我眼中的“物联网”

传感器技术 2019-03-19 18:00

一、物联网的定义:

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Internet of things(IoT)”。顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。

1995年比尔盖茨在《未来之路》一书中也曾提及物联网,并且使用了“Internet of things”这个词汇,但未引起广泛重视。

这有两层意思:

其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络,互联网是把人和信息联系在了一起;例如我在中国就可以登陆美国的网站,可以去查阅地球背面的图书馆的信息。物联网,是把人、信息、物体都联系在了一起,我们可以操控地球背面的机器人,3D打印机。

其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。物物相连,可以让大家想到工业4.0的概念,未来工厂:机器与机器对话,从需求出发,智慧制造。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展,与其说物联网是网络,不如说物联网是业务和应用。因此,应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新是物联网发展的灵魂。


如果有人问我,什么是物联网

我一般会本能的指着旁边的桌椅板凳、花草树木,说:“桌椅板凳、花草树木”都可以连入网络。

这样解释,虽然很容易让人理解。但是,这真的是物联网么?这些桌椅真的需要联网么?联网的意义在哪里?

海量接入,听起来,感觉物联网很美。他们为什么要联网,如何联网、联网之后要干什么。

泛物联网的定义,容易理解,但是没有意义。

所以泛泛的去说,万物互联,确实没有意义。


有些搞嵌入式的朋友,会说“物联网嘛,不就是嵌入式通过无线方式接入网络嘛,我们一直在干嘛。”

以前我也会这么描述。但是,我觉得这个说法不够准确:虽然我们可以通过自己方法,把一些数据通过网络传输到远端。但是这里说的“物联网”的概念,应该是“internet”这个级别的概念,就是统一标准和协议,全世界组成一张统一的网络,可以按照我们的需求进行路由和传输。

 物联网的关键,在于“网”,这张网:统一标准、统一协议、全球互联。当海量接入、电池供电、移动通信、低功耗设计、

“智能硬件”与“物联网”其至今没有成为现实是因为二者基础定义都有极大缺陷。这种基础定义的极大缺陷坑了数不清的人。前者缺乏意义,后者定义宽泛到无意义。


二、物联网的分类:

        如果有人问我是做什么的,我回答“物联网”;对方就会觉得,我根本没有回答这个问题,会说一句:“物联网概念很宽泛,具体是干什么的?”

        我一般都会反问:“那你说说,物联网如何分类,怎么细化?”

        对方往往就会陷入沉思。

        有的朋友会按照行业分类:农业物联网、工业物联网、仓储物联网、智能家居、车联网、智能电网……

        有的朋友会按照无线通信协议分:LoRa、NB-IoT、蓝牙、wifi……

        有的朋友会按照场景分:智慧城市、智慧校园、智能家居、车联网、智能电网……

        做技术的朋友会问:你组物联网,是做 硬件、嵌入式软件、网页、服务器软件、APP?

        

        首先从技术人员关注的角度,答复一下上面的分类。首先,我们说的物联网是整个解决方案。无线通信协议的选择,由于模块化的发展,其实选择哪种无线通信协议,没有绝对的好,也没有绝对的不好。同时,在相同的应用场景里面,可能多种无线通信方式都可以选择。我们项目做多了,各种无线通信方式都用过,所以我们设计的iBox也是兼容各种无线通信方式,希望能够应对各种场景的需求,也方便大家做对比测试,原型开发时方便做验证你需要无线通信方式。

        具体通过技术的知识域进行划分,也有点过时了。目前来说,由于类似阿里IoT的物联网平台的建设、开源硬件的发展、手机端软件的开发平台的发展,使得一个开发人员能够完成的信号路径越来越长。以前,做网站的,即会前段、又会后台的工程师叫全栈工程师。现在,物联网的开发需求,导致每个环节实际都不会太复杂,但是每个环节都需要有人员储备。

        如果按照传统开发模式,一个物联网的开发应该需要一个:嵌入式开发团队+网站开发团队。

        但是,整体来说,物联网项目因为包含硬件属于”硬件项目“,由于硬件人员工资比较低、软件人员工资相对高(这是社会现实)。软件项目相对收益高,硬件项目相对底。所以对于物联网企业来说,要承担软件行业的高投入,和硬件行业的低回报(软件行业:成本低、税率低、无边际成本;硬件行业:开发周期长、要备货压库存、物料成本、试错成本高、)。所以,特别是初创公司,很难按照上图中的绿色部分进行人员配置,因为这样无法完成商业闭环。所以,我们的实践,是按照橘黄色的方式进行人员配置和培养。   

