ARM發(fā)表白皮書：物聯(lián)網的過去、現(xiàn)在與未來

　　簡介

　　物聯(lián)網到底是什么? 物聯(lián)網 (Internet of Things, IoT) 是包含智能、傳感器功能的物理對象以及與其交互的網絡、服務器和服務的集合。 這是一個趨勢，而不是一個單一的行業(yè)或市場。但是，ARM 的技術設計能夠使當今與未來的物聯(lián)網應用和服務遍布每一個角落，并具備真正的智能。它由嵌入式微處理器和有線或無線網絡組成，使這些對象能夠自主感知周圍環(huán)境，與其他對象通信，以及與基于互聯(lián)網的服務和基于云的應用進行交互。 物聯(lián)網功能可添加到任意物理對象中，如服裝、珠寶、恒溫器、醫(yī)療設備、家用電器、家庭自動化、工業(yè)控制，甚至是燈泡。這一趨勢需要經濟高效的傳感技術—可持續(xù)使用幾年，而不是幾小時。這些傳感器可以長期收集少量數(shù)據。ARM 認為，用于實現(xiàn)智能的大數(shù)據分析始于小數(shù)據。 ARM?的核心技術打造了傳感器、控制器，以及嵌入到設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互聯(lián)網應用。這為ARM 在大數(shù)據層打下了堅實的基礎—通過傳感器、控制器和嵌入到設備中的智能器件為公司提供分析大數(shù)據所需的小數(shù)據。

　　物聯(lián)網 (IoT) 時代已經到來，且已應用在我們現(xiàn)今的生活當中?，F(xiàn)今的模型專注于控制辦公室內取暖與照明的樓宇管理系統(tǒng)，而未來的物聯(lián)網將囊括數(shù)十億通過互聯(lián)網相互連接并共享數(shù)據的設備。本白皮書著眼于如何實現(xiàn)這一愿景，以及為構建一個完全實現(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)網如何提供多樣化和差異化產品(要實現(xiàn)這些功能，必須建立堅實的小數(shù)據基礎，以衍生出位于物聯(lián)網頂層的大數(shù)據，并從中得到見解以及形成新型應用與服務)。這會對數(shù)據的處理方式和節(jié)能解決方案的重要性產生一定影響。

　　物聯(lián)網的歷史

　　20 世紀 60 年代，計算技術誕生。該技術主要用于專門的應用—從天氣預報到復雜的電話交換系統(tǒng)，乃至核武器試驗。通常情況下，個別應用需要大量的資金、資源和技術等方面的投入。該高性能計算市場圍繞這些早期實施逐漸壯大，但應用范圍仍很狹隘。當時，該市場的主力消費者是需要借助超級計算中心進行復雜模擬和研究的組織。大型機計算單元的職責是處理數(shù)據。之后，借助編程進行商用計算變得日益簡單，此時開始出現(xiàn)標準應用程序。大型機轉變?yōu)轶w積更小、價格更低的微型計算機，拓展了計算的市場覆蓋范圍。

　　接下來的進化步驟是微處理器和個人電腦 (PC) 的演變，個人電腦使計算機的觸角延伸到了更多的中小型企業(yè)以及家庭和學校。之后，隨著筆記本電腦的出現(xiàn)，PC 趨向移動化，并掀起了手機領域的革命，使之迅速演變成一個移動計算平臺。今天，我們生活在一個以手機為中心的世界里，我們連接到令人眼花繚亂的各種設備，信息源通過手機傳達;對許多人來說，手機已成為其最主要的計算設備。

