(本文编辑版发表于《软件与信息服务》2010年6月刊)

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在过去半年多的时间里,物联网这个沉寂了将近10年的技术概念,正在全球范围内迅速成为热点。互联网的持续发展,让信息在人类用户间的流动变得几乎没有障碍。然而,在现实世界中的各种物品之间,信息却仍然无法自由流动。此时的人类,更像是机器的助手,帮助它们去理解这个世界,维持整个地球的正常运转。要把人类从机器的奴役中解放出来,就必须实现机器对外界的感知,以及机器之间的互联与协作。与10年前不同,在互联网基础设施和云计算技术已经发展成熟的今天,物联网正从一个技术概念,演变成为一种现实的可能性。

在云计算基础之上,物联网的实现在端方面有三个主要技术前提,分别是物体识别、环境感知与无线通信。事实上,目前大多数已经或即将商用的物联网技术产品,都涉及到这三方面。物体识别,是对其行为进行监测分析的第一步。简单的物体识别,包括在动物溯源、货品库存管理等活动中应用二维码与RFID标签,是最基本的物联网应用,也是最早商用化的技术。虽然物体识别技术本身,除了成本控制之外并没有太多难点,但却是未来整个物联网的基石,因为它为物联网提供了海量数据,担负着将物理世界映射进入数字世界的重任。在物联网的世界里,存在着这样一座金字塔,由下而上分别是数据、信息、知识、智慧四层。没有最基础的物体标识数据,智慧地球将无从谈起。

除了物体识别之外,环境感知是物联网数据的另一个重要来源。如今,五花八门的传感器,就好象智慧地球的神经末梢,为了各种各样的目的,将物理世界中的各种度量,如温度、湿度、压力、噪音、光强等数据,输入进各个自治系统。今天被传感器包围的地球,与人体最大的差别,在于前者还没有将各个分治的传感器网络联接成一个整体,实现数据共享下的整体协同效应。而这,也是我们经常听到呼吁制定物联网标准的主要原因。

当机器不仅能够感知周围环境,还能够彼此互通有无时,其摆脱对人类的依赖就指日可待。无线通信不仅可以帮助用户端设备互联,还可以将其连接到云端,将计算力更有效率地集中在一起。此时,物联网中用户端设备的计算性能要求大大降低,其更多地演变成一个感知终端,功能侧重在数据收集与用户交互。可以说,无线通信是使物联网技术真正成为大众消费品的第一推动力。

当我们审视过物联网时代的核心技术要求后,不难发现其实我们几乎每个人手里,都拿着一个天然的物联网终端。是的,手机无疑将成为物联网时代的基础计算平台之一。未来的物联网,将像过去层出不穷的IT技术一样,演化出面向消费级与企业级的两个应用大方向。而至少在消费级物联网应用领域,手机平台将成为各种势力的必争之地。

从2007年发布的iPhone开始,手机产品正在迅速发展成为一个使用最普及且功能强悍的传感器平台。事实上,一台最新款智能手机上装备的传感器已经能够探测十余种环境变量。手机可以轻松知道使用者的位置、速度、高度、环境亮度、周围噪音水平、朝向、运动状态、步频等等。更让人吃惊的是,手机不仅了解使用者的物理环境,还对其社交环境了如指掌。比如,通过情景模式设置,手机可以知道用户是在开会还是在户外;通过地址本,手机可以获得用户完整真实的社交网络;而通过监测短信与通话记录,手机甚至可以统计出用户正在与几个姑娘保持暧昧。当然,这并非意味着用户隐私的外泄。一款设计巧妙的应用,可以在不泄露任何个人信息的情况下,为手机用户提供极大的效用。

摄像头与内置的RFID读卡器,可以将手机与物联网中的物体标签完美整合在一起。在美国,RedLaser是一款颇具影响的手机应用,人们用它通过手机摄像头扫描商店中货品的条码,并进行实时比价。而苹果公司正计划在下一代iPhone中内置RFID读卡器,此举无疑是对沃尔玛等零售商在单品级别实现RFID标签化努力的积极反应。苹果与沃尔玛这两大行业巨头间的关系,也许就会因为一张小小的RFID标签而碰撞产生聚变。

除了环境感知与物体识别,无线通信更是手机的强项。在物联网时代,3G乃至4G技术真正的意义,并不在于带宽增加多少,而在于能够让手机低成本地保持在线。作为曾经的短板,手机的计算能力在云计算时代变得不再重要,只要数据能够随时流动到云端并获得结果。而WiFi、蓝牙等短距离无线通信技术的发展,则让P2P方式的手机间交互成为可能,并引发出一些全新的物联网应用形态。

