版权信息

书名：万物互联

ISBN：978-7-115-41509-7

本书由人民邮电出版社发行数字版。版权所有，侵权必究。

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•　著　　　[美] Michael Miller

　 译　　　赵铁成

　 责任编辑　陈冀康

•　人民邮电出版社出版发行 　北京市丰台区成寿寺路11号

　 邮编 100164 　电子邮件 315@ptpress.com.cn

　 网址 http://www.ptpress.com.cn

　 异步社区网址 http://www.epubit.com.cn/book/details/4206

•　读者服务热线：(010)81055410

　 反盗版热线：(010)81055315

作者简介

Michael Miller以随意、浅显易读的写作风格和能够向普通读者解释各种复杂的议题而闻名。在过去的二十年里，米勒先生已经完成80多本非文学类图书，印数超过100万册。他在Que出版的图书包括《计算机基础绝对新手指南》，《谷歌百科：谷歌的终极资源》以及《安全吗？在线保护你的计算机，你的业务和你自己》。他的网站地址是www.molehillgroup.com。

本书特色

1.一本通俗易懂的科技图书，国外畅销书作者力作，由资深译者潜心翻译完成。

2.一本应知应会的物联网技术指南。

3.想要走进物联网领域的必读之选，带你揭秘物联网将如何改变你的生活。

版权声明

Michael Miller: The Intemet of Things How Smart TVs, Smart Cars, Smart Homes, and Smart Cities Are Changing the World

ISBN-13: 978-0-7897-5400-4

Copyright © 2015 by Que.

Authorized translation from the English language edition published by Que.

All rights reserved.

本书中文简体字版由美国Que公司授权人民邮电出版社出版。未经出版者书面许可，对本书任何部分不得以任何方式复制或抄袭。

版权所有，侵权必究。

内容提要

本书带领读者认识什么是物联网，进而感知正在到来的万物互联的智能社会。在简单介绍了物联网的基本工作原理之后，本书针对智能家居、智能衣物和可穿戴设备、智能购物、智能汽车、无人机、智能战争、智慧医疗、智慧企业、智慧城市、智慧星球等都开辟了专门的一章进行详细的介绍和展望。通过阅读本书，你将能够了解万物互联技术的基础和原理，并对于万物互联和智能技术给人类社会和生活带来的改变和前景产生深刻的认识和思考。

本书适合作为物联网和智能技术的普及读物，也适合从事相关行业的研究和咨询的人员阅读参考。

前言

你也许已经听说过“物联网（Internet of Things）”了，它有时也被称为“万物互联（Internet of Everything）”。你也许并不知道它是什么（坦率地说，它的定义也的确有点模糊），但是你已经反复听到它，而且产生了足够的好奇来促使你捧起这本书。这也不错。

我也曾和你一样对物联网非常好奇（我在这本书中把物联网简称为IoT[1]）。我曾经不是很确信它到底是什么，或者我能在哪里找到它，或者甚至它到底是由什么组成的。我所知道的一切就是至少在科技界大家都在谈论它，它也因此吸引了我的注意力。

就这样，我按照自己的习惯进行了调研，然后我把自己所了解的写了下来，结果就是你手里的这本书。让这本书为你展示我所知道的物联网世界吧！

先来一点剧透：从名字上“望文生义”并不总是对的。的确，按照字面的意思，物联网是关于连接到互联网上的物体，但是它的实际含义多少还是有别于此。

在很大程度上，物联网是一个市场营销词汇，就是那些希望你购买更多新设备的制造商发明出来的广告用词。很多公司在他们销售的设备名字前面加上一个“智能”或“智慧”来显得跟上了物联网的时髦。无独有偶，还记得在互联网早期很多东西都被加上了“cyber（网）”或者“e-（电子）”么？大家都想站在潮流的前端，因为那就意味着有更多的赚钱机会。

物联网的技术定义包含一些小型设备，每个都有自己的互联网协议地址（IP地址），通过互联网连接其他同类的设备。换句话说就是，通过互联网，一些小物体连接其他的一些小物体。新出现的物联网连接的是物体和物体，而不是像互联网那样连接一群人和另一群人。这听起来非常简单直接。

然而，很多自诩的所谓智能设备并没有自己的IP地址，没有连接到互联网上，甚至都没有和其他的设备连接。这就意味着，物联网并不是仅仅把物体连接起来，它还意味着自发的操作—物体可以自己良好地运转而不需要太多与人类之间的互动。

甚至那些和其他设备互联的设备也并不是和所有的设备互联。很多我所发现的物联网与特定的行业应用有关，其中物物相连和自主运行的概念被用来解决特定的问题。针对医疗健康产业、汽车产业、五金/分销渠道等都具有各自的物联网。你在当地医院发现的智能医疗设备和你在医院停车场停着的智能汽车，或者医院的食堂用来处理食物的智能系统，它们完全没有关系。更有可能的是，它们压根都没有在同一个网络中。

因此，你应该把物联网看作连接物体的多个网络，其中的每一个是专为特定的行业或者应用准备的。这也是我编写本书的方法，因此你将在本书中看到为智能家居、智能衣物、智能汽车、智慧医疗等单独准备了不同的章节。这些应用中的每一个都有连接其自身设备和服务的物联网。

就像我刚才说的那样，物联网不仅是一件事儿，它其实是很多事儿。

通读本书对你是非常有意义的。我们从对物联网及其底层技术的一般性介绍开始，然后开始检视物联网各种不同的实现途径，从最个人的（智能家居和智能衣物）到最广泛的（智慧医疗、智慧城市、智慧军事）。最后一章以描述伴随物联网而来的众多潜在问题而展开讨论。

当你读完本书，你应该已经更好地掌握了构成物联网的众多概念。你也将知道所有这一切将如何影响你的人生。这真是非常令人激动。

阅读本书的基础

在看这本书前，你需要了解多少关于物联网的基础知识呢？根本不需要！我假设你就像我刚刚接触物联网时那样，对物联网所知甚少。这本书并不是一本技术书，所以你也不需要在开始阅读之前了解太多的技术细节。换句话说，这本书是为任何对物联网好奇的人准备的。如果我的工作达到了这个目的，本书将有助于满足你对物联网的好奇心。

一点说明

在阅读本书之前你还是必须知道一点，就是物联网像所有新兴技术那样，还在不断地演化中。每天都有很多变化发生。今天我所写的关于物联网的内容，明天也许已经被超越。这是一个充满快速变化和无尽探索的令人激动的时代，所以不要期望事物长时间保持不变。阅读本书帮助你对当前发生的情况建立一个一般性的概念，但是请随时注意新的行业动态。

你从哪里可以更多地了解物联网，并找到最新动态和发展呢？Alltop提供了一个很好的物联网新闻源，其地址为internet-of-things.alltop.com。并且，如果要找偏于商业的案例，请浏览Venture Beat的物联网新闻源http://venturebeat.com/tag/internet-of-things/。

其实你会在你的日常新闻中找到大量的物联网消息。就像我说的，这可是一个流行的广告语，这就意味着它将不断被使用，甚至出现在主流媒体中。注意观察，仔细收集，你就会得到更多关于物联网的消息。

[1]　IoT在英文中是Internet of Things的缩写，但是在中文版中将会一直按照中文习惯使用“物联网”这个称谓，因为这在中文中已经是最短和最流行的术语表述。——译者注

第1章　智能连接：欢迎来到物联网的世界

物联网的世界降临了。它前景广阔，它意义重大，它将深刻地影响你的生活。

然而什么是物联网？为什么它如此前景广阔、意义重大又影响深远？读下去你就能找到答案。

1.1　欢迎来到未来

在未来，世界会变得如此不同。

想象一下你未来的家。它将是个智能的家，它会知道你正在做什么并随之调节自身。它知道你什么时候下班回家并打开家里的灯、暖气、炉子，甚至打开你最喜欢的流媒体音乐台，来欢迎出现在门口的你。它知道何时是开启洗碗机清洗餐具的最佳时机；它知道当你离开房间的时候关上灯，当你离家出门的时候锁上门。

想象一下你在未来所拥有的汽车。就像你的智能家居一样，它可以说是一辆智能汽车。它知道谁在驾驶它并按照你的偏好来调节驾驶模式、音乐以及空调；它自动为你配置了运动驾驶模式、较低的车内温度以及乡村音乐频道，却为你的配偶配置了巡航模式、较暖的温度以及轻音乐频道；它也知道什么时候出了故障或者需要维护，并自行与修理店预约。

想象一下你家附近的健身机，它们能在你离开更衣室的时候自动为你设定私人订制的配置。想象一下在工厂里每个车间的每台机器都反馈信息来帮助生产线提高效率。想象一下整个城市可以基于实时的条件和需要，自动管理它的公共照明、公共服务和道路维护。

想象一下未来的世界，然后考虑下它怎么才能运转。它的运转需要以一种智能的方式来连接所有的物体。这就是众人口中的“物联网”。

1.2　什么是物联网

你一定很熟悉互联网。它是连接数以几百万计的计算机（以及智能手机和平板电脑）并使这些计算机之间可以进行电子通信的一个全球网络。进一步地，当连接那些计算机的时候，互联网也把那些计算机的使用者连接在了一起。归根结底，其实是人在利用全球网络分享信息和消息。

所以虽然今天的互联网是机器的网络，但是它更是连接人的网络。所有的那些机器连接在一起以服务于它们那些人类使用者的不同目的。

然而，物联网是不同的。它是一个连接物体的，而且是连接很多物体的网络，并不是连接人的网络。

所以，物联网（Internet of Things，专家们一般简称为IoT）连接的不仅包括计算机、智能手机和平板电脑（它们其实都是某种类型的计算机设备），还包含很多其他的物体。这就是问题的重点：连接所有物体，此之谓“物联网”。而且一旦连接，每个物体都可以为了有意义的目的而彼此沟通。

用更加技术化的方式来表达，物联网是具有唯一标识的嵌入式计算机设备的相互连接。这就意味着任何设备都可以被连接——不仅限于计算机，也包含各种类型的传感器和监测器。这些设备的连接可以取代现有的互联网架构，所以它就好比是当今互联网的升级。（虽然这些连接不必一定要取代互联网——它们可以采用其他的网络技术，包括专有的无线网络。）

让我们再换个角度：今天的互联网是人的互联网。它的确是由许多被连接在一起的计算机、智能手机和平板电脑（以及屏幕之后的服务器和网络）构成的，但是它们的连接首先是出于人的需求而建立的。人们利用他们的计算设备来接入互联网，以便搜索任何可阅读的信息，发送电子邮件和即时消息，下载音乐、视频和其他内容。这些设备的连接只是为了服务人类用户的需要。

相比人类的互联网，物联网是有点“人迹罕至”。物联网使得物体具有利用数据和彼此沟通的能力，而不是人类利用数据且彼此沟通。的确，人类将继续使用当前的互联网，但是如果你愿意，未来的互联网也可以成为非人类的设备——机器对机器（machine-to-machine，M2M）的沟通管道。

当你把随便什么物体和别的随便什么物体连接以后，会发生什么呢？首先，你产生了海量的数据。无论连接的物体是电视机、冰箱、心脏监护器或者汽车，每样物体内置的传感器都将积累下大量的关于该物体正在做什么，以及如何与其环境互动的数据。所有这些数据都可以被传递到其他的物体上（当然，通过互联网）并被那些物体用于自动地执行某些操作。

这就是物联网的愿景。进一步地说，这就是由连接起来的智能设备所提供的，更加自动化、更加智能的服务，而仅仅需要最低程度的人类干预。

1.3　什么样的物体可以接入物联网

所以总的来说物联网都是关于物体的。这很重要。但是我们讨论的到底是什么物体呢？

本质上说，物联网中的一个“物体”可以是任何物体，只要大到可以包含一个无线发射器（利用Wi-Fi、蓝牙或者别的什么无线协议），而且足够独特，让我们觉得有必要为其分配一个互联网协议（IP）。它也可以是一个别针那么小，也可以是一个房子那么大。

物联网可以连接：

家用电子设备，比如所谓的智能电视和流媒体服务器；

医疗设备，比如心脏起搏器和植入式心脏监护器；

家用电器，比如智能电冰箱、烤箱和洗衣机；

汽车，包括自动驾驶汽车；

不同大小的飞机，从商业航线飞机到自动飞行的无人飞机；

家居自动化设备，比如恒温器、烟雾探测器和报警系统；

家居、城市和国家，包括所有可以被监测和控制的物体。

然而，物联网上的物体并不见得都是无生命的。像人类一样，类似狗、猫和奶牛这样的动物都可以被嵌入和连接。比如生物芯片转发器，就可以跟踪动物的行踪，或者人体所佩戴的植入式设备，可以监测物理位置和医学状态。

除了它们互相连接的能力之外，所有这些物体的共性是，它们要么包含一个传感器，要么具有执行某种特别操作的能力——或者两样都有。也就是说，它们要么可以与其他物体沟通，要么是可以完成什么操作。

这样的结果就是，成千上万的物体通过物联网连接起来。这是一个巨大的数字，使得今天通过互联网相互连接的计算机和智能手机的数量都相形见绌。

实际上，由于有太多的物体被连接入物联网，以至于有些人把它叫做“所有物体的互联网”。这可能把物联网的“物”的范围扩展得有点大，但你可以体会到“物”的含义。只要把足够多的物体连接在一起，那么看起来也差不多是把所有的物体都连接在一起了。

注意

在所有的别名中，“物联网”是其中接受程度最高的。这就忽视了一个事实：许多设备并不是直接与互联网连接的，而是通过其他的无线协议连接彼此（或者更大的网络）的。不仅如此，还因为嵌入在这些设备中的传感器技术，有些人把这种下一代的连接叫做“传感器革命”。虽然不如物联网这个称谓那么直接，但也许更加生动形象吧。

