丁險(xiǎn)峰

摘? 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人類將進(jìn)入萬物互聯(lián)時(shí)代。文章認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代最有價(jià)值的應(yīng)用是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)要解決1萬億“物”的信息交換，在分析探討與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的重要技術(shù)的基礎(chǔ)上，探索了各種前沿技術(shù)的應(yīng)用前景和未來的發(fā)展趨勢：5G技術(shù)通過增強(qiáng)移動寬帶、大連接低功耗機(jī)器通信、低時(shí)延高可靠連接等解決了信道容量;IPv6技術(shù)解決了IP地址的問題，令網(wǎng)絡(luò)扁平化;室外定位技術(shù)及與之配合的GIS技術(shù)和室內(nèi)定位技術(shù)解決了時(shí)空基準(zhǔn)問題;區(qū)塊鏈通過采集與備份保護(hù)了用戶的數(shù)據(jù)，解決了信任問題;數(shù)字孿生體通過可視化維護(hù)、設(shè)備狀態(tài)可視化、遠(yuǎn)程互動交互、設(shè)備三維操作指南等更好地在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代進(jìn)行了人機(jī)交互。

踏入5G時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)即將飛速發(fā)展，并構(gòu)建一個(gè)全新的數(shù)字孿生世界。我國目前正在經(jīng)歷制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未來主要的發(fā)展方向之一。那么，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域正在誕生哪些前沿技術(shù)？5G、IPV6、區(qū)塊鏈、時(shí)空信息、數(shù)字孿生體等AIoT前沿技術(shù)有哪些應(yīng)用前景？

一、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的下半場

開源對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值。開源對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)這一個(gè)龐大工程是極其重要的。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是數(shù)字化人類積累了200多年來的工業(yè)知識，以軟件的形式或者數(shù)據(jù)的形式放在互聯(lián)網(wǎng)上。原來的數(shù)字化圖書館是把文字?jǐn)?shù)字化了。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要把物理知識、化學(xué)知識、數(shù)學(xué)公式等都用計(jì)算機(jī)的文字來表達(dá)，不是一段可以被調(diào)用的計(jì)算代碼，而是人獲取知識以后，還要編程序去控制機(jī)器。過去20年的互聯(lián)網(wǎng)主要是解決信息的存儲、處理、傳播的問題，而未來20年人類將更深入一層，把這些數(shù)學(xué)公式仿真模型代碼化。所以，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將是一個(gè)巨大的工程，人類擁有的工業(yè)肯定不止三百六十行，單單一個(gè)軸承行業(yè)（機(jī)械的重要部件）就可以分成三百六十行。很多種人類已經(jīng)建立的模型，能不能被重復(fù)利用呢？上一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是可以共享模型和數(shù)學(xué)公式的，但是傳播的能力被嚴(yán)重限制了。一旦這個(gè)模型建立了一個(gè)SaaS，任何人只要輸入?yún)?shù)就可以重復(fù)利用這個(gè)人類知識的結(jié)晶。顯然人類知識的利用率將會被大大提高，從1萬年前的農(nóng)業(yè)革命以來人類協(xié)作再一次被大幅度提升。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)之間的差別。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)比較通用的名詞，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是用物聯(lián)網(wǎng)把人、機(jī)、料、法、環(huán)數(shù)字化以后連在一起，然后基于這些資源來優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)過程，從而實(shí)現(xiàn)更快速敏捷地響應(yīng)大規(guī)模定制化的需求。

