文/天地超云 石旭
云計算和大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為當今IT界最時尚的話題，作為信息產(chǎn)業(yè)的第三次技術革命，云計算和大數(shù)據(jù)將會改變人們獲取、處理和保存信息的方式。到2015年中國云計算相關產(chǎn)業(yè)將會達到引人注目的1.1萬億規(guī)模，80%的數(shù)據(jù)、計算和應用都將被“云化”。
現(xiàn)在我們可以利用云計算和大數(shù)據(jù)，為電商做精準的廣告推送，也可以為城市交通狀況作出預測，或者能夠提前預測流行疾病的爆發(fā)。隨著云計算和大數(shù)據(jù)的不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)的挖掘將不僅僅限于獲取數(shù)據(jù)中的潛在價值，而是通過數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通賦予數(shù)據(jù)主動性和預測性，從而讓信息智能化。
舉例來說：在醫(yī)療系統(tǒng)中，核磁共振成像掃描是觀察人體內部情況的最佳方式，很多人借助核磁共振技術幫助診斷多發(fā)性硬化癥、腦部腫瘤、韌帶撕裂和中風，但核磁共振成像機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)跟最需要它的人是斷裂開來的。
掃描過程需要很多人合作完成：護士負責檢測需要的藥物或者造影劑，核磁共振成像機技師負責操作掃描儀，放射科醫(yī)生則需要甄別用到的成像序列并對圖像進行解譯。然后，這些信息被交給護士，后者轉交給主治醫(yī)生查看，以便其采取相應治療方式。這些內容就是醫(yī)療系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)，雖然可以在某種程度上幫助病人解決疾病檢查的問題，但它只是在很低的層次利用這些數(shù)據(jù)，并沒有使信息變得更加智能。
為了使信息智能化，需要在大數(shù)據(jù)、機器與人這三者之間建立起新的鏈接，這樣大數(shù)據(jù)才能“知道”在何時、以何種方式前往何地、以何種內容展現(xiàn)給何人。如果核磁共振成像數(shù)據(jù)與機器、人更好地連接起來，那么病患提交的核磁共振圖像就會自動尋找合適的醫(yī)師——這樣，情況就變成信息尋找醫(yī)生，而不是醫(yī)生尋找信息。此外，當合適的醫(yī)生查看了圖像之后，更進一步的連接可以使這些圖像“知道”自己需要被歸檔到病患的永久數(shù)字醫(yī)療記錄當中。
這類主動、路徑安全的大數(shù)據(jù)看起來可能像是工作流程的一種簡單升級，但事實上，它代表的東西可能是自工業(yè)革命以來意義最深遠的商業(yè)和技術的融合——我們稱之為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（Industrial Internet）——而它距離我們比你想象得更近。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)來臨了
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過智能的機器加上分析的功能，通過互聯(lián)網(wǎng)移動的方式給生產(chǎn)力帶來革命性的提高。有了互聯(lián)網(wǎng)，全球數(shù)以百萬計的各種工業(yè)設備將實現(xiàn)突破性的互聯(lián)和互通，這種互聯(lián)互通不僅僅是形式上的，在更高的層次上，得益于不斷進步的數(shù)據(jù)挖掘技術，工業(yè)設備之間的數(shù)據(jù)得到了廣泛的利用。這些工業(yè)設備包括數(shù)萬種復雜機械的集群，從發(fā)電的電廠到運輸?shù)娘w機。也包括上千種復雜的機器網(wǎng)絡，從供電網(wǎng)到鐵路系統(tǒng)，這些網(wǎng)絡把機器和它們的集群聯(lián)系起來。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)整合了工業(yè)革命和網(wǎng)絡革命的優(yōu)勢，將兩者有機的結合在一起。伴隨著互相的發(fā)展，兩者之間快速融合，并且以智能機器和高級分析這兩個全新的角度體現(xiàn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的特點。
