萬物互聯的價值在哪里？

丁險峰

摘? 要：隨著物聯網的飛速發展，人類將進入萬物互聯時代。文章認為物聯網時代最有價值的應用是工業互聯網，物聯網要解決1萬億“物”的信息交換，在分析探討與物聯網相關的重要技術的基礎上，探索了各種前沿技術的應用前景和未來的發展趨勢：5G技術通過增強移動寬帶、大連接低功耗機器通信、低時延高可靠連接等解決了信道容量;IPv6技術解決了IP地址的問題，令網絡扁平化;室外定位技術及與之配合的GIS技術和室內定位技術解決了時空基準問題;區塊鏈通過采集與備份保護了用戶的數據，解決了信任問題;數字孿生體通過可視化維護、設備狀態可視化、遠程互動交互、設備三維操作指南等更好地在物聯網時代進行了人機交互。

踏入5G時代，物聯網即將飛速發展，并構建一個全新的數字孿生世界。我國目前正在經歷制造業的轉型，工業物聯網是物聯網技術未來主要的發展方向之一。那么，物聯網領域正在誕生哪些前沿技術？5G、IPV6、區塊鏈、時空信息、數字孿生體等AIoT前沿技術有哪些應用前景？

一、工業互聯網是消費互聯網的下半場

開源對于工業互聯網的價值。開源對于工業互聯網這一個龐大工程是極其重要的。工業互聯網的本質是數字化人類積累了200多年來的工業知識，以軟件的形式或者數據的形式放在互聯網上。原來的數字化圖書館是把文字數字化了。工業互聯網需要把物理知識、化學知識、數學公式等都用計算機的文字來表達，不是一段可以被調用的計算代碼，而是人獲取知識以后，還要編程序去控制機器。過去20年的互聯網主要是解決信息的存儲、處理、傳播的問題，而未來20年人類將更深入一層，把這些數學公式仿真模型代碼化。所以，工業互聯網將是一個巨大的工程，人類擁有的工業肯定不止三百六十行，單單一個軸承行業（機械的重要部件）就可以分成三百六十行。很多種人類已經建立的模型，能不能被重復利用呢？上一個互聯網時代是可以共享模型和數學公式的，但是傳播的能力被嚴重限制了。一旦這個模型建立了一個SaaS，任何人只要輸入參數就可以重復利用這個人類知識的結晶。顯然人類知識的利用率將會被大大提高，從1萬年前的農業革命以來人類協作再一次被大幅度提升。

工業互聯網和物聯網之間的差別。物聯網是一個比較通用的名詞，而工業互聯網是用物聯網把人、機、料、法、環數字化以后連在一起，然后基于這些資源來優化整個生產過程，從而實現更快速敏捷地響應大規模定制化的需求。

過去20年主要是消費互聯網，它拉近了商品和消費者之間的關系。而將來的20年是工業互聯網或者說工業4.0，是消費互聯網的下半場，其目的是要拉近制造系統和消費者之間的關系。消費互聯網是先有生產計劃，消費者沒有對產品需求的定義權，只有等產品做出來，才能夠去購買。而工業互聯網要解決的問題，是讓整個制造系統能夠非常敏捷地響應消費者的定制化需求，要讓消費者參與制造的過程。任何一個時代，都是由技術驅動的。比如，因為有了牛頓的三大定律，后來瓦特才發明蒸汽機，才有了機械化時代;有了麥克斯韋方程，愛迪生才發明了發電機、燈泡，有了電氣化時代;有人發明了半導體，從電子管到晶體管再到集成電路，才會引起信息化時代的蓬勃發展。過去的十年里，移動互聯網背后是由一個龐大的技術浪潮所驅動的。智能手機背后的技術是4G技術。芯片技術達到了一定的程度，才能夠支撐做出一個智能手機，從而才點燃了移動互聯網時代。那么下面一個時代，首先要定義它是一個怎樣的技術時代，然后再定義它是一個怎樣的產業時代。

二、解決1萬億“物”的信息交換

相對過去的4G時代，現在更多的是講5G或者是物聯網時代，這個時代的技術驅動力是什么呢？不僅僅是像4G一樣去解決100億人的信息交換問題，而是物聯網加上5G，來解決將近1萬億物的信息交換問題。4G時代很好地解決了人類信息的交換問題，而無論是5G還是IPV6，其技術本身就是為了解決物的信息交換問題。

從Bits、Farmes，到Packets、Messages……最后是未來會有的participant x和participant y，有可能是1萬億物里面有100億人，不再是兩個人在交換信息，而是有可能一個人和一個燈泡，或者一個人和一輛車，或者是一輛車跟一個家庭在交換信息。下一個時代的技術驅動力來自物聯網的技術。

一旦建立了萬物互聯，最重要的一件事情就是能夠建立一個物理世界抽象層，把每一個物體從物理世界映射到數字世界。有了這個數字世界，計算機就能夠發揮它強大的計算能力，來處理大數據、小數據或者時序數據，就能夠再一次大幅提升人類生活方方面面的效率。

