物聯網為什麼發展的那麼慢

物聯網這個說法來源於歐盟的定義，即Internet of Things，這也是大家最為熟知的英文表述；美國一般稱之為Cyber-Physical Systems，即CPS，這個說法更學術化一些， 說明物聯網這個研究方向是一個system的方向。

為什麼會發展緩慢？ 主要是因為sensor network基礎研究現在還無法跟上。

這個方向一直是我在跟蹤和關注的，感應器開發和資料處理應該算是我的老本行。 要想知道物聯網究竟是什麼，以及為什麼發展會如此緩慢，就要瞭解它的技術沿革和發展歷程。

物聯網並不是一個很新的技術，它的本質便是上個世紀學術界開始興起感應器網路、自組織及多跳網路（wireless sensor network, ad-hoc network, wireless multi-hop network）。 RFID在智慧物流上的應用只是最為基本的應用場景，當前的研究遠比這個更為複雜。

隨著微電子技術尤其是MEMS器件的高速發展，無線射頻模組已經高度集成化、微型化且更加穩定，同時，使用感應器組網實現分散式資料獲取有了現實的需求，尤其是在一些環境惡劣人工採集成本較高的場景當中（如森林、火災場景、高壓輸電線 、戰場、太空，以及人工較難採集的情況，例如跟蹤野生動物、空氣檢測等）。 在人工檢測成本較高的場景中的應用，是物聯網技術發展的主要方向。

但是，回到最開始，要想實現一個分散式感應器採集網路即sensor network，看起來簡單，但實際上卻不是那麼容易的事情。 傳統的無線網路如蜂窩、WLAN等等，在高速移動的情況下優化路由和頻寬分配策略可以達到較好的通信品質。 但是相應的方案放在感應器網路上就存在問題：

1、無線感應器網路的感應器節點往往處於不能直接供給能量的場景，也就是經常性只能使用電池或者太陽能供電，因此，感應器網路設計的重點在於保證功能完整情況下最大化地節能和增加網路的生存週期；、

2、無線模組發射距離和發射功率正相關，當通信的兩節點之間的距離大於最大發射距離該怎麼辦？

3、當無線節點沒有電怎麼解決？

應該說能源供給問題是無線傳感網路的研究中最核心的問題，這個領域最經典的理論都是在解決這三個基本問題。 雖然現在學術界開始玩大資料，弄幾個sensor，組個網采點資料，來個大資料分析看起來很高大上，但是如果這三個核心問題不解決，那麼物聯網這個東西就離商業化還很遙遠。

回到這三個問題

第一個路由策略問題學術界已經有很多研究了，平面路由策略比如泛洪（Flooding）、SPIN、定向擴散等等。

第二個，當兩個無線節點之間的通信距離太遠，或者這個通信距離會消耗大量能量怎麼辦？ 為了解決這個問題，出現了多跳網路（multi-hop），以及自組織網路（ad-hoc），即，為了最大程度降低節點的無線發射距離從而減少能量消耗，節點會將資料包先發送給最近的一個節點，然後再發送給另外一個， 以這種多節點中繼和接力棒的方式進行通信，從而最大程度減少通信的能量消耗，這是多跳；自組織就更加複雜了，在ad-hoc裡面，每一個節點既是網路節點又是路由器，每一個節點都可以當成是閘道和外網通信，同時也可以轉發資料包， 從而使得無線傳感網路在資料傳輸上更具有彈性、能源消耗最大程度優化。 但是組網和多跳策略是個挑戰，如何選擇最優化的路由和hop的方式是個問題。

第三個問題，節點如何供能？ 最先想到的應該是太陽能，但是太陽能電池板在面積有限的情況下供電能力有限。 因此後來又出現了溫差供能等等奇葩方式。 最簡單的方式其實應該是換電池。 前年，U Washington的Gollakota組實現了backscatter應該是未來的大方向，這個組實現了一種無源感應器網路，即不需要供電，通過反向散射鏈路調製空間中的電磁信號進行供能和通信，從而徹底解決了供電問題。 這應該算是一個突破，但是離商用還有些工作需要做。

無論當前物聯網的概念炒作得多麼火、如何花哨，它的實質就是實驗室的這些東西，RFID這種東西在智慧物流上的應用只是最基礎的場景，而學術界的研究主要經歷了三個階段，第一個階段是基於MEMS技術的小型化節點， 最典型的代表是伯克利David Culler組的Smart Dust智慧灰塵，節點之間採用散射光進行通信，感應器節點僅1mm³大小；第二個階段是解決組網問題，即ad-hoc和multi-hop方式的自組織和多跳網路 ；到了第三個階段，學術界開始于尋找應用場景，開始跟大資料結合，玩一些看起來「好玩的東西」。 實際上，大資料概念最早的提出，也是因為物聯網的興起，感應器接入網路之後，大大增加了可以挖掘的資料量，網路上的資料不但包括社交網路這種來自使用者的資料，還有了來自物理世界的資料。

這個方向的很多大牛都轉向mobile computing或者進入工業界了。 隨著感應器網路方向開始式微，國內的物聯網產業也開始降溫了，其根本原因在於：

1、供能瓶頸太大，用過智慧手機的應該體會很深，當前鋰電池供電能力有限；

2、感應器微型化遇到瓶頸，雖然MEMS給感應器微型化提供了一個有效的技術思路，但是這個也依賴于工藝的提升，數位器件可以用很小的制程，但是模擬器件，尤其是CMOS，微型化還是有困難；

3、無線傳感網路，以及這中間出現的自組織和多跳網路的典型系統，如Smart Dust，M³實際上還是比較適合於特種應用，如軍事和火災營救、太空中等等，商業應用需要挖掘更多的應用場景，前幾天百度投資的Indoor Atlas採用監測地磁的方式做室內定位，這是一個好的場景，但是當前主流的室內定位技術實際上並沒有很大的發展，一直存在技術瓶頸。

總之，物聯網也好，CPS也好，這個方向在未來毋庸置疑有著廣闊的發展前景，但是當前基礎研究和相關技術還有待發展，因此看起來發展緩慢，其實就是停滯，都在等待一個顛覆性應用可以讓sensor network詐屍。