智能機器體現(xiàn)了現(xiàn)有的設備通過更先進的方式，例如通過Zigbee等互聯(lián)協(xié)議使得更多的設備可以連接成為一個更為廣泛的互聯(lián)網(wǎng)絡，設備之間可以不受某條鏈路失效的影響繼續(xù)進行互聯(lián)互通。這樣設備之間的連接更加趨近于神經(jīng)網(wǎng)絡，連接不僅更加復雜，也更加多樣化。
高級分析技術在大數(shù)據(jù)技術基礎之上融合了更多的機器算法，包括各種分析算法、預測算法、語義分析等多種算法來分析智能機器之間的數(shù)據(jù)通信。隨著技術的進步，這種方式將為企業(yè)提供新的機遇。傳統(tǒng)的分析方法是基于歷史數(shù)據(jù)收集技術，這種方式通常將數(shù)據(jù)、分析和決策分隔開來。隨著系統(tǒng)監(jiān)控和信息技術成本的下降，工作效率大大提高，實時數(shù)據(jù)處理的規(guī)模得以大大提升。這些高頻率的實時數(shù)據(jù)為系統(tǒng)操作提供全新視野，高級分析技術則為分析流程開辟新維度。通過各種物理連接方式、行業(yè)特定領域的專業(yè)知識、信息流的自動化與預測能力相互結合可與現(xiàn)有的整套“大數(shù)據(jù)”工具聯(lián)手合作。最終，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將涵蓋傳統(tǒng)方式與新的混合方式，通過先進的特定行業(yè)分析，充分利用歷史與實時數(shù)據(jù)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)隨著智能機器和高級分析技術的不斷融合趨于成熟，目前來看在很多領域已經(jīng)開始發(fā)揮作用。目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可以幫助醫(yī)療、航空、能源、水處理和石油天然氣行業(yè)的客戶提升生產(chǎn)率和運營效率。
除了在上面提到的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)療系統(tǒng)的應用之外，也可以在每個人的身邊發(fā)揮作用。例如可以實現(xiàn)冰箱自動下單，冰箱可以通過產(chǎn)品包裝上的條型碼或二維碼等標識來感知這一產(chǎn)品的存量（此時，冰箱就相當于一個機器節(jié)點，通過條碼掃描設備獲取了產(chǎn)品信息），當存量低于設定值之后（比如沒有牛奶了），就會通過互聯(lián)網(wǎng)向相關的企業(yè)下單購買，從而在沒有人的干預下，完成了一個自動補充相關物品的操作。這樣，為用戶帶來的體驗是更進一步的，而傳統(tǒng)的方式可能是冰箱通知用戶沒有牛奶，但是購買牛奶的行為還是由用戶自己完成?，F(xiàn)在變成了冰箱（機器）與企業(yè)（牛奶企業(yè)）之間直接聯(lián)系，工業(yè)系統(tǒng)中的各種設備、功能組件有機的互聯(lián)起來，讓每臺工業(yè)機器成為一個節(jié)點，將它們各自的相關信息，通過相應的通信傳送手段互通，從而形成了一個特殊的互聯(lián)網(wǎng)。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的機遇
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要技術不斷的創(chuàng)新，首先需要解決傳感器及全面互聯(lián)問題。不斷加大對傳感器及全面互聯(lián)技術的研發(fā)投入，必將大力推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展?，F(xiàn)代信息技術離不開傳感器技術，我們每天的生活和工作也離不開傳感器。當我們走進現(xiàn)代化氣息濃厚的辦公大樓，自動門會自動打開；當我們回到家，樓道里的照明會自動點亮；當我們使用手機的時候，各種距離傳感器、震動傳感器、方向傳感器都為我們帶來了無數(shù)的便捷。所以說傳感器是新技術革命和信息社會的重要技術基礎，是現(xiàn)代科技的開路先鋒。
適合于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術更強調如下幾個方面：