有機構預測，到2025年或者是2030年，物聯網、AI、5G等技術將會對人類社會產生11萬億美元的價值。其中制造業預估會產生1.2萬億美元到3.7萬億美元的價值，比其他的行業都要大。制造業本身就是人類的第二大產業，在中國也是占據40%左右的GDP。所以哪怕1%的影響，也會產生幾千億元的利潤，再乘以估值，那就是幾萬億元的估值差別。

在PC時代，中國的參與度是比較小的。芯片公司主要是英特爾，軟件主要是微軟、甲骨文這樣的公司。中國只有聯想這一家公司，僅占到了全世界分工的20%。而在移動互聯網時代，中國有華為、OPPO、vivo、小米等公司，占據了手機硬件設備出貨量的50%。芯片上取得了長足的進展，像海思和展訊，目前已經占到了整個手機芯片出貨量的將近20%。而在移動時代的手機應用軟件領域，即App，無論是電商軟件、搜索軟件還是社交軟件，中國已經是僅次于美國的第二大App市場，接近世界市場的20%。

進入下一個時代，物聯網時代將會需要大量的傳感器和連接器，或者有連接的傳感器。預測到2030年，中國將會設計制造世界上80%～90%的物聯網硬件設備和50%的物聯網相關的芯片。但是，中國是否有能力做出世界上50%的處理這些物聯網數據的SaaS，現在還是一個巨大的問號。美日歐等發達國家和地區在SaaS的生產上還是要比中國強大得多，因此這個問題仍將是一個艱巨的任務。

三、與物聯網相關的重要技術

（一）5G與IPV6

最重要的技術是5G。5G不僅僅是4G的延伸，因為4G的延伸其實只有一個點，叫作移動增強帶寬，現在人們所使用的手機可以視頻通話，而移動增強帶寬無非是讓視頻通話可能達到3D視頻通話。5G的海量機器類通信，和超高可靠低時延通信，其實是為了解決物聯網設備的問題。

5G有三大重點功能：第一個是增強移動寬帶，它主要是解決高清視頻、AR/VR的人機交互。第二個是大連接低功耗機器通信，主要是解決如電表、水表、氣表這些低功耗/超低功耗的連接。這些表計的密度也非常高，所以要把通信切分成很多細密度的信道，也要讓通信保持超低功耗、超低成本。第三個是低時延高可靠連接，主要是為了工業高精度控制、自動駕駛這類的應用。一個運轉中的機械臂或者一輛行駛中的自動駕駛汽車，它的通信要求非常低的時延，而且一定要傳達，所以必須是超高可靠的。

5G既然是為物聯網所生，那么它其實不再需要一個非常寬廣的移動通信的手段，所以未來私有網絡和低成本的基于云化的核心網是非常重要的。

而發展IPV6的原因在于它是一個網絡拓撲的革命，不需要二手中轉，也不需要P2P打洞，兩個物聯網的設備之間可以做到自由通信。每一個設備也不需要躲在網關后面，就可以升級到網絡世界的一等公民。而且因為都是直接IP，IPV6網絡可以降低10%～30%的網絡延時。

5G是解決信道容量的問題，IPV6是解決IP地址的問題，從而能夠讓世界變成一張扁平的網絡。

（二）室外定位技術與GIS

定位技術是物聯網時代非常重要的技術。在物聯網時代，每一個物都需要一個時空的基準。無論是飛機、車輛、手機還是物聯網設備，移動的或者不移動的，都需要準確的位置。所以物聯網時代的定位技術，需要比移動互聯網時代更加精確、低功耗、高覆蓋。從室內到室外，需要多種無線技術、傳感技術以及先進的融合算法。

目前手機的定位技術主要有幾類。第一類是GNSS，包括GPS、北斗或者伽利略等，還有各種各樣的濾波算法和融合算法，以及一些網絡輔助化的定位技術。第二大類是網絡定位技術。比如，全球IP定位，全球基站定位，全球wifi定位，逆地理編碼服務，運動狀態檢測等，還包括一些離線定位的服務。還有一類就是傳感器輔助。比如，行人航跡推算或者導航航跡推算，在沒有GPS或網絡的情況下，還能夠繼續推算人或者車的軌跡。最后一類是地圖匹配導航，可以在端上做地圖匹配。比如，一個軌跡，顯然跟地圖上的某條路是匹配的，就可以把定位漂移給拉回來。

車載的定位技術也分成幾類，包括VIO/SLAM、語義定位、多傳感器融合以及高精地圖技術。在手機定位技術的基礎上，發展車載的定位技術和導航技術。未來車載的定位，一定比手機的定位要求覆蓋更精準、更低的覆蓋面積、更多的信息特征。

定位技術和數據技術，未來會形成很多數據的閉環。定位技術和數據服務之間相互進行不斷的校準，然后讓整個物聯網，比如說城市和空間里面地圖數據和定位技術越來越準確，原來因為GPS漂移產生的一些誤差，也因為大量的眾包數據而得到了校準。

