ARM白皮書(shū)：物聯(lián)網(wǎng)的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)

物聯(lián)網(wǎng)到底是什么? 物聯(lián)網(wǎng) (Internet of Things， IoT) 是包含智能、傳感器功能的物理對(duì)象以及與其交互的網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和服務(wù)的集合。 這是一個(gè)趨勢(shì)，而不是一個(gè)單一的行業(yè)或市場(chǎng)。但是，ARM 的技術(shù)設(shè)計(jì)能夠使當(dāng)今與未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和服務(wù)遍布每一個(gè)角落，并具備真正的智能。它由嵌入式微處理器和有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組成，使這些對(duì)象能夠自主感知周?chē)h(huán)境，與其他對(duì)象通信，以及與基于互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)和基于云的應(yīng)用進(jìn)行交互。 物聯(lián)網(wǎng)功能可添加到任意物理對(duì)象中，如服裝、珠寶、恒溫器、醫(yī)療設(shè)備、家用電器、家庭自動(dòng)化、工業(yè)控制，甚至是燈泡。這一趨勢(shì)需要經(jīng)濟(jì)高效的傳感技術(shù)—可持續(xù)使用幾年，而不是幾小時(shí)。這些傳感器可以長(zhǎng)期收集少量數(shù)據(jù)。ARM 認(rèn)為，用于實(shí)現(xiàn)智能的大數(shù)據(jù)分析始于小數(shù)據(jù)。 ARM的核心技術(shù)打造了傳感器、控制器，以及嵌入到設(shè)備中的其他智能器件。去年，ARM 的合作伙伴售出了 87 億塊芯片，其中有很大比例是面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這為ARM 在大數(shù)據(jù)層打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)—通過(guò)傳感器、控制器和嵌入到設(shè)備中的智能器件為公司提供分析大數(shù)據(jù)所需的小數(shù)據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，且已應(yīng)用在我們現(xiàn)今的生活當(dāng)中。現(xiàn)今的模型專(zhuān)注于控制辦公室內(nèi)取暖與照明的樓宇管理系統(tǒng)，而未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)將囊括數(shù)十億通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相互連接并共享數(shù)據(jù)的設(shè)備。本白皮書(shū)著眼于如何實(shí)現(xiàn)這一愿景，以及為構(gòu)建一個(gè)完全實(shí)現(xiàn) IoT 連接的智能世界，我們需要克服哪些困難，又有哪些要素業(yè)已具備。最后，我們將探討物聯(lián)網(wǎng)如何提供多樣化和差異化產(chǎn)品(要實(shí)現(xiàn)這些功能，必須建立堅(jiān)實(shí)的小數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以衍生出位于物聯(lián)網(wǎng)頂層的大數(shù)據(jù)，并從中得到見(jiàn)解以及形成新型應(yīng)用與服務(wù))。這會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的處理方式和節(jié)能解決方案的重要性產(chǎn)生一定影響。

物聯(lián)網(wǎng)的歷史

20 世紀(jì) 60 年代，計(jì)算技術(shù)誕生。該技術(shù)主要用于專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用—從天氣預(yù)報(bào)到復(fù)雜的電話(huà)交換系統(tǒng)，乃至核武器試驗(yàn)。通常情況下，個(gè)別應(yīng)用需要大量的資金、資源和技術(shù)等方面的投入。該高性能計(jì)算市場(chǎng)圍繞這些早期實(shí)施逐漸壯大，但應(yīng)用范圍仍很狹隘。當(dāng)時(shí)，該市場(chǎng)的主力消費(fèi)者是需要借助超級(jí)計(jì)算中心進(jìn)行復(fù)雜模擬和研究的組織。大型機(jī)計(jì)算單元的職責(zé)是處理數(shù)據(jù)。之后，借助編程進(jìn)行商用計(jì)算變得日益簡(jiǎn)單，此時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序。大型機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w積更小、價(jià)格更低的微型計(jì)算機(jī)，拓展了計(jì)算的市場(chǎng)覆蓋范圍。

接下來(lái)的進(jìn)化步驟是微處理器和個(gè)人電腦 (PC) 的演變，個(gè)人電腦使計(jì)算機(jī)的觸角延伸到了更多的中小型企業(yè)以及家庭和學(xué)校。之后，隨著筆記本電腦的出現(xiàn)，PC 趨向移動(dòng)化，并掀起了手機(jī)領(lǐng)域的革命，使之迅速演變成一個(gè)移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)。今天，我們生活在一個(gè)以手機(jī)為中心的世界里，我們連接到令人眼花繚亂的各種設(shè)備，信息源通過(guò)手機(jī)傳達(dá);對(duì)許多人來(lái)說(shuō)，手機(jī)已成為其最主要的計(jì)算設(shè)備。

