構建物聯網：集體行動框架

賽迪譯叢

物聯網（IoT）是最重要的新興技術之一，將對社會產生巨大影響。該報告分析了物聯網在架構和標準、安全和隱私保護、實現價值共享、組織發展、生態體系治理五個方面的機遇與挑戰，認為物聯網缺乏一個權威標準，物聯網生態體系中，整體管理較少，而在某些標準層面，彼此對立的規定較多。該報告建議企業和政府應重新思考物聯網商業模式，開展多方合作，在學術界與行業之間建立渠道，共享研究和探索成果，以實現可擴展、可持續和有效的物聯網，造福全人類。

物聯網概述

感知環境、描述環境和對環境做出反應等動物的重要本能正逐漸成為所有人造物品都應具備的重要能力，這一認知即是推動物聯網發展的動力。在家庭、企業、政府和系統部署的傳感器，可以為智能決策收集數據并對環境做出反應，從而能夠為居民創造一個更安全、更可持續、更舒適、更健康和更富裕的世界。

物聯網滿足了上述需求，且預期增長十分顯著。高德納公司分析，2016年物聯網行業每分鐘的投資額超過250萬美元，預計到2021 年，每小時新增的物聯網設備將達到100萬臺。惠普公司預測物聯網機器數的年復合增長率為18%，到2024年將達270億臺。麥肯錫、思科等公司同樣認為物聯網將在未來10年實現巨大發展。

物聯網的出現和發展

物聯網近年來的增長歸功于十多年來多種技術的同步發展。

第一，工業自動化對經營模式、經濟、效益、安全、質量帶來了極大的改變。35年前，現代網絡協議進入工業領域，滿足了自動化所需的連通性，從最初的制造應用協議/技術辦公系統協議等形式，發展到后來的Modbus協議、Lonworks協議、CANbus標準和以太網。這些旨在控制工廠的自動化系統被稱為“數據采集與監視控制系統（SCADA）”。在汽車系統中，CANbus標準占據主導地位，并成為車載診斷系統的基礎。未來幾年，近期在傳感、組網和數據分析等家庭自動化和消費應用程序等方面取得巨大進步對工業的影響將大大加快。

第二，用戶對語音、數據的需求和創新者對特設數據網絡的需求推動了許多技術進步。這些技術進步為組網、傳感和作動系統創造了新模式。同時，人們對非關鍵應用程序性能的“較低”期望值，造成創新和架構創意頻出，推動大量成本較低、性能更優的系統和零件的涌現。目前，工程師有大量連接方法可用，如低功率無線射頻識別、5G技術以及低功率廣域網、第六代互聯網協議下的低功率無線個人區域網等介于兩者之間的技術。

第三，智能手機涵蓋了連通性、計算能力和傳感器這三個物聯網關鍵元素，推動了一場雙管齊下的革命。一方面，智能手機作為手持顯示和控制部件，還能提供計算能力，將非智能設備轉變為智能設備。另一方面，手機行業使傳感器部件實現了大規模商品化。使得如今嵌入式計算更加價廉物美，無線電芯片更是無處不在。無線射頻識別的增長使一次性傳感器更接近現實。

第四，雖然技術支撐物聯網的發展，但人力資源才是根本。能夠操縱不同層次計算堆棧的人才的增長以及樹莓派等系統的崛起所推動的創客文化，使物聯網應用到大量商業產品。目前，工業自動化和網聯汽車等較成熟的行業，正在進行物聯網創新。比如，特斯拉利用車載以太網，實現了更靈活的物聯網方案。

自動化因不但具有無定型、普遍連接、專用、易設計、易使用及易“混搭”等特征，還具有由物聯網支持的傳感、計算和作動功能的大規模商品化特征，使其成為一種飛速發展的新能力。目前，物聯網正在改變工業部門。無論是建造大樓、翻新電廠還是開發油井設備、改造生產線，物聯網都是必然要考慮的因素，物聯網正成為一種時尚。

物聯網是一種新的設計語言

物聯網可被看作一種新的設計語言。回想一下在電力普及之前建筑物的設計方式。建筑內需以蠟燭照明，后來使用煤氣照明。沒有蒸汽泵和壓力罐，自來水很難送到高層。電梯和自動扶梯很少見，因為這些需要用人力或動物來驅動。取暖靠火，而制冷幾乎不可能。電的發明和應用以及隨之出現的泵、電燈、電梯、現代供暖、通風和空調系統等，為建筑師開創了一種全新的設計語言，電力改變了樓房和樓房的建造方式。

