物联网技术发展与应用趋势

从M2M到物联网技术:

机器对机器(M2M)是机器和设备通过网络直接通信，在没有人为干预的情况下自行完成任务的一种模式或系统。M2M技术已经发展了很长时间，可以追溯到20世纪初。然而，20世纪90年代推出的GSM(全球移动通信系统)将M2M通信带入了一个新的发展阶段。

M2M可以通过多种无线技术(LTE, WiFi, BLE, ZigBee, RFID)根据特定应用捕获和传输数据。通常在每个应用程序或解决方案中使用不止一种无线技术，并且使用不同的无线技术进行数据捕获和数据传输(例如，ZigBee和LTE、RFID和WiFi)。通过这些工具，您可以连接移动或固定的物体，如火车、家用电器、医疗设备、监视器等，并完成相关任务。包括传感或数据采集、无线数据传输和信息管理系统。

物联网可以想象成M2M的高级版本。物联网(Internet of Things, IoT)是一种通过嵌入式技术使物体能够与周围环境相互通信和感知的网络类型。但基本上，它仍然停留在电子设备之间的连接、通信和数据交互中。随后，物联网的定义开始聚焦于人与电子产品之间的使用。因此，除了电子产品的传感器之外，人类使用电子产品的数据收集和使用模式也包含在物联网的定义中。除了与产品相连外，它还可以跟踪用户的各种使用数据，例如用户的生物标志物。

物联网的真正价值在于它能够利用全新的数据源和数据类型来实现全新的商业模式、行业洞察和生活方式。总的来说，物联网是一个总称，包括各种行业和技术，每一个都非常重要，都有其需要研究的领域。例如，物联网包括CIoT(消费物联网)和IIoT(工业物联网)。CIoT和IIoT之间的主要区别在于设备和应用程序的类型、驱动这些设备的技术以及要实现的目标。

消费者物联网(CIoT):

CIoT是指与消费者相关的应用程序、用例和设备。CIoT的应用范围非常广泛，从个人健身器材到智能家居自动化，其功能和应用也非常多样化。

工业物联网:

IIoT是指物联网在工业应用中的应用。总体而言，IIoT侧重于M2M通信，大数据和机器学习(ML)的集成，以提高工厂运营的效率和可靠性。工业物联网的范围涵盖了整个工业应用，包括生产过程、软件和硬件协作、医疗设备和机器人。

随着时间的推移，人们提出了IoE (Internet of Everything)技术，这意味着除了分析电子设备或带有传感器的设备中交换的数据外，还可以在人类使用这些设备时整合数据，并做出价值判断和反馈信息。除了IoE, IoB (Internet of Behavior)技术也得到了发展。IoB收集并提供有关客户行为、兴趣和偏好的重要信息，试图通过这些数据了解客户，并利用这些信息来修改、开发和推广产品或服务。数据采集完成后，通过分析反馈给其他设备。

如今，我们身边有各种各样的数据设备，随时收集着数字尘埃，这些数字尘埃可以研究每一个行为与行为之间的相对关系。物联网技术用于收集数据和分析反馈信息。

工业4.0:IT、OT、IIoT

全球制造业正在走向智能化。工业4.0基于IIoT和CPS(信息物理系统)，目标是使制造供应链中的流程智能化。CPS指的是数字与物理的结合。从机构的角度来看，就是将物理世界的机构输入到虚拟世界(计算机)中进行模拟，并在计算机中进行修改，直到成功为止。物质世界的真实生产。

制造业期望通过IIoT的实施，实现IT (Information Technology)和OT (Operation Technology)的融合，使制造现场的操作系统与企业的信息系统实现一体化。OT是最早的系统，它的职责是建立和维护制造工厂或生产环境现场等控制过程，并在一个孤立和独立的网络中准确地执行。后期的IT技术主要负责数据的生成、文件的存储、传输、文件的捕获和保护。随着近年来制造业数字化的发展，这些原本相互独立的操作系统正在逐渐整合。例如，通过IIoT、网络、数字通信将变压器自动监控、智能电表、机器物理运行信息等集成到OT中间。

IT和OT的融合，IIoT和CPS的融合，整个过程是一个缓慢的过程。除了技术层面，涉及到的更重要的因素是两个部门的文化整合，这涉及到原本不相关的部门。协作，IT和OT的融合进展非常缓慢。其责任归属问题已成为其整合的最大障碍。

物联网的技术范围和应用领域:

据统计，与物联网相关的市场价值将从2019年的357亿美元增长到2026年的830亿美元，其中北美占最大的市场。市场价值的规模和增长速度意味着未来物联网将有许多蓬勃发展的商机。

物联网在各行业的增长速度，2025年预估产值最高的行业是安防/火警领域，约为1750亿美元，2025年预估产值超过500亿美元的领域包括车头联盟、个人便携电子、支付处理等。零售配送机器人的增长率最高，约为60%，自动道路车辆和农业的增长率接近40%。