　　與此同時，在很大程度上受到忽視的微處理器促生出了另一個完整的市場—嵌入式控制。 將微處理器與內存集成到一個芯片上，微控制器就這樣誕生了。這些廉價設備悄無聲息地滲入到人們的生活中，它們廣泛存在于電視機遙控器、錄像機 (VCR)、空調系統(tǒng)、汽車剎車系統(tǒng)以及電腦的鍵盤和硬盤。伴隨消費電子設備從模擬技術向數(shù)字技術的過渡，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間方面做過諸多優(yōu)化的環(huán)保型洗衣機。這些設備與互聯(lián)網的連接，以及其他一些相關事物合稱為物聯(lián)網。未來的物聯(lián)網將不僅僅局限于如今這許多我們稱之為智能的事物，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、樓宇、照明，甚至是道路之間的連接。這將為我們帶來新的業(yè)務、新的機遇、新的體驗和新的服務。這將是下一波浪潮，它無疑會對人類、公司和國家/地區(qū)產生重大影響。但是，物聯(lián)網已經存在了很長一段時間。 例如，我們于 2000 年初入住的 ARM 總部大樓在上世紀 90 年代興建之時就采用了電子設備。 您甚至可以坐在世界彼端的電腦前操控每個房間內的空調。這是物聯(lián)網的一個早期示例。取暖通風及空調系統(tǒng) (HVAC) 已從黑白終端轉變?yōu)槿缃褚子玫南M電子設備，如移動設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示例。這種恒溫器能夠“感知”家庭對溫度的需求，可在感知屋內無人時停止加熱，以節(jié)省燃料費，并能夠提醒房主節(jié)約能源，使其通過智能手機、平板電腦或網絡瀏覽器就能對該恒溫器進行遠程控制。

　　大數(shù)據源自小數(shù)據

　　亞馬遜、新浪、騰訊等公司收集數(shù)以百萬計的交易和網頁點擊數(shù)據，并對這些數(shù)據進行分析、匯總，找出趨勢。這些趨勢有助于推動業(yè)務。 此類建議的產生全都基于所謂的大數(shù)據。 但是，要分析大數(shù)據，必須要有小數(shù)據才行。 在上例中，這些數(shù)據來源于在線瀏覽和購買。 在物聯(lián)網的情境中，小數(shù)據將來自傳感器、控制器以及其他基于ARM技術的 嵌入式智能器件。

　　對消費者而言，物聯(lián)網的核心是個人應用、提供便利和促進健康(也稱作“量化自我”)，是一場將技術融入個人日常生活數(shù)據采集過程的運動，數(shù)據采集涉及攝入(如食物攝取、周圍空氣質量)、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。此類自我監(jiān)控和自我感知技術將穿戴式傳感器(EEG、ECG、視頻等)與穿戴式計算技術(如 Nike FuelBand、Runkeep 移動應用、Withings scales 等)融合在一起。 下面是一個關于如何借助嵌入式智能器件在繁忙的都市中尋找停車位的示例。 SF Park(業(yè)務覆蓋舊金山)和 Streetline(業(yè)務覆蓋德國、英國和全美)可收集并分發(fā)街道及停車場中停車位的相關實時信息。 不僅免去了司機兜圈尋找停車位的麻煩，還減少了交通擁堵現(xiàn)象。另一方面，它使得運營商能夠根據各區(qū)域停車位的需求狀況相應地降低或提高停車計時器和停車場的泊車價格。 這些小數(shù)據由采用 ARM Cortex?-M3 處理器的停車位置傳感器(電池驅動，可連續(xù)運行數(shù)年)生成。 智能城市可將這一泊車優(yōu)化模式加以推廣，形成覆蓋全市的智能基礎設施，從而節(jié)省開支、降低碳排放并提高生活質量。這些具有開拓性質的大規(guī)模成本節(jié)約部署可以平衡公共部門長遠規(guī)劃周期內的基礎設施成本，同時減輕污染。 這引出了一個問題，如何共享數(shù)據? 何種標準與格式可受信任? 如果這些問題得不到解決，物聯(lián)網就難以形成跨所有市場運作所需的規(guī)模。

　　共享數(shù)據需要信任

　　在討論數(shù)據交換時，一個顯而易見的問題是—是否安全?我的回答是“人類對共享或跟蹤數(shù)據到底有多關注?” 今天，Google 可以告訴你：你住在哪里?你喜歡什么?你的興趣是什么?并將這些數(shù)據出售給廣告商。 就目前而言，人們對此并不在意。 Google 提供了一些隱私設置，可避免此類共享，但又有多少人理會呢? 我相信大多數(shù)人都不在意這些事情。如今，Google 通過掃描您的電子郵件文本來發(fā)送廣告消息，F(xiàn)acebook 利用面部識別向貓主人推送廣告，許多人似乎已習以為常。

　　我來舉兩個提供不同好處的示例(健康和監(jiān)控)。 “謹慎駕駛”汽車保險公司向您承諾，如果您同意在車內安裝一個可將目的地、車速、行程時間等信息傳回該公司的跟蹤裝置(以便公司知道您是一位具有安全意識的司機)，則可降低您的保費。反之，一旦您不再負責任地駕駛(比如在深夜或反應遲鈍時駕車)，則保費就會提高。