GIS技術是一種軟件，主要是把地圖信息、道路信息、高層信息等聯合起來。GIS技術主要有幾大組成部分，包括數據采集、管理、分析和應用。GIS技術經過幾十年的發展，從萌芽期基本上進入了成熟期。GIS和IoT的關系，將會變成IoT提供實時數據，GIS提供數據的采集和分析引擎能力，這些能力會幫助物聯網的應用進行更好的處理和展示。一個智能城市的管理里面，IoT提供大量的動態數據。比如，人、車、物的數據，雨雪天氣的數據，還有很多視頻的數據。然后GIS提供大量時空基準的數據，這樣就能夠幫助解決很多商業的應用。比如，城市雨洪，污染擴散，綜合管網，城市沉降，等等。

（三）室內定位技術

常見的幾種室內定位技術有WiFi、藍牙和ZiBee的三角定位，還有地磁的定位技術等。絕大部分的定位技術都是用多邊定位，包括WiFi、藍牙RSSI、超聲波、UWB、ZiBee技術等，現在也有新的藍牙5.2的AOA技術、RFID技術，能夠為室內定位提供更加精準的定位技術。其他的一些定位技術，比如指紋定位技術、室內的慣性導航定位、三維視覺的成像定位，室內機器人用的激光雷達、毫米波、超聲波等定位技術。未來應用在工廠里面，像自動上料、倉儲運輸、物流送料等，都是讓工業4.0能夠得到應用的重要的基礎技術。

毫無疑問，室內定位將會是多種傳感器或者是多種技術的融合，提供室內機器人等物體的定位技術，成為工業4.0的一個基礎產品。室內三維坐標的信息主要是通過BIM軟件，把一個樓的管廊、墻面等三維數據，像GIS描繪室外的地理信息系統一樣在一個數據庫里描述。

GIS信息、IoT信息、定位信息放在一起，就可以基于室內定位技術和室內的時空技術，通過IoT的數據平臺，把設備的實時數據輸入到BIM（Building Information Modeling）系統里面，把人員事件等都在數字世界里面展現出來，從而能夠進行一些數據的分析，解決很多場景問題。比如，消防疏散的緊急預案，商場里的人員行為分析，人流熱力圖，甚至哪個地方要多開暖風，都能夠有實時在線的理解。

把物理世界和數字世界用室內定位提供時空基準，然后加上BIM信息，能夠把這個數據分析和展現出來，從而能夠建立一個這個更好的物聯網的應用。

（四）區塊鏈、數字孿生體

區塊鏈是什么？打個比方去買房子，原來需要一個賬本，記錄這個交易和合約的條款，必須有一個非常可信的第三方，能夠把銀行、經理人和買房人自己的錢，都放在一個賬本里面，來創建一個交易。但是這個賬本持有者是可以篡改它的。為了讓賬本不可篡改，要怎么辦？

首先，每一筆記錄加上簽名和時間戳，并記錄到賬本，要改一個記錄，就要把前面的所有的記錄都改掉，那么在交易了幾百次以后，這個交易記錄就很難去篡改了。其次，要多處備份，交易中的每一個人都有一份自己的賬本副本，放在物聯網里面，就是每個人都有一個邊緣計算節點。要改一個賬本容易，但是改多個賬本是比較難的，從而把信任移到了網絡上去中心化，用群體的共識機制來建立信任。

物聯網天然地有這樣一個技術，因為基本上每個房子都有一個路由器，都有一個邊緣計算節點，每個小區都有一個邊緣服務器，都可以成為數據交易的賬本。比如，有一個人調用了其他人家里的燈，他調用了多少次，用了多少度電，都會被記錄下來，他是無法抵賴的。阿里云基于螞蟻區塊鏈，開發了IoT的技術棧，包括數據層、網絡層、共識層、合約層、訪控層和應用層。用邊緣IoT聯盟鏈分布式賬本網絡來采集數據，放到IoT聯盟鏈管理微服務集群里，從而支撐各種各樣的區塊鏈物聯網的應用。比如，物流服務、倉儲服務、金融、保險等這些數據的消費方，來做數據的交換。

工業互聯網還有一個重要的方面是數字孿生體。它的好處是能夠更好地進行人機交互。數字孿生體有很多的應用。例如，可視化維護、設備狀態可視化、遠程互動交互、設備三維操作指南等。如果采集了一個水泵的數據，可以把它的狀態實時地疊加到所見的水泵上，其他人也能夠遠程地幫助識別水泵有什么問題，從而輔助前線的運維人員變得更加高效。

四、結語

4G時代是移動互聯網時代，最主要的應用是在mobile、social、local。物聯網時代產生的最有價值的應用是什么？筆者認為是工業互聯網。5G解決了通信大容量的問題，IPV6解決了IP的問題，室外定位和室內定位解決了時空基準的問題，區塊鏈解決了數據保護和信任問題，數字孿生體在數字世界建立了一個又一個digital entity（數字人）。基于這幾大技術，筆者認為未來的爆發，指向最大的一個方向就是工業制造技術。

（作者：阿里云首席智聯網科學家、感知與認知專家）