什麼是物聯網和互聯時代

已發表: 2020-01-29

2021 年驚人的物聯網統計數據（編輯推薦）

每秒有 127 台新設備連接到互聯網。
2020 年，我們擁有 300 億台聯網設備。
到 2025 年，聯網設備將達到 750 億台。
物聯網預計將產生 800 澤字節的數據。
美國有超過 1400 萬家庭使用物聯網設備和產品。
2020年，工業傳感器和聯網機器達到54億。
到 2030 年，工業物聯網設備將為全球經濟增加 14 萬億美元。
物聯網使交付和供應鏈績效的生產力提高了 15%。

相當令人印象深刻！

那麼，物聯網是怎麼來的呢？

物聯網簡史

物聯網即將像電報和摩爾斯電碼以前那樣改變我們的生活。

早在 1844 年，美國發明家塞繆爾·莫爾斯 (Samuel Morse) 就成功地從華盛頓特區向馬里蘭州巴爾的摩火車站的阿爾弗雷德·維爾 (Alfred Vail) 發送了一條電報信息。

信息——“上帝做了什麼？” – 片刻之後，韋爾用莫爾斯電報回電。

這是歷史上的一個重要時刻，推動了全國 20,000 英里電報網絡的發展。在此之前，可靠地傳遞消息的最快方法是騎馬。

沒錯——一點也不快。

電報以前所未有的方式將人們聯繫在一起。

快進，今天，許多技術突破之後，我們的生活即將再次改變。再次，通過使溝通比以往任何時候都更容易和更容易獲得。

這一次，得益於物聯網和無數設備前所未有的互聯。

該術語最初是由 Kevin Ashton （麻省理工學院自動識別中心的聯合創始人）在 1999 年為寶潔公司所做的一次演講中創造的。

然而，物聯網的定義——智能設備系統，在 1982 年開始流行。就在那時，卡內基梅隆大學安裝了一台經過改造的可樂自動售貨機。它是第一個連接到互聯網的設備。該機器能夠報告其庫存以及裝載的飲料是否冷。

但是，今天我們將另一個“智能事物”視為第一個物聯網設備。在 89 年 10 月的 INTEROP 會議上，John Romkey 展示了一種可以通過互聯網打開和關閉的烤麵包機。

但是讓我們留到現在，並深入探討了物聯網的定義以及如何重要的技術。

什麼是物聯網？

想像一下，您早上醒來，被鬧鐘歡快地迎接。你從床上起來，去廚房，發現你的咖啡機已經在準備一杯新鮮的咖啡。

當您享用咖啡時，Alexa 會閱讀報紙標題或從您的任務管理器中列出您的待辦事項。同時，還可以根據自己的喜好調整室溫。

你喝完咖啡和早餐，開著你的自動駕駛汽車去辦公室，不用擔心你的房子沒有上鎖。您的智能電器已經解決了這個問題。

物聯網是連接所有事物的網絡，最終可以使這種體驗成為現實。

機器對機器

物聯網設備通常是一個小工具，它具有物理傳感器、執行器（移動器）和微處理器，可幫助它從環境中捕獲信息並對其採取行動。根據定義，要將事物連接起來，它們需要相互通信。該術語是機器對機器 (M2M) 通信。

M2M 是一種允許設備之間通過有線和無線系統進行通信的技術。那些用於物聯網通信的無線或有線技術可以是短距離和長距離。

短距離無線那些使用Wi-Fi，藍牙和ZigBee（低功耗，低數據速率，和靠近分散類型的無線網絡）。 遠程無線那些指望移動網絡諸如GPRS，LTE（長期演進無線寬帶通信），4G，5G和其他。

有線通信系統使用以太網電纜連接到網絡。有線連接是一種成熟的技術，易於插入。儘管如此，它不太實用，這徹底限制了可能的應用。

機器學習和人工智能是另外兩項在物聯網發展中發揮重要作用的技術。

物聯網的智慧

物聯網設備是那些能夠讀取、共享來自周圍環境的信息並對其採取行動的設備。但為了真正依靠自主物聯網咖啡機為我們煮咖啡，我們需要教會我們的設備思考。

我知道，我知道——一台會思考的機器聽起來有點令人生畏。儘管如此，我們已經在接受物聯網技術，而且到目前為止它只對我們有益。

人工智能(AI) 和機器學習(ML) 是我們讓設備變得智能的方式。

人工智能允許機器模仿人類行為。它使他們能夠從經驗中學習，適應新的輸入，並以類似人類的效率（或更高）執行複雜、細微的任務。它的影響遍及我們生活的方方面面。我們只能期待人工智能在未來變得更具影響力。