　　Preventice 出品的 BodyGuardian 遠程病患監(jiān)控系統(tǒng)能夠借助連接到病人胸部的人體傳感器收集 ECG、心率和活動水平數(shù)據，并通過手機傳送給醫(yī)生，以檢測和監(jiān)控心律失常。該系統(tǒng)由 Preventice 與 Mayo Clinic 合作開發(fā)，可在病患與醫(yī)療團隊之間建立持續(xù)的連接。

　　今天的大多數(shù)小數(shù)據存儲在不同的數(shù)據孤島中。我們面臨的難題是共享數(shù)據如何供大數(shù)據使用。 如果我想與醫(yī)生共享我的體重數(shù)據，我該怎么做呢? 我可能會需要一臺不同的設備，而這一小數(shù)據往往與某臺設備“捆綁”在一起，或綁定到某個專有孤島中的某個服務。 孤島之間互不通信，制約了物聯(lián)網的發(fā)展。

　　但是，如果您的駕駛風格比較狂野，保險成本就會上升，您愿意與壽險公司共享這些數(shù)據以方便他們提高您的壽險保費嗎?數(shù)據歸誰所有，可與誰共享，出于何種目的?

　　如果幾家服務提供商之間可以實現(xiàn)數(shù)據共享，而不是將數(shù)據限制在孤島中，物聯(lián)網將可發(fā)揮更大的作用并形成更大的規(guī)模。這些示例映射出了隱私方面的問題，以及電子商務優(yōu)化數(shù)據共享的方式。

　　未來的物聯(lián)網將建立在信任的基礎上，即：從設備生成可信的數(shù)據，從設備及其周邊獲取信息，和依據數(shù)據提供您所信任的服務。保險公司想要認定受到監(jiān)測的車是您的，就必須信任其所接收的數(shù)據，而您需要確信數(shù)據被提供給了您信任的人。 這使得物聯(lián)網超出了調節(jié)樓宇溫度的范圍，而是上升到了確保樓宇高效運作和共享數(shù)據的范疇。這將物聯(lián)網從控制升華到了增值。

　　ARM 之于物聯(lián)網

　　物聯(lián)網較移動互聯(lián)網系統(tǒng)復雜得多。如果說移動互聯(lián)網擁有 100 億個單位，則物聯(lián)網將包含 1000 億個單位。如果說PC 有臺式機和筆記本電腦兩大類，移動計算有直板、翻蓋、滑蓋、觸屏、智能手機、平板電腦、寫字板和變形平板等數(shù)十種品類，那么物聯(lián)網將囊括數(shù)以百萬計的類別。

　　這將帶來海量的選擇和多樣性—不可能會有 1000 億臺相同的設備。未來將涌現(xiàn)數(shù)百萬種不同的設備和應用： 您對于醫(yī)療傳感器的需求肯定不同于對空調的需求;溫度傳感器也不同于電動馬達中的控制器。 所有這些又都與汽車中使用的控制器不同。未來的物聯(lián)網對于產品的需求千變萬化，但它們都將基于 ARM的核心技術。

　　為充分發(fā)揮物聯(lián)網的潛力，多樣化至關重要。 ARM 的商業(yè)模式基于將核心技術授權給不同的合作伙伴，使他們能夠實現(xiàn)差異化并增加價值。使每一種產品類別都對應著多家供應商，可確保競爭，而競爭激勵創(chuàng)新和差異化，這充分體現(xiàn)了物聯(lián)網的多樣性本質。

　　拿汽車發(fā)動機作比喻的話，ARM 是在設計發(fā)動機，而我們的合作伙伴則負責制造汽車。 同一種發(fā)動機可在數(shù)百種車輛中使用。只要提供十種發(fā)動機尺寸選擇，制造商就能制造出汽車、推土機、飛機和農場設備。 換句話說，不同的發(fā)動機(尺寸從小到大)可以延伸市場觸角。 繼續(xù)這一比喻，為了滿足不同的客戶群，雙門跑車與公交車可能所需的同種發(fā)動機，只是尺寸和功能不同。

　　較之今天的移動互聯(lián)網，為了探索新市場，除了面向不同市場和從小到大的規(guī)模擴張能力外，物聯(lián)網的生態(tài)系統(tǒng)還必須更加多樣化。在ARM 對其基于合作伙伴關系的商業(yè)模式下，促進生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)新是一個重要的組成部分。