1、價格低廉，只有更低的價格才能獲得更廣泛的應用。例如條形碼技術，是隨著計算機與信息技術的發(fā)展和應用而誕生的，它是集編碼、印刷、識別、數(shù)據(jù)采集和處理于一身的新型技術。咱們所熟知的商品條形碼，最早是由名叫約翰·科芒德（John Kermode） 的性情古怪的發(fā)明家發(fā)明的，他異想天開地想對郵政單據(jù)實現(xiàn)自動分檢。但是當?shù)谝粋€系統(tǒng)進入市場后，包括打印和識讀設備在內的全套設備大約要5000美元。此后不久，隨著LED（發(fā)光二極管）、微處理器和激光二極管的不斷發(fā)展，迎來了新的標識符號（象征學）和其應用的大爆炸，人們稱之為“條碼工業(yè)”。今天很少能找到?jīng)]有直接接觸過即快又準的條形碼技術的公司或個人。由于在這一領域的技術進步與發(fā)展非常迅速，并且每天都有越來越多的應用領域被開發(fā)，各種類型的條形碼也不斷涌現(xiàn)，使我們每一個人的生活都變得更加輕松和方便。為了更方便的購物、結賬，我們發(fā)明了電子標簽，隨著電子技術的不斷發(fā)展，電子標簽的成本逐漸下降，今后可能會取代條形碼技術成為人們生活中的重要組成部分。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要更多的傳感器能夠在更低的價格下發(fā)揮更大的作用，所以如何通過更先進的技術、工藝、材料降低傳感器的成本將成為今后的一個發(fā)展方向。
2、傳感器微型化，為了能夠了解更多的信息，需要在機器、設備中植入更多種類的傳感器，這時候需要我們不斷的減小傳感器的體積、微型化。微型化是建立在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術基礎上的，MEMS的發(fā)展，把傳感器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。在微電子技術基礎上，內置微處理器，或者把微傳感器和微處理器及相關集成電路等封裝在一起。
除MEMS外，新型傳感器的發(fā)展還有賴于新型敏感材料、敏感元件和納米技術，傳感器材料是傳感器技術的重要基礎,是傳感器技術升級的重要支撐。隨著材料科學的進步,傳感器技術日臻成熟,其種類越來越多，除了早期使用的半導體材料、陶瓷材料以外, 涌現(xiàn)了一批如新一代光纖傳感器、超導傳感器、焦平面陳列紅外探測器、生物傳感器、納米傳感器、新型量子傳感器、微型陀螺、網(wǎng)絡化傳感器、智能傳感器、模糊傳感器等多功能傳感器。例如,在敏感材料中,陶瓷材料、有機材料發(fā)展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密調配化學成分的基礎上,經(jīng)過高精度成型燒結,得到對某一種或某幾種氣體具有識別功能的敏感材料,用于制成新型氣體傳感器。此外,高分子有機敏感材料,是近幾年人們極為關注的具有應用潛力的新型敏感材料,可制成熱敏、光敏、氣敏、濕敏、力敏、離子敏和生物敏等傳感器。傳感器技術的不斷發(fā)展,也促進了更新型材料的開發(fā),如納米材料等。美國NRC公司已開發(fā)出納米ZrO2氣體傳感器,控制機動車輛尾氣的排放,對凈化環(huán)境效果很好,應用前景比較廣闊。由于采用納米材料制作的傳感器,具有龐大的界面,能提供大量的氣體通道,而且導通電阻很小,有利于傳感器向微型化發(fā)展，隨著科學技術的不斷進步將有更多的新型材料誕生。
3、傳感器網(wǎng)絡化，現(xiàn)在的很多傳感器需要依賴所附著的設備進行網(wǎng)絡連接，這樣就大大限制了傳感器采集信號的可用性。隨著傳感器技術及無線網(wǎng)絡技術的進步一融合，無線傳感器將有著十分廣泛的應用前景。它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領域。我們可以大膽的預見，將來無線傳感器網(wǎng)絡將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)可以將家用電器、個人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實現(xiàn)遠距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡負責安全調控、節(jié)電等。無線傳感器網(wǎng)絡將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡，其應用可以涉及到人類日常生活和社會生產(chǎn)活動的所有領域，需要各種技術支撐。。但是，我們還應該清楚的認識到，無線傳感器網(wǎng)絡才剛剛開始發(fā)展，它的技術、應用都還還遠談不上成熟，國內企業(yè)應該抓住商機，加大投入力度，推動整個行業(yè)的發(fā)展。
