物聯網的邊緣計算

IoT后面的發展就是人們非常看好邊緣計算。什么是邊緣計算呢？美國韋恩州立大學施巍崧教授在《Edge Computing： Vision and Challenges》論文當中給出邊緣計算的定義：邊緣計算是一種可以在網絡的邊緣完成的計算技術，這種技術和平臺在云和IoT設備之間上傳和下載數據，以平衡系統的計算、實時性、功耗和安全方面的需求 。

為什么要使用邊緣計算？這里有三大要素：能耗、帶寬和隱私。最早去踐行邊緣計算的企業是美國的通用電氣（GE）。GE是一家工業設備的巨頭，它對邊緣技術的定義是這樣的：靠近數據源存在的計算基礎設備，例如工業控制器和來自各種設備傳感器的數據集合，這些設備通常遠離云計算中心。

邊緣計算的三大要素，第一是安全和隱私，因為有時候設備廠商不太希望把產生的設計數據放到云端。第二是能耗，如果我們使用神經網絡（CNN）的深度學習（Deep Learning）的AI方法，如果將數據訓練和模型推理都在云端服務器上完成，無論算得如何快，都將導致在云端和設備端直接、大量和反復地傳遞數據，這樣消費的能耗和帶寬都將是巨大的，而且傳輸中的數據延遲可能會造成系統實時性降低。如果我們將數據訓練和模型推理放在物聯網的邊緣，實時性或許可以解決，但是在設備端，無論算力和能耗都是無法承受的。要想滿足這三大要素，邊緣計算將是比較好的解決方案，即將數據訓練繼續放在云端，模型推理放在邊緣計算端，這樣可以平衡實時性、安全隱私和能耗的需求。

傳統的嵌入式企業，像恩智浦（NXP）是邊緣計算的積極倡導者，研華公司也是早期就做邊緣計算設備的企業。需要指出的是，邊緣計算設備一般會安裝在系統傳感和執行端，多數邊緣計算設備是嵌入式系統。從物聯網系統角度看，邊緣計算設備是整個物聯網系統的一個組成部分，不能單獨存在，需要云計算和人工智能技術的支撐和服務。邊緣計算技術的研究和產品開發目前處在初期階段，云計算、通信設備和嵌入式企業非常關注，物聯網的高速發展是邊緣計算興起的最大推手。

物聯網發展大致分成兩個時期，第一個時期是從互聯走向智能，第二個時期從智能走向自治。目前大多數物聯網項目還是處于第一個時期，正進入第二個時期，邊緣計算將發揮重要作用，邊緣計算也將迎來快速發展的時期，人工智能正向邊緣和終端側延展，嵌入式人工智能時代將要來到。

物聯網云平臺

IoT云平臺就是物聯網的云端，我們稱之為IoT云。過去幾年，IoT的云平臺發展得比較順利，趨于成熟。云計算可分為軟件即服務（SaaS），平臺即服務（PaaS）和基礎架構即服務（IaaS）。IoT云平臺符合PaaS的定義。IoT借助云計算的快速發展。目前來看，IoT的云平臺方面，各個IT大佬在跑馬圈地，我們可以看到國內和國際的IT企業都在做這件事情，以前我們會看到一些在美國和中國的創業公司專門做IoT云，像廣州機智云，但現在還繼續在做IoT云的創業公司已經很少了。

現在IT大佬已經把觸角往下探了，他們甚至去投資一些IoT芯片和模組的公司，還有物聯網操作系統（IoTOS），例如阿里已經投資到IoT OS，產品是，阿里希望阿里云能夠通過互聯網聯通到模組和傳感器，能夠把客戶的數據拿到。客戶可以注冊一下，諸如百度云、阿里云或者亞馬遜云，剛開始可能半年或者一年，或者用戶的節點很少的時候，全部是免費。只有當這位用戶的數據量上來之后，才有收費的模式。所以這個領域在跑馬圈地，真正大數據的經濟效益還在后面。

物聯網操作系統

嵌入式操作系統未來趨勢就是向IoT OS發展。

2017年，筆者在《嵌入式操作系統風云錄：歷史的演進與物聯網未來》一書中，把這段歷史作了比較詳盡的描述，其中嵌入式操作系統和IoT OS銜接最緊密的是實時多任務的操作系統（RTOS）和開源的Linux ［4］ 。

