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導語：莊子曰：“天地與我並生，而萬物與我爲一”
莊子將天地萬物與人平等對待，打破了“以人類爲中心”的桎梏。如果說互聯網是以“人的需求”爲中心構建的，那麼物聯網，則真正實現將人與萬物並列，實現人與物，物與物的網絡溝通。網聯天下，智慧萬物就是物聯網的終極目標。
1 物聯網是什麼？
有的人說，物聯網就是傳感器；有的人說，物聯網就是5G，NB-IOT；還有的人說，物聯網就是大數據；也有的人說，物聯網就是智慧地球，智慧城市，智能交通，智能家居；也有的人說，平安城市，天網工程，雪亮工程就是物聯網；甚至還有的人說，物聯網和人工智能差不多。
物聯網的概念最早於1999年由美國麻省理工學院提出，英文名爲Internet of Things，即“物物相連的網絡”。從物聯網的本質上看，物聯網是把任何物體的任何測量量，變成一串數字，然後利用網絡傳送出去，進行分析處理，然後支撐相關應用的數據轉換過程。
2 物聯網感知層技術的發展趨勢
物聯網區別於互聯網的本質在哪裏？
對，是感知層。感知層的基礎又是傳感器。
其實，傳感器大家天天在使用，手機上，汽車上都有大量的傳感器。
上世紀50年代，在歐美等國的軍事技術、航空航天領域的試驗研究過程中，傳感器技術開始發展。
20世紀70年代開始，利用半導體、電介質、磁性材料等固體元件的某些特性，利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應，分別製成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。這就是固體傳感器時代。結構傳感器和固體傳感器均屬於模擬傳感器階段。70年代末，隨着集成技術、微電子技術及計算機技術的發展，出現了集成傳感器。集成傳感器功能多，成本低，性能良好。這個階段傳感器技術開始從模擬向數字方向發展。
20世紀80年代，微型計算機技術與檢測技術相結合產生了智能傳感器。一開始，把信號轉換電路和微計算機、存貯器及接口集成在一個芯片上，和傳感器結合在一起，就是智能傳感器，具有檢測、數據處理以及自適應能力。90年代後，智能化測量技術促使傳感器本身實現智能化，具有了自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯網通信功能等。
在20世紀90年代，無線傳感器網絡技術逐漸成熟。傳感器技術發展歷程如下圖所示。
進入21世紀，計算機技術的飛速發展，大幅提升了信息處理效率。LTE、5G的NB-IOT等無線通訊技術快速發展，提升了信息傳輸的效率。傳感器新材料、新工藝、新應用的不斷出現，檢測技術、控制技術得到了發展，信息採集能力、測量精度和可靠性得到了根本上的提升；與此同時，傳感器在進一步微型化、網絡化。幾種趨勢合在一起，促進了物聯網感知技術的進一步成熟，如下圖所示。
現代傳感器正從傳統的單一功能朝着集成化、無線化、網絡化、數字化、系統化、微型化、智能化、多功能化、光機電一體化、無維護化的方向發展，與此同時，傳感器的功耗將越來越低，精度和可靠性將越來越高、測量範圍將越來越寬。
受益於5G基礎通訊網絡的建設，受益於物聯網終端種類的持續增長，受益於物聯網各場景應用需求的暴增，有權威機構預測，到2025年，全球物聯網連接數量達1000億個。未來10年，物聯網將有上萬億元的市場，其產業規模將比互聯網大數倍。前景如此可觀！
進入物聯網時代，爲了匹配各種應用場景，傳感技術呈現出了以下新的發展趨勢：
（1）開發和應用新的傳感器材料
傳感器技術升級換代的重要推動力就是新材料的應用。新型的光電傳感器的敏感材料，具有檢測距離遠、分辨率高、響應快、檢測物體範圍廣等特點；生物敏感材料由於其選擇性好、靈敏度高、成本低，在食品、製藥、化工、臨牀檢驗、生物醫學、環境監測等方面有着廣泛的應用前景；新型的納米材料促進了傳感器向微型方向的發展。隨着未來物聯網應用場景的不斷拓寬，人們將會開發出更多優質的傳感器新材料，新材料的應用水平將會不斷提升。
