是在解决这三个基本问题。
     虽然现在学术界开始玩大数据,弄几个sensor,组个网采点数据,来个大数据分析看起来很高大上,但是如果这三个核心问题不解决,那么物联网这个东西就离商业化还很遥远。回到这三个问题,第一个路由策略问题学术界已经有很多研究了,平面路由策略比如泛洪(Flooding)、SPIN、定向扩散等等。
     第二个,当两个无线节点之间的通信距离太远,或者这个通信距离会消耗大量能量怎么办?为了解决这个问题,出现了多跳网络(multi-hop),以及自组织网络(ad-hoc),即,为了最大程度降低节点的无线发射距离从而减少能量消耗,节点会将数据包先发送给最近的一个节点,然后再发送给另外一个,以这种多节点中继和接力棒的方式进行通信,从而最大程度减少通信的能量消耗,这是多跳;自组织就更加复杂了,在ad-hoc里面,每一个节点既是网络节点又是路由器,每一个节点都可以当成是网关和外网通信,同时也可以转发数据包,从而使得无线传感网络在数据传输上更具有弹性、能源消耗最大程度优化。但是组网和多跳策略是个挑战,如何选择最优化的路由和hop的方式是个问题。
    第三个问题,节点如何供能?最先想到的应该是太阳能,但是太阳能电池板在面积有限的情况下供电能力有限。因此后来又出现了温差供能等等奇葩方式。最简单的方式其实应该是换电池。前年,U Washington的Gollakota组实现了backscatter应该是未来的大方向,这个组实现了一种无源传感器网络,即不需要供电,通过反向散射链路调制空间中的电磁信号进行供能和通信,从而彻底解决了供电问题。这应该算是一个突破,但是离商用还有些工作需要做。
    无论当前物联网的概念炒作得多么火、如何花哨,它的实质就是实验室的这些东西,RFID这种东西在智能物流上的应用只是最基础的场景,而学术界的研究主要经历了三个阶段,第一个阶段是基于MEMS技术的小型化节点,最典型的代表是伯克利David Culler组的Smart Dust智能灰尘,节点之间采用散射光进行通信,传感器节点仅1mm³大小;第二个阶段是解决组网问题,即ad-hoc和multi-hop方式的自组织和多跳网络;到了第三个阶段,学术界开始于寻找应用场景,开始跟大数据结合,玩一些看起来“好玩的东西”。实际上,大数据概念最早的提出,也是因为物联网的兴起,传感器接入网络之后,大大增加了可以挖掘的数据量,网络上的数据不但包括社交网络这种来自用户的数据,还有了来自物理世界的数据。这个方向的很多大牛都转向mobile computing或者进入工业界了。随着传感器网络方向开始式微,国内的物联网产业也开始降温了,其根本原因在于:
    1、供能瓶颈太大,用过智能手机的应该体会很深,当前锂电池供电能力有限;
    2、传感器微型化遇到瓶颈,虽然MEMS给传感器微型化提供了一个有效的技术思路,但是这个也依赖于工艺的提升,数字器件可以用很小的制程,但是模拟器件,尤其是CMOS,微型化还是有困难;
    3、无线传感网络,以及这中间出现的自组织和多跳网络的典型系统,如Smart Dust,M³实际上还是比较适合于特种应用,如军事和火灾营救、太空中等等,商业应用需要挖掘更多的应用场景,前几天百度投资的Indoor Atlas采用监测地磁的方式做室内定位,这是一个好的场景,但是当前主流的室内定位技术实际上并没有很大的发展,一直存在技术瓶颈。
   总之,物联网也好,CPS也好,这个方向在未来毋庸置疑有着广阔的发展前景,但是当前基础研究和相关技术还有待发展,因此看起来发展缓慢,其实就是停滞,都在等待一个颠覆性应用可以让sensor network诈尸。