即使在2020年受到Covid-19的影响，产值仍为7240亿美元，其中传感器/模块最大，占28.6%，其次是持续服务，占21.3%。2020年的年增长率高达8.2%。到2030年，物联网产值预计将达到1.5万亿美元，其中消费物联网产值将达到6500亿美元。

到2030年，物联网的优势已经从最大的硬件行业转移到服务行业，分别占硬件的34%和服务的66%。此时，物联网服务行业已经从过去几年积累了数据，并在2018年的未来几年，继续收集和优化数据模型，并开始转向销售数据和服务的商业模式，以进一步协助各行业的数字化升级。到2021年，智慧城市的产值将达到1350亿美元，而到2024年，小型零售的产值将达到430亿美元。

推动物联网发展的因素:

• 传感器:随着技术的成熟，传感器的成本不断下降，使制造商能够以更低的价格部署传感器。
• 计算能力:计算能力不断提高。
• 点播云计算:点播云计算的完善，包括亚马逊网络服务(以下简称AWS)、微软Azure、谷歌云平台、阿里云等，不断提升其服务的体量和产值。
• 连接成本:连接成本的急剧下降使越来越多的信息能够轻松廉价地连接到互联网上。
• 数字化商业模式:数字化商业模式的诞生，它是基于利用数字技术为客户创造价值，并允许客户以更低的门槛支付购买费用。例如，EaaS (Equipment as a Service)是一种将设备租赁给最终用户一段时间的商业模式，与传统的一次性销售设备的商业模式不同。例如，客户不再购买发动机，而是租用发动机，制造商在发动机上配备了足够的传感器。未来，发动机的数据监控、维护和维修将由制造商负责。将有许多物联网制造商向EaaS过渡。
  • 客户可以降低安装成本。
  • 在从原来的商业模式向订阅模式过渡的过程中，拥有了更加成熟的融资工具。
  • 来自第三方服务提供商的新竞争。
• 不断发展的合作伙伴关系:在物联网行业，不断发展的合作伙伴关系必须在业务开始时具有全球市场视野。
• 连接技术的进步:连接技术的进步使物联网能够以更合适的方式连接，例如LPWA, 5G等的发展。
• 政府旗舰计划:政府旗舰计划推动智能数字化转型，如智慧城市，政府投入大量资源，开发多种用途。

引入物联网和用户体验反馈的好处:

各行业引入物联网的比例逐年上升。许多物联网已经被引入零售行业、交通行业、政府和医疗保健行业。其中，64%的零售业利用物联网优化供应链，56%的零售业利用物联网优化供应链。交通运输行业使用物联网进行车队管理，58%的政府部门使用物联网解决公共安全问题，66%的医疗保健行业使用物联网跟踪患者、员工和库存。

除此之外，制造业是最积极引入物联网的行业。物联网在制造业中的五大应用包括工业自动化、质量和合规、生产计划和调度、供应链和物流以及工厂安全。制造业正在积极引入物联网，期望提高工厂运营效率。

引入物联网的好处包括提高效率、提高产量和改善质量。

物联网与人工智能的技术结合:

从最初的传感器采集到分析结果，物联网都与人工智能相结合。当一个环境中配备了多个传感器，这些传感器可以感知温度、压力、人类行为、空气质量等，并将感知到的结果输入到AI系统中，AI系统将进行Data Gathering，并通过大数据对结果进行分析。利用算法建立模型，最终确定。此时，AI系统的工作处理已经结束，然后将最佳决策告知传感器和环境系统，环境系统采取行动。

在AI/IoT中，有一项关键技术可以使AI分析和IoT更紧密地联系在一起，并对当前感知到的数据进行实时反馈(采取行动)。这种关键技术被称为流媒体，也被称为实时反应。

什么是物联网解决方案架构?

1. 硬件:包含传感器、网关等。
2. 连通性:包括无线网络、有线网络、短距离网络、长途网络等。
3. 软件:包含物联网平台和不同的层。
4. 安全性:集成了上述安全保障。

总体而言，物联网平台需要向AI平台传输数据。人工智能平台通过机器学习(ML)处理数据，然后将决策信息反馈给物联网平台。

物联网安全的重要性和需求:

物联网在功能和应用方面都是完美的，但为什么没有办法100%导入它?主要因素是物联网安全。

如果没有物联网安全，就会影响行业的发展和企业的技术保护、信息隐私等问题。目前，约98%的物联网消息传输通道未加密，57%的物联网设备对攻击的防护能力较差，83%的医疗成像设备运行在不支持操作系统的环境中，漏洞众多。这就是为什么许多医院系统被黑客攻击，主要原因是系统太脆弱。敏感数据泄露的成本非常高，特别是在医疗保健领域，这意味着物联网安全的重要性，也意味着必须首先解决物联网安全问题，以提高物联网引入的有效性。