（2）提升傳感器的集成度
傳感器集成度的提高有兩個方向：一個是在同一個芯片上集成很多類型的傳感器；另一個是傳感器與後續其他功能電路的集成化。這兩個方向，都是傳感器的多功能化方向。一個多傳感器集成的芯片，可以檢測的參數，由點到面到體，可以實現多維參數的圖像化呈現。如醫學臨牀上使用的一種傳感器，芯片尺寸僅爲2.5mm×0.5mm，可同時快速檢測出一滴血液中Na+、K+和H+等多種離子的濃度。一個將傳感檢測功能與放大、運算、干擾補償等功能集成在一體的傳感器，具有了很好的自適應性，在機器人工業上，得到了大量應用。
（3）無線網絡化
無線網絡技術與傳感器技術的結合就是無線傳感網技術。在網絡中，傳感器作爲一個收集各種測量量的節點，如溫度的高低、溼度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。多個節點組成一個網絡。每一個傳感器節點可以看作是一個快速運算的微型計算機，將傳感器收集到的信息轉化成爲數字信號。節點與節點之間可以彼此通信，也可以和中央處理中心進行聯繫。無線傳感器網絡是由多學科高度交叉的新興熱點研究領域。隨着在工業、農業、軍事、環境、醫療、智能家居、智慧城市等領域應用需求的增多，傳感器的無線網絡化應用將會越來越成熟。
（4）小型化、微型化
傳感器新型材料的使用、集成度的提升，可以促進傳感器的小型化、微型化。微型化傳感器佔用空間小、重量輕、反應快、靈敏度高、成本低、能耗低，便於安裝和維護。醫學上有一種“神經塵埃”傳感器，只有一粒沙子大小（長 3 毫米，高 1 毫米，寬 0.8 毫米），這種微型傳感器的晶體管負責蒐集神經和肌肉組織的信息，然後以超聲波的形式，將相應信息反饋給體外的接收器，爲醫生確認病情提供參考。隨着傳感技術的發展，微型傳感器可測量的物理量、化學量和生物量會越來越多。在航空、遠距離探測、醫療及工業自動化等領域的應用也會越來越多。
（5）提高傳感器的智能化水平
智能化傳感器是微處理器與傳感器的結合，既能夠採集信息，還可以進行信息的處理和存儲，進行邏輯思考和決策。智能傳感器將有數字通信接口，可以直接與其所屬計算機進行通信聯絡和交換信息。隨着微處理器技術的不斷髮展，智能傳感器將在自適應、自維護、運算能力、實時性等方面得到進一步提升。
3 物聯網感知層關鍵技術
描述5G物聯網，就從感知層的技術開始。物體沒有感知周邊信息的能力，“聾子、啞巴”式的終端連在網上也沒有什麼用。傳感器是物聯網信息之源，感知技術是物聯網互聯之本。
物聯網感知層的“感知智行”功能的實現，依賴於一系列感知層的關鍵技術。
首先，傳感技術是物聯網測量技術基礎，是物聯網信息產生的源頭。傳感器作爲物聯網產業的關鍵器件，新材料技術、智能化技術、集成化技術、小型化技術是現代傳感器發展過程中離不開的課題。爲了便於一次部署、永久使用，低功耗是目前傳感器產品研發的重要指標之一；爲了促進物聯網的規模化應用，低成本也是傳感器研發的重要方向。
視頻技術可以看作非接觸式的傳感技術，是物聯網視覺能力的重要基礎。視頻採集技術，不僅可在常規條件下使用，在夜間、高溫、能見度低的場景下也可使用。當然，在這些特殊的使用場景，需要有相應的視頻採集存儲和分析識別技術。視頻分析識別技術依賴於大量高清晰度的視頻資料，從中找到關於實際空間環境中的趨勢性、經驗性、不確定性、隨機性和模糊性的信息，提取關鍵信息和有價值數據，可以在各種行業應用中，如智能交通、商業智能、防災減災、安全生產、智能安防、安全監護等，成爲解決實際問題的利器。
標識技術是通過RFID標籤、條形碼、二維碼、語音、生物特徵等手段來標識物體、識別物體的技術。給產品貼上可識別的標籤，增加了產品的外在特徵，然後通過紅外、激光掃描，RFID等技術來識別這些外在特徵，來證實和判斷物體本質的特徵。RFID是一種自動識別技術、也可以看作是物聯網的信息採集技術，本質上也是一種傳感器技術，融合了無線射頻技術和嵌入式技術。RFID在自動識別、物品物流管理等領域有着廣闊的應用前景。
