IoT 物联网基础知识和系统设计

　　物联网

　　大家在听到物联网时，脑海中会出现一个什么样的印象呢?

　　物联网的英语是 Internet of Things，缩写为 IoT，这里的“物”指的是我们身边一切能与网络相连的物品。例如您身上穿着的衣服、戴着的手表、家里的家用电器和汽车，或者是房屋本身，甚至正在读的这本书，只要能与网络相连，就都是物联网说的“物”。

　　就像我们用互联网在彼此之间传递信息一样，物联网就是“物”之间通过连接互联网来共享信息并产生有用的信息，而且无需人为管理就能运行的机制。这样一来，就创造出了一直未能实现的魔法般的世界。

　　物联网的相关动向

　　物联网市场是由若干个市场形成的，包括作为“物”的设备市场，掌管物与物之间联系的网络市场，还有运营管理类的平台市场，分析采集到的数据的分析处理市场等(图 1.1)。

　　图 1.1　物联网的相关市场

　　说起创建物联网市场的要素，那就要提到通信模块价格趋向低廉以及云服务的普及。在平台、分析处理和网络安全等方面，针对物联网的产品和服务也已经开始投入市场。物联网市场今后的重点在于跟熟悉各垂直市场的从业者加强合作，积极提供试验环境以及开发贴近用户生活的服务项目。

　　“泛在网络”社会

　　在讲物联网所实现的世界之前，我们先从“连接网络”的观点来回顾一下历史。

　　20 世纪 90 年代初，过去以大型机为中心的集中式处理逐渐向以客户端服务器为中心的分布式处理转移。自 20 世纪 90 年代后期起，新型集中式处理围绕着以互联网和 Web 为代表的网络形成了一股发展趋势。这就是 Web 计算的概念。以互联网为媒介，人们可以轻松实现 PC、服务器、移动设备之间的信息交换。

　　21 世纪初，一个名为“泛在网络”的概念开始受到人们的关注。泛在网络的理念在于使人们能够通过“随时随地”连接互联网等网络来利用多种多样的服务(图 1.2)。近年来，通过智能手机和平板电脑，甚至游戏机、电视机等一些过去无法连接到网络的“物”，就可以随时随地访问互联网。

图 1.2　泛在网络可以让人们随时随地访问网络

　　“物”的互联网连接

　　随着宽带的普及，泛在网络社会日益得到实现。此外，能搭载在机器上的超低功耗传感器投入市场、无线通信技术进步等，都促使除了电脑、服务器和智能手机等传统连接互联网的 IT 相关设备以外，各种各样的“物”也可以连接互联网(图 1.3)。以汽车、家用电器以及房屋为开端，近来，眼镜和手表、饰品这些戴在身上的“物”也连接上了互联网并开始得到应用，如 Google Glass 和 Apple Watch。

图 1.3　连接互联网的各种各样的“物”

　　形形色色的“物”都能与互联网相连，这一点大家都已经了解了。那么这种“相连”会产生什么呢?它又是如何给人们的生活带来方便的呢?下面，就来看看物联网带给我们的世界吧。

　　机器对机器通信所实现的事

　　在物联网的实现方面，近年来机器对机器通信等关键技术备受人们关注(图 1.4)。物联网和机器对机器通信在很多方面可以视作同一个意思，但从严格意义上来说二者是不同的。机器对机器通信是不经人为控制的、机器和机器之间的通信;也就是说，多数情况下它表示的是机器和机器自动交换信息的整体系统。另一方面，物联网则大多含有给信息接收者提供服务的含义，它比机器对机器通信的概念范围更广。

图 1.4　机器对机器通信所实现的社会

　　泛在计算的世界是一个所有的“物”都内置计算机中，随时随地可以得到计算机帮助的世界。而机器对机器通信支撑着泛在计算的世界，并通过支撑社会的基础设施——智能社区和智能电网等形式逐步得到实现。

　　此外，机器对机器通信不仅可以通过 3G 和 LTE 电路的信息系统实现，还可以通过本地网络中的无线通信和有线通信来实现。

　　除了企业内的信息和互联网的信息以外，我们还能够灵活应用来自机器的信息。这样一来也就掌握了现实世界中的情况变动，尤其是提高了企业中的信息应用度。

　　物联网实现的世界

　　大家已经知道，我们可以借助机器对机器通信采集和积累信息，并灵活运用从信息中分析出的数据来方便我们的生活。那么，如果在此基础上把数百亿台设备都连接上物联网，又会如何呢?

　　以前，人们通过让少数昂贵的工业机械通信，来实现对“物”的远程控制。今后，人们将更多地以低廉的价格大量生产面向用户的机器，并让这些机器通信。也正因应用了从这些“物”中获取的数据，各种各样的服务才如雨后春笋般涌现出来。此外，先进感测技术的普及实现了人类对现实世界的掌握和预测，通过实时且海量地搜集人、物、社会和环境的数据，也有望进行新型社会基础设施的构建，例如强化产业竞争力、建设都市和社会制度、监测灾害等异常情况。

　　除了那些一眼就能看明白的设备，具有连通性(机器和系统间的互联性和关联性)的设备也在不断地随处增加。物联网的趋势指的就是这一现象。通过本章，我们再深入地看一下物联网所实现的是一个怎样的世界。

　　智能设备

　　具备连通性的“物”

　　网络

　　Web 系统

　　数据分析技术

　　大家认为把这些因素组合到一起，将会产生出一个怎样的充满革新性的服务呢?

　　举个例子，市面上已经出现了很多叫作智能家居的设备，其用途是控制智能住宅。飞利浦 Hue 是一款能通过 IP 网络来控制自身亮度和光色的灯泡。Nest 是一种机器控制器，它能学习如何控制空调等机器以及如何设定这些机器的目标值。如果把它们与 Web 系统和可穿戴设备等智能设备组合在一起，还能实现由住宅主动根据人的动作和身体状况来调整环境(图 1.5)。

图 1.5　根据人体状况自动控制环境——以智能家居为例

　　可以说，当下的趋势之一就是不停留在单纯的控制层面，而是像“凭借短距离通信实现自主控制和自动化”及“通过机器学习实现自动判断”这样，给事物增添附加价值。