今年特別火的物聯網是什麼？邊緣計算和物聯網有什麼關係？也許之前你有點搞不清，看完這篇文章相信您會對邊緣計算和物聯網有新的認識。

物聯網（英語：Internet of Things，縮寫IoT）是互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能行使獨立功能的普通物體實現互聯互通的網絡。在物聯網上，每個人都可以應用電子標籤將真實的物體上網聯結，在物聯網上都可以查出它們的具體位置。通過物聯網可以用中心計算機對機器、設備、人員進行集中管理、控制，也可以對家庭設備、汽車進行遙控，以及搜索位置、防止物品被盜等，類似自動化操控系統，同時透過收集這些小事的數據，最後可以聚集成大數據，包含重新設計道路以減少車禍、都市更新、災害預測與流行病控制等等社會的重大改變，實現物和物相聯。

物聯網的起源

物聯網源頭最早要追溯到1991年，劍橋大學特洛伊計算機實驗室的科學家們，常常要下樓去看咖啡煮好了沒有，但又怕會影響工作，為了解決麻煩，他們編寫了一套程序，咖啡壺旁邊安裝了一個便攜式攝像頭，利用終端計算機的圖像捕捉技術，以3幀/秒的速率傳遞到實驗室的計算機上，以方便工作人員隨時查看咖啡是否煮好，這就是物聯網早的雛形。1993年，作為首個 X-Windows 系統案例，“特洛伊咖啡壺服務器”事件還被傳到了網上，近240萬人點擊過這個名噪一時的“咖啡壺”網站。就網絡數字攝像機而言，確切地說，其市場開發、技術應用以及日後的種種網絡擴展都是始源於這個世界上富盛名的“特洛伊咖啡壺”。

圖1-咖啡壺

1995年，比爾•蓋茨在《未來之路》一書中曾提到了“物聯網”的構想，言指“互聯網僅僅實現了計算機的聯網而沒有實現萬事萬物的互聯”，這在當時並沒有受到關注，正如書中寫的一樣，“雖然現在看來這些預測不太可能實現，甚至有些荒謬。但是我保證這是本嚴肅的書，而絕不是戲言。十年後我的觀點將會得到證實。”

圖2-未來之路

1999 年美國麻省理工學院正式提出物聯網概念，早期的物聯網是指依託射頻識別（Radio Frequency Identification ，RFID）技術和設備，按約定的通信協議與互聯網相結合，使物品信息實現智能化識別和管理，實現物品信息互聯而形成的網絡。隨著技術和應用的發展，物聯網內涵不斷擴展。現代意義的物聯網可以實現對物的感知識別控制、網絡化互聯和智能處理有機統一，從而形成高智能決策。

2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯盟發佈了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，報告指出，無所不在的“物聯網”通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過互聯網主動進行數據交換。射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、嵌入式系統這四項技術將得到更加廣泛的應用。物聯網開始進入大眾視角。

物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸，它利用感知技術與智能裝臵對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯，進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策目的。

物聯網主要技術

在物聯網應用中有四項關鍵技術為物聯網開闢出極為廣闊的應用前景：

1、傳感器技術：這也是計算機應用中的關鍵技術。大家都知道，到目前為止絕大部分計算機處理的都是數字信號。自從有計算機以來就需要傳感器把模擬信號轉換成數字信號計算機才能處理。

2、RFID標籤：也是一種傳感器技術，RFID技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術，RFID在自動識別、物品物流管理有著廣闊的應用前景，這也是為什麼“物流”這個詞總是與“物聯網”同時出現。

3、納米技術：納米技術（nanotechnology）是用單個原子、分子製造物質的科學技術，研究結構尺寸在1至100納米範圍內材料的性質和應用。納米傳感器非常小，因此可以從數百萬個不同的點採集信息。隨後，外部設備可以對數據進行整合，生成極其詳細的圖像，從而顯示光、振動、電流、磁場、化學濃度和其他環境因素最細微的變化。由納米技術延伸出來的納米物聯網可能是物聯網領域下一個重大進展。

4、嵌入式系統技術：是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術為一體的複雜技術。經過幾十年的演變，以嵌入式系統為特徵的智能終端產品隨處可見；小到人們身邊的MP3,大到航天航空的衛星系統。嵌入式系統正在改變著人們的生活，推動著工業生產以及國防工業的發展。如果把物聯網用人體做一個簡單比喻，傳感器相當於人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網絡就是神經系統用來傳遞信息，嵌入式系統則是人的大腦，在接收到信息後要進行分類處理。這個例子很形象的描述了傳感器、嵌入式系統在物聯網中的位置與作用。