        当然,由于 人与人的精力、智力、时间的差异不大。如果需要用更少的人去完成更多的事情,就需要有很多客观条件。

        我们是不得已这么做,同时,经过我们的实践,发现这样不是不可能,是可以实践成功的。当然,这也是基于:开源化、模块化、平台化、标准化,四点的发展。

        后面我们也会有专门的章节,去讲解:”接口标准化“、”云端平台化“、”硬件模块化、开源化“。

        随着物联网时代的到来,物联网工程师能够实现数据流的打通,知识域的广度,成为了一个重要的评判标准。而不是简单传统的说,我会画个电路板,就可以成为硬件工程师。

        由于大量的模块厂家涌现,让物联网的硬件设计,规避了射频设计。甚至有网友调侃,做物联网硬件的关键技能是“淘宝”。


        再来看看,有的朋友从场景和行业进行分类。虽然从产品定义的技能和技巧上,需要长期的行业积累,不同行业有差异性。但是从技术实现的角度来看,其实差异不大。

        由于物联网架构分割,与早期的ICT强调的”端管云”基本一致。所以在各个网络层次上,不同行业之间是可以复用的。

        目前我们所说的物联网,狭义的来看就是传感网,主要传输低频、低带宽的传感器信号和控制信号。所以硬件通道、软件协议都可以做成标准化,行业之间的差异不大。

云端服务器功能模块 


网络结构一:GPRS、NB-IOT、3G、4G等直接接入公网

网络结构二、wifi、以太网直接接入局域网,通过路由器接入网络

网络结构三、通过网关,把设备数据流汇聚之后再传输接入公网

网络结构四、通过手机接入网络

网络结构五、在自组网的过程中,实现多跳:Zigbee、LoRa、蓝牙5.0


网络结构固化、云端软件功能固化、通信协议归一化,这就导致巨头会出现做平台,为大家构建需要巨大资金才能做好的事情。

例如阿里IoT平台,通过构建平台,帮助大家把一些通用功能完成了:1、安全接入、安全通信;

2、未来业务量上来之后,大并发的扩容问题、数据库优化的问题;

3、数据分析;

4、与大数据、人工智能等云资源对接的问题;

5、设备管理、权限管理、数据管理。

由于通过平台,解决了安全、扩容等问题,大大的解放了生产力。同时,对于中小企业来说,不需要储备很多高端的人才,例如:软件架构师;数据库工程师DBA;大数据工程师。至少在业务的早期和中期的阶段不需要。

我们这一章节是,分类。最后也没有答案,其实我想说的是:分类不重要。

以前互联网没有这么发达的时候,下载到一部好电影,都要在硬盘里面收藏,收藏多了就喜欢分类:王老师的电影、李老师的电影、波多老师的电影、吉泽老师的电影,后来发现还有两个老师同时演的电影,没法分类。

随着履历的提升,后来发现“定义”和“分类”其实都不重要。做出好的产品和作品才是最重要的。电影是这样,物联网其实也一样。


三、物联网的商业案例和现状:

案例1、迄今为止发货量最大的物联网产品

这是一个最好的时代,这是一个最坏的时代

物联网的概念被吵的如火如荼。NB-IoT好像贼NB,但是看不出其具体NB的点。智能家居、车联网、智能穿戴这些概念,还没火起来,就已经过气了。

物联网的概念如此宽泛,谁要是说他专注“物联网”,自然就说明此人很不专注。


以及大数据等不断在消费领域推陈出新,甚至日常生活用品都戴上了芯片,配上APP在云端为我们提供大数据服务,愿望总是美好的,

大部分的智能消费品仍停留在感测、记录、上传的阶段,而APP里面除了简单的数据及图形化的显示之外也没特别的功用,既称不上大数据也谈不来云端的服务,这些产品可以称得上是联网产品,但不代表物联网。

但是有一个物联网产品,其报废数量可能比其他物联网产品的发货量还大。

上海浦东

广州天河

厦门同安

南京江宁


共享单车简直就是物联网的一次完美实践。


由于资本的推动,导致其带来了物联网第一次浪潮,也加速了这个市场的快速毁灭。当然第二波共享助力车在吸取经验教训之后,应该目前来看共享电动助力车实践的还不错。


共享单车的硬件设计系统的典型框图,系统的核心是CPU+GSM/GPRS/GPS模块,还包括了如下几个功能模块:

        从系统结构和硬件结构上来看,共享单车是典型的物联网应用。有定位、有电池、有太阳能、有通信、海量接入、平台管理、市场需求量大。


只可惜,这是一个凶险得畸形的社会:实际上,在创业初期OFO创始团队在高校范围内小规模的做,当时就是盈利的。

但走出校园后,猛然发现,市面上居然冒出这么多单车,多到红橙黄绿青蓝紫各种颜色都不够用了。一通乱战,猛然发现,用户获取成本翻了三四倍了,而且,激烈竞争下,你也不能收费,不然用户就被别人抢走了。没有竞争,我们都能活,可一旦开打,谁也活不了,囚徒困境注定双输的结局。


        和共享单车一样,更多的共享产品也在相似的技术、服务环境中酝酿和推广。在新的智能产品运营中、在新的商业合作中,系统和系统间、物与物间的关联增加了,交互的数据流变宽了,相互之间服务的自动化程度和智能化程度都提高了,社会对信息价值的进一步粹取使得一个更加(连接)广泛、(感知)敏锐、(计算)聪慧的世界正在渐渐地构成。共享似乎是物联网的一片沃土。


案例2、LoRa的用武之地:智能抄表

基于目前智慧抄表的发展和趋势,自动化远传抄表是LoRa无线远传技术的用武之地,即只部署1个基站抄收整个小区内的LoRa水表,再通过运营商的2G/4G网络,水司/水务公司在办公室就能远程抄收水表数据,全自动远传抄表。或者利用LoRaWAN网关,直接实现接入。


水气电表无线抄表主要是以下3点核心需求:可抄到(传输距离远、穿透力强。)、功耗(使电池长时间待机)、双向交互畅通。


一、可抄到(传输距离远、穿透力强。)

LoRa利用扩频技术在传输距离和穿透力比传统的FSK、GFSK更加优良。小区环境复杂,墙体多,障碍物不可控。所以LoRa迅速替代了传统433通信。

二、功耗:电池容量是一定的,要想省电而保证模块常年的正常运行,降低LoRa的功耗成为智能水表对LoRa技术的又一要求。LoRa呼吸/心跳工作方式,即在休眠一段时间后接收打开搜索唤醒信号,如有唤醒信号则正常收发进行抄表或发现无唤醒信号则进入休眠的工作方式。在整个工作方式里,抄表状态下的功耗是不能够节省的,而呼吸状态只产生休眠和接收功耗,显而易见,控制接收功耗是关键,要做到模块省电最好的办法就是尽量缩短接收时间,然而,如果把LoRa扩频因子调到最高,速率最低,传输相同数据的情况下唤醒时间(接收时间)必将被成倍拉长(SF=7, 18.23Kbps;SF=12, 0.3Kbps; 两相对比可见差异之大),速率太高,距离短,速率太低,太耗电,所以,水表无线抄表中扩频因子的选择,即速率的选择与接收时间必需取得一定意义上的平衡。


三、双向交互:无线水表抄表如果要做成双向交互的LoRa远传抄表系统,无疑只能在功耗、距离上取得平衡,在整个结构中加入中继器,使用LoRa 做成MESH组网设计才能实现,即LoRa MESH,但是LoRa通过协议做成MESH网络看上去很美,但很多问题需要协议解决,冲突机制如何设计,中继与路径选择,唤醒方式等等。


        自然,物联网还有很多很好的案例,也有很多失败的案例,我这里就不一一列举了。现阶段,正府监管是一个非常好的市场,特别是一些AI+IoT的项目逐步出现在市场。


       我们在城管应用方面做了很多物联网的应用:共享单车管理、厕所革命、智能垃圾管理、街道门禁管理。 但是一旦市场巨大,在资本的推动下,又会杀的你死我不活。


四、物联网的发展困境:

上海幂方科技的蓝河博士这句话,确实刺伤了我们这些奋斗在物联网研发一线的兄弟们,不过我们也确实感受到了贫瘠。

        困境自然需要良方去解决,且听下回分解《IoT时代的新开发模式

——接口标准化、云端平台化、终端开源化》


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