1.4　所有那些连接的物体能做什么

多数连接到物联网的设备实际上是经常被称为“智能设备”的简单设备。（比如智能电视、智能冰箱，或者智能尿布。）这些设备自身并不一定就是智能的，也可以是在与其他设备彼此连接后获得的智能。

实际上，当你第一次看到这种现象的时候，把物体连接入物联网并不见得有什么新鲜独特的。我们今天已经有了嵌入传感器的设备。我们也有执行一两样零星任务的设备。所以并不是设备或者传感器，甚至都不是它们之间的连接导致了如此令人激动的物联网。

实际上是一旦足够的设备连接在一起，它们会产生一种可以生成自身智能的协同系统，而不需要人类的翻译和互动。这就像所有的这些简单设备（与个人计算机相比较而言）联合而产生一个单一的、巨型的机器——就好比一群蜜蜂的个体聚集在一起成为一个集体智能的蜂群。

在物联网中，每个被连接的设备都变成了比单一设备自身更伟大的东西。整体大于所有其组成部分的和，因为所有的物体都以智能、自动的方式与其他的所有物体连接。任何与周围其他有关设备连接的设备都会分享收集到的数据。这就产生了专家们所说的“环境智能”，结果导致多个协同工作的设备利用嵌入在网络中的信息和智能共同执行日常活动和任务。这些都自动地发生在周遭的背景中，服务人类而不需要人们的帮助和互动。

这就是把收集数据和执行特定操作整合起来的效果。有些连接进来的设备包含可以感知其周遭的传感器——温度、光照、运动等，举不胜举。这些设备把收集到的数据传递给其他预先定义了特定任务的设备。这些执行设备按照其预先的编程完成任务。这就是通过不断迭代而变得越来越智能的自我修正循环。

举个例子，就是将汽车联网。今天如果什么东西闯入你的汽车，一个传感器会识别这个有敌意的东西并且激活“检查发动机”指示灯。这是一项非常简单的传感器技术并且也不是非常有用（毕竟，你并不知道到底是什么出了问题），但这就是我们今天的现状。

在明天的物联网中，你将得到更多的，也更加智能的与其他设备沟通的传感器。与一个单一的传感器和“检查发动机”信号灯的连接不同，你的新智能汽车将具有更多的传感器，其中很多就直接内置在汽车零件中。当一个传感器发觉一个特定的零件磨损了——这在之前就是点亮“检查发动机”指示灯——这个传感器通知一个控制器或者一个安装在你的汽车某处的“大脑”。这个控制器留意到这个零件的失效，并且当这辆汽车连接到互联网的时候（通常可能是驶入你家Wi-Fi覆盖区），它把这个消息传递给你常去的修车店。那家店里的计算机检查了这个失效零件的信息，确定了必要的检修步骤，下了更换零件的订单（如果该零件已经没有库存的话），并且联络你的智能手机中的日历应用定下一个更换该零件的检修服务预约。没有难以理解的警告灯，没有意料之外的故障，没有预约修理的麻烦。所有必要的物体在和其他必要的物体之间沟通，使得你的汽车尽快恢复正常工作状态，并且尽可能少地麻烦你。

当你把来自每个设备（或者不同的系统）的信息以一种新颖的方式整合起来的时候，情况就会变得非常有趣。现在我们在讨论“大数据”的概念了——针对完全不同种类、非特意组织成同一主题的信息的分析。从这个智能设备里取得一块数据，并与另一个智能设备中取得的一块数据整合，有时会得到1加1大于2的效果。整个网络把所有的数据块放在一起并得到一个有趣的结论，并导致某个智能设备的独特操作。所有这些设备集中在一起工作最终可以比单独的设备理解更多的情况——并且，在很多情况下，比你自己所知道的还多。这听起来有点耸人听闻，但是看起来非常有望带来更加高效且节省劳动力的生活方式。

注意

“智能”[1]这个词最近有点过度流行了，特别是在物联网领域中。只要你沿着当地Best Buy [2]的货架过道中走过，你将发现各种各样的智能电视、智能冰箱、智能恒温器，还有最显而易见的智能手机。这种对词汇的过度使用（或滥用）经常会辜负了这个词汇的表现力。在这些所谓的智能设备的某一些之中，比如智能手机，内置有难以置信的计算能力。而其他的设备，比如智能电视，几乎没有太多内置的“智能”，此时这个形容词只是暗示该设备可以与互联网或者其他设备连接。我在本书通篇使用“智能”这个词，是因为所有的人或他们的同侪（包括大多数生产物联网设备的公司）都在用它，但是请注意一个设备被称为智能或者智慧并不一定就意味着它就真的是这样。实际上在大多数的物联网设备中，所谓的智能是来自集成整合多个被分析和被操控的设备所产生的数据，而不是来自设备本身。

1.5　物联网何时降临

所有把物联网称作“互联网的明天”的说法，都在某种程度上歪曲了一个事实，即物联网就在今日的当下。虽然我们毫无疑问还没有处于物联网的高级阶段，但我们的确已经有了一个物联网的初级阶段，包括传感器、设备、云架构以及数据挖掘和分析工具。这些组成部分中的许多已经准备就绪，正等待最终的联网。

今天，超过10亿的现存设备包含内置的传感器，具有捕获各类数据的能力。我们所需要的就是为了智能的目的，把这些设备连接到互联网或者互相连接。

回到前面的智能汽车的例子。虽然今天的汽车的确没有自动连接彼此或者互联网的能力，但它们也的确包含了许多可以捕获大量信息的传感器。这些信息现在还不得不由维修店员手工获取，即用他们的计算机连接到你汽车的小黑盒子上的方式，但是明天所有的那些连接和通信将在背后自动发生。其实这些零件中的很多已经就绪，就在那里等着以智能的方式连接起来呢。

那么我们到底在等什么呢？首先我们是在等技术，比如等待生产这些传感器、控制器和设备的公司形成必要的技术和协议，以便那些设备彼此连接和通信。就像你也许已经想到的那样，在物联网中从技术层面来连接所有的物体是复杂的——而让那些互相竞争的公司彼此达成共识甚至比这还要复杂得多。

甚至当技术出现了，成本也会成为（或者至少一度成为）一个影响因素。所有那些先进技术都需要支出成本，而这需要时间来达到一个经济规模。另外，还必须建立起设备上网的价值主张。毕竟，相比普通的非智能冰箱，你愿意为一个智能冰箱多支付多少的钱呢？

然而，很有可能率先大规模接受物联网技术的是商业和政府市场，而不是消费市场。可以理解，投入产出比高的商业企业是最容易拥抱这些支撑技术的。而城市和州政府将会发现，在物联网上的短期投资将逐渐产生在基础设施维护、交通控制、能源消费等领域的长期回报。

其实那样也非常好，但是我们必须承认，最令人激动的物联网落地应用一定来自消费领域。（对于那些生产物联网设备和技术的公司而言，这些也是最盈利的潜在的应用。）想象一下在家中所有的事物都可以被连接的情景——电器、电视和别的电子设备、空调系统、灯具、水暖和电力系统、衣服、汽车……你的购物清单将不断增长。

话说回来，很少能有消费者会一夜之间花大价钱把他们的家都换成智能版本。整个替换过程将是缓慢和昂贵的，这最有可能发生在人们用更加智能的版本来替换已经用坏的、旧的物品的时候。很少有人会仅仅为了装配智能技术而扔掉他们所有的家电和系统；这应该是一个渐进的过程。

那么，可以预见物联网有一个长期发展的孕育过程。它不会是在一两年后就完整地呈现出来的。我们所预期的是十年或者几十年，才能达到主要设备都能互相兼容和连接到物联网的程度。但是随着越来越多的设备被连接起来，新的价值将开始建立起来。这将是很好的事情。

1.6　物联网有多么重要

多数专家期望物联网可以超越当前互联网的规模、影响和收入。如果所有的预期都能实现，它将成为非常伟大的事物。

首先，有多少物体将接入物联网呢？Gartner研究公司预计到2020年物联网将连接近260亿台设备。与其竞争的研究机构ABI（Allied Business Intelligence）认为这个数字将达到200亿台。技术先驱Cisco公司，预言在同样的时间段内将达到500亿台；Nelson Research认为将达到1000亿台的设备；Intel认为2000亿台；IDC（International Data Corporation）认为是2120亿台。很显然没有人明确知道这个数字，但是也很显然我们能够确定在未来的15年内将连接很多很多的物体。

而这些物体将为许多公司产生大量的收入。这是值得每个人去揣测的。Gartner声称，到2020年，物联网的经济影响将达到19000亿美元。IDC认为这个数字将达到89000亿美元。

不管这个数字最终将会是什么，很显然物联网是具有根本性地改变我们的日常生活、商业和全球经济的潜力的。未来将发生巨大的变化——而且很多人已经满怀希望地去从其中掘金了。

智能联网与你

如果一切都如我们所愿，物联网将为个人、企业和大型组织提供无尽的利益。对于消费者，这些利益包括从琐碎的好处（生成用户音乐播放列表或者为你家庭的每个成员生成电视的偏好列表，为你的洗澡水设定正确的温度）到省钱的好处（最小化全天的能源消耗，在用水量最小的时候运行家电和灌溉系统）到根本性的好处（自动通知家庭和个人的紧急授权，防止道路事故，计划家居和汽车的维修）。

一旦物联网开始占据主流，我们需要考虑如果没有它我们该怎么办。物联网将承担很多我们自己也能做（但是经常没有做）的事情，多数情况下它还能做得更好、更可靠。物联网会把我们讨厌做的很多琐碎活动自动化，并在这个过程中把我们的生活变得更美好、更长久。

在自动化（并增强）了的日常的活动中，物联网将为我们带来更多的闲暇时间。如果我们不必再为所有那些琐碎的活动烦恼，我们就可以把那些时间花在更加有效率和回报的事情上。哪怕只是有更多的时间看看电视。无论怎样，用在那些家庭琐事的时间可以被用在别处。这的确是值得期待的。

既然知道物联网会出现在不远的未来，那你应该如何为此准备呢？在未来的一段时间里，你将在走进商店的时候有越来越多的物联网化的选择，直到最终将只有物联网化的商品供你选择。但是你可以选择在今天投资那些配备了物联网的建筑。重视购买具备互联网能力的“智能”电子设备和电器——也就是那些可以连接互联网的。确保你的家是适合部署Wi-Fi的，或者说如果你在建设一个新的家，在每个房间敷设网线。（有些物联网设备在更快、更稳定的有线网络连接中会工作得更好。）确保你的互联网接入商（ISP）提供足够的带宽，如果有必要，应该花钱扩容。熟悉物联网世界的最新发展，一旦有新的技术则积极尝试。

另外，也不要忽视当今已经具有的智能技术——甚至是那些还处于粗糙的引入阶段的技术。你可以自己亲手参与各种家居自动化设备、可穿戴技术、智能汽车新功能以及更多已上市或者将要上市的基于物联网的技术。本书中，我们将讨论所有以上的这些技术——甚至更多，所以请睁大眼睛留心你今天可以利用的物联网技术。

对于企业，你可以为迎接物联网做非常实际的准备。确保你的设备是完全可以联网的，并为你的工作场所准备好足够的带宽。可以考虑为物联网建立一个独立的网络，并安排你的IT部门决定什么设备和服务应该部署在这个网络中。确保你有足够的存储空间（并且有继续添加的能力）处理物联网设备将要收集的数据。确保这些数据和你的整个网络具有足够的安全性。在做这项工作的同时也要确保物联网的有效性和效率，而不要阻断必要设备的连接。（有太多的IT部门认为提高安全性就意味着禁止外部设备连接进公司网络。既然物联网设备都是这类设备，禁止它们也就意味着很好地遵守了这项安全准则。）

最重要的是保持对物联网的开放心态并积极关注。无论在家里还是工作场合，确保你有可以支持物联网工作的基础设施。也准备好花费一定的前期投资为物联网做好准备，然后就等着享受最终一切都开始协同工作时所带来的回报吧！

[1]　 原文此处为smart，我国经常根据上下文和行业习惯翻译为智慧或智能，比如smart grid（智能电网）、smart city（智慧城市）。——译者注

[2]　 Best Buy，即百思买。——译者注

第2章　智能技术：物联网怎样工作

物联网，正如其发展趋势那样，是一场技术造就的魔术。它利用各种现存的或将要出现的技术和协议，再加上新奇有趣的方式，最终把我们每天的生活和互动都实现了各种各样的自动化。它把各种相对简单的技术组合起来，却成就了比把这些零件简单叠加起来更伟大的东西。

那么，物联网究竟是怎样工作的呢？让我们瞧瞧吧。

2.1 理解物联网：全貌

物联网整合各种技术建立了一种半自治的网络。简单地说就是，物联网把每个设备连接到网络或者彼此连接。网络也连接了软件和服务，用以分析由被连接的设备所采集的数据并用这些数据做出决策，进而在该设备或其他设备上触发一定的操作。

这些设备通常是采取某种无线的方式连接到网络的。这种无线技术可能是现在已经无所不在的Wi-Fi，也可能是某种面向未来的无线协议。有些设备将采用蓝牙（一种短距无线通信技术）连接到一个主控设备上，再通过那个主控设备连接到Wi-Fi网络。

你也许已经看到了，物联网的骨干是网络——或者是多个网络。你可能从名字上“望文生义”，觉得所有物体连接的那个网络就是互联网，或者至少某些时候是这样。然而物联网设备没必要一定连接到互联网。其实，它们可以被连接到私有的或者专门建立的网络。事实上，物联网设备并不需要连接到互联网或者也不需要一直联网在线。一些设备可以在没有联网的时候存储数据，然后当联网时传送那些数据。

对于那些由物联网设备收集来的有价值的数据，需要用软件和服务来分析、处理和操作。这个软件可能部署在另一个设备上、某个独立的控制器上、某个公司的数据中心里，或者在云端。这些应用可以是自动的或者半自动的模式，也有并不常见的被一个活生生的人来控制的情形。