過去幾年 IoT 成為重要風口，眾多國內外科技巨頭以及中小企業開展了在 IoT 方面的布局，阿里云稱IoT 是其第五賽道，以阿里云為支撐，在端側有，在其上阿里有物聯網市場和一站式開發平臺，再上面就是包括消費和行業應用。華為布局AIoT， 推出標準協議。在端側，華為有Huawei LiteOS，端云結合是通過OceanConnect，它是華為云推出的IoT聯接管理平臺。行業應用上，華為重點推廣NB-IoT。

亞馬遜推出Amazon FreeRTOS ，借助嵌入式系統最具影響力的RTOS- FreeRTOS，亞馬遜擴展其在物聯網系統中的市場地位，借助AWS IoT云和邊緣計算技術，為開發者提供一站式解決方案 ［5］ 。

微軟在物聯網設備端布置Azure Sphere OS，可以運行在MCU上，邊緣側微軟有Azure IoT Edge，可以運行在Linux 和Windows 系統，在云端微軟有，負責對IoT設備進行安全管理和維護。

是最早推出的IoT OS，在行業具有標桿作用。2018年ARM 推出ARM Pelion IoT Platform，提供端-端IoT 安全解決方案。據悉Pelion計劃在2019年在中國落地 ［6］ 。

物聯網通訊技術

我們看一下物聯網的通訊技術，這幾年有許多新的發展。

第一個就是藍牙5.0。藍牙是一個古老的點到點近場通訊技術，到了藍牙5.0之后，藍牙技術真正進入了物聯網時代，許多智能家居應用可以使用藍牙5.0技術了。

第二就是NB-loT，是4G網絡到5G發展之后出現的一個分支——一個分支走向高速高帶寬、另一個分支走向低速低功耗。NB-IoT技術目前發展得也非常快，特別是在中國，中國電信、中國移動和中國聯通目前在主要的城市都有網絡的布置，包括水、電和氣在內的公共服務和其他應用正在實施之中。5G應該能夠推動兩大應用領域的發展，第一個是無人駕駛。如果沒有5G，無人駕駛基本上不太可能。例如一輛無人駕駛車在道路上高速行駛，突然遇到行人沖到主路，這時系統需要在很短時間內做出識別并剎車動作，如果沒有5G的網絡，無人駕駛就連基本安全保障也很難做到，一直會屬于實驗室，或者某個園區里面實驗產品。

另外一個5G的重要應用場景就是AR（增強現實）

和VR（虛擬現實）。AR在設備維護等行業應用中，現在4G的帶寬對智能AR眼鏡功耗和延遲都是太大，智能眼鏡因為尺寸限制，只能放一個很小的電池，延遲大造成專家遠程指導效果失真，直接造成重大經濟損失。

物聯網安全

2016年10月21日，北美地區若干重要網站無法正常訪問，包括twitter、paypal、github等。本次安全事件是由于美國知名網絡域名服務提供商Dyn遭受到強力的DDoS攻擊所致。Flashpoint公司已經確認Mirai僵尸網絡參與了該DDoS攻擊。Mirai是一種主要感染IoT設備的僵尸程序，該僵尸程序在源碼公開后，被黑客快速利用并擴散形成了大量的僵尸網絡。

全球已有130萬臺以上的監控探頭和攝像機等物聯網（IoT）設備感染了Mirai病毒。Mirai之后，大家才開始認為物聯網安全確實已經刻不容緩。IoT安全漏洞的案例很多，小到玩具，大到工業設備都面臨了IoT安全隱患。

從2015年開始，筆者一直主持上海一個嵌入式系統安全論壇。筆者有一個感受，就是IoT安全不好做，如果只是一家公司則做不了安全，IoT安全需要整個產業鏈，需要從芯片到云端的整體解決方案，即大家一起來打造安全，甚至包括開發者和維護人員都要有這種安全的意識，才能使整個設備和系統安全。

另外一個關鍵的點是未來的物聯網只有設備本身的功能安全（Safety）還不夠，信息安全（Security）講得也不夠。這兩個安全現在目前的看法就是要融合在一起。最近有一個新的工業信息安全的標準（IEC62443），西門子已經剛剛通過了TUV組織的認證。IEC62443把兩個安全標準融合在一起，作為一個實施準則來做，現在看 IoT的安全任重道遠，甚至可能是一個最后要攻下的堡壘，最難做的一件事情。