2 楼
发表于 2017/4/1 | 只看该作者

物联网并不是一个虚无的概念,它是实实在在的有价值的应用。这个概念就像移动互联网一样,走入大众生活仅仅是其中的一个部分。它需要触发条件和产业环境的成熟。一个概念的提出,没有至少5年以上的时间,难以真正普及。互联网时代,从97年开始,真正走入大众生活,是在03年以后,这期间关键的因素有几点:1. 互联网物理网络技术成熟,运营商大批量进入,组网接入成本大幅度降低;2. 计算机网络技术成熟,开发网站、网络应用程序的技术门槛被大幅度降低。想象一下当时微软的asp技术,让网站开发变得非常容易;3. 电脑的普及,当然至关重要的是windows系列操作系统的大规模普及,让普通用户上网具备了非常傻瓜化操作的能力。再看移动互联网时代,其实早在3G到来之前的2.5G时代,就已经是移动互联网了,但为什么直到近年才真正走入大众生活,它的关键因素在于:1. 无线网速的大幅度提升(3G网络的大面积覆盖),这是运营商的鼎立推动;2. 智能手机的大量普及,苹果、尤其是android平台的推出,让手机端软件开发门槛大幅度降低,为普及扫清了障碍。所以,总结历史会发现,一个新的概念,从提出到走向普及,需要几个关键的推动力。1. 运营商大力介入;2. 平台软件提供商(嵌入式智能操作系统)的技术突破,基于该平台开发应用变得非常容易;3. 基础感知网络技术的成熟(RFID、Zigbee等),组网极其简单方便;4. 通用用户操控终端(也许就是智能手机)的极其易用,且设备大批量普及。以上是四个至关重要的因素。只有这四方面同时具备,才能真正做到物联网的普及,大众感知明显。



3 楼
发表于 2017/10/16 | 只看该作者

物联网目前最大的问题还在于碎片化。

怎么理解碎片化呢?打个比方,就像移动的手机无法发短信给联通的手机。

现在还处于物联网发展的初级阶段,各个厂家都想占据到产业的最高点,也就是平台层面。所以很多企业都在开发自己的一套系统,而且往往这套体统对外界不是开放的,所以自己这套系统只有自己的硬件可以使用,这一方面大大制约了硬件的发展,另一方面也阻碍了第三方开发者的进入。想象一下没有第三方开发者的iOS和Android会是怎样。最重要的,这大大增加了普通消费者的进入门槛。由于单个厂家的资源是有限的,所以当你想要一个完全的物联网体验是,你不得不同时使用若干个系统。你家的创维智能电视在手机上有个单独的APP,飞利浦的智能灯泡在手机上有个单独的APP,海尔的智能微波炉又有一个单独的APP,格力的智能电冰箱还有一个单独的APP。很快,你的手机就被五花八门的APP给完全占住了。当你想要关掉灯的时候,你不得不在图标的海洋中瞪大眼睛找到那个APP。刚开始你也许会觉得这挺酷的,等那股新鲜劲一过,你就会觉得这挺苦的,还不如直接去摁一下开关用户体验好。

这是一个最最基本的例子。但是物联网的用途远不如这些,这也就是物联网的魅力所在。但是封闭的平台和标准的缺失极大的阻碍了物联网的大规模应用。

再举个例子来解释一下,你有一套智能家居的系统,这其中包含了很多的传感器,比如说温度传感器,湿度传感器,光线传感器,距离传感器等等。各种各样无处不在的传感器能孕育很多应用。比如说,它会在你走近家门的那一刻自动帮你打开迎宾灯,你就不必在黑暗中摸索着钥匙孔在哪儿呢。等你打开门的一刹那,客厅的灯会自动亮起迎接你的回家。在你回家之前,这套系统已经提前查看了你的日程安排,并根据你的位置提前预测了你的回家时间,然后根据室内的当前温度,提前帮你打开了空调,在你到家的时候,家里刚好是你说喜欢的温度。多么温暖温馨的场景啊。如果你以为这就是全部你就错了。如果我是个应用开发者,我就会想,我想充分利用这些传感器做点其他事,比如用这些温度传感器来侦测火灾,用距离传感器来侦测盗窃。但是前提是我能调用这些传感器的数据,也一个我能理解的方式。这就需要一个开放的平台和一个统一的数据结构。也许讲到这儿有些人已经晕乎了。没关系,一句话总结一下就是传感器的数据不来了被简单的重复利用,后果就是每个应用都需要重新部署一套传感器,即使相同的传感器已经在你家不部署好几次了。

物联网未来理想的发展方向就是有一套或几套统一的标准。这方面的工作目前正在进行中,欧洲的标准化组织ETSI已经发布了它的第二版标准了。然后,现在七个不同地方的标准化组织包括中国在内组成了一个全球化的工作组OneM2M。但是这方面的工作目前来说还是进展缓慢,主要是因为涉及了太多的利益体。

统一的标准就会催生可以相互调用的开放平台和统一的硬件,这就会吸引大量的有创意的第三方开发者,一旦有了Killer Application, 用户使用的意愿也就强烈了。这就是物联网爆发的时刻。


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