总之，我们正在讨论的就是：

设备，包含以下部件：

嵌入式传感器，用于捕获或产生数据；

无线发射器和接收器，用以连接更大的网络；

骨干网络，各种设备以各种无线技术与之连接；

软件应用，用以：

分析和处理所有收集到的数据；

触发适当的操作。

图2.1展示了所有这些技术是如何一起工作的。

图2.1 物联网技术

作为这些技术集大成者，物联网本身并不是一个真实的物体，而更多是一个可以适用于各种场合和设备的概念。这就是说，在物联网的世界里并不是单一的治理结构，而是众多的程序员和公司在利用物联网背后的概念提供特定的功能。

从本质上说，每个物联网应用都是出于某种目的而建立的。我们应该从智能汽车、智能家居、智能工程甚至智慧城市的角度来讨论其内置的传感器网络、设备和应用。这个概念的每个应用都包含那些被连接到相似的无线网络上的更小的相似设备，但是每个设备的群组都有其自身的独特目的。也许为了更大的目的，一个物联网需要与另一个物联网沟通，但这不是必然的。真正重要的是，每个按照特殊目的而建立的物联网要能够完成其自身需要完成的工作，就像其背后的物联网技术所支持的那样。

2.2 建立物联网

既然具备了物联网所需的全部技术，那么整个物联网又是怎么建立的呢？整个过程充满曲折，对那些探索物联网业务的公司而言充满机会和挑战。

专家们预言，在物联网的潜力被充分发掘出来之前，将有3个发展阶段。基本上就是安装和连接设备，使得两个以上的设备为了一个共同的目的而联合工作，然后开发一个应用以分析关联的数据，甚至触发更加复杂的操作。

2.2.1 第一阶段：设备部署和连接

因为物联网的基础是建立一个设备的网络，所以把部署更多的设备作为建设物联网的第一阶段也就不奇怪了。这里的设备包括各种类型——传感器、处理器、智能集线器，或者你能想到的任何设备。这些设备包括独立设备或者嵌入在大型设备或部件中的小型设备。

第一阶段已经顺利启动了。越来越多的消费级设备成为可联网的，从健身记录器、电视机到恒温器。这些利用无线方式连接互联网的设备，通常是采用Wi-Fi的方式，并通过联网获得一定的功能。在这种情况下，智能手机和个人电脑也是以设备的角色加入网络的。

注意

虽然今天的联网设备通常被叫做“智能”设备，它们并不真的都是那么智能的。但是它们的确可以提供一定的功能，而且通过联网向其他设备发送和接受数据，使得它们比一般的非联网设备多出了一点智能。

前面讲过，当前许多已有的网络技术可以用来构成物联网连接性的基础。但是对于新兴网络技术而言仍然存在着机会——当然，必须有人建立、安装和连接那些数以亿计的设备。我们才刚刚开始。

2.2.2 第二阶段：联合工作

发展的第二阶段是我们把两个或两个以上的所谓智能物体为了某种更大的目的联合起来工作。这里指的是分享数据，从而自动化某些过程。数据从一个设备传输给另一个设备，而后某个设备做出一定的决策并触发某个指定的操作。

举个例子，你家里后院的某处可能在土里埋有湿度传感器。这个传感器把它收集到的数据通过网络（蓝牙、Wi-Fi或者其他网络）传送到另一个嵌入在你后院的灌溉系统控制器内的设备上。灌溉系统被设定为根据从湿度传感器收到的数据来运作。如果后院足够湿润，灌溉系统不会启动；如果后院足够干燥，则会运行一个特定的灌溉程序；如果后院特别干燥，灌溉流程将会运行一个更长的灌溉程序。你不用太操心，因为这两台设备自己就为你完成了监测和决策的过程。

这个阶段的主要工作是自动化相对简单的任务，并为此设定必要的设备。这并不是什么超级智能；设备也只是在执行预置的操作。这有点类似Google的搜索风格的、算法驱动的决策。如果A那么B，如果C那么D，诸如此类。

我们需要小心翼翼地进入第二阶段，在某些行业中尤其要如此。挑战来自于如何决定用这种自动化来改善繁复的日常工作，并相应地安装必要的传感器等设备，然后设定那些设备以完成自动化所需要的基本操作。这里有个数量级的问题，因为我们有太多的操作可以这么处理了。

2.2.3 第三阶段：开发智能应用

基础的自动化就像一个决策树：根据简单的规则，将传感器输入翻译或控制指令。如果我们真的想利用从物联网收集来的海量数据，我们需要那些能处理更大的、更复杂的，也经常是更模糊的数据集合的应用。这可比把两个简单对象的行为协调起来要复杂得多，这可是要创造缜密的相互关系从而达到利用和分析数据的目的。

以你家里的恒温器为例。一个简单的自动化操作可能就需要在这个恒温器上连接一个外部的温度传感器，从而扮演壁炉和空调的控制器的功能。当外部温度上升到一定的水平，恒温器被设定为打开空调器。这的确很有用，但是用处也比较有限。

在物联网发展的第三阶段，引入其他数据来优化这个简单的传感器——恒温器关系，比如当日的天气预报、历史温度模式，甚至你家里人对这个房间的使用模式。可以开发一个应用（App）考虑所有这些（甚至更多的）数据，并且准确地预测出空调应该开启的时刻和运转的时间。这就不是反射式的，也就是说系统具有了某种智能。

这里有很多机会，不仅属于设备和网络硬件的制造商，也属于应用开发者。在现实中，第三阶段也有很多的工作要做。

2.3 理解智能设备

如果想理解物联网是怎么工作的，那么最好从最基础的层面开始，即从构成物联网概念前沿的各种各样的设备开始。所有的一切都是从这些设备开始的，因为物联网的存在需要这些物体。

2.3.1 什么是物体

有各种各样的设备可以被连进物联网。一个设备可以是大型和复杂的，像一辆车或一座房子。它可以是你日常生活中使用的，比如一个高尔夫球杆、一个打印机，或者是一双帆布鞋。它可以是非常非常小的，比如一个在你车里或者高尔夫球杆中的单独的传感器，即一个更大或更复杂的设备的一部分。

因为这个原因，物联网中所称的“物体”并不一定是实际的物理上的物体。一个物体可以是由一个类似恒温器、智能手机或者计算机等独立的通常意义上的设备所采集的一块数据——比如表征你的位置或者房间温度的状态信息。换句话说，物理设备本身不见得一定在物联网中，虽然表征这个物体的数据必须在其中。

不过确实多数物联网设备就是监测附近某个事物的简单传感器。这些简单的物体通过网络记录或者向其他设备或服务传送它们收集到的信息。

2.3.2 搭积木

在物联网中，更大的物体其实就是那些较小的设备的集合。比如，所谓的智能汽车实际上是所有那些内置在汽车和其零件中的小传感器设备的集合，如图2.2所示。各个传感器连接进车内的网络并把它们收集的数据传送给一个运行着必要的控制软件的主控计算机。这个计算机（实际上也就是另一个类型的设备）基于它收到的数据来做出决策，并且对其他内置在汽车中的设备（控制器）发送指令。这个计算机也可能向车外环境的其他设备和服务，例如你的修车店、车的制造商或者甚至是你为之工作的公司（如果车是由这个公司所提供的），传送它收到的一些数据，或者基于这些数据进行分析。

图2.2 多个连接在一起的小设备形成一个较大的智能设备

这样就积小成大，其中有些相对复杂的设备包含两个或更多的嵌入式设备。这就像用一些小积木来搭建很大一个物体。而当这个大的物体与其他类似的物体沟通的时候，它就成为“智能”的了。

2.3.3 解构设备

各种类型的设备都包含一个共同的组件。为了连接物联网（或者别的设备），一个设备必须包含某种无线组件用来发射和接收数据。它可以是一个Wi-Fi发射器，用来直接连接最近的Wi-Fi网络，就像你现在的笔记本电脑连接一个Wi-Fi热点一样。它也可以是个蓝牙发射器，只有去连接较大设备的能力，比如一个控制器或者电脑。或者它还可以是某种新型的低功率无线发射器，即专为这类小巧简单的设备建立的数据通信。

由于多数基本设备的尺寸很小，无线发射/接收器也必须尽量地小。另外，设备本身也需要耗费尽可能少的电力和带宽。

至于能耗问题，这些简单且通常也是单一用途的设备一般是低功率的；它在收集和发送小数据块的时候也不会消耗太多电力。这一点在某种程度上也是一种要求；如果这个设备是在一件衣物或者运动设备中的传感器，顶多也就有块小电池给它供电，所以它必须消耗尽可能少的电力。

至于带宽问题，多数传感器只传送有限类型和数量的数据，也不大需要太多的带宽。一个传送当前温度或者你走了多少步的传感器，本身就需要很小的带宽。

最后澄清一下，虽然多数设备是通过无线连接物联网的，还是有一些通过电线和电缆连接的。举个例子，在智能汽车中用电线把所有的设备连接起来，比用无线通信方式要容易。问题的关键是这些设备要连接起来，至于如何连接只是个细节问题。（提醒你一下，这是一个重要的细节）

注意

这种低功耗、低带宽的特点也体现了如何用这些（大量的）简单设备搭建物联网，从而整合数据、达成更加自制和智能的决策的过程。

2.3.4 存储与转发

一个物联网设备要工作起来还需要点别的东西，这就是存储器。

当我们说数据被从某个设备转发到另一个设备或者服务的时候，并不意味着数据是立刻传送的。收集来的数据很多并不是时间敏感的，这意味着数据可以被保存并在方便的（或者是更节省成本的）时候传送。也存在某个设备并不持续联网的可能，即数据可能是在设备离线的时候捕获的，但是直到设备下一次联网的时候才传送。

为了实现这一点，一个设备必须具有所谓的“存储与转发”能力。就是说，设备必须具有少量的数据存储，通常是一个小型的固态存储器芯片。收集到的数据在下一个联网周期到来之前就可以存放在设备的存储器中，然后转发给任何需要发送数据的地点。

所以，一个体积小、低功耗并具有一定无线连接性的物联网设备，还需要有内置的存储能力。

2.4 理解网络连接

对于物联网中每个需要与其他设备通信的设备，都必须通过某种网络连接。当两个及以上的设备相互连接就形成了网络，通常是为了传输或分享数据或别的什么通信目的。

当我们讨论物联网的时候，网络连接一般是无线的。这主要是出于实践上的考虑，因为用电线彼此连接数以亿万计的智能设备会很困难，甚至是根本不可能的。如果用无线方式把设备彼此连接、连接到中心集线器或者连接到互联网，那就相对容易得多。

2.4.1 传统的网络如何工作

在传统的网络中，无论是无线还是有线，一般每个设备都不是直接与其他设备连接的。这就是说，你起居室的电脑不是直接和你办公室的那个电脑通信的，你的智能手机也不是和你用于上网的调制解调器直接相连的。

相反，网络中的每个设备都是直接连接到一个叫做路由器的中心集线器的。如图2.3所示，所有需要发送的数据通过一个个路由器逐级到达另一个设备或者互联网。（假设路由器本身就连接到互联网，一般是通过某种调制解调器连接。）有些人管这个叫做中心辐射模式，这也正是今天多数家庭和办公室中所采用的模式。

图2.3 在传统网络中，设备连接到一个中心集线器

2.4.2 通过网络传输数据

为了方便传输，数据是切割成碎片然后通过网络传输的。当你发送一个文件到一个网络上或者给互联网上的另一个设备的时候，整个文件并不是一下子传输过去的。相反地，这个文件被分割成很多小数据包，以防止在传输大量的数据的时候阻塞连接。数据包最后会在某个合适的网络设备上组装起来，如图2.4所示。

为了完成这种解包/传输/组装的过程，所有的网络硬件必须一同遵照一种预先定义的网络传输协议。这些规则决定了数据是如何通过网络传输的。

今天事实上的标准，无论是互联网还是局域网（LAN）连接，都使用TCP/IP（Transmission Control Protocol/ Internet Protocol）。这个协议中的IP部分提供了控制数据包在从一个网络路由到另一个网路的标准规则集。而这个协议中的TCP部分支持了两个设备之间的通信部分；它处理网络信息并将其翻译成你的网络可以理解的形式。换句话说，IP设定了规则而TCP翻译了那些规则。

图2.4 通过网络传送多个数据包

这就是实际的情况。我们假设一个场景，即你想从你家庭办公室的电脑复制一份文件到你家里的电脑。当你点击了“复制”按钮，TCP建立了两台电脑之间的连接，然后IP执行这些通信规则并连接两台电脑的端口。因为TCP已经为传输准备了数据，IP就处理这个文件，将其分割成小块（数据包），并把每个数据包添加一个包头，以便确保它能找到该去的地方。TCP数据包也会被打上标签，标明它所携带的数据的类型和包的大小。

下一步，IP把数据包转换成一种标准形式并从第一台电脑发送到第二台电脑。当第二台电脑收到数据包之后，TCP按照包的原始形态翻译出来并把所有的数据包组合成一个文件。

2.4.3 理解IP地址

为了实现TCP/IP，网络中的每个设备都需要根据恰当的信息正确地配置。特别是，每个设备都需要分配一个本地的IP地址，以便让网络来认识这个设备。

一个IP地址就是一个数字的标签，有点类似街道门牌号码，但是全都是数字的。在今天的互联网上，一个IP地址是一个32位的数字，用一种“点+地址”的方式表述，即四组被点分隔的数字，比如：

192.106.126.193

每个十进制数字代表一串八个二进制数字——0和1。地址的第一部分代表网络地址，而随后的部分代表本地设备的地址（也叫做主机地址）。

一个路由器如果要明白需要将哪个数据传输到哪个设备上，就必须用到IP地址。如图2.5所示，TCP/IP向路由器广播数据，用特定的IP地址来区分数据的接收者。路由器读到IP地址然后转发这个数据到这个地址的计算机上。