另一方面，機器學習向機器展示如何學習。這是設備用來從數據中獲取知識的方法。

機器學習是一個基於實例的系統。使用機器學習的設備依靠各種示例（大量數據）來分類、聚類信息、進行預測和識別模式。一旦機器學習算法被訓練得出正確的結論，它就會將知識應用於新的數據集。

AI 和機器學習需要大量細粒度（詳細）和多樣化的數據才能找到模式並進行學習。碰巧的是，物聯網設備會生成大量可供使用的數據。這些數據可以構建機器學習模型，幫助物聯網設備提高性能。

好的，但物聯網究竟是如何工作的？我們如何讓我們的設備變得智能？

物聯網平台

首先，我們需要澄清，要使我們的物聯網設備發揮網絡的作用，它們需要在一個系統中進行組織。物聯網系統離不開一些重要的東西：硬件、連接性（有線或無線）、軟件和用戶界面。

這裡進入了物聯網平台，它將所有東西粘合在一起。物聯網平台有助於構建物聯網系統。它們提供有助於通信、數據流、設備管理和應用程序功能的內置工具和功能。

物聯網如何影響我們？

可以連接到物聯網的東西沒有限制，因此為各種想法打開了大門。

任何可以連接到互聯網的東西都將連接到互聯網。將事物連接到網絡將導致“事物”在不需要人的情況下進行通信和導航過程。

這對我們意味著什麼？

首先，我們的智能家居引導我們下床上班的早晨將成為日常生活的一部分。

我們辦公室的機器會知道它們什麼時候用完供應品，並自行重新訂購所需的物品。

智能手錶等可穿戴設備不僅可以監控健康狀況，還可以監控生產力。

溫度控制設備不僅可以監控我們家的舒適度，還可以通過控制辦公室環境來幫助組織削減成本。

物聯網應用，真的，數不勝數。

為什麼物聯網很重要？

將事物連接到互聯網會產生許多好處。

通過將自動化帶入我們的家庭，它不僅使我們的生活更輕鬆，而且還為企業提供了重要的反饋。

物聯網可以深入了解有效的公司的系統是如何。它可用於評估機器、供應鍊和物流運營的性能。

反過來，這可用於選擇哪些流程可以自動化，從而降低勞動力成本。此外，可以通過使用物聯網設備來監控生產浪費並改善服務交付，從而降低商品和服務的價格。

物聯網可以應用於各個行業——醫療保健、製造，甚至零售和金融。聯網傳感器也有助於農業，用於監測作物和牛群並預測生長模式。對於大多數（如果不是所有）目的，物聯網可以成為您戰略的一部分。

變革性物聯網項目

以下是一些示例，其中我們的個人和商業生活可以隨著物聯網的引入而改變。

智能家居

技術已經在改變我們的家園。亞馬遜已售出超過 1 億台支持 Alexa 的設備。並且家庭助手已經集成到 150 多種硬件設備中。

但未來的智能家居還有什麼？

智能家居涉及嵌入式技術的控制和自動化。它描述了一個我們所有的電器都可以相互交流的生活場所。照明、暖氣、空調、電視、計算機、娛樂系統、洗衣機、安全和攝像系統——所有物聯網設備都可以相互通信並可以遠程控制。

不可否認，物聯網家庭應用很方便。但除此之外還有更多——智能家居節能、運營成本低，並且能夠適應不斷變化的需求。

如果物聯網應用於辦公室和其他商業基礎設施的樓宇自動化，我們可以期待類似的好處。

智能電網

能源效率將不可避免地需要一個能夠處理物聯網設備功耗的電網。這就是智能電網發揮作用的地方。

智能電網應用是物聯網的公用事業端。這是我們電力輸送系統的全新閃亮版本，可實現雙向通信。連接的電網收集電力供應的實時數據。然後使用這些信息來提高監控、發電、消耗和維護的效率。

