導讀
踏入5G時代，物聯網即將飛速發展，並構建一個全新的數字孿生世界。我國目前正在經歷製造業的轉型，工業物聯網是物聯網技術未來主要的發展方向之一。那麼，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？
對於以上問題，阿里雲首席智聯網科學家、感知與認知專家丁險峯與大家進行了分享和解答。丁險峯擁有20年的物聯網與人工智能領域的經驗，以下是他對工業物聯網平臺的理解，及相關技術的分享。
工業互聯網是消費互聯網的下半場
各位同學，我叫丁險峯，花名柯鎮。我是阿里雲IoT事業部的首席科學家，負責阿里雲物聯網平臺的建設，以及工業互聯網平臺的建設。
首先我想闡述一下，開源對於工業互聯網的價值。
開源對於工業互聯網這一個龐大工程是極其重要的。爲什麼要建設工業互聯網？工業互聯網的內容是什麼？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，如果說工業領域的書的話，那麼把物理知識、化學知識、數學公式等都用計算機的文字來表達，但還不是一段可以被調用的計算代碼，但是人獲取知識以後，還要編程序去控制機器。過去20年的互聯網主要還是解決信息的存儲、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360行業，可能就是一個軸承行業（機械的重要部件）就可以分成360行，有很多很多種人類已經建立的模型，這些人類的知識能不能被重複利用呢？上一個互聯網時代是可以共享模型的，數學公司的，但是需要copy的，傳播的能力嚴重被限制了。但是一旦這個模型建立了一個SaaS，那麼任何人只要輸入參數就可以重複利用這個人類知識的結晶了。顯然人類的知識的利用率將會被大大地放大了，人類從1萬年的農業革命以來的協作再一次被大幅度提升了。
既然我們不僅僅要建立一個數字的四庫全書，而是要建立一個四庫全書的代碼庫，這樣巨大的工作，有幾種工作方式，一是請乾隆皇帝再世，我們可以蒐羅全中國，乃至全世界的專家來貢獻代碼，那將是非常昂貴的過程。第二種方式是學習專利體系，誰貢獻了，誰就得到專利，那麼大量的已經過期的專利的模型就沒有人來貢獻了。而且人類共同擁有的知識或者模型，應該屬於人類共同所有，而不是被少數人或者公司所有，他們寫的代碼應該得到報酬，但是知識和模型應該是免費的。既然這麼龐大的知識數字化工程，是人類勞動力的一次大躍升，那麼全人類參與進來纔是最爲有意思的。而且很多知識模型應該給整個人類分享，那麼首先應該開源，開源意味着分享給整個人類。其次只有開源，整個人類都來貢獻，才能窮盡人類200年來積累的工業知識。當然現在人類還在不斷的發明創造的過程之中，很多公司有的新發明還是可以不開源，客戶可以通過付費來獲取使用權。
接下來我們探討下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、環數字化以後連在了一起，然後基於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製化的需求。
過去20年主要是消費互聯網，它是拉近了商品和消費者之間的關係。而下面的20年是工業互聯網或者說工業4.0，我認爲是消費互聯網的下半場，其目的是要拉近製造系統和消費者之間的關係。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，是讓整個製造系統能夠非常敏捷地響應消費者的定製化需求，要讓消費者參與到製造的過程當中。
任何一個時代，都是由技術驅動的。比如因爲有了牛頓的三大定律，後來瓦特才發明蒸汽機，纔有了機械化時代；有了麥克斯韋方程，纔會有愛迪生髮明瞭發電機、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，纔會引起信息化時代的蓬勃發展。
過去的十年裏，移動互聯網背後也是由一個龐大的技術浪潮所驅動的。智能手機背後的技術是什麼呢？是4G技術。芯片技術達到了一定的程度，才能夠支撐你做出一個智能手機，從而才點燃了移動互聯網時代。那麼下面一個時代，我們首先要講它是一個什麼樣的技術時代，然後再講它是一個什麼樣的產業時代。
解決1萬億“物”的信息交換
相對過去的4G時代，我們現在更多地是講5G或者是物聯網時代，這個時代的技術驅動力是什麼呢？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時代很好的解決了人類信息的交換問題，而無論是5G還是我一會要講到的Ipv6，其技術本身就是爲了解決物的信息交換問題。
從Bits、Farmes，到Packets、Messages……最後是未來有participant x和participant y，有可能是1萬億物裏面有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，或者是你的車跟你的家在交換信息。下一個時代的技術驅動力，是來自於物聯網的技術。