同樣，對物聯網最貼切的認識，是將其視為一種有助于更有效地滿足用戶需求的新的設計語言。以出租汽車為例，傳統租車區通常設在機場和住戶附近，租車區內停放數百輛汽車隨時可供租用。這種布局原因很簡單，因為需要分發和回收鑰匙，還必須記錄里程數和燃油量。然而，通過物聯網，鑰匙可以進行電子傳輸，里程數和燃油量可以遠程記錄。汽車便可以停放在客戶需要的任何地方。這是Zipcar租車公司在創辦時發明的一種汽車租賃模式。Zipcar很可能是第一家面向消費者的物聯網公司，其利用物聯網這種新設計語言重新塑造租車業務。

新概念

物聯網有四個組成要素。

第一是連通性。連通性體現在“物聯網”的“聯”字上，指遠程設備操作和數據收集。比如，通過遠程操作門鎖，房東可使租客進入他的在線出租房屋;建筑工地上氣體壓縮機可以上傳其感知到的電動機的震動等。連通性是一種十分強大的功能，但這只是實現物聯網的眾多功能之一。

第二是計算能力或智能。智能系統可在一定程度上定制用戶體驗，而這僅憑連通性是難以實現的。比如，聯網智能溫度調節裝置可感知使用模式，并進行相應的加熱或制冷，從而減少能耗;分析壓縮機可發現問題并防止故障，將維護從計劃或預防模式轉變為預測模式等。通用運算平臺可改變和利用本地或基于云的各種資源，提供智能的、適應性更強的功能，從而強化用戶和供應商間的關系，并提供在非物聯的環境下難以捕獲的更多信息。

第三是聯動能力。物聯網能創造單個設備無法提供的體驗。比如，前面例子中的智能溫度調節裝置可聯動手機上的GPS功能，確定何時打開加熱器，也可聯動用戶佩戴的傳感器，對溫度進行微調，從而創造人們最舒適的體驗。前面提到的壓縮機可聯動本地傳感器，記錄環境溫度并幫助診斷過熱故障等。

第四是其無縫連接，即連通性、智能和聯動性自動而流暢地進行。回到壓縮機的例子，進入工地現場的維修工程師被引導到壓縮機組處，發送到智能手機上的信息告知該工程師要做的事項，替換零件已備好，在下一輪班開始前，工程師便能進行快速維修。維修工程師即將離開時，還會提醒工作人員工地溫度高于規定，并向其推銷具有更佳制冷效果的壓縮機組。

主要挑戰和機遇

物聯網生態不斷發展，人們對技術的接受程度日益提高，人們對新功能的渴望不斷增強，并催生了擁有全新業態、模式和產品的新型企業。但是，這些技術的全面去中心化應用也引發諸多問題。物聯網生態體系面臨的挑戰，主要包括實現方式、交互性和本質屬性。這些挑戰部分來自于技術，部分則來自于政策，部分與監管制度有關。為確保實現最好的社會效益，應從更宏觀的角度看待上述問題。

架構和標準

物聯網迫切需要考慮架構的顛覆。目前，兩種主要模式正在形成。

第一種模式主要由云聯網（Cloud Things）、數字孿生（Digital Twins）和數字鏡像（Digital Mirroring）等概念組成。其基本設想是現實世界中的物聯網對象能被鏡像到云端。目前，鏡像的范圍、云平臺提供的控制、驅動、保護能力和其他附加功能正在飛速發展，通信本身可以在云平臺中的鏡像之間進行，而不是在實際的物聯網設備之間進行。

第二種模式是邊緣計算（Edge Computing）和霧計算（Fog Computing）。其基本思路是，一些計算在本地進行，從而確保響應性和節省帶寬，而一些大型計算需要在云端進行。

理想架構需要利用測試平臺不斷迭代和優化。測試平臺對于良好架構的開發非常有效，而且常常十分必要。在物聯網領域，工業互聯網聯盟（IIC）根據應用案例和業務需求，圍繞測試平臺的開發開展了一系列活動。