移动互联网,并不能发挥手机的全部潜力,但物联网可以。10年之后,手机很可能将取代PC,成为IT历史上最后一个大一统平台。而在其之后,人们期待已久的泛在计算时代也许就会来临。在物联网时代,手机产业的所有相关各方,都面临着的黄金机会,尤其是在消费类物联网应用领域。让我们以AT&T为例,来看一下这家美国电信运营商正在进行的物联网产业准备。

AT&T的观点是,在物联网时代,由各传感器网络汇聚而来的数据将会爆炸性增长,而如果这些数据都在AT&T的网络中传输,那么他们就能够成功地扮演淘金潮中的卖水者角色。事实上,AT&T以及开始积极地为各种物联网应用提供数据传输支持,这些应用从带定位功能的狗项圈,到具有自动提醒服药时间的药瓶。而AT&T在美国市场最大的竞争对手Verizon,也在执行着类似的战略。

AT&T的战略有一个致命的隐患,那就是在物联网时代被产业链上下游的其他厂商边缘化。事实上,在互联网时代,AT&T的地位就早已比不上电话时代,其遍布北美的电话线路沦为廉价的渠道,互联网产业的巨额利润大都被Google这样的服务型公司攫取。而在物联网时代,AT&T的基站里传递的数据,能够为其带来的财富到底有多少,非常值得怀疑。更何况来自传感器的数据复杂程度,要远逊于目前的互联网与移动互联网应用。

而目前的手机厂商,在物联网时代所占据的位置要稍好于AT&T这样的电信运营商。毕竟,作为传感器平台的手机硬件,完全出于这些厂商之手。如果硬件厂商稍具前瞻意识,能够从物联网应用甚至服务层次来考虑硬件平台的配置,并结合自身产品与销售渠道搭配推广自身的物联网服务,那么其机会要比电信运营商大得多。当然,我们也不排除在物联网时代,会有苹果应用商店这样天才般的商业模式创新出现,让手机厂商一举获得产业链级别的竞争优势。

在消费级物联网应用领域,Google这样的互联网服务巨头面临着一个尴尬的局面。作为信息整合者,其在互联网时代的成功,主要依赖于大量可公开获得的网络信息数据。而在物联网领域,虽然目前有着Pachube这样的传感器数据整合先行者,但要实现全球级别的传感数据可检索,至少在未来15年之内还不太可能。当然,Google 已经做出了应对,其Android平台飞升的市场占有率展示出Google在手机操作系统领域的光明未来。然而,与手机厂商相比,Google的短板在于硬件产品线。

目前全球手机巨头中的若干家,包括三星、LG等,同样还在家电领域颇具实力。手机作为一款信息终端,最大问题是输入输出设备尺寸的物理局限,而大屏幕电视恰好能解决部分问题。而在一些出于成本考虑不适合安装屏幕的家电中,手机又恰好是一个不错的控制终端。事实上,数字/智能家庭恰好是消费级物联网应用的重要环节,而这些手机厂商又占据着产品线优势。不过,Google最近一直在进行着家电系统Android化的努力,也许这能够部分抵消其产品线劣势。

手机,将在未来的物联网时代扮演着重要的平台角色。而这点,目前似乎还被大部分物联网观察家们忽略。正如去年下半年新大陆、远望谷这些公司被“忽然物联网”一样,如果今后几年哪家手机厂商突然成为物联网行业的热点,人们也大可不必惊讶。用美国科幻作家William Gibson的话说,我们正生活在未来之中,只不过它分布的并不均匀。今天Geek们的玩具,可能是明天普罗大众的生活必需;而现在看似普通的手机,也许会成为改变未来地球运转方式的力量。

(图片来源:http://www.blogspot.com)

(本文发表于《商界评论》2010年第1期,阐述了物联网与泛在计算的关系,并对中国的物联网战略进行了评论。)

20年前,充满传奇色彩的施乐公司帕洛阿尔托研究中心里,有位科学家预言了一种“后PC时代”的全新人机交互方式,并称之为“泛在计算”(Ubiquitous Computing)。今天,国内被炒到火热的物联网概念,只不过是泛在计算框架下一个小小分支。