一旦建立了萬物互聯，最重要的一件事情就是我們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。其中製造業預估會產生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。製造業本身就是人類的第二大產業，在中國也是佔據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，佔到了全世界分工的20%。移動互聯網時代呢，我們中國有華爲、Oppo、vivo、小米等等公司，佔據了手機硬件設備出貨量的50%。芯片上也取得了長足的進展，像海思和展訊，目前已經佔到了整個手機芯片出貨量的將近20%。而移動時代的軟件也就是APP，無論是電商軟件、搜索軟件還是社交軟件，中國已經是僅次於美國的第二大APP市場，也是接近世界市場的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，中國將會設計製造世界上80%~90%的物聯網硬件設備和50%的物聯網相關的芯片。
這裏我們要提出一個問題，我們能做世界上50%的硬件， 50%的物聯網的芯片，我們能不能做世界上50%的處理這些物聯網數據的SaaS呢？現在還是一個巨大的問號，美日歐在SaaS的生產上還是要比中國還要強大得多，所以我也要跟各位同仁說一聲，革命尚未成功，同志仍需努力。
5G與IPV6
講完了大的趨勢，接下來重點要講一下物聯網相關的最重要的幾個技術。我不是要講技術怎麼做，而是要講爲什麼說這些技術是爲物聯網而生的。
第一個最重要的技術，我認爲是5G。5G不僅僅是4G的延伸，4G的延伸其實只有一個點，叫做移動增強帶寬。現在我們的手機可以視頻通話，移動增強帶寬無非是讓視頻通話可能達到3D視頻通話。5G的海量機器類通訊，和超高可靠低時延通訊，其實是爲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，主要是解決比如家裏的電錶、水錶、氣表這些低功耗/超低功耗的連接。這些表計的密度也非常的高，所以要把通訊切分成很多細密度的信道，也要讓通訊保持超低功耗、超低成本。而第三個低時延高可靠連接，主要是爲了工業高精度控制、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，它的通訊要求非常低的時延，而且一定要傳達，所以必須是超高可靠的。
5G既然是爲物聯網所生，那麼它其實不再需要一個非常寬廣的移動通訊的手段，所以未來私有網絡是非常重要的，低成本的基於雲化的核心網是非常重要的。阿里巴巴也投入了基於雲化的5G核心網，以及MEC移動邊緣計算單元，在端上新增了5G協議棧，來幫助客戶做智能家居、智能園區、智能城市和智能工業這些方向。
然後爲什麼要做IPV6？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就可以非常好地自由地通訊。每一個設備也不需要躲在網關後面，就可以升級到網絡世界的一等公民。而且因爲都是直接IP， Ipv6網絡可以降低10~30%的網絡延時。
那麼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。阿里巴巴跟合作伙伴一起，提供了很多IPV6的技術，不管你是通過LoRa基站、邊緣網關、私有云接入，或者是通過Wi-Fi、藍牙接入，我們都能夠提供IPV6的接入方式。
然後我們會在公有云、私有云和專有云上面提供IPV6的接入，也在海外各地提供IPV6的接入。我們現在主要是提供IPV6的接入，未來會提供IPV6的拓撲，再未來我們會提供IPV6 M2M的能力給客戶。
室外定位技術與GIS
定位技術也是物聯網時代非常重要的一個技術。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。最後一類是地圖匹配導航，你可以在雲上，也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，就可以把你的定位漂移給拉回來。
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，更多的信息特徵。
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，然後讓整個物聯網，比如說城市和空間裏面地圖數據和定位技術越來越準確，原來因爲GPS漂移產生的一些誤差，也因爲大量的衆包數據而得到了校準。