架構與標準密切相關。架構定義了接口和接入點，圍繞這些接口和接入點可以制定相關標準。在物聯網領域，WiFi、藍牙、Zigbee技術、6LowPAN和無限射頻識別（RFID）技術正在競爭終端接口的地位。與此同時，低功率廣域網絡等新方法正使遠程低功耗物體的連通性達到前所未有的水平。上述協議具有不同的功耗、帶寬、范圍和延遲，因此都能在市場中占據一席之地。由于缺乏權威標準，物聯網領域目前仍處于混戰狀態。

架構和標準的其他相關問題還有：如何生成數據、如何使數據在應用程序/設備之間轉移，以及如何支持數據重復使用。數據可移植性和可重復使用對于降低運營成本及改善應用程序和服務功能至關重要。麥肯錫指出，到2025年，實現互操作性有助于釋放物聯網超過4萬億美元的潛在經濟規模（即占11.1萬億美元經濟效益的36%）。然而時至今日，這類標準并不多見。

安全和隱私保護

安全與隱私保護息息相關，但關注點有所不同。隱私保護與個人身份信息（PII）相關，安全問題涉及保護設備和保護云免受第三方攻擊。

物聯網從根本上拓寬了個人身份信息在計算機系統上的暴露范圍，從而提高了其受到攻擊的概率。目前，構建和維護物聯網體系很復雜。即使某個獨立的系統安全性能得到保障，但如果未來連接到了其他系統，薄弱環節和新的攻擊面可能隨之出現。

隨著物理和數字系統的融合，物聯網生態體系中出現意外事件的風險日益嚴重。技術領域面臨著前所未有的挑戰。除了常見的木馬硬件、惡意軟件，工作流程與物聯網功能的簡單融合也會帶來的風險（一個普通閥門明天可能接入一個嵌入式計算機）。與其他平臺不同，物聯網的安全問題和網絡安全問題因素相互交織在一起。

在物聯網開發初期，我們就必須考慮安全和隱私保護問題。一個系統只要具有電子控制模塊，即便它只是間接接入互聯網也很容易受到攻擊。解決安全問題的另一個困難是：沒有足夠的物聯網測試平臺，也沒有如前所述的以參考架構形式取得的成熟經驗。新的安全和隱私保護方法可能帶來幫助，如“認知防火墻”（Cognitive Firewall）。

個人和企業常常會拒絕采用物聯網，是因為人們對當前的隱私保護措施缺乏信心。識別和信任是確保物聯網可持續發展的基礎。例如，必須能夠證明安裝在網絡上的物聯網閥門已經過認證，且應該能夠證明安裝閥門的人員是經過授權的。但是這一流程相當復雜，超出了目前的安全協議概念。不僅如此，在物聯網中，還需要身份識別以確定誰已獲授權。這種身份識別尚未清晰界定，導致了不同的工作慣例，并形成了潛在的安全漏洞。

物聯網另一個問題是，系統之間隱性連接數量可以不斷增加。可視化工具有助于終端用戶了解其數據流問題，如共享了哪些內容、與誰共享，以及共享的目的是什么。如果用戶能查看哪個設備在何時與哪個設備進行通信，就有助于建立理解和信任。

除了隱私保護和安全外，還有些問題與政策相關。歐盟新的《通用數據保護條例》制定了具體指導方針，提高了隱私保護的標準。

實現價值共享

對利潤的追求阻礙了物聯網的應用。對于單個組織而言，技術早期的投資回報率極難計算。首先，許多投資回報率計算必然趨于保守。其次，早期的投資回報率分析往往局限于個別項目的收益，而從整體上來看，物聯網等技術有望帶來更多收益。最后，客戶的參與度和意想不到的收益等問題往往難以計算，因此這種收益常被人們所忽視。

發展物聯網的第二個障礙是整個生態體系的價值分配。超高頻無線射頻識別技術遇到的發展障礙，就是一個典型例子。物聯網需要建立一種生態體系觀念，即尋求更大的利益、總結成功案例并獲取成熟經驗，從而為希望涉足物聯網的早期探索者提供案例和信心。

在公共基礎設施建設方面，上述問題尤為突出。目前，智能電網、水表等價值實現都取決于對物聯網基礎設施的重要投入。然而，很少有政府具有相應的財力。公私合作（PPP）是一種非常有效，且經濟上可持續的方式，吸引投資和企業，改善城市設施并造福社會。因此，需要為PPP提供模板和成熟經驗，以確保合作關系正常運行并獲得收益。

