設備硬件及其互操作性，以便物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展并充分發(fā)揮其潛力。仍在建設中的其他物聯(lián)網(wǎng)元素與互聯(lián)網(wǎng)有關。連接和安全性仍然需要成熟。

例如，短距離無線網(wǎng)絡是另一個需要工作的主要物聯(lián)網(wǎng)構建模塊。它用于本地網(wǎng)絡，例如：

藍牙

Zigbee

6LoWPAN

Thread

WirelessHART等工業(yè)協(xié)議

使用最新版本的藍牙和Zigbee，這兩種協(xié)議現(xiàn)在都可以傳輸IP數(shù)據(jù)包，正如IDC所代表的那樣，它允許一個唯一可識別的端點。仍需要網(wǎng)關/集線器/集中器從短程無線域移動到互聯(lián)網(wǎng)域。例如，使用藍牙，智能手機或平板電腦可以成為此網(wǎng)關。

局域網(wǎng)的主要研發(fā)工作主要集中在無線電硬件和功耗上，這樣我們就可以避免為無線設備，網(wǎng)絡拓撲和軟件堆棧使用電源線或電池。6LoWPAN及其在谷歌方向上的最新發(fā)展，Thread，正在推動這一領域的極限。由于消費者習慣于定期更換技術，例如每隔幾年更新一次電腦和智能手機，因此消費市場是這一發(fā)展的良好實驗室。

物聯(lián)網(wǎng)中的遠程無線網(wǎng)絡也需要成熟。事物的連接依賴于現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡。對于移動物聯(lián)網(wǎng)設備和難以到達的區(qū)域，IP網(wǎng)絡主要通過蜂窩系統(tǒng)實現(xiàn)。但是，有多個地方?jīng)]有蜂窩覆蓋。此外，盡管蜂窩電話是有效的，但隨著終端設備的數(shù)量開始達到大量，它變得太昂貴。用戶可以為單個數(shù)據(jù)計劃付費(例如，在汽車中使用蜂窩調制解調器來提供Wi-Fi)，但是當操作大型機隊時，這種成本很快就會變得過高。

對于沒有穩(wěn)定電源的終端設備 - 例如在農業(yè)應用或管道監(jiān)控中 - 蜂窩電話的使用也不是一個好的選擇。蜂窩調制解調器相當耗電。

因此，我們開始在遠程無線連接中看到物聯(lián)網(wǎng)設備流量的新競爭者。一種稱為低功率廣域網(wǎng)(LPWAN)的新型無線技術已經(jīng)開始出現(xiàn)。以前您可以選擇距離有限的低功率(802.15.4)或更高距離的高功率，LPWAN提供了一個很好的折衷方案：電池供電操作，距離可達30KM。

LPWAN有許多競爭技術，但兩種方法特別重要的是LoRa和SIGFOX。

LoRa為協(xié)議提供了一個開放的規(guī)范，最重要的是，提供了一個開放的業(yè)務模型。后者意味著任何人都可以建立一個LoRa網(wǎng)絡 - 從個人或私人公司到網(wǎng)絡運營商。

SIGFOX是一種超窄帶技術。它需要廉價的端點無線電和更復雜的基站來管理網(wǎng)絡。電信運營商通常攜帶最大量的數(shù)據(jù); 通常是高頻(例如5G)，而SIGFOX打算通過使用較低頻率來做相反的事情。SIGFOX宣稱其消息可以傳輸長達1,000公里(620英里)，每個基站可以處理多達100萬個對象，消耗標準蜂窩系統(tǒng)能量的1/1000。如果從端點到基站，SIGFOX通信往往會更好，因為端點上的接收靈敏度不如昂貴的基站。它具有雙向功能，但其從基站返回端點的容量受到限制，

SIGFOX和LoRa多年來一直是LPWAN領域的競爭對手。然而，即使使用不同的商業(yè)模式和技術，SIGFOX和LoRa也有相同的目標：在城市和全國范圍的LPWAN上采用物聯(lián)網(wǎng)部署。對于物聯(lián)網(wǎng)，LPWAN解決了連接問題，無需復雜網(wǎng)格或人口密集的星形網(wǎng)絡，即可完全覆蓋整個建筑物，校園或城市。

LPWAN的優(yōu)點是蜂窩運營商所熟知的; 事實上，諾基亞，愛立信和英特爾正在合作開發(fā)窄帶LTE(NB-LTE)。他們認為這是使用LTE為物聯(lián)網(wǎng)設備供電的最佳途徑。NB-LTE代表LTE的優(yōu)化變體。據(jù)他們說，它非常適合物聯(lián)網(wǎng)市場，因為它易于部署，易于使用并提供強大的電源效率。這三個合作伙伴面臨著一系列支持替代技術的競爭利益。其中包括華為和其他支持現(xiàn)有窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)提案的公司。

這些技術是解決一些以云為中心的網(wǎng)絡挑戰(zhàn)的解決方案的一部分。它正在發(fā)生，但我們不能說這是今天的主流技術。

互聯(lián)網(wǎng)問題

除了互聯(lián)網(wǎng)的無線連接問題之外，還有關于互聯(lián)網(wǎng)本身的問題。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)設備使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)。在IPSO聯(lián)盟成立于2008年，以促進IP收養(yǎng)。去年，該聯(lián)盟公開宣稱所有行業(yè)都清楚地知道在物聯(lián)網(wǎng)設備中使用知識產權?，F(xiàn)在的問題是，“如何最好地利用IP?”