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座落于硅谷腹地的帕洛阿尔托研究中心(以下简称PARC),距离斯坦福大学只有8分钟车程。草坪上的几幢土黄色小楼,看似并不起眼,却是上世纪七、八十年代信息技术创新者们朝拜的圣地。这里诞生过诸多对现代社会影响深远的科技发明,包括人们熟知的激光打印、以太网、机械鼠标、图形用户界面,还有超大规模集成电路。然而,10年之后,这份名单里排在第一位的,将是一个对今天大多数人来说,仍然陌生的名字。

1988年,时任PARC首席技术官的马克·维瑟博士,提出了一种全新的计算模式构想。与当时刚刚出现,到今天依然流行的PC模式不同,这种被称为“泛在计算”的理念,认为未来的计算力,将被很自然的嵌入到人们日常生活之中,变得无处不在而又不被人注意。

泛在计算这一概念正式被全世界关注,始自马克·维瑟1991年发表在《科学美国人》杂志上一篇标题为“21世纪的计算机”的文章。到今天,已经有上万名来自美国、欧洲、日本、韩国和世界其它地方的计算机、认知科学和电子工程学者,聚集在泛在计算领域,为马克·维瑟预言的最终实现而努力。一篇6千字的短文,缔造出一个交叉学科的庞大研究领域,这在近数十年来的科技发展史上,可谓绝无仅有。

泛在计算的预言

学术界对泛在计算的关注,主要源自以下两个研究直觉。

第一,历史上真正为人类社会带来巨大变革的技术,大多是那些融入生活而消失于无形的东西,比如造纸术、印刷术、电力网络等等。人们对这些技术的运用,不再需要特别的关注。而今天的计算机技术,在某种程度上来说,仍然显得突兀而难以使用。

第二,随着信息产业的高速发展,未来社会人们最稀缺的,并非计算力,而是注意力。把用户从各种信息化服务和电子设备的包围中解放出来,让机器之间直接沟通,尽量减少人工干预的需要,是今后计算技术发展的方向。

正是在这样的思路下,泛在计算领域的研究者,希望能找到一种方法,让生活环境中的电器、家具以及其他设备,能够根据需要,在没有用户参与的情况下主动完成一些日常任务。

环境感知,是泛在计算技术的核心。它的目的,就是节省用户的注意力资源,在传感器与智能算法的帮助下,自动探测用户需求,并作出应对。过去数年间全球蓬勃发展的基于位置服务,其实是环境感知技术的一个应用。我们耳熟能详的一些未来产品概念,如智能家庭、自动驾驶汽车等等,就是环境感知技术在不同环境中应用的例子。

2007年微软推出的“未来之屋”,是泛在计算技术应用于日常生活的典型例子。进入房屋时,安全系统会对来访者的面部进行扫描,确认身份后自动打开房门。客厅冰箱上的液晶显示器能列出保存的食物清单,厨房水槽能够根据使用者的身高调节高度,而排风机会根据油烟浓度自动开启。此外,每个房间的墙壁颜色、装修风格和温度,都可以根据家庭成员的喜好和情绪自动更换。

微软的未来之屋,展示的不过是泛在计算技术在一个封闭空间中的应用。当一个社区内的所有电器设备彼此连接,甚至与互联网连通之后,能够催生的衍生应用将更加丰富多彩。让冰箱能够自动向楼下超市订购食品,或是根据食物清单上网查询菜谱,用户所要做的仅仅是下载安装一个小程序那么简单。

大概是因为诞生于一种预言式研究动机的缘故,国外不少学者对泛在计算,尤其是环境感知技术存在一个疑问,那就是它能否真正被用户接受。从目前学术界研究成果面临的技术转移难度看,这样的担心并非没有道理。事实上,有很多因素,比如用户隐私问题、基础设施部署成本高、商业模式缺乏等等,都在阻碍着泛在计算技术进入主流市场。

但与各国政府和跨国企业在推动泛在计算发展时表现出来的决心相比,这些似乎都不会成为问题。日本、韩国先后出台的智能城市计划,以及去年底横空出世的IBM“智慧地球”战略,无一不闪现着泛在计算的影子。而数月前开始在国内大行其道的物联网概念,也是泛在计算重要的组成部分。

传感器网络与物联网

为了实现环境感知,在现实世界中部署大量传感器,并将其连接成一张巨大的网络,便成为一切泛在计算技术应用的基础。能够收集温度、压力、声级、环境光等各类信息的传感器网络,是泛在计算领域内一个重要的研究方向,也是最早实现产品化,甚至商业化的技术之一。上世纪末诞生于加州大学伯克利分校的“智能微尘”项目,便是其中的典型代表。