過去20年主要是消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，它拉近了商品和消費(fèi)者之間的關(guān)系。而將來的20年是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或者說工業(yè)4.0，是消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的下半場，其目的是要拉近制造系統(tǒng)和消費(fèi)者之間的關(guān)系。消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)是先有生產(chǎn)計(jì)劃，消費(fèi)者沒有對產(chǎn)品需求的定義權(quán)，只有等產(chǎn)品做出來，才能夠去購買。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要解決的問題，是讓整個(gè)制造系統(tǒng)能夠非常敏捷地響應(yīng)消費(fèi)者的定制化需求，要讓消費(fèi)者參與制造的過程。任何一個(gè)時(shí)代，都是由技術(shù)驅(qū)動的。比如，因?yàn)橛辛伺ｎD的三大定律，后來瓦特才發(fā)明蒸汽機(jī)，才有了機(jī)械化時(shí)代;有了麥克斯韋方程，愛迪生才發(fā)明了發(fā)電機(jī)、燈泡，有了電氣化時(shí)代;有人發(fā)明了半導(dǎo)體，從電子管到晶體管再到集成電路，才會引起信息化時(shí)代的蓬勃發(fā)展。過去的十年里，移動互聯(lián)網(wǎng)背后是由一個(gè)龐大的技術(shù)浪潮所驅(qū)動的。智能手機(jī)背后的技術(shù)是4G技術(shù)。芯片技術(shù)達(dá)到了一定的程度，才能夠支撐做出一個(gè)智能手機(jī)，從而才點(diǎn)燃了移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。那么下面一個(gè)時(shí)代，首先要定義它是一個(gè)怎樣的技術(shù)時(shí)代，然后再定義它是一個(gè)怎樣的產(chǎn)業(yè)時(shí)代。

二、解決1萬億“物”的信息交換

相對過去的4G時(shí)代，現(xiàn)在更多的是講5G或者是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，這個(gè)時(shí)代的技術(shù)驅(qū)動力是什么呢？不僅僅是像4G一樣去解決100億人的信息交換問題，而是物聯(lián)網(wǎng)加上5G，來解決將近1萬億物的信息交換問題。4G時(shí)代很好地解決了人類信息的交換問題，而無論是5G還是IPV6，其技術(shù)本身就是為了解決物的信息交換問題。

從Bits、Farmes，到Packets、Messages……最后是未來會有的participant x和participant y，有可能是1萬億物里面有100億人，不再是兩個(gè)人在交換信息，而是有可能一個(gè)人和一個(gè)燈泡，或者一個(gè)人和一輛車，或者是一輛車跟一個(gè)家庭在交換信息。下一個(gè)時(shí)代的技術(shù)驅(qū)動力來自物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。

一旦建立了萬物互聯(lián)，最重要的一件事情就是能夠建立一個(gè)物理世界抽象層，把每一個(gè)物體從物理世界映射到數(shù)字世界。有了這個(gè)數(shù)字世界，計(jì)算機(jī)就能夠發(fā)揮它強(qiáng)大的計(jì)算能力，來處理大數(shù)據(jù)、小數(shù)據(jù)或者時(shí)序數(shù)據(jù)，就能夠再一次大幅提升人類生活方方面面的效率。

有機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2025年或者是2030年，物聯(lián)網(wǎng)、AI、5G等技術(shù)將會對人類社會產(chǎn)生11萬億美元的價(jià)值。其中制造業(yè)預(yù)估會產(chǎn)生1.2萬億美元到3.7萬億美元的價(jià)值，比其他的行業(yè)都要大。制造業(yè)本身就是人類的第二大產(chǎn)業(yè)，在中國也是占據(jù)40%左右的GDP。所以哪怕1%的影響，也會產(chǎn)生幾千億元的利潤，再乘以估值，那就是幾萬億元的估值差別。

在PC時(shí)代，中國的參與度是比較小的。芯片公司主要是英特爾，軟件主要是微軟、甲骨文這樣的公司。中國只有聯(lián)想這一家公司，僅占到了全世界分工的20%。而在移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，中國有華為、OPPO、vivo、小米等公司，占據(jù)了手機(jī)硬件設(shè)備出貨量的50%。芯片上取得了長足的進(jìn)展，像海思和展訊，目前已經(jīng)占到了整個(gè)手機(jī)芯片出貨量的將近20%。而在移動時(shí)代的手機(jī)應(yīng)用軟件領(lǐng)域，即App，無論是電商軟件、搜索軟件還是社交軟件，中國已經(jīng)是僅次于美國的第二大App市場，接近世界市場的20%。