今后，隨著CAD技術、MEMS技術、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將向著微型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。在各種新興科學技術呈輻射狀廣泛滲透的當今社會，作為現(xiàn)代科學“耳目”的傳感器系統(tǒng)，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎，必將進一步得到社會各界的普遍關注。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也離不開更加廣泛的互聯(lián)技術，除了傳感器的網(wǎng)絡化之外，構建各種機器、設備的廣泛互聯(lián)也是推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進一步發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。上一波互聯(lián)網(wǎng)浪潮中，互聯(lián)網(wǎng)在全球連接起數(shù)十億人，同時也造就了Google、亞馬遜這樣的互聯(lián)網(wǎng)巨頭。全球70億人，平均每個人至少對應有十個機器，包括裝置、儀器和車輛，如果把機器連接起來的話，全球完全有可能有700億個機器接入?？梢韵胂?，未來將會出現(xiàn)比消費互聯(lián)網(wǎng)更龐大的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。
在不遠的未來，預計會有一個開放的、全球的網(wǎng)絡組織，高度智能的機器通過這個組織和人類連接、通訊、協(xié)作。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)并不代表一個要由機器來運作的世界，而是要把世界最先進的科技整合起來，解決我們最大挑戰(zhàn)，使用經(jīng)濟綠色可持續(xù)的能源，治愈曾經(jīng)的不治之癥，讓我們的基礎設施和城市為未來一百年做好準備。
如何面對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代廣泛互聯(lián)的要求，成為今后網(wǎng)絡互聯(lián)的熱點話題。同時我們也看到網(wǎng)絡也在不斷的進步和發(fā)展，也有利于我們更廣泛的把各種設備連接起來?；ヂ?lián)技術的發(fā)展特點包括：
(1) 低功耗: 隨著用于互聯(lián)的設備或者模塊的小型化以及工藝更加先進，互聯(lián)標準的進步，傳輸同樣的數(shù)據(jù)所需要的功耗約來越低。在設備或者機器的生命周期內，都可以進行網(wǎng)絡互聯(lián)而不需要進行電池更換。
(2) 低成本： 隨著工藝的進步、新材料的研制以及規(guī)模效應的顯現(xiàn)，網(wǎng)絡互聯(lián)的成本已經(jīng)不能成為阻礙工業(yè)互聯(lián)的關鍵問題。
(3) 時延短: 隨著網(wǎng)絡帶寬不斷增加，各種新的通信協(xié)議的推出，通信時延已經(jīng)進入到毫秒甚至微妙級別，因此更加適用于對時延要求苛刻的工業(yè)控制場合。
(4) 網(wǎng)絡容量大：隨著IP技術的進步，以及IPv6不斷應用，今后將可以做到任意設備都可以接入網(wǎng)絡，不會存在地址空間不足的問題。
(5) 可靠:隨著網(wǎng)絡的進一步普及，網(wǎng)絡將發(fā)展成為類似于神經(jīng)網(wǎng)絡的連接方式，通路的冗余度將大大提高，避免沖突和競爭。
(6) 安全：網(wǎng)絡安全性將大幅提高，網(wǎng)絡互聯(lián)將更加可信。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的到來，為我們提供了更多的機遇，傳感器及網(wǎng)絡技術僅僅是里面的兩個主要環(huán)節(jié)和關鍵技術。圍繞著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的周邊，我們可以看到有更多的技術和產(chǎn)品有待于發(fā)展。今后，我們可以為每個工業(yè)設備打上節(jié)點的標識、安裝傳感器、將設備的運轉情況信息化，甚至可以對設備的關鍵組件進行狀態(tài)跟蹤，再對生產(chǎn)與制造環(huán)境進行監(jiān)控收集。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將這些來自于數(shù)萬，甚至是成百上千萬傳感器發(fā)出的信息匯總，然后基于大數(shù)據(jù)平臺，根據(jù)相應的指標、規(guī)則予以過濾、分析，為我們的社會創(chuàng)造出更大的價值。