圖片來自“123rf.com.cn”

【編者按】物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要手段，并將催生新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和商業(yè)模式。而借助于邊緣計(jì)算可以提升物聯(lián)網(wǎng)的智能化，促使物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)垂直行業(yè)落地生根。本文將物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)講解，希望你看完有新的認(rèn)識(shí)。

物聯(lián)網(wǎng)(英語：Internet of Things，縮寫IoT)是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)上，每個(gè)人都可以應(yīng)用電子標(biāo)簽將真實(shí)的物體上網(wǎng)聯(lián)結(jié)，在物聯(lián)網(wǎng)上都可以查出它們的具體位置。通過物聯(lián)網(wǎng)可以用中心計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器、設(shè)備、人員進(jìn)行集中管理、控制，也可以對(duì)家庭設(shè)備、汽車進(jìn)行遙控，以及搜索位置、防止物品被盜等，類似自動(dòng)化操控系統(tǒng)，同時(shí)透過收集這些小事的數(shù)據(jù)，最后可以聚集成大數(shù)據(jù)，包含重新設(shè)計(jì)道路以減少車禍、都市更新、災(zāi)害預(yù)測(cè)與流行病控制等等社會(huì)的重大改變，實(shí)現(xiàn)物和物相聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)的起源

物聯(lián)網(wǎng)源頭最早要追溯到1991年，劍橋大學(xué)特洛伊計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們，常常要下樓去看咖啡煮好了沒有，但又怕會(huì)影響工作，為了解決麻煩，他們編寫了一套程序，咖啡壺旁邊安裝了一個(gè)便攜式攝像頭，利用終端計(jì)算機(jī)的圖像捕捉技術(shù)，以3幀/秒的速率傳遞到實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)上，以方便工作人員隨時(shí)查看咖啡是否煮好，這就是物聯(lián)網(wǎng)早的雛形。1993年，作為首個(gè)X-Windows系統(tǒng)案例，“特洛伊咖啡壺服務(wù)器”事件還被傳到了網(wǎng)上，近240萬人點(diǎn)擊過這個(gè)名噪一時(shí)的“咖啡壺”網(wǎng)站。就網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)而言，確切地說，其市場(chǎng)開發(fā)、技術(shù)應(yīng)用以及日后的種種網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展都是始源于這個(gè)世界上富盛名的“特洛伊咖啡壺”。

1995年，比爾?蓋茨在《未來之路》一書中曾提到了“物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想，言指“互聯(lián)網(wǎng)僅僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)而沒有實(shí)現(xiàn)萬事萬物的互聯(lián)”，這在當(dāng)時(shí)并沒有受到關(guān)注，正如書中寫的一樣，“雖然現(xiàn)在看來這些預(yù)測(cè)不太可能實(shí)現(xiàn)，甚至有些荒謬。但是我保證這是本嚴(yán)肅的書，而絕不是戲言。十年后我的觀點(diǎn)將會(huì)得到證實(shí)?！?/p>

1999 年美國(guó)麻省理工學(xué)院正式提出物聯(lián)網(wǎng)概念，早期的物聯(lián)網(wǎng)是指依托射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification ，RFID)技術(shù)和設(shè)備，按約定的通信協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，使物品信息實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理，實(shí)現(xiàn)物品信息互聯(lián)而形成的網(wǎng)絡(luò)。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵不斷擴(kuò)展?，F(xiàn)代意義的物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物的感知識(shí)別控制、網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)和智能處理有機(jī)統(tǒng)一，從而形成高智能決策。

2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)上，國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，報(bào)告指出，無所不在的“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯(lián)網(wǎng)主動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)這四項(xiàng)技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)開始進(jìn)入大眾視角。

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝臵對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計(jì)算、處理和知識(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達(dá)到對(duì)物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策目的。

物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中有四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)開辟出極為廣闊的應(yīng)用前景：

傳感器技術(shù)：這也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。大家都知道，到目前為止絕大部分計(jì)算機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)。自從有計(jì)算機(jī)以來就需要傳感器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)才能處理。

RFID標(biāo)簽：也是一種傳感器技術(shù)，RFID技術(shù)是融合了無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)為一體的綜合技術(shù)，RFID在自動(dòng)識(shí)別、物品物流管理有著廣闊的應(yīng)用前景，這也是為什么“物流”這個(gè)詞總是與“物聯(lián)網(wǎng)”同時(shí)出現(xiàn)。

納米技術(shù)：納米技術(shù)(nanotechnology)是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)，研究結(jié)構(gòu)尺寸在1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用。納米傳感器非常小，因此可以從數(shù)百萬個(gè)不同的點(diǎn)采集信息。隨后，外部設(shè)備可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，生成極其詳細(xì)的圖像，從而顯示光、振動(dòng)、電流、磁場(chǎng)、化學(xué)濃度和其他環(huán)境因素最細(xì)微的變化。由納米技術(shù)延伸出來的納米物聯(lián)網(wǎng)可能是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域下一個(gè)重大進(jìn)展。

嵌入式系統(tǒng)技術(shù)：是綜合了計(jì)算機(jī)軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)為一體的復(fù)雜技術(shù)。經(jīng)過幾十年的演變，以嵌入式系統(tǒng)為特征的智能終端產(chǎn)品隨處可見;小到人們身邊的MP3，大到航天航空的衛(wèi)星系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)正在改變著人們的生活，推動(dòng)著工業(yè)生產(chǎn)以及國(guó)防工業(yè)的發(fā)展。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個(gè)簡(jiǎn)單比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡(luò)就是神經(jīng)系統(tǒng)用來傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進(jìn)行分類處理。這個(gè)例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的位置與作用。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)用途十分廣泛，如圖遍及交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)、公共設(shè)施、醫(yī)療、制造業(yè)、商業(yè)金融、家庭等多個(gè)行業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景