4层物联网安全:

1. 第1层-硬件层:
   谈到物联网，首先要讨论的是带有传感器的硬件。因此，物理安全是物联网发展的主要途径。在硬件层面，最需要关注的是物联网设备的设备标识，即为这些设备创建唯一的ID卡。从生产、分销到患者使用，可以知道其来源和身份。此举旨在提高患者安全，实现医疗设备售后监控。
2. 第2层-安全通信:
   该层包括防火墙、入侵检测(IDS)、入侵防御(IPS)和端到端加密。防火墙就是在物联网内部网络和Internet之间设置一个可以被监控和管理的网关，控制所有网络报文的进出，允许或禁止网络中的特定数据访问行为。它的主要工作是检查所有通过的IP报文，并通过IP地址、端口和报文传输方向来控制网络信息报文的传输。
   入侵检测(IDS)系统的主要功能是对网络报文进行监控和检测，并根据预先设置的安全策略对网络和系统的运行状况进行监控。各种攻击尝试、攻击行为或攻击结果。IPS (intrusion prevention)系统由被动转为主动。当发现网络中存在异常报文或行为时，系统不仅向网络管理员发送告警，还会立即采取措施，如阻断源IP等。端到端加密是一种安全的通信方式，在一端设备向另一端设备传输数据时，可以防止第三方访问数据。这是一种通信系统，其中的数据只能被两个终端读取，以防止窃听。由于物联网设备众多，且与其他物联网设备通信频繁，因此端到端加密对物联网设备的重要性非常重要。
3. 第三层-安全云:
   云安全是指用于保护数据、应用程序和云计算基础设施的一组广泛的策略、技术和控制。当数据或信息被发送到云端时，很难对其进行保护，尤其是现在使用多云更加困难。混合云是指同时使用多个提供商(AWS、Azure、谷歌cloud)。数据托管、存储和应用程序栈的实现。
4. 第4层-安全生命周期管理:
   在物联网中，值得关注的不仅仅是硬件、通信安全和云安全。整个生命周期的安全管理是非常重要的。总之，什么时候打补丁、升级、更新，如何更新、升级、如何维护，这些问题涵盖了物联网设备从制造到销售直至设备安全退役的整个生命周期的安全管理。从安全的角度来看，安全管理至关重要。

物联网安全发展趋势:

• 旧的物联网设备是黑客的目标:由于旧设备没有持续更新，也没有受到保护，它们是黑客的主要目标。
• 开源有它的好处，但缺点是它很容易成为恶意攻击的目标，报告建议不要使用新的开源平台，除非它们已经证明自己是安全的。
• 软件开发团队必须在设计之初就将安全性考虑在内，而不能在事后才考虑。
• 谨防API漏洞:由于API提供了一个简单的访问系统，黑客很容易对API进行攻击。开发人员需要更好地保护API身份验证和开发授权流程的方法。简单地说，API是不同事物的组合，每个街角都是黑客可以利用的大漏洞。
• 用于应用程序安全的工具必须响应更快，同时能够扩展到云环境，并提供快速修复漏洞的操作方法。云安全本身就存在巨大的漏洞，如何避免这些漏洞是一个大问题。

物联网的未来趋势及初创企业面临的挑战:

• 物联网安全:作为最脆弱的物联网设备和网络，物联网安全是最大的痛点。
• 制造业:越来越多的制造商正在投资物联网制造。
• 大数据分析和机器学习:数据收集和人工智能算法的应用通常与物联网结合使用。
• 医疗保健:在医疗保健领域有许多物联网应用，但在未来，将会有更多的数字医疗设备以更舒适和非传感的方式捕获人类生物标志物。
• 劳动力管理:劳动力管理是最大化组织绩效水平和能力的过程。未来，这一过程将通过物联网进行优化，使维持高效劳动力所需的所有活动，如现场服务管理、人力资源管理、绩效和培训管理、数据收集、招聘、预算、预测、规划和分析等，都能通过数据分析和人工智能进行实时监控和优化。
• 智慧城市:在智慧城市中，交通拥堵、灾难通知等问题可以通过物联网进行优化。
• 云:物联网连接数据和计算。云是一个必然的趋势，所以各大巨头都把云作为关键。
• 客户服务:未来的商业模式将基于服务，其中之一是设备即服务，必须配备物联网设备来收集使用数据，监控和维护。可以预见，一旦物联网接入互联网，未来的客户维护将是物联网和软件自动化。
• 开发人员提出物联网里程碑:对于物联网开发人员来说，物联网的每一步都可以完成，开发人员有底线，但物联网的无限应用和商业模式的创新，如垂直领域之间的合作等，都需要考虑。
• 为智能商店提供动力:智能商店或无人商店，过去认为无人商店将与区块链捆绑在一起，使用小芯片和手机实现自动结账。