劉興亮 | 極簡(jiǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)史

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物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)詞猛一看必然令人想到互聯(lián)網(wǎng)，且意識(shí)到二者之間必然存在巨大的差異。首先自然會(huì)想到它們都是「聯(lián)網(wǎng)」的，具備相當(dāng)貼近的性質(zhì)。

確實(shí)，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上衍生出的新技術(shù)、新生態(tài)。簡(jiǎn)言之，互聯(lián)網(wǎng)通過技術(shù)手段像一張網(wǎng)將全世界天涯海角的人（其實(shí)是計(jì)算機(jī)和移動(dòng)終端）串聯(lián)了起來，本質(zhì)上就是無數(shù)人的交叉信息互換體系。

如此，我們就可以把物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)略顯抽象的詞匯作如下心領(lǐng)神會(huì)的理解：把互聯(lián)網(wǎng)終端的人換成「物體」，讓這些物體進(jìn)行信息交換，就構(gòu)成了「物聯(lián)網(wǎng)」。

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這么一來，物體就有了生命，尤其是那些在生活與生產(chǎn)領(lǐng)域扮演關(guān)鍵角色的機(jī)器、電子設(shè)備、硬件工具，高端消費(fèi)產(chǎn)品，就能夠及時(shí)反應(yīng)自身的設(shè)備狀況，出現(xiàn)故障或危險(xiǎn)可以自動(dòng)檢測(cè)甚至自行修復(fù)，且在整個(gè)體系中由于信息交互的強(qiáng)力屬性而構(gòu)成反饋、更新的技術(shù)閉環(huán)體系，可謂有百利而無一害。

生活中最直接的例子就是飛機(jī)和新能源電動(dòng)車，這些交通工具由于技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備內(nèi)置體系的復(fù)雜性超出了個(gè)體能夠理解、駕馭和修正的能力范圍，就被自動(dòng)嵌入遠(yuǎn)程監(jiān)控體系，以防止它們?cè)谶\(yùn)行過程中發(fā)生意外。

實(shí)際上，衛(wèi)星就是物聯(lián)網(wǎng)最早的案例，導(dǎo)彈也是這類應(yīng)用成熟的技術(shù)表現(xiàn)，飛機(jī)則更是因此普遍惠及更多的人類。眼下發(fā)展極快的無人機(jī)也越來越具備物聯(lián)網(wǎng)屬性，加上人工智能的爆發(fā)，萬事萬物相互關(guān)聯(lián)的可能性進(jìn)一步加深加快。

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的提法已然存在多年，它的廣泛應(yīng)用也日益迫在眉睫。

我甚至設(shè)想有那么一天，人們將生活在物資和設(shè)備全體智能互聯(lián)的社會(huì)中，那是這樣一幅景象：一個(gè)人在清晨明媚的陽光中醒來，只見席夢(mèng)思床上的顯示器彈出一張?zhí)鹈赖拿婵?，溫馨提示主人昨晚呼吸頻率比日?？炝?.5個(gè)百分點(diǎn)，聽聞此語廚房的自動(dòng)做飯機(jī)器就把當(dāng)日的食譜做了百分之五的微調(diào)，由于天氣變化穿在身上的衣服自動(dòng)進(jìn)行了加熱，出門后車庫里的座駕自己開到門口載著主人以最合理的路線避開堵車迅速來到辦公室，隨后汽車自己開到了修理廠進(jìn)行雨刮器更換。

總之，這一切都是活的，器物均有編號(hào)和身份證，彼此緊密地相互關(guān)聯(lián)，哪怕身上的衣服和假牙都有自己的物聯(lián)網(wǎng)身份屬性，絕無可能造假。凡事凡物自我管理和行事，似乎就人有些多余了。是不是挺有趣挺令人神往？

今天我們就簡(jiǎn)單說說物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展史。

理論上還得先說互聯(lián)網(wǎng)，沒有它，當(dāng)然不可能培育出物聯(lián)網(wǎng)，這一塊的發(fā)展是背景和基礎(chǔ)，就不再贅言了，二者也有齊頭并進(jìn)的一面。我們單從物聯(lián)網(wǎng)本身及緊密相關(guān)的技術(shù)羅列。

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早期理論和技術(shù)發(fā)展

1968年，著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)通信的概念，這相當(dāng)于提出了物理器材可以「智能化」并遠(yuǎn)程通報(bào)和接受指令的設(shè)想，為物聯(lián)網(wǎng)奠定了概念基礎(chǔ)。

1972年，美國斯坦福人工智能實(shí)驗(yàn)室在某地放置了一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)售貨機(jī)。與過去的售貨機(jī)不同，這臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)使用電傳打字機(jī)終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程支付和庫存報(bào)告。盡管只在一個(gè)地方進(jìn)行兩點(diǎn)之間的物理互聯(lián)，但它預(yù)示了后來聯(lián)網(wǎng)機(jī)器設(shè)備的廣泛出現(xiàn)。