在物聯網的龐大生態體系中，芯片的科技含量較高，是產業鏈的基礎和核心。傳感層硬件的基礎就是各種芯片，如傳感器、微控制器、存儲器、超低功耗通信部件、定位模塊、信號轉換元件、電源管理元件都需要相應的芯片。掌握了芯片技術的核心，就掌握了物聯網的核心話語權，也就掌握了物聯網一劍封喉的手段。
物聯網中，傳感器數量多、讀寫設備多、識讀點多、硬件設備品種多，數據格式不一。傳感器中間件就是爲了屏蔽底層設備的複雜性的關鍵部件，是銜接傳感器硬件設備和上層業務應用的橋樑。感知層的中間件有兩種大的類型，一類是屏蔽傳感器採集數據的複雜性，完成傳感器測量數據的採集、過濾和合並；另一類是提供上層業務和應用的數據過度，完成傳感數據的存儲、維護、訪問和聚合。傳感器中間件還可以爲上層應用提供標準接口，使客戶很輕鬆地利用其接口上進行二次開發，提高感知層的定製開發能力和場景適配能力。
衆多的無線傳感器節點，可以使用ZigBee協議組成傳感網來協調工作，形成更有價值的信息網絡。物聯網近距離的通信技術、ZigBee組網應用原理、嵌入式網關技術都是傳感網的關鍵技術。此外，各傳感器產生的數據，還需要通過遠距離無線通信的方式和平臺層的各種應用軟件相連。也就是說，傳感器節點本身就相當於具有無線通信功能的終端。在物聯網時代，作爲傳感器節點的終端設備衆多，像手機需要操作系統一樣，各細分場景的物聯網智能終端設備也需要相應的嵌入式操作系統，來感知層硬件的複雜性、支撐無線傳感網近距離通信的功能。這物聯網中傳感器終端設備的操作系統技術也是核心競爭能力之一。
在共享單車、共享汽車、安全出行、公共交通等應用中，定位技術可以用來測量目標的位置參數、時間參數、運動參數等時空信息，從而得知某一用戶或者物體的具體位置和運行軌跡，從而實現對人或物的位置跟蹤。定位技術也是物聯網感知層應用的關鍵技術之一。
綜上所述，物聯網感知技術設計到的關鍵技術大家庭如下圖所示。
4 IT、CT、IOT的分層融合架構
我們經常聽到，5G要實現IT、CT、IOT的三T融合。
把感知到的數據通過5G彙集在平臺側，然後通過雲計算中心的處理或大數據挖掘處理，人工智能的算法決策，就可以形成各行各業的應用。也就是說，5G物聯網不是簡單地對互聯網進行延伸和擴展，而是需要完成垂直行業技術和信息技術的整合。
物聯網（IOT）技術要利用5G技術實現物物相連，而且各垂直行業應用都需要一些共同的平臺技術：人工智能、大數據、雲計算的互聯網。
這樣物聯網IOT和其他T的界限並不是很清晰了，很多技術感覺是共通的。
在5G時代——萬物有感知、萬物走5G、萬物上平臺、萬物有應用，這幾句話，就是5G物聯網的特點。
瞭解了這些感知層技術，就掌握了5G物聯網的技術基礎，再加上5G通信技術和雲計算、大數據和人工智能等平臺技術，就搭建起了5G時代的端管雲知識體系架構。
爲了支撐各種物體產生的信息在物聯網的體系中暢通無阻，需要在物聯網體系中實現一連串的數據採集、數據轉換、數據傳送、數據分析、數據處理，這樣物聯網的支撐技術就需要包括多個層面：傳感層技術(傳感器技術、RFID技術、感知/識別技術、WSN技術)、網絡層技術(低功耗高帶寬無線通信技術、移動通信技術)，平臺層技術(人工智能、大數據、雲計算)、應用層技術。物聯網發展的基礎是物聯網各個組成要件的協同發展。
首先，物聯網的本質是全面感知，因此感知層是物聯網最基礎的層面。物聯網將促進各種感知技術的廣泛應用。物聯網系統應用敏感元件，可以把那些人類感覺器官收集不到的有用信息提取出來，延長和擴展人類的感知能力。比如，紅外、紫外等光波敏感元件，可以擴展人們的視力；超聲和次聲傳感器，可以擴展人們的聽力。此外，各種嗅敏、味敏、光敏、熱敏、磁敏、溼敏等敏感元件也助力人類的感覺能力的提升。一旦給某個物體加上傳感器，這個物體就成爲一個信息源，它就會像互聯網上的一切數字設備那樣，發出自己感知到的一切信息。一個有完整行業應用的物聯網，往往部署了海量的各種類型的傳感器，不同類型的傳感器會測量到不同的信息，而這個信息具有實時性，物聯網的數據處理中心可以按一定的頻率，週期性的採集傳感器產生的信息，從而得到最新的數據。
