第1章
物联网的发展历程与大数据
1.1 物联网概念的演化与内涵解析
当今世界正处于新一轮技术创新浪潮引发的新一轮工业革命的开端。以移动互联网、物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息通信技术（ICT）创新活跃、发展迅猛，正在全球范围内掀起新一轮科技革命和产业变革。新一代信息通信技术在经济和社会领域的渗透和应用带来了无数的创新机会，包括智能化和绿色化的先进制造、机器人、智慧城市、智能交通、智能电网、可再生能源和绿色技术等。目前，智能化、绿色化、网络化和经济全球化互相交织，正改变着世界经济和人类社会。在20世纪末的一系列新兴市场遭受金融危机的冲击后，诞生了互联网这一新兴行业；十余年后，在规模空前的金融危机余波未了的时候产生了物联网这一概念。物联网的出现，一方面是由于进入21世纪以来，全球经济危机的推动及政策的驱动；另一方面是因为成熟的传感技术、发达的网络及高速的信息处理能力为物联网的发展提供了坚实的基础。
作为信息通信技术的突破方向，物联网蕴含着巨大的增长潜能，是重要的战略性新兴产业，是继计算机、互联网和移动通信之后的新一轮信息技术革命，其正成为推动信息技术在各行各业更深入应用的新一轮信息化浪潮。物联网的提出体现了信息技术大融合的理念，突破了将物理基础设施和信息基础设施分开的传统思维，具有重要的战略意义。
1.1.1 物联网概念的起源
作为新一代信息技术的重要组成部分，物联网是信息化时代的重要发展阶段，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网的英文为Internet of Things，顾名思义，物联网在提出伊始就是物物相连的互联网。20世纪90年代，有关物联网的研究开始萌芽，此后其概念不断地演进和发展。
1995年比尔·盖茨在《未来之路》一书中曾提及物联网，并且使用了“Internet of Things”这个词汇，但未提出其概念，也未引起广泛重视。
1999年，MIT（美国麻省理工学院）Auto-ID中心的Kevin Ashton和他的同事首次提出“The Internet of Things”的概念。他们主张将射频识别（RFID）技术和互联网结合起来，通过互联网实现产品信息在全球范围内的识别和管理，形成“The Internet of Things”。这是物联网发展初期提出的概念，强调物联网用来标识物品的特征。
2005年，国际电信联盟（ITU）在The Internet of Things报告中对物联网概念进行了扩展，提出任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联，无所不在的网络和无所不在计算的发展愿景，除RFID技术外，传感器技术、纳米技术、智能终端等技术也将得到更加广泛的应用。但ITU未针对物联网的概念扩展提出新的物联网定义。
2009年9月15日，欧盟第七框架下的RFID和物联网研究项目簇（CERP-IoT）发布了《物联网战略研究路线图》研究报告，提出物联网是未来互联网的组成部分，可以被定义为基于标准的、可互操作的通信协议，且是具有自配置能力的、动态的全球网络基础架构。物联网中的“物”都具有标识、物理属性和实质上的个性，使用智能接口实现与信息网络的无缝整合。
2010年3月5日，“物联网”概念在政府工作报告中被提出，物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
1.1.2 物联网定义的形成
在物联网的概念提出之后，近年来随着感知识别、信息处理、网络通信等技术和应用的持续发展，物联网概念的内涵和外延有了很大的拓展，物联网已经表现为信息技术（IT）和通信技术（CT）的发展融合。
从物联网概念的起源来看，1999年在美国召开的移动计算和网络国际会议上Kevin Ashton首次提出的物联网概念有相当大的局限性。他提出物联网是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。在这个概念中，物联网还是没有超出网络基础设施的范畴，被认为是射频识别等传感设备结合互联网的应用，而且被定位为互联网的简单功能延伸。
在21世纪过去的20年间，无线通信、智能移动设备、大数据、处理器、传感器等领域得到了极为快速的发展。其中，传感器已经衍生出包括基于光学、压力、电磁场等原理的物理传感器和基于化学反应的传感器等多种类型，而且功能得到了极大的加强，目前的第四代智能传感器以微机电（MEMS）技术为主，集成了敏感单元、通信模块、电源模块和信息处理模块，在集成性、灵敏度及成本方面做得越来越好。便携式智能终端的功能越来越强大，在人机接口和应用性能方面更能满足行业应用和人们日常生活的需求。在网络架构方面，基于蓝牙、Wi-Fi、4G LTE等的无线通信技术越来越成熟，无线基站信号逐渐覆盖大部分的城市区域。以IPv6为代表的地址标识技术已经非常成熟，为物联网在连接海量物品的过程中进行网络地址的唯一性标识提供了可能。除此以外，Handle、Ecode、CID、EPC、OID、UID等物品编码标识体系已经可以满足供应链和电子商务等应用领域的需求。云计算的应用范围也越来越广，触手可及的云计算服务已经可以通过搭建虚拟化分布式的数据平台、优化计算方式、丰富应用场景等方式，不断提升社会治理的精细化水平和公共服务的便捷化水平。大数据技术的蓬勃发展也使物联网系统在对由结构化数据和非结构化数据组成的复杂异构数据处理时不再“手足无措”。