智能微尘,是一种具有电脑功能的超微型传感器,在几毫米见方的芯片上,集成了传感器、微处理器、通信系统和电源等各种复杂的电子部件。将一些微尘散落在一个场地中,它们就能够相互定位,收集数据并向基站传递信息。如果一个微尘功能失常,其他微尘会对其进行修复,这使得整个传感器网络的维护变得非常容易。

美国国防部早在10年前就开始资助智能微尘项目的研究,并希望能将其部署在战场,用来监视敌方的军事行动。而随后在民用方面,这项技术却得到了更大范围的应用,尤其是在远程健康监控和自然灾害预防领域。例如国内外的海洋科学工作者,已经开始将大量的微尘撒落在海面,收集海洋监测数据,用以预测海啸等灾害的发生。今天,智能微尘的批量生产成本已经降至10美元以下,并仍在快速下降。

如果将今天的电脑比作人的大脑,那么形形色色的传感器,就好比人的五官和皮肤。人体的感知器官不仅要能够独立工作,还需要通过体内的神经网络连接起来,共同完成各种复杂的工作。因此,今天各种传感器网络的部署,是为未来泛在计算预言的实现,进行基础设施层面的准备。

1999年诞生于麻省理工学院的物联网概念,指的是把生活中的物品通过传感器与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。物联网技术,原本主要应用于零售和物流领域。让我们来设想,假如超市中的每一样货品都被内置了电子标签,并能够通过互联网来查询,那么库存管理将不会再是问题。甚至连盗窃事件发生的概率也会大大降低,因为物主可以通过网络随时查询物品所在位置。

在底层传感器网络之上,物联网增加了对物品标识的赋予和管理,并将底层网络与互联网打通。当网络用户能够在浏览器中输入一个特定网址,来访问现实生活中的某件物品各种信息时,物联网的目标就可以说基本实现。

但这一切,只不过是为泛在计算时代的到来所作的铺垫。

韩国U-City项目的启示

让我们把时间拉回到1993年。当年末,美国克林顿政府的 “信息高速公路”政策刚刚出台,方案更多侧重在光纤、交换节点等基础设施建设层面。当时,没有人能够预测到这个平台将会催生出诸如雅虎、谷歌这样伟大的信息服务类公司,并给未来20年人类社会生活和商业活动方式带来巨变。

同样,今天关于“物联网之后是什么?”这个问题,也许不存在一个标准解答。但是,这并不妨碍一些国家用行动给出自己的答案。

在把文化创意产品、家电和汽车卖给全世界消费者的同时,如何实现国内产业的升级换代,为应对下一波全球竞争做准备,对韩国政府来说是个重要的课题。2008年,韩国的家庭宽带普及率高达95%,移动互联网用户超过全国人口的一半,这是上世纪末韩国确立“以信息技术为基础”的经济发展模式后,取得的丰硕成果。

事实上,韩国政府已经早早开始在信息技术领域,寻找下一个能够拉动经济增长的技术热点。其2006年开始筹划的U-City(Ubiquitous City,泛在城市)计划,已经让韩国在泛在计算应用领域走在世界的最前沿。

韩国政府实施的这一宏伟计划,目的是通过建设遍布整个城市的高速有线和无线网络,让市民可以从城市的各个角落方便地使用各项社会服务,了解环境和交通状况,遥控家中的电器,甚至追踪未成年子女的动向。在U-City城市的建设中,IT基础设施,包括传感器网络、触摸屏终端、RFID读卡器等等,作为城市构成的基本要素被应用于居住,经济,交通,公共设施等各个领域。

U-City计划的受益者不仅仅是普通用户,它还为大量的IT、通信类企业创造出前所未有的市场机会。在新城市建设初期,该计划可以开拓出传感器、触摸屏设备,以及WIMAX、HSDPA等通信基础设施构成的全新市场空间。而其成熟之后带来的应用创新方面的商机,其规模我们现在根本无法预测。

如今,互联网连接起来的计算机不过数十亿台。而依照维基百科的预测,在物联网普及后,其连接的具有计算能力的物品,将达到万亿的数量级。这一大过互联网百倍的平台上,唯一限制应用开发商发挥空间的,只能是他们自己的想象力。

值得注意的是,韩国的U-City计划有两个明显的特点。一是,通过建立样板城市和现实应用,拉动物联网和泛在计算基础设施建设,让人们直观感受到泛在计算技术带来的诸多好处。二是,政府把泛在计算上升到国家经济发展的战略高度,强力推动其在全社会范围内的迅速实现。

今年下半年,规模达5千亿韩元的U-City计划正式全面启动,计划到2012年完成六大创新城市中的大田道安、仁川青萝、世宗幸福城市三处的U-City基础设施建设。届时,韩国将成为全球唯一拥有数座大型智能城市的国家。

谁的物联网?

