什么是物联网?有哪些应用?终于有人讲明白了!

  我们将从连接设备的角度来研究物联网,这些设备之前未必相互连接或接入互联网。它们可能一直没有太多的计算或通信能力。我们假定这些设备历来在成本、功率、空间、重量、尺寸或散热方面有局限性。

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  正如我们在物联网设备的历史中所看到的,自20世纪80年代初以来,已经可以实现连接传统上不可连接的物体(如卡内基–梅隆大学的冰箱),但其成本相当高。它需要DEC PDP 11大型计算机的处理能力。

  摩尔定律证明了硅芯片组中晶体管的数量和密度的增加,登纳德缩放比例定律则改善了计算机的功率配置。遵循这两种趋势,我们现在生产的设备可以使用更强大的CPU和更大的内存容量,运行能够执行完整网络栈的操作系统。只有满足了这些要求,物联网才能成为一个独立的产业。

  对于物联网设备的基本要求如下:

  1. ◆ 具有计算能力,可以运行Internet协议软件栈
  2. ◆ 能够利用802.3等网络传输的硬件和电源
  3. ◆ 不是传统的互联网连接设备,如个人计算机、笔记本电脑、智能手机、服务器、数据中心设备、办公生产力设备(office productivity machine)或平板电脑

  此外还包括“边缘”设备。边缘设备本身可以是物联网设备,也可以是物联网设备的 “主机”。边缘设备通常是管理计算机节点,它们延伸到更接近数据产生或数据动作的源。它们可能不是数据中心的典型服务器和集群,而是现场的空间、电力和环境加固设备。

  例如,数据中心刀片服务器由针对可控环境进行优化的电子器件组成,其服务环境包含冷热通道、热交换器和不间断电源。边缘设备有可能会被放置在室外,暴露在天气因素下,以及在无法持续供电的区域。其他时候,它们可能包括传统的服务器节点,但其不受数据中心的限制。

  鉴于这些限定因素,物联网市场的实际规模小于分析机构的预测。当我们将传统的IT和互联网连接设备与物联网设备划分开来时,会看到不同的增长率,如图1-4所示。

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▲图1-4 按定义将物联网设备与非物联网设备(如IT设备和移动计算)的销售量分开

  进一步分析物联网设备中使用的实际组件,会发现另一个有趣的模式。如前所述,大多数互联网连接设备需要一定水平的性能和硬件才能通过标准协议进行通信。然而,图1-5显示了通信芯片和处理器的数量与传感器出货数量的差异。这强化了一个概念:从传感器到边缘计算机和通信设备有大量的“扇出”(fan-out)。

  值得注意的是,大多数物联网装置并不是具有运行互联网硬件和软件栈能力的单一设备。大多数传感器和设备没有直接连接互联网的能力。它们缺乏连接互联网所需的处理能力、内存资源和配电。更确切地说,很多真正的物联网都依赖于星型网络中的网关和边缘计算机。

  有大量设备的扇出通过本地个人区域网、非IP网络(蓝牙)、工业协议(ModBus)、传统的棕地(brownfield)协议(RS232)和硬件信号连接到边缘计算机。

  01 工业和制造业

  按照连接数量和服务为制造业和工厂自动化带来的价值衡量,工业物联网(Industrial IoT,IIoT)是整个物联网领域中增长最快、规模最大的细分市场之一。这一细分市场历来是运营技术(OT)的领域。这涉及实时监控物理设备的硬件和软件工具。

  这些系统在历史上一直是管理工厂车间的性能和输出的本地计算机和服务器。我们称这些系统为监控和数据采集(SCADA)。传统的IT角色与OT角色的管理方式不同。OT将关注产量指标、正常运行时间、实时数据收集和响应以及系统安全。IT角色将专注于安全性、分组、数据交付和服务。

  随着物联网在工业和制造业中的普及,这些领域会与成千上万的工厂和生产机器的预测性维护相结合,将前所未有的数据量传递到私有云和公有云基础设施。

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▲图1-5 物联网销售中传感器、处理器和通信IC的销售趋势

  这一细分市场的特点包括需要为OT提供准实时或实时的决策,这意味着时延是工厂车间物联网面临的主要问题。

  此外,停机时间和安全性也是最受关注的问题。这意味着需要数据冗余,可能还需要私有云网络和数据存储。工业细分市场是增长最快的市场之一。它的一个特点是对棕地技术的依赖,意味着硬件和软件接口不是目前的主流技术。有30年历史的生产机器通常依赖RS485串行接口,而不是现代无线网络的网状结构。

  以下是工业和制造业物联网用例及其影响:

  1. ◆ 对新旧设备进行预防性维护
  2. ◆ 通过实时需求提高产量
  3. ◆ 节能
  4. ◆ 安全系统,例如热感应、压力感应和气体泄漏
  5. ◆ 工厂车间专家系统

  02 消费者

  消费类设备是最早接入互联网的细分市场之一。在20世纪90年代,消费者物联网最早出现在一所大学里,它是一个联网的咖啡壶。在21世纪初,随着蓝牙技术的应用,消费者物联网得到了蓬勃发展。

  目前,数百万个家庭拥有Nest温控器、Hue智能灯泡、Alexa助手和Roku机顶盒。人们也把Fitbits和其他可穿戴技术联系在一起。消费者市场通常是最先采用这些新技术的市场。我们也可以将它们当作小玩意。它们都经过精美的包装,并可以即插即用。

  消费者市场的一个制约因素是标准的分歧。例如,蓝牙、Zigbee和Z-Wave等主要的WPAN协议都是不可互操作的。

  这一细分市场和医疗保健市场有一些共同特点,医疗保健市场也有可穿戴设备和家庭健康监护设备。医疗保健将超越简单的可联网家庭健康设备(例如,超越Fitbit智能手环的功能)。

  以下是一些消费者物联网用例:

  1. ◆ 智能家居类:智能灌溉、智能车库门、智能锁、智能灯、智能恒温器和智能安全
  2. ◆ 系统
  3. ◆ 可穿戴设备类:健康和运动跟踪器、智能服装/可穿戴设备
  4. ◆ 宠物类:宠物定位系统、智能狗狗门
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