物聯網應用領域

物聯網用途十分廣泛，如圖遍及交通運輸、環境保護、公共設施、醫療、製造業、商業金融、家庭等多個行業。

圖3- 物聯網應用場景

物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業之中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋樑、隧道、公路、建築、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中，然後將“物聯網”與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合，在這個整合的網絡當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制，在此基礎上，人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關係。

邊緣計算賦能物聯網

物聯網是實現行業數字化轉型的重要手段，並將催生新的產業生態和商業模式。而藉助於邊緣計算可以提升物聯網的智能化，促使物聯網在各個垂直行業落地生根。圖4展示了應用於物聯網中的邊緣計算的設備形態和所處的位置。

圖4-邊緣計算應用於物聯網

邊緣計算在物聯網中應用的領域非常廣泛，特別適合具有低時延、高帶寬、高可靠、海量連接、 異構匯聚和本地安全隱私保護等特殊業務要求的應用場景。

圖5-邊緣計算在物聯網中應用

圖5示例了邊緣計算在智能交通、智慧城市和智能家居等行業或領域的應用情況， 下面將對這些場景進行相關的介紹和分析。

智慧交通

在城市道路交通中，每個路口都會設置監控攝像頭，每週甚至每天都會有海量的視頻數據產生，如果這些監控設備產生的數據聚在一起，會是個天文數字。 在雲端進行實時的海量數據分析與儲存對計算能力和網絡帶寬是 一個巨大的挑戰。如果藉助邊緣計算，在本地對海量視頻數據進行存儲和分析，僅識別和截取存 在道路交通事故或違法行為的視頻傳遞給雲/數據中心做進一步分析和長久存儲，這樣可以大大減少到雲端的數據傳輸，並且能夠支持實時的智能交通控制。

圖6-邊緣計算在智慧交通中的應用

圖6展示邊緣計算在城市交通中的應用，通過邊緣計算的實時數據處理和分析功能，可以支持無人駕駛、交通流量疏導和擁堵預測這類業務功能。另外也提供本地的監控數據存儲，對數據進行處理和清洗後再把有效數據傳遞給雲/數據中心做進一步分析的邊雲協同。

智慧城市

智慧城市是構建“宜居、舒適、安全”的城市生活環境，實現城市“感知、互聯和智慧”。智慧城市建設是涉及諸多信息系統、綜合集成技術的大型信息化工程。物聯網技術將為城市基礎設施的整體升級提供智能化的支撐，而邊緣計算將豐富智慧城市的應用場景。

圖7-邊緣計算在智慧城市中的應用

如圖7所示，一般智慧城市具有家庭、小區、社區和城市4個層級。每個層級都有對應的應用和服務，比如家庭有智能家居、智能安 防和家庭娛樂系統等，小區有門禁 和視頻監控、車輛人員管理和物業服務等；社區有社區商場、社區醫療和社區政務等；城市有交通、物流、醫療、金融和市政服務等。邊緣計算將在智慧城市這4個層級之間提供層次化的管理和服務功能， 並協同彼此之間的發展。

智能家居

在當前的智能家居中，智能家電設備基本上都是由智能單品構成的，比如密碼鎖、智能照明、智能空調、安防監控、智能衛浴、家庭影院多媒體系統 等，這些智能家電設備需要依賴於雲平臺才能實現手機端在外網的遠程控制。這種基於雲平臺的智能家 居在網絡出現故障時將無法進行控 制，特別是多個智能單品聯動的場景將無法對多個設備進行協調。智能家電設備都是通過Wi-Fi模塊連接到雲/數據中心，用戶對存放在雲/ 數據中心的家庭數據也存在洩漏的擔憂，另外大量的監控視頻數據也會消耗智能家居設備到雲/數據中心之間的通信帶寬。

圖8-邊緣計算在智能家居的應用

如圖8所示，採用邊緣計算技術，可以把家庭視頻數據存放在本地邊緣計算網關設備上，確保用戶的隱私不被洩漏；多個智能單品之間的聯動也可以通過本地邊緣計算進行近實時的協調；邊緣計算節點還能實現定期與雲計算同步更新控制和設備狀態信息。

物聯網不斷髮展的過程會遇到越來越多的諸如：傳輸、帶寬、安全、數據處理、數據分析等眾多挑戰，單純靠雲計算已然無法完全解決問題，邊緣計算可以有效緩解以及解決這些挑戰，邊雲融合邊雲協同是以後的趨勢。

特別鳴謝

中興通訊南京研究所的楚俊生先生、林兆驥先生以及中興通訊上海研究所的張博生先生三人對本文的支持。

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