丁险峰

摘  要：随着物联网的飞速发展，人类将进入万物互联时代。文章认为物联网时代最有价值的应用是工业互联网，物联网要解决1万亿“物”的信息交换，在分析探讨与物联网相关的重要技术的基础上，探索了各种前沿技术的应用前景和未来的发展趋势：5G技术通过增强移动宽带、大连接低功耗机器通信、低时延高可靠连接等解决了信道容量;IPv6技术解决了IP地址的问题，令网络扁平化;室外定位技术及与之配合的GIS技术和室内定位技术解决了时空基准问题;区块链通过采集与备份保护了用户的数据，解决了信任问题;数字孪生体通过可视化维护、设备状态可视化、远程互动交互、设备三维操作指南等更好地在物联网时代进行了人机交互。

踏入5G时代，物联网即将飞速发展，并构建一个全新的数字孪生世界。我国目前正在经历制造业的转型，工业物联网是物联网技术未来主要的发展方向之一。那么，物联网领域正在诞生哪些前沿技术？5G、IPV6、区块链、时空信息、数字孪生体等AIoT前沿技术有哪些应用前景？

一、工业互联网是消费互联网的下半场

开源对于工业互联网的价值。开源对于工业互联网这一个庞大工程是极其重要的。工业互联网的本质是数字化人类积累了200多年来的工业知识，以软件的形式或者数据的形式放在互联网上。原来的数字化图书馆是把文字数字化了。工业互联网需要把物理知识、化学知识、数学公式等都用计算机的文字来表达，不是一段可以被调用的计算代码，而是人获取知识以后，还要编程序去控制机器。过去20年的互联网主要是解决信息的存储、处理、传播的问题，而未来20年人类将更深入一层，把这些数学公式仿真模型代码化。所以，工业互联网将是一个巨大的工程，人类拥有的工业肯定不止三百六十行，单单一个轴承行业（机械的重要部件）就可以分成三百六十行。很多种人类已经建立的模型，能不能被重复利用呢？上一个互联网时代是可以共享模型和数学公式的，但是传播的能力被严重限制了。一旦这个模型建立了一个SaaS，任何人只要输入参数就可以重复利用这个人类知识的结晶。显然人类知识的利用率将会被大大提高，从1万年前的农业革命以来人类协作再一次被大幅度提升。

工业互联网和物联网之间的差别。物联网是一个比较通用的名词，而工业互联网是用物联网把人、机、料、法、环数字化以后连在一起，然后基于这些资源来优化整个生产过程，从而实现更快速敏捷地响应大规模定制化的需求。

过去20年主要是消费互联网，它拉近了商品和消费者之间的关系。而将来的20年是工业互联网或者说工业4.0，是消费互联网的下半场，其目的是要拉近制造系统和消费者之间的关系。消费互联网是先有生产计划，消费者没有对产品需求的定义权，只有等产品做出来，才能够去购买。而工业互联网要解决的问题，是让整个制造系统能够非常敏捷地响应消费者的定制化需求，要让消费者参与制造的过程。任何一个时代，都是由技术驱动的。比如，因为有了牛顿的三大定律，后来瓦特才发明蒸汽机，才有了机械化时代;有了麦克斯韦方程，爱迪生才发明了发电机、灯泡，有了电气化时代;有人发明了半导体，从电子管到晶体管再到集成电路，才会引起信息化时代的蓬勃发展。过去的十年里，移动互联网背后是由一个庞大的技术浪潮所驱动的。智能手机背后的技术是4G技术。芯片技术达到了一定的程度，才能够支撑做出一个智能手机，从而才点燃了移动互联网时代。那么下面一个时代，首先要定义它是一个怎样的技术时代，然后再定义它是一个怎样的产业时代。

二、解决1万亿“物”的信息交换

相对过去的4G时代，现在更多的是讲5G或者是物联网时代，这个时代的技术驱动力是什么呢？不仅仅是像4G一样去解决100亿人的信息交换问题，而是物联网加上5G，来解决将近1万亿物的信息交换问题。4G时代很好地解决了人类信息的交换问题，而无论是5G还是IPV6，其技术本身就是为了解决物的信息交换问题。

从Bits、Farmes，到Packets、Messages……最后是未来会有的participant x和participant y，有可能是1万亿物里面有100亿人，不再是两个人在交换信息，而是有可能一个人和一个灯泡，或者一个人和一辆车，或者是一辆车跟一个家庭在交换信息。下一个时代的技术驱动力来自物联网的技术。

一旦建立了万物互联，最重要的一件事情就是能够建立一个物理世界抽象层，把每一个物体从物理世界映射到数字世界。有了这个数字世界，计算机就能够发挥它强大的计算能力，来处理大数据、小数据或者时序数据，就能够再一次大幅提升人类生活方方面面的效率。