例如，當前的IP網(wǎng)絡拓撲和層次結構是否能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)要求?當我們開始考慮在網(wǎng)絡中使用網(wǎng)關/集線器/集中器時，它也會引發(fā)網(wǎng)絡設備使用和數(shù)據(jù)處理位置的問題。從端點獲取數(shù)據(jù)并將其一直發(fā)送到后端系統(tǒng)(云)是否有意義，或者某些本地處理是否會提供更好的系統(tǒng)設計?

全球業(yè)界現(xiàn)在的想法是，分布式處理是一種更好的解決方案，但互聯(lián)網(wǎng)不是那種方式構建的。預測的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的廣度和規(guī)模需要在多個層面進行協(xié)作，包括硬件，邊緣和云端軟件，以及使所有“事物”能夠進行通信和互操作的協(xié)議和數(shù)據(jù)模型標準。世界網(wǎng)絡專家知道，由受限設備和網(wǎng)絡組成的當前基礎設施根本無法跟上物聯(lián)網(wǎng)設備產生的數(shù)據(jù)流量，也無法滿足某些系統(tǒng)所要求的低延遲響應時間。鑒于預測的物聯(lián)網(wǎng)增長，這個問題只會變得更糟。

在他的文章“物聯(lián)網(wǎng)需要霧計算”中，Prismtech的首席技術官Angelo Corsaro 提出了很多關于我們今天所知的互聯(lián)網(wǎng)不足的原因。他表示，它必須從云變?yōu)殪F，以支持新的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理要求。

現(xiàn)有的以云為中心的網(wǎng)絡對于廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應用的主要挑戰(zhàn)是：

連接(每個設備一個連接)

帶寬(大量設備將超過人類通信的數(shù)量)

延遲(反應時間必須與應用程序交互的物理實體或過程的動態(tài)兼容)

成本(對于系統(tǒng)所有者，每個連接的成本乘以設備數(shù)量可能會降低系統(tǒng)的ROI)

這些問題促成了OpenFog聯(lián)盟(OFC)的成立。OFC的創(chuàng)建是為了定義可組合性架構和霧/邊緣/分布式計算方法，包括創(chuàng)建一個參考設計，提供接近終端設備的互操作性。OFC的工作將定義分布式計算，網(wǎng)絡，存儲，控制和資源的架構，以支持物聯(lián)網(wǎng)邊緣的智能，包括自主和自我感知的機器，物體，設備和智能對象。OFC是另一個實現(xiàn)可擴展物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分正在開發(fā)中的例子。這支持了Gartner的信念，即物聯(lián)網(wǎng)需要5到10年才能實現(xiàn)主流采用。

然而，關于物聯(lián)網(wǎng)的大多數(shù)媒體報道仍然以云為中心，分享了IT觀點。在我看來，IT驅動的云計劃是一個重大錯誤。對于許多物聯(lián)網(wǎng)構建模塊，IT正試圖將其技術推向頻譜的另一端 - 設備。將IT專有技術應用于嵌入式設備需要更多的硬件和軟件，這些軟件和軟件目前會增加物聯(lián)網(wǎng)設備的成本。為了使物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實，邊緣設備單位成本需要比我們今天所能達到的要低很多。如果我們嘗試將IT技術和流程應用于OT設備，我們就會忽略這一點。

IT假設大型處理器具有大量存儲和內存。IT的編程語言和其他軟件技術依賴于這些資源的可用性。將IT成本基礎架構應用于OT設備并不是正確的方法。不僅需要在硬件方面，而且在系統(tǒng)管理方面需要更多的開發(fā)。管理數(shù)千或數(shù)百萬計算設備的網(wǎng)絡是一項重大挑戰(zhàn)。

保護物聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)架構構成了物聯(lián)網(wǎng)增長的另一個障礙：安全性。沒有一天我沒有閱讀有關物聯(lián)網(wǎng)安全要求的文章。該行業(yè)仍在分析其含義。我們了解IT安全性，但IT只是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。物聯(lián)網(wǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)，特別是在網(wǎng)絡架構和設備種類方面。

例如，最近的研究表明，當我們包含安全性時，設備到設備的交互復雜性不會擴展。憑借高度多樣化的供應商社區(qū)，物聯(lián)網(wǎng)顯然需要互操作性。我們還了解到，設備信任(包括設備身份驗證和證明)對于保護物聯(lián)網(wǎng)至關重要。但設備制造商發(fā)布的證明密鑰會損害用戶隱私。第三方證明可能存在專有解決方案，但同樣，它們不會擴展。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的安全性必須從終端設備開始。設備必須具有不可變的標識。