　　ARM 的合作伙伴在 2012 年銷售了 87 億顆芯片，而嵌入式控制的市場總和為 172 億顆。 據預測，到 2020 年，該市場將因物聯(lián)網器件推動而增長到 270 億顆芯片。 在這些嵌入式控制器中，有許多將應用在物聯(lián)網產品中。 軟件需求的增加對于 ARM 的產品來說是天作之合。 但更重要的是，物聯(lián)網將連接以前從未使用過電子產品的設備。例如，我新買的浴室秤就是一個物聯(lián)網家電。 它不僅能夠顯示我的體重，而且能夠將數(shù)據保存在云中，所以我可以在手機上看到自己體重的增減趨勢線。 人類一直在創(chuàng)造新的可能;密歇根大學的工作成果就是其中之一。其團隊創(chuàng)建了一個尺寸不足一立方毫米的完整系統(tǒng)(小到幾乎看不到)。 該系統(tǒng)采用 ARM 技術構建，包含處理器、內存、電池和用于提取能源的太陽能電池，具有實現(xiàn)極短程通信的能力。它是最終的物聯(lián)網組件，可能會促生出無數(shù)的應用。

　　這些當今物聯(lián)網的示例依賴于廉價的小型傳感器。它們必須省電，能夠依靠電池運作 10 年。 此外，其設計還必須使其能夠方便地集成到成本不足 1 美元(可能只有 50 美分)的物件中。 但是，并非所有設備都是依靠電池運作并埋入天花板中的小型微控制器。相反，有些設備將提供更為復雜與智能手機相似的用戶界面，或具有本地處理單元以便對數(shù)據進行本地分析。

　　物聯(lián)網可創(chuàng)造更加智能的機遇，因此，它需要搭載和智能傳感器、智能手機、智能網絡和智能服務器相同的節(jié)能技術。這些服務器將造就云計算的崛起，以便對大數(shù)據進行分析，并提供智能服務。

　　層和服務

　　請試想這樣一個場景：因為您今晚會較晚回家，您在手機網絡瀏覽器上打開安裝在樓梯間的家庭自動化服務器的主頁，然后打開客廳里的一盞燈?；ヂ?lián)網是位于將您與燈泡連接在一起的網絡技術之上的一系列層。 互聯(lián)網提供了一種簡潔之美：您可通過同一個網絡瀏覽器找到并控制您的燈泡，而不必知道或在意正在使用的是 WiFi 還是 3G 。網絡瀏覽器不在意是需要一臺還是數(shù)千臺不同的服務器才能通過衛(wèi)星、電纜或光纖連接到您。 它也不關注旅程的終點是藍牙還是Zigbee。 互聯(lián)網之所以能夠正常運作，就是因為協(xié)議和服務層掩蓋了這些層下的復雜性。

　　雖然控制設備是物聯(lián)網的一個重要組成部分，但它終究只是一部分。物聯(lián)網允許任意設備在任意位置加入并將所有設備連接在一起，但困難的是使這項工作對于用戶而言能夠盡可能得簡單、方便、流暢，就像當今網頁與設備的交互那樣。

　　物聯(lián)網將需要更多的標準化層，使應用程序能夠以可靠的方式只與那些您已授權的服務共享數(shù)據。最重要的是，它要像今天的七層 ISO 模型那樣，使用戶不必了解或關注它的存在。 拓展互聯(lián)網的規(guī)模并使之能夠容納高達 1000 億臺設備是技術行業(yè)的責任。 要使這種共享方式能夠像今天的互聯(lián)網一樣簡便易用和流暢，還有更多工作要做。因此，物聯(lián)網的關鍵是如何將所有這些設備連接到同一個網絡中、并進行此類小數(shù)據的可信共享，以實現(xiàn)大數(shù)據服務。 我們所追求的這種無處不在的環(huán)境并不僅僅是一個網絡的集合，它還是實現(xiàn)服務的云計算和存儲，無論是 Facebook 還是醫(yī)療保健提供商，都要遵照我的條款共享我的數(shù)據，并為我提供更多價值。一旦做到這一點，我們將可創(chuàng)造出許多尚未想象到的商機。