图2.5 将数据发送到特定的地址

连接到今天的互联网上的每个服务器或设备都会被分配一个自己的IP地址。在未来的物联网世界里，每个单一的设备，不管多小，也必须要被分配IP地址。

这就产生了一个问题，由于需要联网的设备数量巨大，很容易就将超过可用的IP地址数量——至少在当前的IPv4（也就是IP协议的第4版）中是这样。IPv4提供了大约43亿的唯一地址，其中的大部分已经被分配给了已有设备。

解决方案就是尽快普及下一代互联网协议，IPv6。（你没看错，它直接从第4版跳到了第6版。）这个协议扩充到了理论上多达340个100万的11次幂的地址——也就是340个千亿的千亿的千亿，远远超过所有可能的物联网设备所需要的地址。有理由相信，没有IPv6，物联网是不可能实现充分部署的。

注意

IPv6是通过把32位的地址扩展到128位来获得更多的地址的。这就像把3位的十进制数字变成了12位的十进制数据——当你采用更多位数的时候肯定会得到更多可能的数字。

2.5 审视无线技术

在一个严格的有线网络中，设备是通过以太网卡连接到路由器的。如果网络是无线的，路由器内就包含一个小的无线发射器来传送和接收所有联网设备的无线信号。

今天有好几种无线技术在使用。所有发送和接收的信号（为射频信号）都是有一个特定频率的。这些和用在AM或者FM收音机中的频率是类似的；最大的区别就是AM/FM只接收信号，而无线网络设备中发送和接收均可被处理。

2.5.1 理解射频技术

射频技术（Radio Frequency，RF）是怎么工作的呢？所有的一切都是单一的无线电波，这也就是一个电磁能量的脉冲。当一个发射机在一个特定的频率震荡时就产生了无线电波。震动得越快，频率就越高。还可以使用天线来放大和广播长距离的无线信号。

为了接收无线信号，你需要无线接收器。接收器需要调制到特定的频率才能接收该频率的信号。如果接收器没有调制到那个频率，无线信号通过后就不会被接收。

注意

当我们讨论家庭网络、互联网和物联网的时候，在每个上网设备中的无线部件都是同时具有发射和接收功能的。

射频信号发射的其实是一个很宽的频率范围。频率是用每秒的周期数来表示的。例如，93.5MHz是每秒震动93500000个周期。（MHz代表每秒100万次；GHz代表每秒10亿次。）

当前的无线网络使用两个不同的射频频率。早期的设备使用2.4GHz的频段（频率从2.4GHz到2.48GHz），而较新的设备使用5GHz频段（频率从5.15GHz到5.85GHz）。

2.4GHz频段是任何人为了任何目的都可以开放地使用的。这既好，也不好，说好是因为可以无成本地使用它（没有潜在的授权使用费用），说不好，是因为这个频段内的空间是有限的，而其他几种设备也用这个频段。

注意

2.4GHz频段也叫做ISM频段，即仪器、科研和医疗使用的频段。

现在，2.4GHz频段被广泛使用在802.11Wi-Fi网络、蓝牙、新型无绳电话、新型婴儿监护器和车库开门器、微波炉、城市和郊区无线通信系统（包括许多应急通信电台）中，以及在西班牙、法国和日本的政府通信中。

5GHz的频段相对而言使用得较少，而且有较宽的频段——即更多的频率可以使用。（提示一下，它从5.15GHz到5.85GHz。）有些无绳电话用这个频段，但还不太多，所以频率竞争还不太厉害。和2.4GHz频段一样，5GHz也是一个没有管制的频段，这意味着任何设备都可以自由使用它——而这对于物联网很重要。

2.5.2 Wi-Fi

今天大多数家庭、商业和公共的无线网络使用Wi-Fi协议。Wi-Fi是IEEE802.11无线网络标准的商品名。今天大多数的无线网络在技术上都是Wi-Fi网络，并使用Wi-Fi认证的产品。

注意

IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers），即电气电子工程师协会，它的主要任务是评估不同的技术标准。对于Wi-Fi而言，其技术是由一个叫做Wi-Fi联盟的分工作组负责的。详情参见Wi-Fi联盟的网站（www.wi-fi.org）。

但是，问题来了。Wi-Fi协议并不是唯一的。相反地，存在多个802.11协议，每个都用一个或两个字母做后缀。不同版本的Wi-Fi提供不同的性能；最新的版本802.11ac，采用较少被使用的5GHz频段（但是与较早的运行在2.4GHz频段的设备向后兼容），具有足以覆盖一所相当大的房子的能力。

Wi-Fi网络实现了传统网络的中心辐射模式配置。每个具有Wi-Fi的设备连接到中心集线器或路由器上，并且通过路由器，与其他同样连接到路由器上的设备连接。起居室的笔记本电脑并不是直接连接到卧室的流媒体服务器上的；信号其实是先从一个设备到达集线器再被路由到其他的设备的。如果你有十多个无线设备连接到你的Wi-Fi网络，就意味着有十来个设备连接到路由器上。

这些设备中的每一个都必须手工设置以连接到网络，一般都会需要一点无线加密技术。有很多必要的初始设置，不过后续的连接可以是自动的。也就是说，每个Wi-Fi设备都必须在首次连接的时候手工连接到网络。如果在你的生存空间里有100个小物联网设备，利用Wi-Fi来连接它们就显得不那么切实可行了。

这就是说，既然现在Wi-Fi已经无处不在，物联网设备使用Wi-Fi技术应该是很方便的。而且当前的很多设备也的确这么做。举个例子，如果你的起居室里有一台智能电视机，它就和当今的其他设备一样，是通过Wi-Fi连接到互联网的。

的确还很难说Wi-Fi是否是搭建全球物联网连接的最佳解决方案。从这一点而言，也许别的无线协议更适合处理小传感器设备之间的连接；这些小设备也许是先连接到一个主控设备，然后由该主控设备再通过Wi-Fi连接到互联网或某种服务。

2.5.3 蓝牙和蓝牙智能

当讨论到近距离设备间的无线通信的时候，蓝牙是一个有趣的选择。蓝牙与Wi-Fi很相似，都是采取2.4GHz频率的射频传输。区别在于，蓝牙不是为了中心辐射模式的网络连接设计的。相反，它是为了使设备之间直接通信而准备的，这种网络称为对等网络（皮网），这也是很多人预测的物联网设备最终工作模式。

今天，蓝牙已经应用于各种设备之间的短程连接，比如你的智能手机和汽车的音响系统，或者连接到你的台式电脑的无线鼠标。蓝牙不是一种可以长距离传输大数据包的技术，在这个领域，Wi-Fi仍然是最好的。

蓝牙无线模块是非常小的，比Wi-Fi小得多，这使得该技术非常适合物联网传感器的小型化。它们的能耗非常小，这也很符合物联网的需求。

当一个蓝牙设备感知到另一个蓝牙设备（在9米范围内），它们自动建立彼此之间的连接——当然，需要手工完成首次的配置。这种连接叫做皮网，是一种特定的迷你网络，即个人域网络（personal area network，PAN）。

在一个皮网中，一个蓝牙设备充当主设备，同时，其他设备（总数最多为8个）充当从设备。主设备控制通信，包括设备之间的任何必要的数据传输。每个皮网可以包含8个不同的设备。

这就是说，在短距离里，一个类似智能手机的设备可以连接、同步甚至控制在你家中、办公室和车里的其他电子设备——比如个人电脑、打印机、电视机、家用报警系统或者车载音响。所有这种通信都在不知不觉中完全自动地以一种临时搭建的方式建立。

现在它是这样工作的。假设你有一个智能手机，其中包含你的通信录。你需要将这个包含电话号码的通信录同步到你的车载拨号系统中。为此，你只需要把你的智能手机带入的汽车。当你足够近（而且你的车也接通了电源），你的手机会自动通过蓝牙连接车载系统，然后自动在你的手机和车载系统之间同步你的通信录数据。这样你就可以通过汽车的仪表盘拨通电话了——所有的通信是通过蓝牙连接的，无需手动干预。

如果这听起来还是不够适合物联网的话，还有蓝牙智能，一种特别为物联网开发的蓝牙技术变体。蓝牙智能是蓝牙技术的一个版本，而且耗电量比传统蓝牙小得多。这种电能效率使得蓝牙无线连接非常适用于那些只能靠一个纽扣电池驱动的设备。

另外，蓝牙智能的操作可以被主机应用配置。一个蓝牙智能设备经优化后可以覆盖60米的范围，而不是蓝牙标准的9米范围——对于需要长距离的家庭传感器非常合适。很显然，扩展范围需要更多的电能，所以不需要那么大范围的设备可以被配置为使用更少的电能。这种可以根据每个应用的需要来配置的方式非常适合物联网。

2.5.4 蜂窝网络

某些物联网连接将利用蜂窝网络——也就是你的移动电话的网络。例如，一台智能汽车中的设备与家庭网络或者汽车销售商之间可能就是以拨打电话的方式来通信。这种方式快速、简单，也可以利用随处可见的已有技术。

蜂窝技术的工作方式和Wi-Fi或者蓝牙有一点不同。当蜂窝信号载有语音、短信和数字信号并通过无线电波传递的时候，这种信息不是通过在一个小规模的设备网络的中心集线器传输的（比如Wi-Fi），甚至也不是在设备之间直接传输的（比如蓝牙），而是通过一个全球的发送和接收网络来进行的。

这种传输/接收塔的网络是按照蜂窝的模式建设的。（因此有“蜂窝网络”和“蜂窝电话”的说法。）也就是说，一个移动电话网络被分割成千百个互相重叠的地理区域，即蜂窝。一个典型的蜂窝网络可以被视作一个由六角形蜂窝组成的网，如图2.6所示，每个蜂窝中心都有其基站。蜂窝的边缘稍微重叠以保证用户一直保持在基站的范围内。（你当然不希望在基站之间开车的时候电话掉线。）

图2.6 蜂窝网络中的蜂窝

注意

蜂窝网络中的蜂窝尺寸是不一致的，根据一个地理区域内要容纳的蜂窝数量而定。最小的蜂窝，可能只覆盖城市中的几个社区，但是那里有最密集的人口密度，也需要最多的服务。最大的蜂窝通常是覆盖郊区的，那里单位面积的人口很少。

每个组蜂窝中心的基站在那些蜂窝中扮演集线器的角色——不是为整个网络扮演这样的角色，而是只为网络中的每一块。每个手机发射的射频信号被基站收到，然后从基站传递给某个手机。发射与接收通过两个稍有差别的频段进行。

基站彼此通过中心交换机连接。当呼叫者在蜂窝之间移动的时候，中心交换机追踪呼叫者并将其从一个基站转移到另一个基站，而且（理想而言）这个转换是无缝的，也不会被注意到。每个基站同时都与主电话网络连接，从而可以把移动电话与固话对接。

由于其强大的远程数据传输能力，蜂窝网络应该在物联网中占有一席之地。蜂窝连接可能并不适合近距离的两个设备之间的连接（比如在汽车内），但可能是主控设备和一个远端的物联网集线器之间的首选连接。

2.5.5 MESH网络

数以亿万计的新设备加入物联网，它们所连接的网络将变得越来越拥挤，导致那些网络——以及广义上的互联网——无法处理增长后的数据流。这促使很多公司开发他们自己特定的物联网网络。

一个选择是使用某种特别定制的、小范围的无线网络，使得设备可以一个个地彼此直接连接，就像在接力赛中运动员传递接力棒那样。这种所谓的MESH网络，可以完成无线信号在设备之间的自动转发。

一个MESH网络是传统的中心网络的对立面。传统的网络将所有的设备连接到一个中心服务器或集线器上，而一个MESH网络理论上可以把设备一个个地从城市的一端连接到另一端，如图2.7所示。MESH网络中的每个设备可能只能覆盖9～90米的范围，但是当它们端到端地连接起来的时候，就可以覆盖一个广阔的区域。

图2.7 在一个MESH网络中的设备一个个连接

一个MESH网络可以包含连接在一起的几千台设备个体。因为在MESH网络中是多路由的，个别设备的失效不会导致整个网络的失效，信号最终将利用和其他设备的连接找到一个新的路径。

已经有几种针对物联网的MESH协议在开发中。这些协议的开发者包括INSTEON、Z-Wave联盟、Zigbee联盟等。INSTEON和Z-Wave协议是专有的，而Zigbee提供认证机制以确保符合其标准。现在，基于不同协议的网络还不能互操作，但是用集线器来连接两个MESH网络是可行的。

2.5.6 专有蜂窝网络

还有一些公司在开发他们自己的专有物联网无线技术。与刚才讲过的MESH类似，这些机器对机器（M2M）网络是用于连接小型设备的，而不是连接人或者电脑的。通过将M2M通信的负载转移到这些网络上，当前的互联网将保持其主带宽的有效运行。

也许这场戏中目前最引人注目的角色是一家法国公司——Sigfox，基于第一次世界大战期间潜水艇之间在水下通信的无线电技术，开发出了一个自己的版本。这种技术使得非常小的数据量（比如莫尔斯电码）可以长距离传输。该技术采用900MHz频率范围，这和现在的一些无绳电话和婴儿监护器一样。

Sigfox正在用这个技术建立一个专有的低功耗、低带宽的蜂窝网络，用于物联网设备中常见的短数据传输。这个网络并不是最快的，只能以100bit/s的速率传输小数据，但是典型的传感器数据不需要比这更快的速率了。以一个交通传感器或者水表所收集和传送的数据为例，这种设备通常只是间歇地传送很少的数据分组。速度并不重要。

真正重要的是如何连接这些众多的小设备。Sigfox采取了以速度换网络容量的策略，为此，它的网络可以支持上百万的连接。

另外，通过使用900MHz频段而不是现在那些用于移动运营商的更高的频段，Sigfox可以使它的信号塔的分布间隔远大于通常的蜂窝网络。甚至更好的是，它是一个低功耗解决方案，它传送一个数据分组所花费的能量也比通常的蜂窝信号少很多。