與此同時(shí)，在很大程度上受到忽視的微處理器促生出了另一個(gè)完整的市場(chǎng)—嵌入式控制。 將微處理器與內(nèi)存集成到一個(gè)芯片上，微控制器就這樣誕生了。這些廉價(jià)設(shè)備悄無(wú)聲息地滲入到人們的生活中，它們廣泛存在于電視機(jī)遙控器、錄像機(jī) (VCR)、空調(diào)系統(tǒng)、汽車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)以及電腦的鍵盤(pán)和硬盤(pán)。伴隨消費(fèi)電子設(shè)備從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的過(guò)渡，它們又促生出了平面電視、MP3 播放器、DVD 和家庭影院系統(tǒng)，以及在用水和洗衣時(shí)間方面做過(guò)諸多優(yōu)化的環(huán)保型洗衣機(jī)。這些設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的連接，以及其他一些相關(guān)事物合稱(chēng)為物聯(lián)網(wǎng)。未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)將不僅僅局限于如今這許多我們稱(chēng)之為智能的事物，而是將囊括所有可以連接的物件。這些新型連接可能意味著前所未有的連接，如人員、流程、加入到醫(yī)療器械中的智能數(shù)據(jù)、樓宇、照明，甚至是道路之間的連接。這將為我們帶來(lái)新的業(yè)務(wù)、新的機(jī)遇、新的體驗(yàn)和新的服務(wù)。這將是下一波浪潮，它無(wú)疑會(huì)對(duì)人類(lèi)、公司和國(guó)家/地區(qū)產(chǎn)生重大影響。但是，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)存在了很長(zhǎng)一段時(shí)間。 例如，我們于 2000 年初入住的 ARM 總部大樓在上世紀(jì) 90 年代興建之時(shí)就采用了電子設(shè)備。 您甚至可以坐在世界彼端的電腦前操控每個(gè)房間內(nèi)的空調(diào)。這是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)早期示例。取暖通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng) (HVAC) 已從黑白終端轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃褚子玫南M(fèi)電子設(shè)備，如移動(dòng)設(shè)備或界面更加友好的家用觸摸屏控制系統(tǒng)。Nest Labs 恒溫器就是我們現(xiàn)今擁有的智能控制器件的一個(gè)示例。這種恒溫器能夠“感知”家庭對(duì)溫度的需求，可在感知屋內(nèi)無(wú)人時(shí)停止加熱，以節(jié)省燃料費(fèi)，并能夠提醒房主節(jié)約能源，使其通過(guò)智能手機(jī)、平板電腦或網(wǎng)絡(luò)瀏覽器就能對(duì)該恒溫器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

大數(shù)據(jù)源自小數(shù)據(jù)

亞馬遜、新浪、騰訊等公司收集數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的交易和網(wǎng)頁(yè)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、匯總，找出趨勢(shì)。這些趨勢(shì)有助于推動(dòng)業(yè)務(wù)。 此類(lèi)建議的產(chǎn)生全都基于所謂的大數(shù)據(jù)。 但是，要分析大數(shù)據(jù)，必須要有小數(shù)據(jù)才行。 在上例中，這些數(shù)據(jù)來(lái)源于在線(xiàn)瀏覽和購(gòu)買(mǎi)。 在物聯(lián)網(wǎng)的情境中，小數(shù)據(jù)將來(lái)自傳感器、控制器以及其他基于ARM技術(shù)的 嵌入式智能器件。

對(duì)消費(fèi)者而言，物聯(lián)網(wǎng)的核心是個(gè)人應(yīng)用、提供便利和促進(jìn)健康(也稱(chēng)作“量化自我”)，是一場(chǎng)將技術(shù)融入個(gè)人日常生活數(shù)據(jù)采集過(guò)程的運(yùn)動(dòng)，數(shù)據(jù)采集涉及攝入(如食物攝取、周?chē)諝赓|(zhì)量)、狀態(tài)(如情緒、興奮、血液氧氣含量)和行為(包括心理及生理)等方面。此類(lèi)自我監(jiān)控和自我感知技術(shù)將穿戴式傳感器(EEG、ECG、視頻等)與穿戴式計(jì)算技術(shù)(如 Nike FuelBand、Runkeep 移動(dòng)應(yīng)用、Withings scales 等)融合在一起。 下面是一個(gè)關(guān)于如何借助嵌入式智能器件在繁忙的都市中尋找停車(chē)位的示例。 SF Park(業(yè)務(wù)覆蓋舊金山)和 Streetline(業(yè)務(wù)覆蓋德國(guó)、英國(guó)和全美)可收集并分發(fā)街道及停車(chē)場(chǎng)中停車(chē)位的相關(guān)實(shí)時(shí)信息。 不僅免去了司機(jī)兜圈尋找停車(chē)位的麻煩，還減少了交通擁堵現(xiàn)象。另一方面，它使得運(yùn)營(yíng)商能夠根據(jù)各區(qū)域停車(chē)位的需求狀況相應(yīng)地降低或提高停車(chē)計(jì)時(shí)器和停車(chē)場(chǎng)的泊車(chē)價(jià)格。 這些小數(shù)據(jù)由采用 ARM Cortex?-M3 處理器的停車(chē)位置傳感器(電池驅(qū)動(dòng)，可連續(xù)運(yùn)行數(shù)年)生成。 智能城市可將這一泊車(chē)優(yōu)化模式加以推廣，形成覆蓋全市的智能基礎(chǔ)設(shè)施，從而節(jié)省開(kāi)支、降低碳排放并提高生活質(zhì)量。這些具有開(kāi)拓性質(zhì)的大規(guī)模成本節(jié)約部署可以平衡公共部門(mén)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃周期內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施成本，同時(shí)減輕污染。 這引出了一個(gè)問(wèn)題，如何共享數(shù)據(jù)? 何種標(biāo)準(zhǔn)與格式可受信任? 如果這些問(wèn)題得不到解決，物聯(lián)網(wǎng)就難以形成跨所有市場(chǎng)運(yùn)作所需的規(guī)模。