　　展望未來

　　如果家用電器制造商協(xié)會的預測正確，到2020年，智能家電市場(即能夠監(jiān)視和控制用電量的家電)的價值將從目前的6.13億美元增長至349億美元。此類家電將連接到互聯(lián)網，并在需要維修或即將更換零件時發(fā)送消息給消費者。這種預防性維護可為消費者(當然也包括制造商)節(jié)省金錢。此外，這還將在消費者與制造商之間建立某種關系，有利于樹立消費者對于該品牌的忠誠度。當然，這可能也有助于提高能源效率。

　　在構成物聯(lián)網具有嵌入式智能器件的數(shù)以百萬計的設備中，有許多設備將作為服務的一部分以資助形式交付。我在上文中引用的“謹慎駕駛”汽車保險的例子，或觀看體育節(jié)目直播所需的有線電視機頂盒就是例子之一?？梢蕴峁┵徺I或租用選項，以便讓技術得以更新。有一種趨勢是“非所有”形式(即“租用”技術)。這可解除投資資金對消費者的鉗制，使后者能夠盡情享受技術或產品。(類似于廣播或電視等技術推廣初期采用的租用模式。)

　　我們對于物聯(lián)網的其他期望是能夠提高世界各地的醫(yī)療或衛(wèi)生條件。例如，如果使用智能手機或醫(yī)療傳感器的MoboSens 水測試傳感器的價格能夠降到幾美分，也許就能將其推廣到第三世界國家/地區(qū)。

　　物聯(lián)網是推動者。它由有想法的人推動。它擁有許多方面。與互聯(lián)網一樣，它不是一個個體。互聯(lián)網擁有 Facebook、亞馬遜、新聞網站、Twitter 和 PirateBay。 互聯(lián)網不受某個應用或某一市場的支配。 它促進多樣化，同樣地，物聯(lián)網也將是多樣化的，不同的市場將以不同的速率和在不同的時間接納它。因為這 1000 億個傳感器的出現(xiàn)，互聯(lián)網將需要多處理多少數(shù)據? 毫無疑問，數(shù)據會增加，據 Computer Science Corporation 預測，到 2020 年，常規(guī)數(shù)據會增長 10倍，達到 35ZB (35,000,000,000,000,000,000,000)，對于這一點我很認同。

　　ARM 不僅促成了差異化，而且還倡導差異化。 這是快速推動網絡和標準發(fā)展以實現(xiàn)個體連接所必需的。隨著行業(yè)的發(fā)展成熟，將產生對多樣化的需求。

　　文化障礙

　　物聯(lián)網無處不在這一特性無疑將突出一些文化上的差異。哪些是正面因素，哪些是負面因素，可能取決于您是誰。 例如，拿車內攝像頭來說。 很多人可以接受泊車攝像頭、車道偏離警告和車道控制系統(tǒng)在感知司機打盹時操縱車輛。 這些均被看作是具有積極意義的安全功能。然而，事實證明，在儀表板上加裝攝像頭來記錄事故發(fā)生時的境況在俄羅斯很流行，但在美國卻可能因隱私問題而難以普及。 因此，能夠推廣開來的物聯(lián)網模型會因不同的消費者、市場、區(qū)域等因素而異。

　　結論

　　物聯(lián)網業(yè)已出現(xiàn)，但目前仍側重于控制領域。 而未來的物聯(lián)網將是如今的所有設備，乃至我們今天無法設想的設備之間實現(xiàn)的互聯(lián)及可信數(shù)據共享。

　　物聯(lián)網對不同的人有著不同的意味—本應如此。在 ARM，我們歡迎 SF Park、下水道窨井上的傳感器和用于老人醫(yī)療保健的傳感器所提供的多樣性(而不只是局限于健康和活力方面)。 ARM 的處理器、傳感器、發(fā)射器和無線電器件可通過 WiFi 或藍牙網絡傳輸數(shù)據。 這意味著老年人可盡享獨立生活的樂趣，又可在有需要時立即通知親屬。

　　ARM 深知作為物聯(lián)網基礎層的小數(shù)據依賴于我們向合作伙伴提供無處不在的低功耗嵌入式智能設備的能力。所有大數(shù)據都始于小數(shù)據，未來的挑戰(zhàn)在于實現(xiàn)數(shù)據連接并借助強大生態(tài)系統(tǒng)的支持提供切實可行的多樣化服務。

　　物聯(lián)網將呈現(xiàn)多種變化。 唯一可以肯定的是，ARM 將處于物聯(lián)網的中心。