这个公司目前正在英国、荷兰、俄罗斯和西班牙建立网络，而它在美国的第一个网络建在旧金山。目前Sigfox主要关注工业网络。在西班牙，它利用自己的网络连接了几百万个家庭安防系统。在法国，Sigfox的网络被用来连接水表、电子广告牌以及老年人的监护设备。

注意

有趣的是，Sigfox的低功耗网络的建设费用也是相对廉价的。这个公司的西班牙网络只花费了不到1900万美元，用了7个月就建成了。

Sigfox并不是唯一的投资于专有网络技术的公司。举个例子，Link Lab为公众和私人公司建立了长距离M2M网络；On-Ramp Wireless为油田运营者建立了客户定制的网络；Iotera建立了一个用于追踪宠物和孩子的全球定位系统（GPS）网络。

2.5.7 什么是最好的技术

并不是所有人都同意应该为物联网建立一个独立的网络。有些人把发展专有网络视作不必要和效率低下的，认为也许这反而会妨碍物联网的发展。如果相互竞争的专有网络或者地域性网络发展起来，跨网络的兼容性将成为一个问题，我们也许最终遇到类似今天的美国的蜂窝网络的那种碎片化的市场。

有些人认为，当今已有的“三大”无线技术已经足够承担物联网的需要了。蜂窝技术可以用于广域网络，Wi-Fi技术用在局域网，蓝牙用在个人网络中。对于开发物联网设备的公司，利用现存的技术是相对简单的——可能比新出现的、没那么广泛的网络技术要容易得多。

实际上，并没有什么可以阻止各公司开发他们自己的针对较大的智能设备和地域的专有连接解决方案。你车里的传感器是采用蓝牙、Sigfox还是什么新型的MESH网络技术有什么大不了的么？最后你真正关心的是它们的确是可以彼此连通的，并且把它们的信息从汽车发送到家里、经销商或者其他地方，且采用的是你方便使用的技术。

2.6 理解数据

每个设备所收集的数据是和该设备的用途相关的。也就是说，不同的设备将收集不同类型的数据。

举个例子，在水表中的传感器收集的是一所房子内的用水方式——什么时候用了多少。一个室内恒温器收集壁炉和空调的使用数据、一天中不同时间的室内（或者外部的）的温度等。车里的传感器收集发动机温度、油位等的数据。一个内置在高速公路上的传感器收集经过的车流量，或者也许还包括周围的环境温度。

然后某个传感器收集到的数据传送到另一个设备或者服务，最后把这些数据和其他的数据对比，并根据这种对比来决策。举个例子，参考历史情况，恒温器数据可以用来决定什么时候自动打开和关闭壁炉和空调，也可以和能源效率数据联合使用，以便在能源效率最高的时候打开空调，或者当电网过载的时候关闭空调。

你也可以为你收集到的数据找到新用途。想想你家附近的高速公路上的传感器。做一点小修改，用来监测车流的传感器也可以用来监测某种化学品。这个数据可以被送到国家有关部门的数据库中，用来提醒监管部门监测到某种特定的化学品，这样就可以针对潜在的恐怖分子给出早期预警。

2.7 理解智能应用

数据要变得有用，必须要有利用它的能力。这可以是通过专门分析数据的人员手工来实现并做出相应的决策的。但是建立一个以人为中心的过程是不符合当前的技术趋势的，因为期望是每个操作都是由某种算法所触发的。为了使物联网发挥作用，它不能是劳动密集型的，它必须是更加自动化的。

解决问题的关键是创造出可以理解数据，并基于预设的参数值给出自动反应的智能应用。例如，一个应用连接到你的洗碗机或者洗衣机，可以分析从水表采集来的数据，并且当用水量低于某个值的时候自动启动洗涤的过程——或者当用水量太高的时候延迟洗涤；另一个应用可以从房间里的运动传感器中收集房间的使用模式，能够预测你在哪个房间，并随之将该房间调节成你按照自己的偏好预先设置的温度和亮度。

当然，这些智能应用都是随着应用不同而各异的。那些你用在房间或者汽车里的应用也许和你用在医院、快餐店或者五金店的应用是不同的。但是它们都是必要的，否则你所拥有的就是一堆无用的数据。为了把数据变得有用，你需要适当的应用。

2.8 理解大数据

当物联网从各种各样的设备中收集到的数据被创造性地使用时，就会变得更加有价值。这就是所谓的大数据的技术问题。这是一个描述大量数据的简单术语——数据集合如此之大，以至于无法用传统的关系型数据库技术来处理了。为了体现物联网真正的价值，需要开发处理海量数据的应用以建立连接和相关性，从而达到智能决策的效果。总的来说就是要把从各处收集的传感器数据连接起来，得到一个非常独到的结论。

处理物联网所收集的大数据实际上会面临3个挑战。首先是数据的获取，其次是数据的存储，最后是数据的分析。

2.8.1 数据获取

数据获取（Data Harvesting，也称作Data Ingestion）是一个多步骤的过程，包括从各个设备收集数据，然后将数据传送到某个中心数据库。这主要是关于设备和网络的问题，当然，也包括数据库。前面我们基本上已经讲解了相关的内容。

2.8.2 数据存储

数据存储看起来很简单，但这种说法非常有欺骗性。你所需要的就是很多的服务器，也许是云服务器，以提供足够的能力来存储所有收集到的数据。这听起来很简单，特别是看到存储的成本不断下降的时候。

问题当然不会那么简单，即使这是一个老问题。很多公司就是被存储层面的问题挡住了而一直没能实现更重要的分析功能。

这可真糟糕！因为实际上有很多公司可以提供解决数据库存储需要的方法，而且有好几种这样的方法可用。

一个流行的方法就是找一家提供“数据库即服务（Database as a Service，DBaaS）”能力的公司，通常都是基于云的数据仓库。已经有很多选择，包括Amazon Redshift、来自Hortonworks的Enterprise Hadoop以及Cloudera Enterprise。这些数据库管理和自动化服务缓解了公司安装、管理和运行他们自己的大型数据库的需要——从而把珍贵的资源释放出来进行更重要的数据分析。

管理服务提供商（Managed Service Provider，MSP）与DBaaS提供商很相似，但是它们提供了更加有用的服务，比如All Covered和Treasure Data。这些公司不仅能够进行外包数据的收集和存储工作，还可以享受基本分析功能，通常是从主数据中抽取特定的信息。利用MSP来完成最费时耗力的工作，一个公司就可以把它的注意力聚焦在数据分析的细节上——并根据那些分析进一步采取措施。

2.8.3 数据分析

这是第三个挑战，也是最具挑战性的。假设一个公司可以外包数据的获取和存储，那么现在的问题就是如何从收集到的海量数据中抽取价值。换句话说，当收集到了海量数据之后，一个公司要怎么做呢？

为了处理这个数量级的数据，必须开发用来分析所收集的数据的趋势、模式和压点（pressure point）的应用。这是一个巨大的计算挑战，特别是当你希望实时呈现结果的时候。

当处理这个数量级的数据的时候，数据经常是以一种非结构化的形式收集（和存储）的，主要问题之一就是你要确保没有一不小心忽略重要的东西而在根本无关紧要的数据上花费了太多的时间。对于特定的应用，很有必要把麦粒和糠皮分离开。

注意

因为将来所有的物联网数据都需要分析，人力资源团队预测对数据分析专家的需求会很快上升。这应该是一个可以进入的好职业。

但是仅仅分析数据是不够的。对于一个真正从海量的潜在实时数据流中受益的公司，必须建立一种数据驱动决策的文化。这就是说，公司需要按照数据所指引的方向行进——而不是按照老式的管理层所认为的方向行进。这是个勇敢的新世界，是由物联网所收集的新数据所驱动的。有些公司将茁壮成长，而另一些则相反。

2.9 从物联网中盈利

作为消费者，从物联网中发现对我们的价值是一个角度，但是商业世界是从另一个角度，即作为一个有广阔盈利前景的角度，来考察物联网的。这毕竟是资本主义的本性。

物联网的机会到底有多大？在第1章中，我们大体估计到2020年为止有19000亿美元到89000亿美元的规模。即便是采取最低的估计，这对某些人而言也是很大一笔钱了。

无怪乎很多大公司，包括Cisco、IBM、Intel、Qualcomm和Samsung，都在物联网基础架构上投入很大的赌注。这些公司当然把销售必要的硬件当作赚钱的机会，不过一旦实现了连接，他们也会提供附加的服务。

在接受物联网的各个行业中也存在非常多的机会。举个例子，家用电器的厂家能够以更高的价格销售有联网功能的电冰箱、洗碗机和洗衣设备，也有可能提供能够使那些电器一起工作的附加的服务。将会有一类新的汽车产品供应商，把智能设备卖给汽车制造商，以集成到它们的汽车中。五金店的运营者可以投资于基于物联网的追溯和货运系统，理论上会减少当前的人力成本。（而且某些公司也会向五金店销售各种必要的基于物联网的机械设备和系统）

那么谁将从物联网中受益？通信公司、网络公司、各类技术公司，包括芯片制造商、硬件制造商、云存储服务商以及应用开发者。当然还有成堆的聚焦在设备供应商的行业玩家。也有的公司押宝在今天的技术大鳄身上，跟随Apple、Google和Microsoft等轰轰烈烈地开拓物联网市场。

注意

考虑到有上亿的设备都需要电池驱动，电池供应商肯定会从物联网中获益。

虽然可以肯定大玩家将垄断物联网初期市场的主要份额，这里新兴公司和小型公司仍然将获得大量的机会展示自己。每个人都会有很多的机会，至少那些能够提供独特价值的企业一定会有。

2.10 资源

本章中，我们讨论了一些可以帮助建设物联网并从中获利的公司和组织。为了更好地了解这些公司，可以研究他们的网站：

All Covered（www.allcovered.com）

Amazon Redshift（aws.amazon.com/redshift/）

Apple（www.apple.com）

Bluetooth Special Interest Group（www.bluetooth.org）

Cisco（www.cisco.com）

Cloudera Enterprise（www.cloudera.com）

Enterprise Hadoop（www.hortonworks.com）

Google（www.google.com）

IBM（www.ibm.com）

INSTEON（www.insteon.com）

Intel（www.intel.com）

Iotera（www.iotera.com）

Link lab（www.link-labs.com）

Microsoft（www.microsoft.com）

On-Ramp Wireless（www.onrampwireless.com）

Qualcomm（www.qualcomm.com）

Samsung（www.samsung.com）

Sigfox（www.sigfox.com）

Treasure Data（www.treasuredata.com）

Wi-Fi Alliance（www.wi-fi.org）

Zigbee Alliance（www.zigbee.org）

Z-Wave Alliance（www.z-wavealliance.org）

智能技术与你

当物联网时代降临的时候，你并不需要太多的准备。Cisco、IBM和Intel之类的公司会为你做很多工作。他们所希求的无非是，当那个时代到来的时候，你要慷慨地支持他们的产品和服务。

这就是说，你需要留意物联网的发展所带来的基础架构改变。举个例子，当你在家中添加越来越多的上网设备的时候，你的家庭网络必须有足够的承载能力。（毕竟，你不希望当智能冰箱开始盘点存货的时候，Netflix服务在你的智能电视上不时卡顿。）这就意味着可能要升级到新的无线路由，甚至要支付更多的钱给你的网络服务商以购买更快的服务。

你肯定会投资带有物联网功能的最新的“智能”电子和电器设备的冲动（或难以抵挡的诱惑）。它们中有些的确是值得购买，而另一些则不然。（有些还可能是重复的；你真的需要智能电视、智能蓝光播放器，以及智能媒体播放器，而它们都提供和Netflix一样的功能么？）

所以你需要对什么时候买、买什么做一个决策。你是要现在就把当前的“傻瓜”设备换成智能设备，还是等到它们用坏了以后再说？你是要现在就投资那些设备的智能版本，还是相信未来的设备只会变得更加智能？你真的会花上千美元来把你所有的灯泡换成智能发光二极管（LED）灯泡，还是只要还能买到，就买些廉价的白炽灯泡？

更重要的是要培养出必要的思路来接受物联网所带来的变化。让我们面对它，哪怕只要物联网实现了大家目前期望的一半，就足够给你的日常生活带来重大的变化了。

想象一下。现在你已经习惯了自己设定恒温器、开关电灯、做咖啡。如果天气太热，你就打开空调制冷；如果天黑了，你就打开电灯；当你需要咖啡的时候，就自己煮一杯。

然而如果有了物联网，你就不必做以上这些事情了。你的房子里总是处于舒适的温度，无论天气如何或者无论是哪一个房间。你的灯会在你需要的时候打开，并在你离开房间的时候自动关闭。早晨一醒来，你的咖啡就已经准备好了，或者是在你通常午间的茶歇时间准备好咖啡。

另外，你的草坪将灌溉得很好，也一定被自动剪草机修剪得整整齐齐。你将不再需要用手写购物清单；当你的蛋黄酱、鸡蛋或者啤酒不够的时候，你的智能冰箱自己会知道并直接把购物清单发给超市以便自动送货。（可能会使用无人机。肯定会使用无人机的。）你也不再需要手工设定录像机，因为智能电视将根据经验了解你喜欢观看的节目内容和时间并排好节目。

有很多决策你现在做了未来就不用再做了。你对把控制权交给设备和应用感到习惯么？你能信任物联网来为你做决策么？

你愿意把现在做这些决策的时间（或者脑力）花费在别的事情上么？物联网的一个潜在的大好处就是，它可以把你从旧式的手工设置的思考和劳动中解放出来。如果你不必再想看什么节目，不必再写购物清单，或者也不必再给草坪浇水，你会做什么事情？在商店里有很多休闲的时间，不管你想要不想要。