物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運(yùn)用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，存在能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)群，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制，在此基礎(chǔ)上，人類可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達(dá)到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關(guān)系。

邊緣計(jì)算賦能物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要手段，并將催生新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)和商業(yè)模式。而借助于邊緣計(jì)算可以提升物聯(lián)網(wǎng)的智能化，促使物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)垂直行業(yè)落地生根。下圖展示了應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中的邊緣計(jì)算的設(shè)備形態(tài)和所處的位置。

邊緣計(jì)算應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)

邊緣計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，特別適合具有低時(shí)延、高帶寬、高可靠、海量連接、 異構(gòu)匯聚和本地安全隱私保護(hù)等特殊業(yè)務(wù)要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

上圖示例了邊緣計(jì)算在智能交通、智慧城市和智能家居等行業(yè)或領(lǐng)域的應(yīng)用情況， 下面將對(duì)這些場(chǎng)景進(jìn)行相關(guān)的介紹和分析。

智慧交通

在城市道路交通中，每個(gè)路口都會(huì)設(shè)置監(jiān)控?cái)z像頭，每周甚至每天都會(huì)有海量的視頻數(shù)據(jù)產(chǎn)生，如果這些監(jiān)控設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)聚在一起，會(huì)是個(gè)天文數(shù)字。在云端進(jìn)行實(shí)時(shí)的海量數(shù)據(jù)分析與儲(chǔ)存對(duì)計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬是 一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。如果借助邊緣計(jì)算，在本地對(duì)海量視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，僅識(shí)別和截取存 在道路交通事故或違法行為的視頻傳遞給云/數(shù)據(jù)中心做進(jìn)一步分析和長(zhǎng)久存儲(chǔ)，這樣可以大大減少到云端的數(shù)據(jù)傳輸，并且能夠支持實(shí)時(shí)的智能交通控制。

邊緣計(jì)算在智慧交通中的應(yīng)用

上圖展示邊緣計(jì)算在城市交通中的應(yīng)用，通過邊緣計(jì)算的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和分析功能，可以支持無人駕駛、交通流量疏導(dǎo)和擁堵預(yù)測(cè)這類業(yè)務(wù)功能。另外也提供本地的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和清洗后再把有效數(shù)據(jù)傳遞給云/數(shù)據(jù)中心做進(jìn)一步分析的邊云協(xié)同。

智慧城市

智慧城市是構(gòu)建“宜居、舒適、安全”的城市生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)城市“感知、互聯(lián)和智慧”。智慧城市建設(shè)是涉及諸多信息系統(tǒng)、綜合集成技術(shù)的大型信息化工程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將為城市基礎(chǔ)設(shè)施的整體升級(jí)提供智能化的支撐，而邊緣計(jì)算將豐富智慧城市的應(yīng)用場(chǎng)景。

邊緣計(jì)算在智慧城市中的應(yīng)用

如上圖所示，一般智慧城市具有家庭、小區(qū)、社區(qū)和城市4個(gè)層級(jí)。每個(gè)層級(jí)都有對(duì)應(yīng)的應(yīng)用和服務(wù)，比如家庭有智能家居、智能安 防和家庭娛樂系統(tǒng)等，小區(qū)有門禁 和視頻監(jiān)控、車輛人員管理和物業(yè)服務(wù)等;社區(qū)有社區(qū)商場(chǎng)、社區(qū)醫(yī)療和社區(qū)政務(wù)等;城市有交通、物流、醫(yī)療、金融和市政服務(wù)等。邊緣計(jì)算將在智慧城市這4個(gè)層級(jí)之間提供層次化的管理和服務(wù)功能， 并協(xié)同彼此之間的發(fā)展。

智能家居

在當(dāng)前的智能家居中，智能家電設(shè)備基本上都是由智能單品構(gòu)成的，比如密碼鎖、智能照明、智能空調(diào)、安防監(jiān)控、智能衛(wèi)浴、家庭影院多媒體系統(tǒng) 等，這些智能家電設(shè)備需要依賴于云平臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)手機(jī)端在外網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制。這種基于云平臺(tái)的智能家 居在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)將無法進(jìn)行控 制，特別是多個(gè)智能單品聯(lián)動(dòng)的場(chǎng)景將無法對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)。智能家電設(shè)備都是通過Wi-Fi模塊連接到云/數(shù)據(jù)中心，用戶對(duì)存放在云/ 數(shù)據(jù)中心的家庭數(shù)據(jù)也存在泄漏的擔(dān)憂，另外大量的監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)也會(huì)消耗智能家居設(shè)備到云/數(shù)據(jù)中心之間的通信帶寬。

采用邊緣計(jì)算技術(shù)，可以把家庭視頻數(shù)據(jù)存放在本地邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)設(shè)備上，確保用戶的隱私不被泄漏;多個(gè)智能單品之間的聯(lián)動(dòng)也可以通過本地邊緣計(jì)算進(jìn)行近實(shí)時(shí)的協(xié)調(diào);邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)還能實(shí)現(xiàn)定期與云計(jì)算同步更新控制和設(shè)備狀態(tài)信息。

物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的過程會(huì)遇到越來越多的諸如：傳輸、帶寬、安全、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析等眾多挑戰(zhàn)，單純靠云計(jì)算已然無法完全解決問題，邊緣計(jì)算可以有效緩解以及解決這些挑戰(zhàn)，邊云融合邊云協(xié)同是以后的趨勢(shì)。