其次，物聯網要實現可靠傳輸，就必須依賴通信網和互聯網。從物聯網上的傳感器定時採集到的信息需要通過有線、無線網絡或互聯網進行傳輸。海量的傳感器會產生海量的測量信息。爲了保障數據傳送的正確性和及時性，數據傳輸過程必須適應各種異構網絡和協議。這些都要求物聯網的網絡層具有容量大、可靠、低延時、異構網兼容的特點。
再次，物聯網上連接着的各個物體，應該可以被追蹤、控制，也可以實現個性化呈現、遠程升級、統計分析等等功能。這就要求物聯網要支撐智能處理和智能控制。當與大數據和人工智能（AI）結合，利用雲計算、模式識別等各種計算機技術，物聯網可以變得有預測性，支撐協同工作。物聯網的平臺層具有海量數據的存儲、計算、分析能力，它的職責就是使物聯網變得智能、智慧。
最後，物聯網要和一定的應用場景結合，才能解決人們在生產、生活中碰到的一類問題。比如城市安防、智慧校園、智能醫療、智能交通、車聯網、智慧農業、智能家居、智能電網、石油化工的監控、各種機器人的集中管理和控制，都是物聯網應用層常見的場景。隨着物聯網的發展，還會延伸到更多的應用場景，發現更新的應用領域和應用模式，還會從更多場景中的傳感器採集海量信息進行分析、加工和處理，以適應不同行業、不同用戶的不同需求。
總之，物聯網有四個層級，分別是：感知層、網絡層、平臺層和應用層。這四個層級又完成了數據採集、數據傳送、數據分析的功能，如圖 1- 6所示。如果把物聯網比作人體，感知層的作用相當於人的眼睛、耳朵、鼻子、舌頭、皮膚、手腳等感覺器官，網絡層就相當於用來傳遞信息的神經系統，平臺層則是人的大腦，對接收到的大量信息進行處理分析。傳感器技術是感知層的基礎，無線通信技術是網絡層的關鍵，計算機技術又是平臺層的核心，它們在物聯網系統中分別起到“感官”、“神經”和“大腦”的作用。而應用層就相當於人要完成的任務，有明確的目標和方向，需要感覺器官、神經系統和大腦共同完成。
5 5G+ABC應用前景
感知層雖採集了大量數據，但是隻完成了初步的、小範圍的數據傳輸、提取和處理，這些數據要想能夠“致千里”，物聯網就需要成爲一個“假輿馬者”（通過5G），這樣數據就可以完成遠距離傳輸、天涯咫尺；海量的感知層數據匯聚到中央平臺，要想支撐有價值、有意義、新穎獨特的應用，物聯網就需要成爲數據海洋的“假舟楫者”（通過ABC），利用人工智能、大數據、雲計算這些超級“巨輪”完成數據的綜合分析處理，支撐應用呈現。
5G作爲移動通訊技術的主要發展方向，爲用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的操作感知，千億設備的連接能力，將拉近萬物的距離，爲用戶帶來身臨其境的信息盛宴。“人工智能+大數據+雲計算”助用戶突破海量數據的時空限制，爲用戶提供多場景、多應用而且智能、智慧的交互體驗，最終實現“信息隨心至，萬物觸手及”的總體願景。
“5G+ABC”必將開啓物聯網的新徵程，並滲透到未來社會的各個領域，以用戶爲中心構建全方位的信息生態系統。
新感知、新應用。在“5G+ABC”時代背景下，將會湧現出很多新的物聯網應用，如車聯網、自動駕駛、雲AR/VR、智慧牧場、聯網無人機、遠程醫療、個人AI輔助、可穿戴設備、全息投影、遠程旅遊等等。當然，隨着物聯網各層技術的發展，各行各業還會有湧現出很多新的應用。
物聯網在網絡層技術加平臺層技術（5G+ABC）雙輪運轉的驅動下，必將實現感知層技術與多個垂直行業的應用跨界融合。未來的應用，只有想不到，沒有做不到。
6 展望
未來十年，物聯網連接數將突破萬億，物聯網工業產值將突破萬億，那麼有志於從事物聯網方向的大衆來說，如何快速入門？
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原文發佈時間：2020-07-30
本文作者：人工智能學家
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