有机构预测，到2025年或者是2030年，物联网、AI、5G等技术将会对人类社会产生11万亿美元的价值。其中制造业预估会产生1.2万亿美元到3.7万亿美元的价值，比其他的行业都要大。制造业本身就是人类的第二大產业，在中国也是占据40%左右的GDP。所以哪怕1%的影响，也会产生几千亿元的利润，再乘以估值，那就是几万亿元的估值差别。

在PC时代，中国的参与度是比较小的。芯片公司主要是英特尔，软件主要是微软、甲骨文这样的公司。中国只有联想这一家公司，仅占到了全世界分工的20%。而在移动互联网时代，中国有华为、OPPO、vivo、小米等公司，占据了手机硬件设备出货量的50%。芯片上取得了长足的进展，像海思和展讯，目前已经占到了整个手机芯片出货量的将近20%。而在移动时代的手机应用软件领域，即App，无论是电商软件、搜索软件还是社交软件，中国已经是仅次于美国的第二大App市场，接近世界市场的20%。

进入下一个时代，物联网时代将会需要大量的传感器和连接器，或者有连接的传感器。预测到2030年，中国将会设计制造世界上80%～90%的物联网硬件设备和50%的物联网相关的芯片。但是，中国是否有能力做出世界上50%的处理这些物联网数据的SaaS，现在还是一个巨大的问号。美日欧等发达国家和地区在SaaS的生产上还是要比中国强大得多，因此这个问题仍将是一个艰巨的任务。

三、与物联网相关的重要技术

（一）5G与IPV6

最重要的技术是5G。5G不仅仅是4G的延伸，因为4G的延伸其实只有一个点，叫作移动增强带宽，现在人们所使用的手机可以视频通话，而移动增强带宽无非是让视频通话可能达到3D视频通话。5G的海量机器类通信，和超高可靠低时延通信，其实是为了解决物联网设备的问题。

5G有三大重点功能：第一个是增强移动宽带，它主要是解决高清视频、AR/VR的人机交互。第二个是大连接低功耗机器通信，主要是解决如电表、水表、气表这些低功耗/超低功耗的连接。这些表计的密度也非常高，所以要把通信切分成很多细密度的信道，也要让通信保持超低功耗、超低成本。第三个是低时延高可靠连接，主要是为了工业高精度控制、自动驾驶这类的应用。一个运转中的机械臂或者一辆行驶中的自动驾驶汽车，它的通信要求非常低的时延，而且一定要传达，所以必须是超高可靠的。

5G既然是为物联网所生，那么它其实不再需要一个非常宽广的移动通信的手段，所以未来私有网络和低成本的基于云化的核心网是非常重要的。

而发展IPV6的原因在于它是一个网络拓扑的革命，不需要二手中转，也不需要P2P打洞，两个物联网的设备之间可以做到自由通信。每一個设备也不需要躲在网关后面，就可以升级到网络世界的一等公民。而且因为都是直接IP，IPV6网络可以降低10%～30%的网络延时。

5G是解决信道容量的问题，IPV6是解决IP地址的问题，从而能够让世界变成一张扁平的网络。

（二）室外定位技术与GIS

定位技术是物联网时代非常重要的技术。在物联网时代，每一个物都需要一个时空的基准。无论是飞机、车辆、手机还是物联网设备，移动的或者不移动的，都需要准确的位置。所以物联网时代的定位技术，需要比移动互联网时代更加精确、低功耗、高覆盖。从室内到室外，需要多种无线技术、传感技术以及先进的融合算法。

目前手机的定位技术主要有几类。第一类是GNSS，包括GPS、北斗或者伽利略等，还有各种各样的滤波算法和融合算法，以及一些网络辅助化的定位技术。第二大类是网络定位技术。比如，全球IP定位，全球基站定位，全球wifi定位，逆地理编码服务，运动状态检测等，还包括一些离线定位的服务。还有一类就是传感器辅助。比如，行人航迹推算或者导航航迹推算，在没有GPS或网络的情况下，还能够继续推算人或者车的轨迹。最后一类是地图匹配导航，可以在端上做地图匹配。比如，一个轨迹，显然跟地图上的某条路是匹配的，就可以把定位漂移给拉回来。

车载的定位技术也分成几类，包括VIO/SLAM、语义定位、多传感器融合以及高精地图技术。在手机定位技术的基础上，发展车载的定位技术和导航技术。未来车载的定位，一定比手机的定位要求覆盖更精准、更低的覆盖面积、更多的信息特征。

定位技术和数据技术，未来会形成很多数据的闭环。定位技术和数据服务之间相互进行不断的校准，然后让整个物联网，比如说城市和空间里面地图数据和定位技术越来越准确，原来因为GPS漂移产生的一些误差，也因为大量的众包数据而得到了校准。