不幸的是，今天這種情況沒有答案。一些芯片供應商確實有解決方案。但是，它們是專有解決方案，這意味著必須為每個芯片供應商定制設備上運行的軟件。

封閉式專有系統(tǒng)的安全性是可以實現(xiàn)的，特別是當攻擊面較小時。然而，一旦我們將系統(tǒng)打開到公共網(wǎng)絡技術，并且正在考慮來自多個來源的數(shù)據(jù)關聯(lián)的指數(shù)增益，安全性就成為一個不會很快解決的組合問題。利用在系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)所需的語義互操作性和應用層協(xié)議互操作性，轉換網(wǎng)關引入了可信第三方和新/不同數(shù)據(jù)模型/序列化格式，這進一步使組合系統(tǒng)的復雜性復雜化。

IT領域的優(yōu)勢在于運行在英特爾或類似架構上，并以Windows或Linux作為主要操作系統(tǒng)。在嵌入式領域中，除了核心之外沒有其他東西(除了核心 - 大部分時間都是ARM-但外圍設備都是不同的，即使在相同的硅供應商產品組合中也是如此)。對于嵌入式系統(tǒng)中使用的微控制器和微處理器，還有許多實時操作系統(tǒng)(RTOS)，從開源系統(tǒng)到商用RTOS。為了降低嵌入式系統(tǒng)成本并實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟，該行業(yè)將需要標準化所使用的硬件和軟件。否則，“事物”的開發(fā)和生產成本將保持很高，并且危及達到預期的數(shù)十億設備。

幸運的是，技術社區(qū)已經(jīng)確定了幾種物聯(lián)網(wǎng)設計模式。設計模式是針對常見問題的通用可重用解決方案。雖然不是可以直接轉換為硬件或代碼的完成設計，但設計模式是如何解決可在許多不同情況下使用的問題的描述或模板。

這些物聯(lián)網(wǎng)設計模式在IETF RFC 7452和最近的Internet Society IoT白皮書中有所描述。一般來說，我們認識到五類模式：

設備到設備

設備到云

網(wǎng)關

后端數(shù)據(jù)可移植性

基于IP的設備到設備

每種設計模式的安全解決方案正在開發(fā)中。但仍有大量工作要做。

最后，所有這些工作都會導致數(shù)據(jù)隱私，遺憾的是，這不僅是一個技術問題，也是一個合法的問題。誰擁有這些數(shù)據(jù)，擁有者可以用它做什么?可以出售嗎?可以公開嗎?

正如您所看到的，在我們?yōu)檫@些安全問題提供解決方案之前，我們需要多年的工作。但問題正在被提出，并且根據(jù)這個說法，問問題已經(jīng)是答案的50%了!

結論

我的目標不是阻止任何人開發(fā)和部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) - 事實上恰恰相反。存在開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的構建塊。這些塊可能太昂貴，太笨重，可能達不到可接受的性能水平，并且可能不安全，但它們存在。

我們今天的立場類似于汽車時代初期的立場。第一輛車沒那么快，并且有無數(shù)的安全問題!一個世紀之后，我們正在考慮自動駕駛汽車的問世。對于物聯(lián)網(wǎng)，它不會需要一個世紀。如前所述，Gartner認為物聯(lián)網(wǎng)將需要五到十年才能實現(xiàn)主流采用。我同意，我個人也在努力開發(fā)一些實現(xiàn)這一目標所需的部分。

還有很多問題。大約10年前，業(yè)界一直在詢問IP是否是正確的網(wǎng)絡技術。今天很清楚。知識產權是必須的?，F(xiàn)在的問題是，“我們如何使用它”?我們經(jīng)常聽到的另一個問題是，“物聯(lián)網(wǎng)的投資回報率是多少”?這種技術可帶來的成本和收入(或成本節(jié)約)是多少?在物聯(lián)網(wǎng)真正起飛之前，這些問題需要扎實的答案。

挑戰(zhàn)也很多。在設計系統(tǒng)時，您可能會發(fā)現(xiàn)設計所需的傳感器/執(zhí)行器，處理器，網(wǎng)絡技術，存儲，數(shù)據(jù)處理和分析方面的限制。沒有軟件就無法實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，并且在有軟件的地方，有錯誤修復和功能增強。為了實現(xiàn)軟件可升級性，系統(tǒng)需要設計為允許此功能。系統(tǒng)硬件和操作成本可能更高，以達到計劃的系統(tǒng)壽命。

總而言之，今天可以開發(fā)和部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。隨著新技術的引入，越來越多的系統(tǒng)概念可以產生積極的影響。此類系統(tǒng)的良好示例包括車隊管理和許多消費者計劃。物聯(lián)網(wǎng)由許多移動部件組成，其中許多部件都有當前主要的研發(fā)項目。在未來幾年，我們將看到許多領域的巨大進步。

那么物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的真正挑戰(zhàn)不是技術。他們存在。面臨的挑戰(zhàn)是它們的綜合成本和性能達到了部署預測的數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設備所需的水平。