第1章　物聯網和邊緣計算的定義及用例

像往常一樣，你在早上6:30左右醒來。你從來不需要鬧鐘，這是生物鐘的一種體現。你睜開眼睛，迎接一個陽光明媚的早晨。室外溫度接近70華氏度[1]。這一天是2022年5月17日星期二，你的這一天將與2017年5月17日完全不同，包括你的生活方式、你的健康、你的財產、你的工作、你的通勤，甚至你的停車位。你生活世界的一切，包括能源、醫療保健、農業、制造業、物流、公共交通、環境、安全、購物，甚至衣服也都會大不相同。這就是將普通物體連接到互聯網或物聯網（IoT）帶來的影響，我認為更好的比喻就是萬物互聯。

甚至在你醒來之前，你周圍的物聯網就已經發生了很多事情。你的睡眠行為已被睡眠傳感器或智能枕頭監測。數據被發送到物聯網網關，然后傳到你免費使用的云服務，該服務將結果顯示在你的手機上。你不需要鬧鐘，但是如果你要乘坐早上5點的航班，你可以重新設置它，由使用if-this,then-that（IFTTT）協議的云代理控制。你的雙區爐通過使用802.11協議的家庭Wi-Fi連接到一個不同的云提供商，你的煙感報警器、門鈴、灌溉系統、車庫門、監控攝像頭和安全系統也是。你的狗身上安裝了一個使用能量收集源的近距離傳感器，可以幫它打開狗狗門，也可以告訴你它在哪里。

你實際上不再需要個人計算機。當然，你有一臺平板電腦和一部智能手機作為主要創作設備，但你主要使用VR/AR設備，因為它的屏幕更好、更大。你的壁柜里有一個邊緣計算網關。它連接到5G服務提供商，讓你接入互聯網和廣域網，因為有線連接已經不適合你的生活方式——無論你身在何處，都可以移動、連接和在線，5G和你最心儀的運營商確保你在邁阿密的酒店房間或愛達荷州博伊西的家中都有非常好的體驗。網關還為你在家里執行許多操作，例如處理來自網絡攝像頭的視頻流，以檢測房子中是否發生了摔倒或事故。對安全系統的檢查還可以發現異常情況（包括奇怪的噪音、可能的漏水、一直開著的燈、又在啃家具的狗等）。它還可以充當家庭中心，每天備份手機數據，因為你的手機有可能損壞。它還可以充當你的私有云，即使你對云服務一無所知。

你騎自行車去辦公室。你的自行車運動衫使用可打印的傳感器監測你的心率和體溫。你在收聽從手機流向藍牙耳機的藍牙音頻的同時，這些數據會通過低功耗藍牙（Bluetooth Low Energy）傳輸到你的智能手機。在途中，你路過幾塊廣告牌，上面全都是視頻和實時廣告。你在當地的咖啡店停下來，前面有一個數字標牌顯示屏，上面出現了你的名字，問你是否要昨天最后點的東西——一杯12盎司[2]含奶油的美式咖啡。它通過信標和網關做到這一點，識別出你出現在5英尺[3]范圍內且正靠近顯示屏。當然，你買了這杯咖啡。大多數人都是開車上班，通過每個停車位中的智能傳感器將他們導向最佳的停車位。當然，你也會與其他騎自行車的人一起獲得最佳的停車位。

你的辦公室是綠色能源計劃的一部分。公司政策要求辦公空間零排放。每個房間都有近距離傳感器，不僅可以檢測房間是否被占用，還可以檢測房間里的人是誰。你的胸牌是一個使用10年期電池的信標設備，你一進門就能夠被感知到。燈具、暖通空調、自動遮陽簾、吊扇，甚至連數字標牌都連接在一起。中央霧節點監控所有建筑信息，并將其同步到云主機。還設置了一個規則引擎，可以根據房間占用率、時間、季節以及室內和室外的溫度做出實時決策，提高或降低環境條件以盡可能利用能源。如果有需要檢查的異常能源使用情況，則主斷路器上的傳感器會監聽能源的使用模式，并在霧節點上做出決策。