進(jìn)入下一個(gè)時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會需要大量的傳感器和連接器，或者有連接的傳感器。預(yù)測到2030年，中國將會設(shè)計(jì)制造世界上80%～90%的物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備和50%的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的芯片。但是，中國是否有能力做出世界上50%的處理這些物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的SaaS，現(xiàn)在還是一個(gè)巨大的問號。美日歐等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)在SaaS的生產(chǎn)上還是要比中國強(qiáng)大得多，因此這個(gè)問題仍將是一個(gè)艱巨的任務(wù)。

三、與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的重要技術(shù)

（一）5G與IPV6

最重要的技術(shù)是5G。5G不僅僅是4G的延伸，因?yàn)?G的延伸其實(shí)只有一個(gè)點(diǎn)，叫作移動增強(qiáng)帶寬，現(xiàn)在人們所使用的手機(jī)可以視頻通話，而移動增強(qiáng)帶寬無非是讓視頻通話可能達(dá)到3D視頻通話。5G的海量機(jī)器類通信，和超高可靠低時(shí)延通信，其實(shí)是為了解決物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的問題。

5G有三大重點(diǎn)功能：第一個(gè)是增強(qiáng)移動寬帶，它主要是解決高清視頻、AR/VR的人機(jī)交互。第二個(gè)是大連接低功耗機(jī)器通信，主要是解決如電表、水表、氣表這些低功耗/超低功耗的連接。這些表計(jì)的密度也非常高，所以要把通信切分成很多細(xì)密度的信道，也要讓通信保持超低功耗、超低成本。第三個(gè)是低時(shí)延高可靠連接，主要是為了工業(yè)高精度控制、自動駕駛這類的應(yīng)用。一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)械臂或者一輛行駛中的自動駕駛汽車，它的通信要求非常低的時(shí)延，而且一定要傳達(dá)，所以必須是超高可靠的。

5G既然是為物聯(lián)網(wǎng)所生，那么它其實(shí)不再需要一個(gè)非常寬廣的移動通信的手段，所以未來私有網(wǎng)絡(luò)和低成本的基于云化的核心網(wǎng)是非常重要的。

而發(fā)展IPV6的原因在于它是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母锩?，不需要二手中轉(zhuǎn)，也不需要P2P打洞，兩個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備之間可以做到自由通信。每一個(gè)設(shè)備也不需要躲在網(wǎng)關(guān)后面，就可以升級到網(wǎng)絡(luò)世界的一等公民。而且因?yàn)槎际侵苯覫P，IPV6網(wǎng)絡(luò)可以降低10%～30%的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。

5G是解決信道容量的問題，IPV6是解決IP地址的問題，從而能夠讓世界變成一張扁平的網(wǎng)絡(luò)。

（二）室外定位技術(shù)與GIS

定位技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代非常重要的技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，每一個(gè)物都需要一個(gè)時(shí)空的基準(zhǔn)。無論是飛機(jī)、車輛、手機(jī)還是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，移動的或者不移動的，都需要準(zhǔn)確的位置。所以物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的定位技術(shù)，需要比移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代更加精確、低功耗、高覆蓋。從室內(nèi)到室外，需要多種無線技術(shù)、傳感技術(shù)以及先進(jìn)的融合算法。

目前手機(jī)的定位技術(shù)主要有幾類。第一類是GNSS，包括GPS、北斗或者伽利略等，還有各種各樣的濾波算法和融合算法，以及一些網(wǎng)絡(luò)輔助化的定位技術(shù)。第二大類是網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)。比如，全球IP定位，全球基站定位，全球wifi定位，逆地理編碼服務(wù)，運(yùn)動狀態(tài)檢測等，還包括一些離線定位的服務(wù)。還有一類就是傳感器輔助。比如，行人航跡推算或者導(dǎo)航航跡推算，在沒有GPS或網(wǎng)絡(luò)的情況下，還能夠繼續(xù)推算人或者車的軌跡。最后一類是地圖匹配導(dǎo)航，可以在端上做地圖匹配。比如，一個(gè)軌跡，顯然跟地圖上的某條路是匹配的，就可以把定位漂移給拉回來。