智能汽車

智能汽車的概念早已存在於我們的腦海中，該行業吸引了大量投資。越來越多的人希望看到自動駕駛汽車成為日常生活的一部分。

報告預測，到 2025 年，聯網汽車將產生24 萬億美元的全球收入。然而，為了讓聯網汽車上路，該行業必須通過嚴格的試驗，以確保汽車的安全使用。

那麼我們正在做些什麼來使我們的汽車成為物聯網的一部分？

工程師們正在研究確保智能汽車能夠在交通中進行通信和安全導航的技術。

VC 系統和 V2X

車輛通信系統(VC 系統) 是計算機網絡，汽車和路邊單元可以在其中傳達交通信息和安全警告。

車輛到一切(V2X) 是一種 VC 系統，可在車輛和可能影響它的設備之間傳遞信息。 V2X 包含更具體的通信方式，例如車輛對基礎設施 (V2I)、車輛對網絡 (V2N)、車輛對行人 (V2P)、車輛對設備 (V2D) 和車輛對電網(V2G)。

VC 系統旨在引導汽車的運動，有效避免事故和交通擁堵。我們可以預期它們將在從部分自動化到全自動汽車的過渡中發揮重要作用。

進一步物聯網集成

我們將看到與物聯網的進一步集成。汽車將配備傳感器，通過攝像頭網絡識別升級後的道路信號並與之通信。

汽車將執行以前由駕駛員完成的任務。通行費和燃料等道路支付也將實現自動化。研究甚至說汽車將能夠支付自己的保險費。

物聯網將用於改善道路安全。事故將被更早地檢測到，並將警報發送給司機。物聯網設備甚至能夠通知您道路上的不良司機。

甚至會有自動檢測碰撞和聯繫緊急服務的小工具。同樣的技術可以用作製造商的報告系統，然後製造商可以實施改進。

道路上的大多數事故都是由於人為錯誤造成的，而這些也可以通過物聯網技術來減少。汽車將能夠監控駕駛習慣並向駕駛員提出建議。

英國的車隊公司已經在應用技術來提高他們的司機的表現。 GPS 追踪器可以顯示剎車、怠速和超速習慣。如果司機反复表現出不良習慣，他們會收到警報。

我們的汽車越多，我們就需要越多的數據來改善道路上的駕駛習慣。反過來，這將減少事故。

城市交通擁堵

物聯網也將對我們城市的交通產生影響。聯網設備將能夠發現擁堵更嚴重的區域以及一天中道路最繁忙的時間。這些信息將幫助工程師和道路專家構建智能交通控制系統。

減少能源消耗和污染

如何處理這些重要問題的一個很好的例子是新加坡市。

該市收取交通擁堵費，並不斷投資於物聯網道路傳感器、分階段交通信號燈和智能停車。這些措施不僅幫助他們更好地組織交通，還減少了城市的有毒氣體排放。

談到智能停車，讓我們看看如何實施物聯網來幫助我們進行管理。

智能停車

簡而言之，智能停車是一種停車解決方案，可以包括地面停車或計數傳感器和攝像頭。這些設備可以嵌入停車位或放置在停車位旁邊，以檢測停車位是否空閒。最重要的是，該技術實時運行。

這些傳感器將收集的數據將傳輸到移動應用程序和網站。反過來，這些會讓司機知道有多少可用的停車位。

工業物聯網

物聯網對我們的行業也有相當大的影響。事實上，物聯網在行業中的應用是如此之大，以至於現在已經有了細分。其中之一專門針對工業環境——工業物聯網或 IIoT。

工業物聯網與一般物聯網沒有太大區別，因為它包含了類似的應用程序。製造和能源管理行業也受益於互連的傳感器、設備和儀器。

工業物聯網提供的主要好處連接是數據收集。收集數據可以進行分析，從而提高生產力和效率。

工業大數據保持這種潛力的專家聲稱，物聯網正在引發一場新的工業革命，工業4.0的上升。

公司正在為他們的工廠配備物聯網傳感器和執行器。這些人將他們的機器連接到互聯網並管理機器通信，在許多情況下，比人類更好。結果表明生產力、效率和最重要的安全性都有所提高。