另外，我们中有人喜欢从做一点小手工中获得乐趣。有了物联网为我们一起做，我们的自信心会不会因为我们不能再得到那些小成就而遭到挑战？

也许这主要是要决定什么应该被自动化而什么不应该被自动化。也许你喜欢手工修剪草坪和写出你的购物清单，而不喜欢由物联网代劳。你需要某件事情来保持对自己生活的控制。设备、系统和应用没有必要为你做所有的事情。就像我两岁的孙女坚持的那样：“我来做”。也许我们每个人心中都有一个两岁的自己，而我们希望在面对自动化时维持我们的自给自足。或者我们就是一群懒汉，什么都不想自己做。在没有真正面对所有的选择出现之前这很难说。

第3章　智能电视：互联世界中的视觉享受

对很多人来说，今天所谓的“智能电视”代表了进入物联网世界的第一次尝试。到底什么是智能电视，它到底又有多智能呢？

人们对今天的智能电视到底应不应该被视作物联网的一部分还仍然没有结论，但是毫无疑问，这些联网观赏设备正在改变人们观看电视电影的方式。让我们继续阅读，深入了解吧！

3.1 智能电视到底是什么

老实说，今天常用的“智能电视”这个词基本上就是一个夸张的市场宣传用语。这个称呼指代那些提供互联网连接的电视机或者机顶盒，通常是通过Wi-Fi无线技术连接的，一般也提供内置的Web 2.0应用以便观看各种流媒体服务，比如Netflix和Hulu。智能电视里其实没有什么算得上智能的，它就是个市场宣传用语，用来表达其具有观看基于互联网的节目的功能。

智能电视的概念并不是特别新。2007年前后就出现智能电视了，不过使用了各种不同的名称，比如联网电视、混合电视、IPTV以及互联网电视。（有人可能会说1996年的Web TV就已经给出了这个概念，它就是把传统的电视变成一个互联网客户端。）

请注意一台智能电视机并不一定必须是一台电视机。因为可以为电视机提供联网获取流媒体的功能，连接电视的流媒体盒子和电视棒也可以归为智能电视设备一类。所以Roku和Apple TV机顶盒都是智能电视设备，还包括Google Chromecast、Roku Streaming Stick以及Amazon Fire Stick。为此，提供流媒体连接的蓝光播放器和视频游戏机也可以归为智能电视设备。

3.1.1 智能电视机的构造

就最基本的结构而言，一台智能电视机就是一个可以连接局域网以便连接到互联网的电视机。具体点说，就是一个必须包括以下部件的电视机。

Wi-Fi无线模块或者以太网连接，以便连接到你的家庭网络。

中央处理器单元（CPU）就是用来管理所有的设备操作和命令的计算机大脑。

操作系统（OS）扮演CPU和软件应用之间的接口角色。

图形用户界面（GUI）用来显示菜单界面和其他选择项。

软件应用用来连接各种基于网络的服务。例如，一台智能电视机可能有内置的Netflix、Hulu和Pandora服务，大多数智能电视机都有几个预先安装的应用软件；有的智能电视机还可以在购买后再安装附加的应用软件。

有些智能电视机也包括支持从家庭网络中的媒体存储库播放内容的应用或相关技术。在有的产品中，这种功能是操作系统中预置的，比如Apple TV；而在另一些产品中，这种功能是通过DNLA或者UPnP实现的。

注意

DNLA代表Digital Network Living Alliance，这是一个促进不同设备之间的互操作性的行业协会组织。在实践中，DNLA标准意味着一个设备可以播放连接到同一个网络中的电脑或其他设备上的数字媒体（视频、音乐和照片）。UPnP代表Universal Plug and Play，包含一系列的网络协议，可以使得在同一个网络中的联网设备发现彼此。

还有些智能电视机包含一个内置的摄像头和麦克风，如图3.1所示，这是为了连接视频分享和聊天服务，比如Skype。有些更先进的智能电视机甚至用内置的摄像头/麦克风来在屏幕上的菜单界面导航，也就是通过手势和语音命令。

当然，一台智能电视机（不包括机顶盒）也包括一个传统的电视调频器，是为了观看电视广播、有线电视或者卫星节目。通常你会从常规的观看界面切换到为网络服务和应用准备的一个GUI菜单界面。

图3.1 Samsung智能电视机上集成的摄像头

所有的智能电视机都是用某种遥控器控制的。有的遥控器很简单，仅提供足以在浮动菜单上导航的按钮。而有的则包括键盘（在键入搜索词的时候很有用）、触摸板，甚至是游戏杆。多数智能电视机可以用通用遥控器控制，比如Logitech公司的Harmony系列的那些遥控器。还有的智能电视机可以用智能手机和平板电脑应用来控制。

再次提醒你一下，一台智能电视机并不意味着是严格意义上的电视机。一个智能电视设备，比如前面提到的Roku box，包含和一个严格意义的智能电视机同样的电路和应用，但是没有电视机的部分。相反，这个机顶盒与一个常见的电视机连接（通常是用HDMI接口），这样该电视机就可以显示来自机顶盒的内容了。

3.1.2 使用智能电视机需要哪些准备

智能电视机的主要功能都集成在机箱中了。为了充分利用智能电视机的功能，你需要提供以下条件。

互联网连接。

与互联网连接有接口的家庭网络。可以是无线的（Wi-Fi）或者有线的（以太网）。

电力。当然这是必需的。

如果你所拥有的是一台智能电视机顶盒，你还需要一条HDMI线，用来连接机顶盒和传统的电视机。

3.1.3 智能电视机能做什么

总之，所谓智能电视机就是一个集成了互联网功能的电视机或者机顶盒。那这意味着什么呢？

多数智能电视机可以提供以下功能。

通过本地网络连接互联网。就是说连接到你的家庭网络并借此连接互联网。多数智能电视机采用Wi-Fi，虽然有些也能用以太网连接。

通过网络流媒体服务播放视频内容，比如Netflix、Hulu Plus和Amazon Instant Video。

通过网络流媒体服务播放音乐，比如Pandora和Spotify。

播放存储在家庭网络中其他设备上的数字媒体。

接入指定的网站和网络服务，比如Facebook、Twitter和AccuWeather。有些智能电视提供全功能的网络浏览器，虽然更常见的是提供针对特定站点的应用和服务。

注意

并不是所有拥有当今的智能电视的人都真的会去使用“智能”的那部分。根据NPD In-Stat的报道，在美国大约有2500万的家庭拥有某种类型的智能电视机，但是只有大约一半（1200万）的家庭将电视机连接了互联网。换句话说，他们就是把自己的智能电视机当作普通电视机使用而已。所谓的智能部分就是一些备而无用的功能。

3.2 智能电视机操作系统

所有的智能电视机和智能电视设备都如同迷你计算机一样，包括一个内置的操作系统和适当的软件或者中间件，用来运行必要的应用。目前这些设备并不是运行类似Windows这样的全功能的消费类操作系统，而是针对这个目的开发的、相当小型的、更精简的操作系统。

注意

所谓中间件是指设备中软件的一个层次，是连接操作系统和主应用软件的桥梁。

目前已有多种智能电视操作系统，很多是针对某个公司的设备专用的。包括：

Android TV用在Google Chromecast和部分Sony智能电视机中；

Fire OS用在Amazon的流媒体设备中；

Firefox OS用在Panasonics设备中；

iOS是Apple的移动操作系统，用在Apple TV盒子中（当然也用在iPhone和iPad中）；

Roku OS被Ruku采用；

Tizen是Samsung的一种基于Linux的操作系统；

webOS是LG开发的一个Linux变体。

注意

webOS的历史很有趣。它是之前由Plam公司在2009年开发的基于Linux内核的操作系统，原本用在一度流行的Palm OS平台上。Hewlett Packard（HP）在2010年收购了Palm，当时webOS被认为是该项交易的核心资产之一。HP当时计划将这个操作系统用在包括智能电话机、平板电脑和打印机等各种新产品中。但是在2011年底，该计划最后流产，HP终止了webOS的所有研发。在2013年，HP将webOS卖给LG Electronics，后者将其用作自身首选的智能电视操作系统。

五花八门的操作系统意味着没有两个品牌的智能电视机具有同样的外观和操作流程。虽然所有的这些操作系统的功能没有根本区别，但是各自的实现都有所不同。每个公司都将在屏幕菜单、导航和操作上留下自己的印记。因此，当你要购买一台智能电视机或设备的时候，你需要花点时间熟悉其界面。

3.3 体验智能电视

当今大多数的智能电视机提供类似的产品特性和功能。在标准的电视机功能（屏幕、调频器、遥控器等）之外，你还有Wi-Fi或者以太网连接、屏幕GUI菜单和不可或缺的“智能”体验的内置应用。当然，屏幕菜单和内置应用是随不同厂家、不同型号而不同的，但是大体模式还是类似的。

我们选一个2014年年底上市的最典型的高端智能电视机来讨论。以Samsung UN50H6350为例（见图3.2），这是一个对角线50英寸的LED-LCD型号，售价略低于1000美元。这个型号具有人们对这个价位的智能电视机的所期待的所有特性，包括被Samsung称为Smart Hub的智能电视功能。它还包括为社交网络和视频聊天准备的内置摄像头和麦克风。

图3.2 Sumsang的UN50H6350智能电视机

在你使用Smart Hub之前，需要先将这个电视机连接到家庭网络。这个型号同时包含了无线和有线连接，所以如果你需要，它后背还有一个以太网口可用。

注意

如果你可以选择（并且用以太网线也方便的话），用以太网连接智能电视机是比用Wi-Fi更好的办法。有线连接不仅比无线连接更稳定（没有Wi-Fi信号的衰减和不稳定），也更快，当你在观看高清（HD）视频流的时候，这可是巴不得的神赐之物。

假设你将其用Wi-Fi连接，就像大多数用户那样（这样比较容易），你需要配置电视机来识别和连接家庭网络。可以从图3.3所示的“Network Settings（网络设置）”的配置界面来进行。选择网络类型（Wireless）；然后从Wireless Network列表中选择你的网络。将有弹出窗口要求你输入网络密码，然后好戏就开始了。

图3.3 配置电视以连接你的Wi-Fi网络

按下电视机遥控器上的“Smart Hub”按钮启动Smart Hub。这时会在屏幕底下显示一个包含你最常用的应用的“First Screen”显示条。可以从中选出一个应用，或者点击显示条内的Smart Hub图标以显示完整的Smart Hub。

Smart Hub为不同的娱乐准备了多个界面。

On TV提供了针对当前可用的传统电视节目的建议。可以用这个页面快速点击以观看某个节目或者在屏幕上显示一个更加传统的屏幕叠加节目单。

Samsung Apps是利用网络内容的地方，包括流媒体服务、社交媒体和Skype。

Games提供对各种在线游戏的入口（包含免费和付费内容）。

Multimedia用来播放你存放在家庭网络中其他设备里的自己的数字媒体内容。

Movies & TV Shows提供对网络流媒体的推荐。

你大部分浏览时间都是通过Samsung Apps界面实现的（见图3.4）。在这里，可以找到所有的主要流媒体服务，包括Netflix、Hulu Plus、Amazon Instant Video、HBO Go、Vudu、YouTube、Vimeo、Pandora、Spotify、TuneIn Radio等。此外还有用于Facebook、Twitter和Skype（使用电视机的内置摄像头和麦克风）的应用。点击打开一个应用，（如果有必要）登录该服务，然后开始观看、收听、交流或者干点儿其他事情。

这个界面最初就会预装一些流行应用。你也可以通过这个界面中的Samsung Store下载一些附加应用。

操作是通过电视机的遥控器、连动的智能电话/平板电脑、语音命令（还记得么，这个电视机有内置的麦克风），或者手势来实现的。最后的这种是其内置的摄像头的一个有趣的应用；只要手指着并“抓取”就可选择一个屏幕上的对象。

这都是很高科技的。重点就是，正如当代其他的智能电视机那样，这个电视机把观看你能想到的任何节目内容的整个过程都变得更加容易。虽然需要一点时间和精力来完成合适的配置，但是随后，也就只需要一些“指指点点”就能得到你想观看的东西了。

图3.4 从Samsung Apps界面中浏览网络媒体

3.4 智能电视设备探秘

如果你有一台旧式的电视机（甚至是比较新的、廉价而没有内置上网功能的电视机），可以通过购买一个流媒体机顶盒来添加同样的智能电视的功能。这样的设备有很多，其中最流行的是Roku的各个型号、Apple TV、WDTV Live和Amazon Fire TV。这些设备都是体积小到用一只手就可以握住，而且售价都不到100美元。

以图3.5中的Roku 2为例。这个型号正好是Roku产品线的中间型号（当然是在Roku 1和Roku 3之间），售价为69.99美元。它通过Wi-Fi连接家庭网络，用HDMI来连接电视机，并且自带一个遥控器。配置和导航都很简单，通过几个设置界面就可以实现。

图3.5 Roku 2流媒体播放器

和Roku的各型号一样，Roku 2在出厂前预装了很多流行的应用（称为频道），包括Netflix、Hulu Plus、Amazon Instant Video、HBO Go、Vudu、YouTube、Vevo、Pandora、Spotify和TuneIn Radio。你可以为各种不同的流媒体服务在线下载大量的附加频道。由于其流行程度，Roku在当前智能电视设备中拥有最多的第三方应用（图3.6展示了部分最流行的Roku频道）。

图3.6 在Roku 2上浏览在线内容

注意

如果需要播放存储在家庭网络其他设备中的数字媒体，可以安装Plex频道。Plex是一个可以安装在PC主机上的服务器应用，然后就可以向安装在Roku机顶盒上的Plex应用发送流媒体了（详情请见www.plex.tv）。

如果这些机顶盒对你来说还是太大了，可以考虑电视棒。这些是一些类似USB插棒的流媒体设备，比如Google的Chromecast、Roku Streaming Stick和Amazon的Fire TV Stick。如图3.7所示，这些设备可以插入到电视机上任何没有被占用的HDMI接口，同样提供网络流媒体服务的应用。这种形式下不用太考虑接线问题，而且成本也低，从35美元的Chromecast到49.99美元的Roku Streaming Stick。Roku和Fire的电视棒有自己的遥控器，而Chromecast可以通过配套的智能手机应用来操作。这是为各种具有HDMI接口的电视机添加智能电视功能的一种最讨巧的方法。