車載的定位技術(shù)也分成幾類，包括VIO/SLAM、語義定位、多傳感器融合以及高精地圖技術(shù)。在手機(jī)定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展車載的定位技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)。未來車載的定位，一定比手機(jī)的定位要求覆蓋更精準(zhǔn)、更低的覆蓋面積、更多的信息特征。

定位技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)，未來會形成很多數(shù)據(jù)的閉環(huán)。定位技術(shù)和數(shù)據(jù)服務(wù)之間相互進(jìn)行不斷的校準(zhǔn)，然后讓整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)，比如說城市和空間里面地圖數(shù)據(jù)和定位技術(shù)越來越準(zhǔn)確，原來因?yàn)镚PS漂移產(chǎn)生的一些誤差，也因?yàn)榇罅康谋姲鼣?shù)據(jù)而得到了校準(zhǔn)。

GIS技術(shù)是一種軟件，主要是把地圖信息、道路信息、高層信息等聯(lián)合起來。GIS技術(shù)主要有幾大組成部分，包括數(shù)據(jù)采集、管理、分析和應(yīng)用。GIS技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，從萌芽期基本上進(jìn)入了成熟期。GIS和IoT的關(guān)系，將會變成IoT提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，GIS提供數(shù)據(jù)的采集和分析引擎能力，這些能力會幫助物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用進(jìn)行更好的處理和展示。一個(gè)智能城市的管理里面，IoT提供大量的動態(tài)數(shù)據(jù)。比如，人、車、物的數(shù)據(jù)，雨雪天氣的數(shù)據(jù)，還有很多視頻的數(shù)據(jù)。然后GIS提供大量時(shí)空基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，這樣就能夠幫助解決很多商業(yè)的應(yīng)用。比如，城市雨洪，污染擴(kuò)散，綜合管網(wǎng)，城市沉降，等等。

（三）室內(nèi)定位技術(shù)

常見的幾種室內(nèi)定位技術(shù)有WiFi、藍(lán)牙和ZiBee的三角定位，還有地磁的定位技術(shù)等。絕大部分的定位技術(shù)都是用多邊定位，包括WiFi、藍(lán)牙RSSI、超聲波、UWB、ZiBee技術(shù)等，現(xiàn)在也有新的藍(lán)牙5.2的AOA技術(shù)、RFID技術(shù)，能夠?yàn)槭覂?nèi)定位提供更加精準(zhǔn)的定位技術(shù)。其他的一些定位技術(shù)，比如指紋定位技術(shù)、室內(nèi)的慣性導(dǎo)航定位、三維視覺的成像定位，室內(nèi)機(jī)器人用的激光雷達(dá)、毫米波、超聲波等定位技術(shù)。未來應(yīng)用在工廠里面，像自動上料、倉儲運(yùn)輸、物流送料等，都是讓工業(yè)4.0能夠得到應(yīng)用的重要的基礎(chǔ)技術(shù)。

毫無疑問，室內(nèi)定位將會是多種傳感器或者是多種技術(shù)的融合，提供室內(nèi)機(jī)器人等物體的定位技術(shù)，成為工業(yè)4.0的一個(gè)基礎(chǔ)產(chǎn)品。室內(nèi)三維坐標(biāo)的信息主要是通過BIM軟件，把一個(gè)樓的管廊、墻面等三維數(shù)據(jù)，像GIS描繪室外的地理信息系統(tǒng)一樣在一個(gè)數(shù)據(jù)庫里描述。

GIS信息、IoT信息、定位信息放在一起，就可以基于室內(nèi)定位技術(shù)和室內(nèi)的時(shí)空技術(shù)，通過IoT的數(shù)據(jù)平臺，把設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入到BIM（Building Information Modeling）系統(tǒng)里面，把人員事件等都在數(shù)字世界里面展現(xiàn)出來，從而能夠進(jìn)行一些數(shù)據(jù)的分析，解決很多場景問題。比如，消防疏散的緊急預(yù)案，商場里的人員行為分析，人流熱力圖，甚至哪個(gè)地方要多開暖風(fēng)，都能夠有實(shí)時(shí)在線的理解。