市場正在發生變化，預測稱物聯網將從2019 年的 688 億美元增長到 2024 年的 982 億美元

工業物聯網可以通過多種方式使製造和工業流程受益。

生產可見性

連接機器、工具和傳感器將為工程師和管理人員提供生產過程的急需視角。它還允許員工在組件中移動時自動跟踪零件。

這種詳細類型的可見性將有助於識別導致製造問題的障礙。收集的數據將允許以更快的速度改進流程。

更高的勞動力生產力

支持物聯網的工具將使運營商能夠更快地完成工作流程，而不會影響質量。例如，物聯網燈套件可以幫助操作員更快地找到他們需要的部件並縮短週期時間。

同樣，使用支持物聯網的工具（例如扭矩驅動器）可以提高生產力。它通過根據執行的操作自動調整工具的設置來實現。

操作員使用的各種工具都可以連接起來，從而實時了解他們的生產力。

改進的生產週期

工程師和管理團隊將從物聯網的工業應用中受益匪淺。數據收集，以前需要手工勞動，如收集、匯總和分析數據，都將實現自動化。隨著時間的推移，這將有助於改進生產過程。

降低成本並提高質量

質量控制至關重要，但質量管理體系 (QMS) 難以實施。然而，工業物聯網可以簡化流程，甚至降低相關成本。

物聯網傳感器可以通過自動檢查對質量至關重要的變量來代替手動檢查。這將減少用於 QMS 的時間和資源。

此外，環境傳感器可以持續監控對質量至關重要的條件，並在出現任何障礙之前發出警報。

高性能機器

工業物聯網使製造商能夠實時正確測量整體設備效率 (OEE) 和整體流程效率 (OPE)。

這些指標有助於識別和修復計劃外停機的原因。最重要的是，它甚至可以在出現問題之前對機器進行維護。

麥肯錫報告稱，預測設備故障的傳感器數據可以將維護成本降低多達 40%，併兩次減少計劃外停機時間。

管理成本削減

物聯網傳感器可用於降低製造和存儲設施的成本。例如，使用條形碼的智能跟踪系統可以幫助製造商監控和優化空間的使用。

物聯網小工具還可以幫助公司更好地管理他們的設施。反饋用於確保溫度、濕度和任何其他環境條件保持在所需範圍內。

製造商可以通過使用傳感器來監控機器來節約能源、降低成本並提高運營效率。

優化供應鏈

行業可以利用連接傳感器來監控供應鏈並提供實時信息。這些傳感器可以跟踪輸入、設備和產品。

RFID 標籤可用於跟踪在供應鏈中移動的庫存。收集到的數據將使製造商能夠識別相互依賴性、材料流並跟踪製造週期時間。

物聯網在農業中的應用

截至 2018 年底，全球互聯農業市場規模為 18 億美元。到 2023 年，預計它將增長到 43 億美元。

農業物聯網應用可以幫助農民實時監控水箱水位。反過來，這將使灌溉過程更有效。

物聯網的進步還可以幫助農民了解一粒種子完全長成蔬菜需要多少時間和資源。

該部門的聯網設備可以準確測量數據，因此農民將能夠降低成本並提高產量。

軍事物聯網

軍用物聯網 (IoMT) 也稱為戰場物聯網(IoBT)，是一個傳感器、可穿戴設備和物聯網設備網絡，它們使用雲計算和邊緣計算來創建聯合作戰力量。

IoMT 可以將艦船、飛機、坦克、無人機、士兵和作戰基地連接到一個網絡中。結果意味著改進了態勢感知、風險評估和響應時間。

IoBT 可用於士兵的裝備——套裝、頭盔和武器。嵌入式傳感器將能夠提供動態生物識別技術，例如面部、指紋、心率、手勢和麵部表情。

這些設備將能夠收集操作上下文數據。這樣，分析師就可以解釋現場的情境背景。這里數據收集的一個非常重要的方面是對士兵的心理生理狀況的持續監測。

到目前為止，我們已經看到物聯網如何滲透到我們生活的所有領域。因此，開發智能應用程序來保護和保護我們的環境是很自然的。

環境監測應用

環境監測描述了檢查和控制環境質量的過程。這些過程是必不可少的，因為它們表明我們的環境是在改善、惡化還是保持不變。監測產生的數據使政府和企業能夠採取必要的行動來改善我們的福祉。

