《一书读懂物联网》前言

news2024/11/15 15:57:36

我们对知识的认知是有规律可循的，大都是从问题开始，对问题的界定、归纳等都是为解决知识增长或进化而服务的，正如波普尔知识进化图（见图 i-1）所示的那样。

科学始于问题，发现问题是科学知识增长的起点，任何新的科学知识的产生都来源于问题。一个问题（P1）的技术解决方案（TS）往往不止一个，而是有很多个，各种技术解决方案形成一个集合，在对其进行严格的实际检验、明确场景、排除错误（EE）后，才能筛选出较好的解决方案。然而，随时时间的推移以及空间的变化，那些较好的解决方案仍然会被证伪，从而产生新的问题（P2）。新的问题要求用新的解决方案来解决，就像《实践论》中描述的那样，科学知识在螺旋上升中逐步增长，对于我们在本书中所要学习和讨论的物联网工程同样如此。

物联网也是从我们在生产和生活中所面对的问题开始的，物联网能够将真实的物理世界以数据的方式呈现。数据正成为一种具有价值的经济资产，是人类最大的财富，没有数据将难以改变世界。既然数据是人类的最大财富，那么从对待数据的角度认知物联网是水到渠成的事情。我们获取和处理数据的过程一般会形成 6C 的流程，如图 i-2 所示。

6C 代表着我们对待数据的一般迭代过程：从数据源的连接建立（Connect）到数据的修正（Correct）与转换以及传输，再到数据的采集（Collect）（其中包括数据的汇集和持久化存储等）和数据的组成（Compose）与集成处理（涉及数据挖掘以及大数据处理等多种方式），最终将数据处理为有价值的信息，帮助我们形成洞见，进而实现数据消费（Consume），而数据控制（Control）则贯穿整个流程。物联网中产生的数据同样遵循 6C 的流程。

物联网工程，是指运用系统工程的方法，将物联网技术综合应用到生产和生活中，并通过连接获取数据、传输数据、处理与分析数据、得到知识洞见进而实现控制和治理的过程。依据这一定义，全书分为 6 个部分。

 第 1 部分（第 1 章～第 3 章），认知物联网。“治学先治史”，第 1 章阐述物联网的基础概念，明晰物联网的定义、历史、发展现状以及与其他相关技术的关系。第 2 章介绍物联网体系结构，明确物联网的结构属性和价值链以及生态系统的形成。第 3 章从空间扩展的视角描述物联网的应用场景，为读者理解物联网打下坚实的基础。

 第 2 部分（第 4 章～第 6 章），数据的感知与采集。数据的生成和获取是从数据中产生价值的先决条件。第 4 章解决物联网如何得到关于物理世界数据信息的问题，并以iPhone 各代手机的传感器演进为例，强调了数据感知给用户体验带来的深刻影响。数据认知的基本方法是分类和聚类。第 5 章详细介绍了物体辨识的方法和体系。数据的感知与采集依赖于物联网终端系统的支撑。第 6 章讲述了物联网终端系统的分类与构成，着重介绍嵌入式操作系统和应用框架的重要性，以及 OTA 系统在物联网中的实现。

 第 3 部分（第 7 章～第 9 章），数据的传输与网络。在本质上，这一部分的内容与通信有关。“局域连接性”和“广域传输与网络”是物联网中互联技术与网络技术的核心，连接性是网络和通信的先决条件，网络是远距离数据传输的基础。而物联网的通信协议更是重中之重，对各种主流的通信协议进行比较分析，了解每种协议的特性，才能有利于我们在设计物联网应用与服务时能够选择正确的通信协议。

 第 4 部分（第 10 章～第 11 章），数据的存储与处理。在最基本的层面上，物联网是围绕着数据并从数据中获取价值的。物联网以指数方式增加了数据源的数量，这些数据具有价值性、多样性、高速性、规模性等大数据的特征。数据的存储是物联网应用的基石，第 10 章描述物联网数据存储的常用方法和技术选型。虽然面向物联网的数据分析与处理依然可以使用当前成熟的相应技术，但第 11 章更强调数据—信息—知识—智慧的演化，并基于物联网的多种计算模式，突出数据及其可视化的价值。

 第 5 部分（第 12 章～第 13 章），设计与工程实现。这一部分分别从物联网产品和物联网系统两个维度来试图解决物联网工程设计与实现中遇到的问题。对于产品，第 12 章明确首先要了解从需求到设计乃至最后产品上市的整个流程，明确物联网应用的主要服务领域及其核心约束，进而对硬件、协议栈、软件及解决方案等进行选择和平衡利弊。对于系统，第 13 章强调的是为了提高开发的效率，需要有针对性地选择物联网中间件，或者有目的地选择物联网开放云平台。互联网中的架构模式和技术方案仍然可以在物联网系统得到广泛的应用，混合云部署也代表了一定的发展趋势。

 第 6 部分（第 14 章～第 16 章），当前的热门话题。物联网是对各种技术综合应用的开放理念和体系，是一个既广泛又特定的概念。第 14 章和第 15 章分别从物联网的标准化和安全性角度解读物联网的发展趋势。标准的不统一会阻碍不同物联网系统的互联互通，而面对安全性和隐私保护的挑战，区块链技术或许成为解决物联网安全性和隐私问题的一个潜在解决方案。物联网与人工智能的融合是最重要的发展趋势，随着人工智能技术的普及给我们的生产和生活方式都带来了巨大的改变。为了提升物联网系统的设计和工程效率，人工智能操作系统应运而生，第 16 章以智能音箱为例展示了人工智能在物联网产品与系统中的应用。

如何对物联网知识进行学习并掌握呢？思考问题的方法往往和解决问题的知识同样重要。从时间和空间两个维度来思考问题，可以让我们以系统的方式对待并解决问题。这种“时空观”如 i-3 图所示。

从下向上看，子系统—>系统—>超系统，相当于空间结构（即微观、中观和宏观），可以将其理解为组件、产品/服务、平台。从左到右看，过去—>现在—>未来，相当于时间维度，可以理解为系统的历史演变。每一个系统都是相互作用或相互依存的一个整体的项目。每一个系统都被它的时空界限所划定，被它的环境所包围和影响，由它的结构和目的所描述，并在其运作中表达。

通过这种思考方式，可以系统地思考物联网面对的问题和解决方案，并针对具体的时间和空间场景，因地制宜地选择并实现合适的物联网解决方案。