把物理世界和數(shù)字世界用室內(nèi)定位提供時(shí)空基準(zhǔn)，然后加上BIM信息，能夠把這個(gè)數(shù)據(jù)分析和展現(xiàn)出來，從而能夠建立一個(gè)這個(gè)更好的物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。

（四）區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生體

區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁?？打個(gè)比方去買房子，原來需要一個(gè)賬本，記錄這個(gè)交易和合約的條款，必須有一個(gè)非?？尚诺牡谌?，能夠把銀行、經(jīng)理人和買房人自己的錢，都放在一個(gè)賬本里面，來創(chuàng)建一個(gè)交易。但是這個(gè)賬本持有者是可以篡改它的。為了讓賬本不可篡改，要怎么辦？

首先，每一筆記錄加上簽名和時(shí)間戳，并記錄到賬本，要改一個(gè)記錄，就要把前面的所有的記錄都改掉，那么在交易了幾百次以后，這個(gè)交易記錄就很難去篡改了。其次，要多處備份，交易中的每一個(gè)人都有一份自己的賬本副本，放在物聯(lián)網(wǎng)里面，就是每個(gè)人都有一個(gè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)。要改一個(gè)賬本容易，但是改多個(gè)賬本是比較難的，從而把信任移到了網(wǎng)絡(luò)上去中心化，用群體的共識機(jī)制來建立信任。

物聯(lián)網(wǎng)天然地有這樣一個(gè)技術(shù)，因?yàn)榛旧厦總€(gè)房子都有一個(gè)路由器，都有一個(gè)邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)邊緣服務(wù)器，都可以成為數(shù)據(jù)交易的賬本。比如，有一個(gè)人調(diào)用了其他人家里的燈，他調(diào)用了多少次，用了多少度電，都會被記錄下來，他是無法抵賴的。阿里云基于螞蟻區(qū)塊鏈，開發(fā)了IoT的技術(shù)棧，包括數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、合約層、訪控層和應(yīng)用層。用邊緣IoT聯(lián)盟鏈分布式賬本網(wǎng)絡(luò)來采集數(shù)據(jù)，放到IoT聯(lián)盟鏈管理微服務(wù)集群里，從而支撐各種各樣的區(qū)塊鏈物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。比如，物流服務(wù)、倉儲服務(wù)、金融、保險(xiǎn)等這些數(shù)據(jù)的消費(fèi)方，來做數(shù)據(jù)的交換。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)還有一個(gè)重要的方面是數(shù)字孿生體。它的好處是能夠更好地進(jìn)行人機(jī)交互。數(shù)字孿生體有很多的應(yīng)用。例如，可視化維護(hù)、設(shè)備狀態(tài)可視化、遠(yuǎn)程互動交互、設(shè)備三維操作指南等。如果采集了一個(gè)水泵的數(shù)據(jù)，可以把它的狀態(tài)實(shí)時(shí)地疊加到所見的水泵上，其他人也能夠遠(yuǎn)程地幫助識別水泵有什么問題，從而輔助前線的運(yùn)維人員變得更加高效。

四、結(jié)語

4G時(shí)代是移動互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，最主要的應(yīng)用是在mobile、social、local。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代產(chǎn)生的最有價(jià)值的應(yīng)用是什么？筆者認(rèn)為是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。5G解決了通信大容量的問題，IPV6解決了IP的問題，室外定位和室內(nèi)定位解決了時(shí)空基準(zhǔn)的問題，區(qū)塊鏈解決了數(shù)據(jù)保護(hù)和信任問題，數(shù)字孿生體在數(shù)字世界建立了一個(gè)又一個(gè)digital entity（數(shù)字人）?；谶@幾大技術(shù)，筆者認(rèn)為未來的爆發(fā)，指向最大的一個(gè)方向就是工業(yè)制造技術(shù)。

（作者：阿里云首席智聯(lián)網(wǎng)科學(xué)家、感知與認(rèn)知專家）