物聯網設備可以非常成功地監測水位、室內外空氣污染物濃度、降水以及任何其他影響人們安全的環境參數。

更重要的是，這些設備可以測量環境因素，如溫度、濕度和噪音水平。這些會影響人們的安全，尤其是在工作環境方面。

物聯網可以在我們城市的廢物管理中實施，以專注於提高廢物收集和回收的總效率。路線優化等物聯網用例可以幫助減少燃料消耗，同時清空整個城市的垃圾箱。

物聯網適應的危險

任何連接到互聯網的東西都可能被黑客入侵。安全專家經常使用這個短語來表達我們對隱私的關注。

物聯網技術的進步提出了一個問題：我們的信息安全嗎？

看來，在我們追求互聯的過程中，物聯網設備的安全性被拋在了後面。

智能家居很方便，但也構成了潛在威脅，因為它們會收集有關用戶的信息。整個系統的互聯程度越高，單個薄弱環節造成的麻煩就越大。

例如，智能門鎖有時會使用面部識別算法。這本身就是一個很大的隱私危險信號。面部識別可以以驚人的準確性用於識別和跟踪個人。

在智能家居系統中，智能鎖是連接設備網絡的一部分。因此，當您的咖啡機默認安全保護較弱時，您的整個智能網絡都會受到威脅。

賽門鐵克的一項研究發現，在 96% 的案例中，組織遭受針對性攻擊的最可能原因是情報收集。

每天約有770 萬台物聯網設備連接到互聯網。其中許多存在嚴重的安全問題，甚至根本沒有安全性。

更糟糕的是，惡意軟件變得比以往任何時候都更加複雜，它的目標是無數易受攻擊的設備。

政府對物聯網的監管——批評、問題和爭議

法規

網絡安全是立法者近年來開始更加關注的主題。

美國政府試圖通過立法法案來解決這個問題，例如2017 年的物聯網消費者 TIPS 法案。該法案旨在教育消費者網絡安全以及他們在使用物聯網網絡設備時應如何保護自己。

另一項立法工作是智能物聯網法案。 該法案要求商務部研究互聯網連接設備行業的狀況，以更好地了解它們與相關聯邦機構的互動。

2018 年，加利福尼亞州成為美國第一個通過涵蓋物聯網設備的網絡安全法的州。

自 2020 年 1 月 1 日起，製造商必須為其所有連接的（間接或直接）設備提供合理的安全功能。安全功能需要能夠防止未經授權的訪問、修改或信息洩露。

該法案的主要目標是保護消費者，但後來可以在企業中進行更大規模的調整和應用。

這些是理解和規範物聯網驅動型社會的良好開端。但是，要確保物聯網隱私洩露不成問題，還有很多工作要做。加州物聯網法案並非沒有批評者。網絡安全專家認為，該法案過於模糊，允許製造商留下安全漏洞。

一項由東北大學和倫敦帝國理工學院合作完成的物聯網隱私研究發現，我們的許多物聯網設備缺乏必要的安全性。這可能會帶來物聯網採用障礙。

在研究的 81 個物聯網設備中， 72 個與第三方共享數據，與原始製造商完全無關。

共享數據令人震驚。它包括IP地址、規格和配置、使用習慣，甚至位置。

其中一些第三方是提供互聯網網絡或云存儲的第三方。因此，谷歌、亞馬遜和 Akamai 瞥見了收集到的數據，但還有許多其他設備向全球的公司提供信息。

沒有人會購買智能電視，期待被監視。用戶在共享數據時沒有選擇權，這非常令人擔憂。

結論是，我們還有很多工作要做，以確保以尊重我們隱私權的方式調整物聯網。

包起來

正如 Mark Weiser（施樂 PARC 的科學家和 CTO）曾經說過的那樣，最深刻的技術對大多數人來說是看不見的。它們成為我們日常生活中不可分割的一部分。

這就是物聯網的目標——融入我們的生活。道路上會有顛簸，但我們不能否認物聯網將繼續存在。我們只需要通過適當的措施來保護我們的個人數據，以確保我們享受的舒適度得到提升。