图3.7 Google Chromecast流媒体电视棒

3.5 如何选择智能电视机或智能电视设备

如果你考虑购买一个新的智能电视机或者设备，有几个因素你需要考虑一下，当然，在你选定了基本的电视部分功能之后，再考虑这几个方面。

首先，你需要决定是真的需要一个新的电视机，还是只是需要一个连接你的旧电视机的流媒体播放器。不足100美元的机顶盒和1000美元的顶级智能电视机的功能是差不多的，所以流媒体播放器的思路是更加经济的。另外，当行情改变的时候，升级一个50美元的机顶盒（丢弃再买一个新的）也比升级一个500美元或者更贵的电视机要容易得多。而行情是一直在变化的。

无论你是在考察一个电视机还是机顶盒，你都要确信这个设备可以使用你最常用的流媒体服务。虽然一般来说这些设备都包括Netflix、Hulu和YouTube，但只有一部分会支持Amazon Instant Video。多数还支持Pandora和Spotify，但是不那么流行的音乐流媒体服务一般不太会支持。注意检查一下其所支持的应用或者频道，以确保真正做出了满意的选择。

其次，考虑下你是否需要播放存在家庭网络中其他设备里的媒体。如果你主要是以流媒体的模式播放网络中的电影和电视，这个功能就不是一个大问题。但是如果你有一大堆的数字音乐、电视节目录像或者DVD的转录文件，你就得确保新智能设备可以播放你所拥有的一切。检查一下这个设备是否提供本地网络内容（通常是通过DLNA），而且是可以播放你所拥有的文件格式。如果你有很多DVD转录文件，这一点就特别重要，但是可能会遇到不支持某些不常用的数字音乐格式的问题，特别是高分辨率格式，比如Flac和无损Windows Media Audio（WMA）格式。

几乎所有的这些电视机和设备都提供Wi-Fi连接，这对多数的家庭都可以接受。然而，如果你更喜欢有线网络的稳定性，那就找一个带有以太网络的设备。

你可能还会考虑某些设备提供的额外功能。有些智能电视机（但是目前还没有机顶盒）提供内置的摄像头和麦克风，用以支持视频聊天和手势或者语音操作。如果这类东西对你很重要，那就考虑一下吧。

再次，就是要考虑设备怎么工作，包括界面和基本的操作。确保这个设备的屏幕菜单是你所习惯的，而且你可以很容易地找到自己想要的功能。确保你喜欢遥控器的工作模式，或者如果你喜欢的话，也可以用智能手机应用来操作。并且，如果你有一个用于家庭影院系统的通用遥控器，确保它和你要买的这个设备是兼容的。

最后就是价格。类似Chromecast的流媒体电视棒是最经济的选择，而机顶盒也不是很昂贵。然而如果你是在寻找一个真正的智能电视机，那么那些“智能”功能肯定要比非联网的电视机多花费一点成本。

不过别忘记了流媒体服务本身的成本。类似Netflix、Hulu Plus、Spotify之类的服务一般是每月10美元。虽然10美元听起来不是很多，但是如果你订阅了多个服务，那加起来就多了。订购五六个网络服务的话，你的在线娱乐花费就和传统的有线电视账单差不多了。

3.6 智能电视的安全性

这里还有一个随之而来的问题值得考虑一下。既然一个智能电视机或者智能电视设备是连接到互联网并拥有CPU和操作系统，那么它也和你的台式机和笔记本电脑一样会成为网络攻击的对象。你可能并不把智能电视机看作一台计算机，但实际上它的确是。而且像计算机一样可以通过互联网闯入和攻击。

3.6.1 闯入系统

为什么会有人想闯入你的智能电视机呢？对于初学者，是因为它存储了一些有趣的个人信息，以及你订阅的Netflix和Hulu等各种服务的用户名和密码。如果你订阅的是Amazon Instant Video，那可就是你整个Amazon账号的用户名和密码。那然后会发生什么？

不过闯入不见得总是这样有敌意。所谓的中间人袭击，就是把袭击人放在互联网服务或者广播与智能电视机之间。没错，袭击者可以把他自己的内容显示于被袭击者的屏幕上。你不会看到服务提供的正常广告内容，而是看到袭击者公司的广告内容。虽然不是威胁世界安全的，但仍然是不那么受欢迎的。

如果你觉得这听起来太抽象，那就看看现实世界中的智能电视机被黑的例子吧。在2014年6月，哥伦比亚大学的研究院，Yossef Oren和Angelos Keromytis暴露了一个已经用于百万台欧洲智能电视机的混合广播和宽带电视标准（HbbTV）中的缺陷。欧洲90%的地面、有线和卫星电视信号采用了HbbTV标准以在信号中添加互动的HTML内容。Oren和Keromytis揭示出HbbTV标准是易于被大规模攻击的，而且是“非常难以被发现的”。

这就是所谓的“红按钮”袭击，名字来自用户遥控器上的红色按钮，让黑客可以拦截声音、图像以及相关的数据。这样黑客就成了广播者，把任何他需要的内容发送给受害者——并接收受害者的各种智能电视应用所发出的数据。一个黑客可以用这个途径来在受害者的电视机屏幕上显示伪造的广告，或者以受害者的账号登录Facebook，以这个人的名字上传内容。

这种袭击所揭露的不过是这一代上网设备所带有的安全问题中的微不足道的一部分。一个智能电视机（或者任何智能设备）应该和你的计算机系统有一样的安全性，然而它们中的大多数都没能做到这一点。你的计算机（多少是）由一些防火墙保护的，相反，多数的智能电视机连这种起码的保护都没有。这导致针对它们的袭击比针对更加安全的个人电脑要更容易得手。

3.6.2 起居室里的眼睛

智能电视带来的安全问题还包括其内置的摄像头。想象一下在“中间人袭击”中，一个袭击者获得了你电视机摄像头的控制权，并用它来偷看你在起居室和卧室中的一切活动。这也许就是个窥探隐私的人，或者可能让袭击者知道你什么时候不在家，以便实施抢劫。

这也不是一个理论上才存在的问题。研究者Aaron Grattafiori和Josh Yavor是ISEC Partners的安全工程师，最近发现了某些Samsung智能电视机的安全漏洞（就像我们在上一节所提到的那样）可以使袭击者闯入Skype应用，可以远程打开和控制电视的内置摄像头。

现在Samsung为了自己的利益快速反应并发出了针对这个设备安全漏洞的补丁。如果你真的特别在意你的电视是否会监视你，你可以用胶带把内置摄像头封上。虽然这不是很优雅，但是很有效。

3.6.3 官方的探听

未被允许的偷看行为不见得仅仅是黑帽黑客和犯罪分子的专属。这也可能是你的智能电视机的制造商在偷看你。

2013年11月，英国技术博主Doctorbeet发现他所拥有的当时最新的LG智能电视机正在记录他所有观看的内容。每次他改变频道，这个活动被记录下来并传递给LG的中心。于是LG知道了他观看过的每个节目，并将这个数据用于任何它认为适合的方面。

LG将这个“服务”称为Smart Ad，因为它把收集到的数据卖给广告商。根据LG的说法，Smart Ad“分析用户的节目偏好、在线行为、搜索关键词和其他的信息以提供相关的广告给目标观众”。天呐！

现在某些LG电视机的型号上有一个叫做“收集观看数据（Collection of Watching Info）”的设置。默认状态是选择打开。毫无疑问，大多数人根本不会打开那么深的菜单层次去关闭它。好吧，Doctorbeet确实深入到那个菜单并发现了这个设置。遗憾的是，这虽然引发了众多争议，即对数据收集行为没有什么影响。用户的选择也就这么多了。

你知道还有什么更糟糕的么？这些被发送回LG的信息是没有被加密的。这意味着任何一个喜欢摆弄技术的人都可能截留这些数据并知道你什么时候在看什么节目。这可能也不见得有什么危害，除非你正在观看什么你不希望你的配偶、雇主或者牧师知道的东西。很可怕，对吧？

顺便说一下，针对Doctorbeet对此事的公开，LG的响应是更改服务协议，但改得并不好。现在，如果你选择不接受这种对隐私的侵犯，LG将关掉你智能电视上的大多数的“智能”功能。我想这的确是处理问题的一种方法，但是这不应该是21世纪对于隐私保护的态度。

3.7 物联网和智能电视机的融合

好吧，已经很清楚了，当代的智能电视机和物联网还没有什么连接。不会仅仅因为一个电视机或者机顶盒可以让你同时观看广播和互联网节目，就意味着它是超级智能的，甚至也算不上一般般的聪明。它只是在一个非参与式的设备上或多或少地添加更多的节目。一个可以播放Netflix上的《Doctor Who》的电视机仍然还只是一台电视机。

为了使一台智能电视机变得更加智能，它需要做更多的事情。的确有人在为之努力。

智能电视机生产商们所做的第一件事就是让智能电视机自身的控制变得更加容易。我们得承认，用传统的4个箭头的遥控器来在Hulu上选择，或者在Netflix上搜索你喜欢的电影，这并不是一件容易的事情。有些制造商尝试在手持遥控器上配备了完整的键盘，但是这也有点太累赘了。更好的解决方案也许是一个带有触摸屏的平板电脑式的控制器，一个在智能手机或者iPad中的遥控应用等，还有一个办法是利用电视自己的内置摄像头来识别手势命令。不管是什么方式，智能电视公司需要把搜寻各种节目的方式变得更简单才行。

除了“如何控制”这话题，未来的智能电视机很可能会在“观看什么”这个问题上变得更加聪明。这些新型的智能电视机将收集你“什么时候看什么”的数据（如果你家里有多个观众，则很可能是关于每个观众的数据），进而对你未来的观看习惯做出推测。甚至更酷的，你的智能电视机会登录你的Facebook账号去发现你的朋友正在观看什么。

所有这些数据被收集和整合起来，你的智能电视机就开始为你将来的观看内容做出推荐了。电视机甚至可能更进一步地创造一个“为您推荐”的界面，只要点击一下就可以进入推荐的节目，或者设定DVR来记录这些节目以在你方便的时候播放。有了智能电视机为你做出明智的观看选择，你将不用去处理那些日益复杂的节目单了。你本就不应去思考自己想看什么，你的智能电视机会为你考虑的。

当然，这种观看信息的流向是双向的，所以你的智能电视机可能把你观看信息的细节发送给节目来源——最重要的是，给他们的广告商。（就像我们前面讲过的，这种情况已经在某些厂商身上发生了，比如LG。）这会有助于他们发送更具相关性的广告给你或者其他的观众，这样观众中年轻人将不再是类似魔术袜子和反抵押贷款之类的广告的目标了。

未来智能电视机也可能利用它们的互联网连接在主屏幕上显示相关信息。例如，如果你在观看一个体育赛事，你可能看到运动员或者球队的信息浮现在屏幕上，或者显示在一个边栏上。如果你在观看一个经典电影，你可以看到导演和演员的个人简介以及类似电影的连接。

另外，可以预期智能电视会包含更多的互动聊天能力。当你在观看一个电影或者演出时，你可以在Facebook上推送相关的信息与评论，参与关于该演出的群聊。这些可能都是视频聊天，由智能电视机的内置摄像头支持，从一个弹出窗口上显示。

下一代的智能电视将把电视变成各种家居活动的中心。例如，你可能将家庭安防摄像头的视频传到电视机中，这样你就可以看到谁在按门铃，或者你的小宝宝是否已经在摇篮里睡着了。（老实说，这些功能已经出现在今天很多高端的全居室的音频/视频/安防系统中，但是肯定会在未来变得更加便宜。）

你可以用那个大电视机来观看各种各样的信息。为什么不点击一个屏幕来看看你家里水或者电使用的图表呢？或者显示一个所有家庭成员当前位置的地图呢？或者显示一个关于“哪个房间被占用了，哪里的灯还开着”的图表？或者是从你的冰箱传来的实时信息，告诉你是不是有冰镇啤酒可以喝？

让我们充分想象起居室的电视机会如何控制你的家居生活吧。点击屏幕就可以给任何房间关灯、启动烤箱或者洗碗机，甚至开启你的室外灌溉系统。每天你在屏幕前会花费几个小时，为什么不把它作为一个互动家居控制器呢？

没有什么理由不让你的电视机成为家居活动的主控制器。它就在你的沙发前面，就在你经常睡觉的地方。没理由一定要起床去打开暖气或者关灯，因为这都可以通过智能电视机内置的控制界面实现。当你家里或者其他的物业中有什么出了问题，你的电视机也可以向你发出警报。

关键是安全问题。你不仅可以从智能电视机里看到家里安防系统收集到的实时数据，以及各种安防摄像头的图像，智能电视机还能与其他的设备联动，以提供更多的智能分析。假设有一个系统可以用面部识别来认识你每个家庭成员，这个系统就可以识别出现在安防摄像头中的面孔，并且在陌生人接近的时候向你发出警报。（当然，如果是熟人打开了冰箱，就不用劳烦你了。）

一言以蔽之，未来智能电视能做的事情远比其今天所做的多得多。静待佳音吧！

智能电视与你

现在你已经知道了智能电视的过去、现在和未来，是时候来决定智能电视机或者智能电视设备是否与你当前的生活方式吻合了。你今天就会买一台智能电视机么？——或者等到未来的某个时候？

现实是，今天的智能电视仅仅比你的有线电视或者卫星电视提供数量更多、花样更多的节目。无论是你想完全不看有线电视，还是想用同样丰富的互联网流媒体源来补充你那400多个有线频道，一台智能电视机都能满足你。