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面臨兩方面的挑戰(zhàn)，首先是更高效的分析支撐技術，保證各種互聯(lián)技術能夠被解釋，能夠及時發(fā)揮作用，而不是成為僅僅存放在那里。其次是制定統(tǒng)一的標準，讓各種設備之間的協(xié)議統(tǒng)一，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一，只有在統(tǒng)一的標準之下，才能夠更為快速地推廣，產(chǎn)生效益。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面對的將是海量的數(shù)據(jù)，需要更高效的分析技術，才能夠充分發(fā)揮作用。對于一家商業(yè)零售公司來說，能夠發(fā)現(xiàn)消費者數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)就已經(jīng)足夠，例如，著名的啤酒尿布理論。在這種初級應用中，目前標準的機器學習算法就能夠勝任。但是對于復雜的物理系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)模型還需要能夠解釋關聯(lián)背后的原因。
面對海量數(shù)據(jù)，基礎架構需要選擇大數(shù)據(jù)作為平臺支撐，利用分布式分析的優(yōu)勢，能夠在短時間內對獲取的數(shù)據(jù)進行分析和處理，從而在用戶可接受的時間范圍內給出相應。這種處理機制在目前的數(shù)據(jù)量下是沒有問題的，但是隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應用的不斷推廣，數(shù)據(jù)向ZB規(guī)模發(fā)展，大數(shù)據(jù)平臺是否依然能夠發(fā)揮效果，可能會打上問號。
但是我們相信大數(shù)據(jù)技術也是不斷進步的，面對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)不斷涌現(xiàn)的海量數(shù)據(jù)，我們可以不斷的在算法、架構等方面進行調整，從而適應更大量數(shù)據(jù)的分析需求。
同時，我們也看到，隨著機器種類的不斷增多、互聯(lián)的方式也多種多樣，如何讓這些數(shù)據(jù)不僅能夠互聯(lián)，也能互通？所以，需要在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)剛剛發(fā)展的前期進行相應標準的制定。
在發(fā)展的前期，更多的是不同廠商之間各自標準的百家爭鳴，這其中，商業(yè)利益與行業(yè)標準間如何平衡就顯得尤為重要，也是不小的挑戰(zhàn)。就像互聯(lián)網(wǎng)標準促進互聯(lián)網(wǎng)的普及和發(fā)展一樣，未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的標準也同樣重要。而標準化意味著需要更多的企業(yè)參與其中，求同存異，制定一個開放的標準。但目前的現(xiàn)狀是，無論是在中國、歐洲還是美國都存有不同的標準，這對于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的進一步普及和發(fā)展無疑是不利的。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的未來
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價值著眼點在于工業(yè)效率的提升，通過新的互聯(lián)實體（機器、應用、業(yè)務運營）之間的數(shù)據(jù)挖掘帶來更多的商業(yè)價值。它的價值體現(xiàn)，需要相關產(chǎn)業(yè)一定程度發(fā)展水平相配套，傳感器領域、互聯(lián)網(wǎng)領域、大數(shù)據(jù)及云計算領域，都需要在現(xiàn)有基礎上大幅度的提升。
我們也看到，在相關領域，技術的發(fā)展是日新月異的。云計算已經(jīng)在智慧城市、行業(yè)云、公有云、私有云中廣泛被使用，也日臻完善。大數(shù)據(jù)也有很多成功的商業(yè)案例，不僅僅能夠處理一些簡單的數(shù)據(jù)存儲或者查詢，也能夠對海量數(shù)據(jù)進行深度的數(shù)據(jù)挖掘。隨著各種大數(shù)據(jù)算法不斷推陳出新，大數(shù)據(jù)必將成為主導今后技術發(fā)展的主流。