物聯網的終極優勢是實現可持續發展。世界經濟論壇與IoT Analytics機構合作進行的一項分析指出，84%的物聯網應用目前正在解決或有望解決可持續發展問題。為實現這一宏偉目標，需要從跨行業和跨國家視角進行更廣泛的系統思考，而不是只關注眼前利益。

組織發展

物聯網將給不同組織帶來積極和消極影響。物聯網不會給不同部門帶來同一比例的收益，因此管理者需要專注于企業的整體成功，需要下定決心應對這些變化。面對挑戰，企業的領導力將至關重要，而對失敗的容忍度將成為決定性因素。

物聯網也有望影響企業的商業模式。例如，意識到未來的制造業將被服務型制造所取代的趨勢，福特公司收購了舊金山的巴士公司Chariot，旨在測試將運輸業轉變為服務業，通用電氣公司的做法也與此類似。諸如此類的舉措將改變企業的激勵機制、工作內容和技能需求，這也需要更有才能的經理人。

物聯網將拉大企業間、國家間的技能差距。物聯網對新興的零工經濟帶來更多挑戰。傳統信息技術技能只能部分轉化到物聯網領域，而了解關于物聯網的協議、硬件、安全性、隱私保護和云平臺是普通零工經濟從業者轉變為物聯網從業者的基本要求。

物聯網的出現還涉及新的手冊協議、系統、檢查和各種技能清單。開發這些新程序將需要大量工作，與此同時，還要開展培訓活動。然而，隨著技術的飛速發展，不斷更新這些協議和程序將成為新常態。

新技術還需要新的客戶行為模式。企業的產品供應現已成為更大生態系統的一部分，因此與該生態系統的整合變得更加重要。

提高技能是物聯網革命的一個核心內容。物聯網在帶來挑戰的同時，也帶來了巨大機遇。利用新的教育方法（如在線教育），結合新的教育模式，有可能造就一批新的員工骨干和創新者，使他們在新的物聯網世界獲得收入豐厚的創造性工作崗位。

生態體系的治理結構

物聯網生態體系面臨一個特殊的問題：整體管理較少，而在某些標準層面，彼此對立的管理規定較多。因此，物聯網迫切需要加強合作、自我管理、自我認證、積累成熟經驗、制定多國協議和自我監督。對于萬維網來說，萬維網聯盟（W3C）也起到了這樣的作用。同樣，知識共享促進并規范了創意作品的共享和再利用。

物聯網集體行動框架建議及結論

建議

物聯網應被視為全新的設計語言，而非僅僅被視為一種漸進性改善。無論是在組織內部，還是在跨組織、跨行業和跨國家層面，自上而下的領導方式最為有效。各個組織必須做好試驗、學習、改進和參與的準備，并借助現有標準、政策和舉措，開展安全的小型試驗，才能率先取得研究進展。

架構和標準。一是物聯網的使用將不斷增加。企業應該考慮行業的發展方向，確保物聯網架構的擴展性和持久性，并能對整個系進行升級和維護。二是在規劃物聯網系統架構時，應重點考慮物理對象是否能夠進行數字孿生，并考慮云計算與邊緣計算（和邊緣通信）的比例。三是根據范圍、功率、延遲、帶寬方面的具體需求采用不同的通信標準。

安全和隱私保護。一是應創建基于安全方法的參考架構。必須對安全和隱私保護問題提前做好規劃。二是隨著網絡世界和物理世界的融合，將需要新的安全和隱私保護方法。與主要大學和行業合作研究，不斷更新思維。三是身份識別、訪問控制、身份驗證、數據所有權和數據使用需要明確的、以用戶為中心的策略。四是做好緊急預案。如何處置設備故障？設備更換需要哪些技術和人員協議？防止惡意人員（包括員工和顧問）以及木馬硬件和軟件的協議有哪些？新的隱私保護技術在物聯網領域能發揮重要作用。

實現價值共享。一是應整理記錄跨行業、跨部門和跨組織的使用情況，并制定相應的路線圖。實現所有相關方（包括最終消費者）的價值共享至關重要。二是需要激勵供應商創建可互操作的硬件、軟件和數據標準，以便生態體系的所有成員都能從中受益。占地為王的錯誤思想將限制行業的自我發展。三是PPP有利于發揮政府和企業的優勢。由于物聯網覆蓋面廣、規模大和可擴展性強，與許多傳統行業相比，物聯網涉及的參與方更多。