1970年代，微型計(jì)算機(jī)和局域互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，為物聯(lián)網(wǎng)后來的實(shí)現(xiàn)提供了條件，小型嵌入式計(jì)算機(jī)出現(xiàn)在一些工業(yè)和商業(yè)設(shè)備上，為支持互聯(lián)網(wǎng)的傳感器和控制器奠定了基礎(chǔ)。

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物聯(lián)網(wǎng)的驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)

1982年是意味深長的一年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的學(xué)生將一臺(tái)可口可樂自動(dòng)售貨機(jī)連接到了互聯(lián)網(wǎng)的前身即美國的高級(jí)研究計(jì)劃局網(wǎng)絡(luò)上。他們?cè)谑圬洐C(jī)上添加了溫度和庫存?zhèn)鞲衅鳎⒖梢詫?shù)據(jù)上傳到網(wǎng)上，這樣廠家就能即時(shí)掌握售賣情況，更換和補(bǔ)充在售的飲料。這這臺(tái)可樂售貨機(jī)通常被認(rèn)為是第一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，證明了物理對(duì)象可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢測(cè)和管理。

很快，1985年，美國首家蜂窩電話公司「Cellular One」的聯(lián)合創(chuàng)始人、高級(jí)電信專家彼得·T·劉易斯當(dāng)年9月在華盛頓特區(qū)國會(huì)黑人核心小組基金會(huì)第15屆年度立法周末會(huì)議上發(fā)表的演講中聲稱，物聯(lián)網(wǎng)，或稱IoT，是指將人、流程和技術(shù)與可連接的設(shè)備和傳感器集成在一起，以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、操作和趨勢(shì)評(píng)估的系統(tǒng)。他明確預(yù)示了物聯(lián)網(wǎng)的愿景，但還只是一種對(duì)單體嵌入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的簡(jiǎn)單想法。

1988-1991年，美國的研究機(jī)構(gòu)施樂帕克研究中心(Xerox PARC)的研究人員馬克·韋瑟發(fā)表了關(guān)于「普適計(jì)算」的論文，他提出將智能設(shè)備無縫嵌入到環(huán)境中去的構(gòu)想，這塑造了物聯(lián)網(wǎng)的概念愿景，即日常物品將廣泛地獲得計(jì)算能力和連接能力，在互聯(lián)互通中發(fā)揮作用。

1990年，美國計(jì)算機(jī)科學(xué)家約翰·羅姆基與西蒙·哈克特一起將第一個(gè)家用電器（烤面包機(jī)）連接到互聯(lián)網(wǎng)。這款「智能烤面包機(jī)」可以通過連接TCP/IP的PC開啟/關(guān)閉，被廣泛認(rèn)為是同類設(shè)備中的首款。它展示了物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用，盡管當(dāng)時(shí)還只是個(gè)新奇事物，但也暗示了未來實(shí)用設(shè)備的雛形。

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發(fā)展及逐步成熟期

1991年，英國劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室推出一款名為特洛伊房間的咖啡壺，發(fā)明者為昆汀·斯塔福德-弗雷澤和保羅·賈德斯基。它起初是為了避免大樓的工作人員在走進(jìn)房間后發(fā)現(xiàn)咖啡機(jī)是空的而失望，于是安裝了一臺(tái)攝像頭，將咖啡壺的實(shí)時(shí)畫面?zhèn)魉偷睫k公室網(wǎng)絡(luò)上的所有臺(tái)式電腦上。這樣大家就能夠隨時(shí)知曉咖啡壺的狀況，便于取用。

攝像頭監(jiān)控咖啡壺的狀態(tài)相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了穿戴設(shè)備的在線傳輸圖像——消費(fèi)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)相機(jī)和可穿戴設(shè)備的前身。幾年后，咖啡壺的攝像頭接入互聯(lián)網(wǎng)，更多人可以實(shí)時(shí)監(jiān)控咖啡壺——盡管不見得去喝，特洛伊房間的壺作為新興萬維網(wǎng)的一項(xiàng)功能而享譽(yù)國際，直到2001年才被淘汰。

1994年，伊朗裔美國人Reza Raji在《IEEE Spectrum》雜志上描述了一種愿景，讓「小數(shù)據(jù)包」在眾多節(jié)點(diǎn)之間移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)從家用電器到工廠等所有環(huán)節(jié)的自動(dòng)化關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)性地提出了通過網(wǎng)絡(luò)化的智能節(jié)點(diǎn)與小數(shù)據(jù)包通信實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的愿景。

他的模型既繼承了工業(yè)控制系統(tǒng)的精確與實(shí)時(shí)性要求，又引入了互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)思維，為后來的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)奠定了更科學(xué)的理論基礎(chǔ)，可以說基本說出了成熟的物聯(lián)網(wǎng)概念。