从上述技术的飞速发展历程来看，所谓物联网、云计算、大数据、人工智能，其实都是信息化到一定阶段之后的必然产物，都源于信息技术的不断廉价化与互联网及其延伸所带来的无处不在的信息技术应用。物联网技术和产业的发展主要是由以下4种力量驱动的。
（1）由“摩尔定律”所驱动的指数增长模式。
摩尔定律指出，当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18～24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的计算机性能，将每隔18～24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。摩尔定律不是一个物理或自然法则，但它所指出的这种趋势已经持续了超过半个世纪，以后可能还会适用。但随着晶体管电路逐渐接近性能极限，这一定律终将走到尽头。在40多年的发展中，半导体芯片的集成化趋势一如摩尔定律的预测。半导体芯片的集成化推动了整个信息技术产业的发展，进而给千家万户的生活带来变化。
（2）技术低成本化驱动的万物数字化。
信息技术的高速发展，使我们身边所有的一切都朝着数字化的方向发展。奔腾翻涌的数字化浪潮，正促使中国加速步入数字化社会，也驱动中国经济步入新时代。物联网的时代就是万物互联的世界。万物数字化正在催生结构化和非结构化数据的爆发式增长，同时促进了收集、分析数据及对数据利用的诉求。在此背景下，高精度、高可靠性的智能传感器价格越来越低；随着4G、5G、Wi-Fi无线接入和光纤有线接入等通信技术的普及，网络宽带越来越廉价；数据时代的云计算正在成为像自来水和电力一样的公共服务，任何企业、机构和个人只需连上互联网就能获得计算能力。
（3）宽带移动泛在互联驱动的人与物和物与物的泛在连接。
泛在互联从字面上解读是广泛存在的和无所不在的网络，即人置身于无所不在的网络之中，能够实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换，基于个人和社会的需求，利用现有网络技术和新的网络技术，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用。泛在网络作为一种应用概念，把传统电信网络的概念扩展到更为宽广的应用领域，把传统电信网络的人和人之间的网络扩展为人和物、物和物之间的网络，同时把传统的电信网络从单一的网络扩展到融合的网络。未来，随着5G宽带移动网络的发展，泛在网络将如同生物神经覆盖到方方面面，成为人类数字化社会的基石。
（4）云计算模式驱动的数据大规模汇聚。
云计算最初的目标是对资源进行管理，管理的主要内容是计算资源、网络资源、存储资源。数据的大规模汇聚和处理离不开云计算的支撑。大数据本身除了需要采集、汇聚一定量的数据，更重要的是对数据进行处理、挖掘、分析、可视化、应用。随着数据量越来越大，非结构化数据越来越多，传统的几台服务器集中处理的模式不能适应大数据环境的要求。而云平台凭借其处理时的空间和时间灵活性，以及具有规模化、自动化、资源配置、自愈性等优势，可以为数据的大规模汇聚和处理过程提供有力的支持。
由以上物联网的4种主要驱动力量可以看出，高性能智能终端、高带宽网络基础设施、方便易用的云计算能力、高效的大数据处理等技术的发展强有力地推动了物联网的应用和发展，衍生出多样化的物联网行业应用范式。从而也推动了物联网的概念与内涵产生进一步的演化。例如，2013年我国发布的物联网标准化白皮书认为，物联网是指以感知客观物理世界为目的，通过感知设备，基于互联网、电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的对象互联互通，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种信息系统。这里对物联网的理解不再局限于其是一种网络基础设施，而是可以感知物理世界的信息系统。
2017年发布的国家标准GB/T 33745《物联网 术语》中首次对物联网的定义以国家标准的形式进行了规范。在标准中，物联网是指通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务系统。标准给出的定义其实涵盖了数据采集、数据传输、数据处理和应用的各层面，物联网是作为物联网世界和数字虚拟世界的关键桥梁和纽带出现的。
在对标准进一步解读的基础上，我们可以把物联网理解为：它是利用感知技术对物理世界进行感知识别，通过网络传输，以及计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交换和无缝连接，达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的，从而推动实现万物数字化的强有力工具。