講完了室外定位技術，我也略微講一下跟定位技術配合的GIS技術。GIS技術是一種軟件，主要是把地圖信息，道路信息，還有高層信息等等聯合起來。GIS技術主要有幾大組成部分，包括數據採集、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的關係，將會變成IoT提供實時數據，GIS提供數據的採集和分析引擎能力，這些能力會幫助物聯網的應用進行更好的處理和展示。比如一個智能城市的管理裏面，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，然後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。
室內定位技術
我們下面說說對物聯網很重要的室內定位技術。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，能夠爲室內定位提供更加精準的定位技術。
其他的一些定位技術，比如說指紋定位技術，室內的慣性導航定位，以及三維視覺的成像定位，比如說室內機器人用的激光雷達、毫米波、超聲波，這樣的定位技術，未來應用在工廠裏面，像自動上料、倉儲運輸、物流送料等等，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，從而提供室內機器人等物體的定位技術，成爲工業4.0的一個基礎產品。
講到室內定位，也會講到一些室內三維座標的信息，室內三維座標的信息主要是通過BIM軟件，能夠把一個樓的這個管廊啊，牆面啊等等三維數據，都描述在一個數據庫裏面，就像GIS描繪室外的地理信息系統一樣。
GIS信息、IoT信息、定位信息放在一起，就可以基於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)系統裏面，把人員事件等都在數字世界裏面展現出來，從而能夠進行一些數據的分析，然後解決很多場景問題，比如說消防疏散的緊急預案，商場裏的人員行爲分析，人流熱力圖，甚至哪個地方要多開點暖風，都能夠有實時在線的理解。
所以說把物理世界和數字世界用室內定位提供時空基準，然後加上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。前面講的這幾個技術，分別解決了不同的問題，讓我們能夠準確的描述一個數字世界。
區塊鏈、數字孿生體
接下來我們簡單聊一下區塊鏈，區塊鏈到其實是一個什麼意思？打個比方你去買房子，原來你需要一個賬本，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、經理人和你自己的錢，都放在一個賬本里面，來創建一個交易。但是呢，這個賬本持有者是可以篡改它的。
爲了讓賬本不可篡改，你可以怎麼辦呢？首先每一筆記錄加上簽名和時間戳，並記錄到賬本，要改一個記錄，就要把前面的所有的記錄都改掉，那麼在交易了幾百次以後，這個交易記錄就很難去篡改了。
其次是要多處備份，交易中的每一個人都有一份自己的賬本副本，放在物聯網裏面，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，用羣體的共識機制來建立信任。
物聯網天然的有這樣一個技術，因爲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，都可以成爲數據交易的賬本。比如說有一個人調用了你家裏的燈，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。
阿里雲基於螞蟻區塊鏈，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。我們用邊緣IoT聯盟鏈分佈式賬本網絡來採集數據，放到IoT聯盟鏈管理微服務集羣裏，從而支撐各種各樣的區塊鏈物聯網的應用。比如說物流服務、倉儲服務、金融、保險等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蠻重要的事情就是數字孿生體，它的好處是能夠讓我們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。比方說採集了一個水泵的數據之後，可以把它的狀態實時地疊加到你眼睛看見的這個水泵上面，其他人也能夠遠程地幫助你識別這裏面有些什麼問題，從而輔助前線的運維人員變得更加高效。
結語
4G時代是移動互聯網時代，最主要的應用是在mobile、social、local。那麼物聯網時代產生的最有價值的應用是什麼？我認爲是工業互聯網。前面我們講了，5G解決了通訊大容量的問題，IPV6解決了IP的問題，然後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。再加上數字孿生體，在數字世界建立了一個又一個digital entity（數字人）。基於這幾大技術，我認爲未來的爆發，指向最大的一個方向就是工業製造技術。