1998年，美國政府支持的互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)批準(zhǔn)IPv6，以便極大地?cái)U(kuò)展互聯(lián)網(wǎng)的可用地址空間，最終實(shí)現(xiàn)為數(shù)十億臺(tái)設(shè)備分配唯一的IP地址成為可能，這既是微機(jī)終端廣泛互聯(lián)，也是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的必要演進(jìn)中的一環(huán)。

1999年，麻省理工學(xué)院(MIT)的自動(dòng)識(shí)別中心的創(chuàng)始人之一英國人凱文·阿什頓在演講中正式提出了「物聯(lián)網(wǎng)」一詞，該演講將RFID標(biāo)簽（一種電子標(biāo)簽）與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)系起來。隨后，阿什頓的自動(dòng)識(shí)別實(shí)驗(yàn)室（麻省理工學(xué)院、牛津大學(xué)等）成立，旨在開發(fā)EPC（電子產(chǎn)品代碼）架構(gòu)，使用RFID標(biāo)記物理對(duì)象。

這是非同尋常的一年，標(biāo)志著物聯(lián)網(wǎng)的命名，以及RFID標(biāo)簽和傳感器網(wǎng)絡(luò)重大研究的開始。

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物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

2004年，大型零售商開始采用RFID標(biāo)簽技術(shù)。沃爾瑪要求頂級(jí)供應(yīng)商在2005年之前為貨盤和貨箱配備兼容EPC的RFID標(biāo)簽。這將RFID從小眾市場(chǎng)推向主流，幫助電子產(chǎn)品代碼EPC（以及后來的NFC）在供應(yīng)鏈和資產(chǎn)跟蹤物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域變得無處不在。

2008年，首屆物聯(lián)網(wǎng)國際會(huì)議在蘇黎世舉行。

2011年，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（IPv6）部署加速，解決了IPv4地址枯竭的問題，并提供了更大的地址空間、更高的安全性、更快的傳輸速度以及更好的擴(kuò)展性，以滿足物聯(lián)網(wǎng)需求，物聯(lián)網(wǎng)已逐漸被更廣泛的行業(yè)認(rèn)知。

2013開始的幾年，硅谷巨頭紛紛加入。谷歌收購Nest Labs（智能恒溫器），隨后推出Home/Nest設(shè)備。亞馬遜發(fā)布Echo智能音箱。三星收購SmartThings（家庭自動(dòng)化中心）。蘋果推出HomeKit，以實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備互操作性。這些舉措通過智能家居和智能助理將物聯(lián)網(wǎng)帶入消費(fèi)者視野。

2014年，英特爾、思科、IBM、通用電氣、AT&T等公司組建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)，該行業(yè)組織旨在為工業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)制定互操作性標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)踐路線。

同在2014年，美國的互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETF于發(fā)布了CoAP（RFC 7252），這是一種基于UDP的RESTful協(xié)議，專為受限的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備量身定制。IETF、IEEE等標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)制定了眾多用于實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議。

2010年代中期，物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)大力發(fā)展，幾乎所有主流云提供商都推出了物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。這些平臺(tái)提供設(shè)備連接、消息傳遞、分析和管理工具，使企業(yè)能夠更輕松地構(gòu)建大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

2016-2019年期間，由于意識(shí)到延遲和帶寬限制，霧/邊緣計(jì)算的概念逐漸受到關(guān)注。思科于2011年左右提出了「霧計(jì)算」概念，到2018年，業(yè)界開始將分析技術(shù)轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣而不是集中在某個(gè)中心。

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物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀與未來

2020-2021年，受疫情影響，全球范圍內(nèi)的醫(yī)院和公共衛(wèi)生部門利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行患者監(jiān)測(cè)和接觸者追蹤，工廠和辦公室采用傳感器驅(qū)動(dòng)的工作人員和質(zhì)量控制，供應(yīng)鏈部署物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。遠(yuǎn)程辦公也促進(jìn)了智能家居設(shè)備的使用和對(duì)家庭自動(dòng)化和安全的需求。

最近幾年，人工智能的發(fā)展也導(dǎo)致其深度嵌入物聯(lián)網(wǎng)。各國政府正在采取措施保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的安全，美國國會(huì)通過了《物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全改進(jìn)法案》，為其國內(nèi)的設(shè)備設(shè)定了最低安全要求。歐盟和其他地區(qū)也在制定類似的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)隱私法規(guī)。

不夸張地說，物聯(lián)網(wǎng)如今已成為現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的一部分。如今的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)涵蓋消費(fèi)設(shè)備（智能家居、可穿戴設(shè)備）、工業(yè)系統(tǒng)以及關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施尤其是新能源聯(lián)網(wǎng)汽車。它圍繞云/邊融合、無處不在的無線連接，已成為一個(gè)龐大的、涵蓋多種行業(yè)的社會(huì)存在方式，并隨著人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全的進(jìn)步而不斷豐富。

我在本文開篇所設(shè)想的那種場(chǎng)景將以更快的速度來到我們的面前。萬物都將因互聯(lián)而變得有生命，有軌跡，有個(gè)性。