組織發展。一是物聯網將使組織和生態系統發生顛覆性變化。物聯網將改變經營模式、個人激勵機制和組織邊界。二是需要制定基于物聯網的人力資本發展戰略。物聯網是新的設計語言，掌握物聯網語言的人才是關鍵。應采用新技術（如虛擬現實和增強現實）培訓新員工，滿足零工經濟時代對勞動力日益擴大的需要。三是勞動者需要大量再培訓，應對技能不足的現象。應考慮采用先進的培訓理念，包括在線課程、研討班等。

生態體系的治理結構。一是需要建立物聯網生態體系治理委員會。該委員會的重點和目標應是確保可持續性和實現價值共享。還需要建立安全觀察站，以便各行業和部門共享指導原則、標準、參考架構、測試平臺、成熟經驗，并能及時發出預警。二是應建立一個全面的哲學框架，思考物聯網環境下的安全和隱私保護問題。與學術界合作完成該哲學框架是最優選擇，重新思考物聯網的應用。三是在展開全面競爭前，人們應制定具有高度共識的路線圖。與工業互聯網聯盟和國際物品編碼協會等行業組織密切合作，是實現多方參與的關鍵。四是應鼓勵和開發新的跨行業培訓標準、認證和證書，以實現共同學習和進步。

結論

物聯網有望改變整個規則，并對企業和社會產生重大影響。物聯網也為改變生態系統提供了機會，從而改革企業和政府，并進而改變整個社會。

物聯網的價值很難量化，但無論如何，物聯網都將對經濟和社會帶來巨大影響。通過建立伙伴關系，提升社會整體水平，物聯網有望為各參與方帶來豐厚回報。物聯網的健康發展，有望使人們的日常生活更安全、更有效、更方便，并使整個世界更具可持續性、更幸福、更友好。物聯網如同一種全新的設計語言，其連通性、計算能力、傳感和聯動能力能為人類創造更好生活。

盡管如此，物聯網層次繁多，參與方眾多。不同參與者的行動并不協調。物聯網實驗室、初創企業和大公司取得的技術進步雖然令人興奮，卻尚未成熟且常常各自為政，并存在受到嚴厲監管的風險。而在監管缺失的情況下，企業獲取先發優勢的行動可能對行業產生不利影響，而不完善的產品可能導致企業合作關系和消費者認知的破壞。在許多情況下，物聯網領域必須通過合作來評估和避免各種委托代理問題。例如，政府官員可能希望實現廣泛的標準化，而技術供應商可能偏愛個性化標準。現在，物聯網領域迫切需要多方參與，包括企業、行業、政府、標準化組織和民眾。

物聯網的重大問題包括隱私、安全、信任、可持續性和用戶指導原則等。這些問題需要綜合解決，而不能各個擊破。數字系統和物理系統的融合需要終端用戶的信任和授權。物聯網數據十分豐富，意味著數據透明度與可靠的硬件或傳統網絡安全一樣重要，以便參與者控制數據所有權和數據共享范圍。領導者需要重新思考行動規范，并以安全、可擴展和有效的方式挖掘物聯網的潛力。企業和非企業組織應具有清晰的愿景，把物聯網應用作為管理層所考慮的優先事項，并圍繞新的物聯網愿景重新調整組織結構。每個組織內部必須團結一致，并與其他組織并肩合作，打造良好的物聯網生態。這些組織必須擁有適應能力強的團隊，保持積極開拓的意愿，拓展全球視野，并納入更多學科，實現優勢互補。

國際物品編碼協會和工業互聯網聯盟等行業組織應充分考慮如何實現零售和實體產業融合。此外，應組建一個跨行業委員會，來應對各項問題和挑戰。世界經濟論壇則為各方達成廣泛共識提供了機遇。物聯網有望徹底改變人們的工作、生活和娛樂，以及消費、銷售和互動方式。

物聯網如同一種新的設計語言，一條通向更美好未來的康莊大道。人們必須在物聯網這一語系中創造更多詞匯和語法，以確保物聯網的發展能趨利避害，最大程度地造福人類社會。