這一切是通過一些實時流媒體邊緣分析和機器學習算法來實現的，這些算法已經在云端進行了訓練，然后被推送到邊緣。

該辦公室有一個5G微蜂窩小區，用于與上游運營商進行外部通信，其內部還有多個微蜂窩小區網關，以集中大樓范圍內的信號。內部5G也可以充當局域網。

你的手機和平板電腦已切換到內部5G信號，你打開軟件定義網絡覆蓋，立即進入公司局域網。你的智能手機為你做了很多工作，它本質上是你通往周圍的個人區域網的私人網關。你參加了今天的第一場會議，但你的同事不在，遲到了幾分鐘。他表示歉意，但解釋說他的車出問題了。

他那輛新車向制造商上報了壓縮機和渦輪增壓器的異常情況。制造商立即得知此事，一位代表打電話給你的同事，告訴他，正常通勤的情況下，在兩天內這輛車有70%的可能出現渦輪增壓器故障。他們預約了經銷商，準備了新零件來修理壓縮機。這為他節省了更換渦輪的大量成本，并減少了許多麻煩。

午餐時，團隊決定去市中心一家新開的魚肉卷餅店。你們一行四人決定同乘一輛轎跑出行，雖然這輛車坐兩個人可能會更舒適一些。不幸的是，你們將不得不把車停在一個更昂貴的停車場里。

停車收費標準是動態的，遵循供求關系。因為一些活動，場地已經飽和，即使是在周二中午，收費標準也翻了一倍。好的一面是，提高停車費的系統也會告知你的車和智能手機，到底要開到哪個停車場的哪個車位。你輸入魚肉卷餅店地址，就會彈出停車場和容量，在到達之前，你就可以預訂一個位置。當車靠近大門時，大門會識別你的手機簽章、車牌或多種因素的組合，然后打開。你將開到車位上，應用程序通過正確的傳感器向停車場云端登記你已在正確位置。

當天下午，你需要去位于城市另一邊的制造廠。這是一個典型的工廠：幾臺注塑機、取放裝置、包裝機以及所有配套的基礎設施。最近，產品的質量有所下滑。最終產品存在接頭連接問題，外觀上也不如上個月的產品。到達現場后，你與經理交談并檢查現場。一切看似正常，但質量肯定變差了。你們兩人見面后，調出了廠區的系統儀表盤。

該系統使用許多傳感器（振動、溫度、速度、視覺和跟蹤信標）監控車間。數據是實時積累和可視化的。有許多預測性維護算法可以監視各種設備的磨損和錯誤跡象，這些信息會傳輸到設備制造商和你的團隊。制造自動化和診斷日志沒有發現任何異常模式，因為它們已經被最好的專家訓練過。看起來這種問題需要通過每日SWOT（優勢、劣勢、機會和威脅）團隊會議來解決，這需要你的組織中最優秀和最聰明的人花費數小時到數周時間，代價是昂貴的。但是，你有很多數據。工廠車間的所有數據都保存在一個長期存儲的數據庫中。這項服務是有成本的。一開始，這個成本很難被證明是合理的，但現在你相信它已經為自己收回了千倍的成本。通過使用復雜的事件處理器和分析包處理所有這些歷史數據，你可以快速開發出一組規則，對故障部件的質量進行建模。向后追溯導致故障的事件，你意識到這不是小故障，它涉及多個方面的問題：

• 夏季工作空間的內部溫度上升了2℃，以節省能源。
• 由于供應問題，總成將產量降低了1.5%。
• 其中一臺注塑機已接近預期的維護周期，溫度和組裝速度將其故障情況推到了預測值之上。

你發現了這個問題，并使用新參數對預測性維護模型重新進行了訓練，以便在將來能控制這種情況。總的來說，今天工作得不錯。

雖然這是個虛構的情形，但今天與它已經很接近了。維基百科是這樣定義物聯網的：“物聯網（Internet of Things，IoT）是指物理設備、車輛（也稱為“連接設備”和“智能設備”）、建筑物和其他物品之間的網絡連接，這些物品中嵌入了電子產品、軟件、傳感器、執行器和網絡連接，使其能夠收集和交換數據。

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[1]約21攝氏度。——編輯注

[2]約355毫升。——編輯注

[3]約1.524米。——編輯注