GIS技术是一种软件，主要是把地图信息、道路信息、高层信息等联合起来。GIS技术主要有几大组成部分，包括数据采集、管理、分析和应用。GIS技术经过几十年的发展，从萌芽期基本上进入了成熟期。GIS和IoT的关系，将会变成IoT提供实时数据，GIS提供数据的采集和分析引擎能力，这些能力会帮助物联网的应用进行更好的处理和展示。一个智能城市的管理里面，IoT提供大量的动态数据。比如，人、车、物的数据，雨雪天气的数据，还有很多视频的数据。然后GIS提供大量时空基准的数据，这样就能够帮助解决很多商业的应用。比如，城市雨洪，污染扩散，综合管网，城市沉降，等等。

（三）室内定位技术

常见的几种室内定位技术有WiFi、蓝牙和ZiBee的三角定位，还有地磁的定位技术等。绝大部分的定位技术都是用多边定位，包括WiFi、蓝牙RSSI、超声波、UWB、ZiBee技术等，现在也有新的蓝牙5.2的AOA技术、RFID技术，能够为室内定位提供更加精准的定位技术。其他的一些定位技术，比如指纹定位技术、室内的惯性导航定位、三维视觉的成像定位，室内机器人用的激光雷达、毫米波、超声波等定位技术。未来应用在工厂里面，像自动上料、仓储运输、物流送料等，都是让工业4.0能够得到应用的重要的基础技术。

毫无疑问，室内定位将会是多种传感器或者是多种技术的融合，提供室内机器人等物体的定位技术，成为工业4.0的一个基础产品。室内三维坐标的信息主要是通过BIM软件，把一个楼的管廊、墙面等三维数据，像GIS描绘室外的地理信息系统一样在一个数据库里描述。

GIS信息、IoT信息、定位信息放在一起，就可以基于室内定位技术和室内的时空技术，通过IoT的数据平台，把设备的实时数据输入到BIM（Building Information Modeling）系统里面，把人员事件等都在数字世界里面展现出来，从而能够进行一些数据的分析，解决很多场景问题。比如，消防疏散的紧急预案，商场里的人员行为分析，人流热力图，甚至哪个地方要多开暖风，都能够有实时在线的理解。

把物理世界和数字世界用室内定位提供时空基准，然后加上BIM信息，能够把这个数据分析和展现出来，从而能够建立一个这个更好的物联网的应用。

（四）区块链、数字孪生体

区块链是什么？打个比方去买房子，原来需要一个账本，记录这个交易和合约的条款，必须有一个非常可信的第三方，能够把银行、经理人和买房人自己的钱，都放在一个账本里面，来创建一个交易。但是这个账本持有者是可以篡改它的。为了让账本不可篡改，要怎么办？

首先，每一笔记录加上签名和时间戳，并记录到账本，要改一个记录，就要把前面的所有的记录都改掉，那么在交易了几百次以后，这个交易记录就很难去篡改了。其次，要多处备份，交易中的每一个人都有一份自己的账本副本，放在物联网里面，就是每个人都有一个边缘计算节点。要改一个账本容易，但是改多个账本是比较难的，从而把信任移到了网络上去中心化，用群体的共识机制来建立信任。

物联网天然地有这样一个技术，因为基本上每个房子都有一个路由器，都有一个边缘计算节点，每个小区都有一个边缘服务器，都可以成为数据交易的账本。比如，有一个人调用了其他人家里的灯，他调用了多少次，用了多少度电，都会被记录下来，他是无法抵赖的。阿里云基于蚂蚁区块链，开发了IoT的技术栈，包括数据层、网络层、共识层、合约层、访控层和应用层。用边缘IoT联盟链分布式账本网络来采集数据，放到IoT联盟链管理微服务集群里，从而支撑各种各样的区块链物联网的应用。比如，物流服务、仓储服务、金融、保险等这些数据的消费方，来做数据的交换。

工业互联网还有一个重要的方面是数字孪生体。它的好处是能够更好地进行人机交互。数字孪生体有很多的应用。例如，可视化维护、设备状态可视化、远程互动交互、设备三维操作指南等。如果采集了一个水泵的数据，可以把它的状态实时地叠加到所见的水泵上，其他人也能够远程地帮助识别水泵有什么问题，从而辅助前线的运维人员变得更加高效。

四、结语

4G时代是移动互联网时代，最主要的应用是在mobile、social、local。物联网时代产生的最有价值的应用是什么？笔者认为是工业互联网。5G解决了通信大容量的问题，IPV6解决了IP的问题，室外定位和室内定位解决了时空基准的问题，区块链解决了数据保护和信任问题，数字孪生体在数字世界建立了一个又一个digital entity（数字人）。基于这几大技术，笔者认为未来的爆发，指向最大的一个方向就是工业制造技术。

（作者：阿里云首席智联网科学家、感知与认知专家）