目前世界各国对泛在计算将成为新一波信息产业革命的主题,基本没有异议。但选择的切入点,却不尽相同。网络基础设施完善、互联网与移动互联网应用高度发达的日、韩等国,均选择了基础设施与上层服务整体推进,通过普及新型应用拉动信息产业升级的战略,其目标定位在更加便利的国民生活,强调科技的人性化。

在深受金融危机困扰的美国,IBM正积极向奥巴马政府推销其提出的“智慧地球”战略。这一战略的目标是把传感器部署到遍布全球各个角落的电网、铁路、桥梁、隧道、公路等设施中,并与由超级计算机构成的云计算平台普遍连接,让人们能够以更加精确、动态的方式管理生产、生活。作为全球企业IT服务的主要提供者,IBM提出这一方案显然更多是出于自身利益的考虑。

与酝酿已久,本世纪中期相继出台的日、韩泛在计算推广计划u-Japan、u-Korea相比,去年底匆匆登场的“智慧地球”战略,带有明显的救场意味。IBM希望奥巴马政府能够效仿十多年前克林顿利用信息高速公路,把美国经济从当时低谷带出的方法,力推“智慧地球”。然而事与愿违,将近1年时间过去,“智慧地球”在美国仍然雷声大、雨点小,其重要原因就是没有人愿意为其庞大的花费买单。

另IBM欣慰的是,在其不懈的公关努力下,“智慧地球”战略在中国找到了知音。如今国内的物联网产业规划,基本上对“智慧地球”贩卖的概念照单全收。这可能是好事,也可能是坏事。

拥有全世界执行力最强的政府,中国具备强力推进物联网基础设施建设的条件。从长远来看,物联网技术,以及建立在其上诸多泛在计算应用的普及,也的确能起到大规模拉动经济增长,改善国民生活的作用。但值得注意的是,这种经济刺激作用可能需要至少10年的时间才能体现。

国内物联网发展战略与日、韩模式最大的不同,在于前者侧重于基础设施建设,以及商业、管理效率的提高,而忽略对民生的直接改善。与U-City等日、韩计划相比,物联网似乎与老百姓的关系不大。目前国内各种物联网技术产业联盟,通常由一些硬件和通信厂商、科研院所和政府部门组成,习惯于圈子内的自说自话。这与泛在计算技术以人为本的核心理念,显得有点格格不入。

制定过于宏大,且与民生脱离的科技发展计划,往往存在一个隐患。美国著名IT研究咨询机构高德纳的“炒作周期”理论认为,一项技术创新,在为市场广泛接受之前,通常会经历一个从炒作高峰跌至谷底,而后又回到一个平台期的过程。从物联网概念目前在国内被炒作的高度及其侧重领域看,其势必会经历一个不能满足大众和媒体预期,而迅速被质疑这样一个阶段。这对一个具有无限前景的技术创新领域来说,无疑是一件憾事。

结语

尽管在国内,物联网好像一个横空出世的概念游戏,但其实际上已经经历了近20年的技术积累。将眼光放远,我们会发现物联网其实仅是泛在计算技术冰山之一角。而后者,无疑将成为未来2、30年内全球信息产业发展的主旋律。

泛在计算理念诞生的初衷,是为用户提供一个更易用的计算环境。在此目标下,物联网是术,而非道。与东亚邻国相比,在迈向泛在计算时代的道路上,中国起步稍晚,却选择了一种类似于大跃进的方式。这或许是一个明智的选择,但一切仍需留待时间来检验。

(图片来源:http://ibiblio.org)

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    计算机科学博士、可穿戴设备研究者、互联网创业者、商业评论人和风险投资人。曾共同创办海词,先后设立联想集团硅谷并购办公室和联想科技种子基金,负责百度在美国的开放创新业务,现管理硅谷多支科技创投基金。多次担任黑马大赛、Demo中国、教育部春晖杯、中国教育电视台《创赢未来》、硅谷SVIEF、UCAHP、MIT-CHIEF、GMIC G-Startup等创业大赛评委,同时也是科技部科技评估中心特聘专家、北京团市委青年创业导师、南京321创业人才引进计划评审委员。