当今智能电视机的主要卖点是它能把不同来源的节目整合在一起。有了智能电视机，你将不再局限于电视广播或者有线电视的节目，而是可以自由地从你每天固定观看的《The Tonight Show》中的Jimmy Fallon和Netflix上最近一集《Orange Is the New Black》的视觉盛宴之间随意切换了。

如果你想要网络上特有的附加节目，从智能电视机观看要比从你笔记本或者台式计算机的屏幕上观看更好。是的，你可以从你手持电脑、平板电脑或者智能手机上观看Netflix和Hulu，但是电影和电视节目是为了在大屏幕上观看而准备的。基于计算机和平板电脑的观看体验，虽然对居住在宿舍的大学生来说还算可以，但是对习惯了宽屏幕娱乐的现代家庭而言就不太适合了。

所以，如果你是一个沉迷于Netflix、Amazon或者YouTube的爱好者，你需要买个智能电视设备。当然这不见得是一个严格意义上的智能电视机，也可以是一个机顶盒或者流媒体电视棒之类的智能电视设备。这些附加设备比一个32英寸的智能电视机便宜多了，如果坏了或者过时了也容易更换。只要你有一个闲置的HDMI接口，这些“小魔鬼”就可以轻易地附体。

不过话说回来，一个全功能的智能电视机一般比机顶盒或者电视棒提供更多的功能。内置摄像头可以让你利用Skype和其他的视频聊天，甚至在起居室的沙发里就能如此享受。另外，虽然附加设备使用起来也很简单，但从电视机本身来完成一切可以更加简单一些。有些人会比较认可使用的简便性。

当然，如果你对电视广播或者有线电视已经非常满意了，也不在乎Netflix之类的服务，智能电视机对你就没有多大的意义。至少现在省点钱，继续使用传统的电视机吧！

然而在未来的3～5年，那些明天的智能电视将提供比轻松播放Netflix节目多得多的功能。真正智能的观看推荐，与其他家居设备之间的控制界面等，将提供与物联网充满前景的整合。当你的智能电视机超越了被动观看设备，情形也就变得真正有趣了，也就值得考虑购买了。

第4章　智能家电：从遥控烤箱到会说话的冰箱

智能家电代表了一大类潜在的物联网设备。未来的冰箱将监测食品用量，然后把购物清单用短信或者电子邮件通知你；智能烤箱会知道你正在烹调什么食物以及想什么时候享用，并且自动启动；智能洗衣机会在你出门的时候自动运转，这样你就不用听到它的噪音了。你很快就会发现，除了联网的洗碗机和智能烤面包机，已经有很多的智能家电。

4.1 理解今天的智能家电

没有什么东西会比你厨房里的那些金属盒子更笨了。冰箱就是一个为了保持食物低温的隔热箱子。洗碗机也就只有足以完成事先制订的洗涤程序的可怜的智能。烤箱也有一个定时器，但是你需要手动设定需要的温度。微波炉能稍微聪明一点，因为它们可以针对每种食物的加热水平做一点预编程，但是其中的计时器并没有聪明到可以按照夏令时设定自己。虽然洗衣机和干衣机包含一些针对不同织物的洗涤程序，而干衣机甚至还有一个湿度传感器以便在一切都干燥好后就通知你，但是这两样还都只是简单的机器，需要你告诉它们做什么。

这就是最近一两年的智能家电状况：家电很多，但是智能并不多。

正如我们前面所提到的，“智能”这个词实际上只是个市场推广词汇，用来形容一切连接到物联网的东西。不同的公司以不同的方式定义智能，而不同的行业也是如此。一台智能电视机也许和一个智能软水机或者智能汽车的智能有所差别，但是在市场营销人士的眼中，它们都是同等智能的。

那么当我们把一样家电称为智能的时候到底是什么含义呢？它应该是代表着对日常活动的自动化。

4.1.1 智能操作

多数人认可的所谓智能家电的“智能”首先来自于远程的管理。我们已经习惯通过计时器给烤箱设定一个启动时间，或者启动洗碗机；这种设定时间的操作可以帮你在下班回家前就开始准备晚餐，或者当深夜不再有人使用淋浴器的时候开启需要大量用水的电器。

使用智能家电，这些自动化操作将变得更加灵活。你可以在智能手机或者平板电脑上远程按下某个电器的启动按钮，而不是手动去设定这个设备前面板上的计时器。有的应用甚至可以让你事先为操作编程——这和设定一个手动计时器很像，但要更加精巧。

如图4.1所示的GE公司的手机应用Brillion，为指定的烤箱提供远程操作。你可能在几千米之外上班，而烤箱里有一个大盘子盛着待烤的食物（是你在早晨上班前放在那里的），你只需要打开这个应用来启动烤箱开始加热。或者也许你想把烤箱预热到一定的温度，这样一进家门就可以使用。无论哪种情况，都是非常容易进行远程操作的，而这一切都归功于一个便捷的手机应用和互联网连接。

图4.1 利用Brillion应用来控制你的GE烤箱

LG的新HomeChat应用就更不错了，它可以让你给家电发送短信，仿佛它们也是人类一样。（HomeChat是通过流行的短信应用LINE操作的。）如图4.2所示，你可以用简单的语言向你的家用电器发送命令——并且也能收到它们发出的短信。现在你还只能用短信发送基本的操作命令，但是也许最终可以向冰箱发短信询问 “牛奶还新鲜么？”，然后收到它的回答。

图4.2 用LG HomeChat应用来和你的家电聊天

4.1.2 智能监测

如果一个智能家电是真的智能，它就应该监测它的周遭环境和操作，让你知道你需要知道的一切。这意味着当某个操作完成或者某些意外发生的时候，能够发出一些报警或者提醒信息。

今天的家用电器一般会用一个烦人的蜂鸣器或者一段劣质的音乐来通知你。（我绝对讨厌我的LG洗衣设备发出的提醒音乐）而智能家电将向你发出更加智能的提醒。

举个例子，当完成洗涤程序的时候，一个智能洗碗机会向其配套的手机应用发出一个提醒。或者智能烤箱给你一个短信，告诉你已经做好了晚餐。或者当有人忘记关上冰箱门的时候，智能冰箱给你发一个电子邮件来提醒。

问题的关键，就是当厨房或者洗衣房里发生某些重要事情时，会通过联网技术通知你。我们已经有了这些技术，我们也做得到。

例如，Whirlpool的My Smart Appliance应用，如图4.3所示，让你在智能手机屏幕上监控所有家用电器的状态。你可以看到洗衣工作还需进行多长时间，当洗涤或者干衣的流程完成了就会得到一个通知，或者可以查看家里冰箱今天的温度。这可比在洗衣房外无所事事地等着那个蜂鸣器响起来要好得多。

图4.3 通过Whirpool的My Smart Appliance应用监控洗衣设备

4.1.3 智慧节能

今天的一些智能家电将它们的智能用在降低能量消耗上。如果一个家电知道什么时段的电网用电量较低或者什么时段电价比较便宜，它就可以把自己设定在那个时候工作[1]。此外，智能家电还具有别的高效利用能源的功能，比如洗碗机可以在每个流程中使用更少的水，或者冰箱具有更好的隔热层来保持食物的冰冻。

例如，LG的智能电网技术可以探测到当地电力负载的低谷，并将更多的操作安排在那个时段。图4.4显示了智能电网配置界面（注意，这个功能仅对那些接受配备了智能电网的电力公司服务的家庭才有效）。

注意

一个智能电网是一种集成了内置智能技术和数字通信技术的新型电网。详见第13章。

图4.4 使用LG的Smart Grid技术

4.1.4 智能维护

下面要讨论的，就是如何使你的电器始终保持在最佳运转状态。这个方法包括在每样电器内都配备适当的传感器，以便及时探测出是否需要维护或者有某项功能是否出了问题。这样你就会（通过应用、短信或者电子邮件）得到关于问题的详细通知，而不仅是在电器的前面板上看到一个闪烁的指示灯。理想情况下，这个消息应该包括关于下一步如何处理的建议或指示。

例如，你可能见过家里冰箱凝水器上的警报灯，当需要更换排水过滤器的时候它就出现。在一个智能冰箱上，此时你会得到一个短信或者电子邮件。同样的情况还会发生在当你需要为智能干衣机添加织物调理剂，或者当你的洗碗机的热水不够热的时候。

这些都是智能诊断和告警，目的是使你更加留心需要处理的情况——并且当情况出错的时候帮助诊断。例如，如图4.5所示，LG的Smart Diagnosis应用会把相关数据通过Wi-Fi传递到智能手机上，从而帮助你查找问题。这些数据也可以传递到LG的客服中心供他们的修理技工分析故障。这毫无疑问地会减少猜测的时间。

图4.5 使用LG的Smart Diagnosis应用诊断故障

4.2 智能冰箱智能地存储食物

最早的智能冰箱就是在门上简单加了一个液晶显示屏。这很不错，特别是当这块屏幕（以及这个冰箱）连接了互联网，从而你可以在做饭的时候浏览页面（比如食谱）或者观看Netflix。但是这个功能造成的额外成本导致这样的机型的价格高得叫人望而却步；你只花200美元就能买到一个具有同样功能的Android的平板电脑了。

这个情形在未来的几个月或者几年里就会发生变化。我们所讨论的是真正被添加进来的功能，特别是当你的智能冰箱开始与厨房的其他电器连接起来的时候添加的功能。

首先，讨论一下最基本的东西。一个智能冰箱应该可以监测它自己的工作状态，并为其内部的食物保持恰当的温度。如果温度起了变化，它就应该在食物变质之前告诉你。

如果智能冰箱会在某种情况下“提醒”你做某种操作也是不错的。如果有人忘记了关门，或者当内部的凝水器需要更换滤芯的时候，你就得到一条短信或者来自智能家电手机应用的一个告警信息。你觉得这样如何？

更进一步地讲，如果一个冰箱可以在食物快过期的时候通知你呢？或者有一个了解你所喜欢的食物，并且监视着内部存货的冰箱呢？甚至更好，智能冰箱可以感知你喜欢的食物和饮料的短缺情况，并利用这个信息生成一个购物清单。甚至还能更好，这个冰箱会把这个购物清单（通过短信、电子邮件或者随便什么）发送给当地的超市，这样超市就可以按照这个订单送货上门，并且发送一张所购商品的电子发票。（你仍然需要手工把货物放到冰箱里，除非有人发明一个灵巧的机器人来完成这项讨厌的工作。）

这些沟通过程没必要一定都是什么高科技。如果你就在厨房里，为什么不让你的冰箱直接告诉你忘记关门了呢？或者是时候该预热烤箱了，或者你的芥末已经用光了？如果选择了正确的口音，这些智能的东西也许会令人更加舒服[2]。

用智能电视机把家里的其他设备连接起来会更加有趣。假设你正在观看Food Network上的厨艺表演并且看到了一份你喜欢的菜谱。你可以用智能电视机保存菜谱并传递给智能冰箱。冰箱保存了菜谱并检查一下是否有必要的食材。如果不够，它或者告诉你所缺少的东西，或者自动把这些项目添加到下一次的购物清单中。在厨艺表演结束之前，所有的这些工作就都已经做完了。

甚至更好地，为什么不让你的智能冰箱根据现有的食材告诉你可以做什么菜呢？利用内置的传感器和摄像头，你的冰箱会知道内部都有什么食材，并且利用它所拥有的智能（当然是与食谱数据库匹配）和存货来给出建议的菜式。如此这般，准备一顿饭就不用瞎猜了。

在厨房里，智能冰箱与智能调温器会让烹调更加轻松。从智能冰箱发送一个菜单到智能调温器以设定精确的烹调时间和温度，以及开始烹调的时间。

用一个智能冰箱来帮你节食，这主意怎么样？把冰箱和你的智能天平或者健康手环连接，它就会知道你不能吃什么食物了。想象一下，当你把食物拿出冰箱的时候，你的智能冰箱就提醒你不要再吃这盒冰淇淋，或者那块饼。这也许有点烦人，但的确是在提醒你走向一种更健康的生活方式。（或者这个冰箱如此严厉，根本就拒绝存储非健康的食品？这可真说不准。）

如果你的智能冰箱有一个内置的液晶触摸屏，那么你就可以用那个触摸屏来操作各种应用。你可以查看每天的天气预报，阅读最近的新闻，甚至观看你喜爱的电视节目。你可以用这块屏幕来显示家庭成员的照片，或者用内置的扬声器播放来自Pandora和Spotify的音乐。当然，不会少了在网上冲浪来寻找最新的菜单和烹调窍门。

一旦开始打破常规地思考[3]，只有天空才是我们的极限。Yanko Design的Ashley Legg设想了一款智能冰箱，由于采用了电致色技术，当这款冰箱的门关闭的时候，整个都是一块触摸屏界面。基本上说，这就是一块玻璃门，当你按下一个按钮时就变得不再透明；集成了触摸传感器技术，你就得到了一个巨大的操作界面（见图4.6）。你可以用这个触摸界面显示菜单、食材列表和一步步的操作指导——随便你能想到的什么功能都可以。

但这是准备在未来发生的事情。今天的智能冰箱配备了自我诊断、“智能”制冷（为冰箱的不同区域设定不同的温度）和某种触摸屏显示。更大的显示区域就像一个平板电脑，并带有互联网连接，但是还没有太多的智能联动，这类功能还需要继续完善。

图4.6 Yanko Design的智能冰箱概念

注意

由于较高的价格和有限的功能，智能冰箱（有时称为互联网冰箱）还没有在市场上取得很大的成功。Whirlpool最近放弃了其唯一的智能冰箱型号，LG也停产了全线的ThinQ智能家电。我希望这些公司继续在智能家电市场深耕，但还是应该带来比一块博人眼球的神奇触摸屏更多的功能才行。

4.3 用智能烤箱来更加智能地烹调

只要给你的烤箱和灶台添加一点智能就会带来一个广阔的空间，可以使烹调变得更加容易——也更加精确。

首先，有个监测烹调温度的简单问题。在你的智能烤箱里装上一个温度探针或者温度/湿度传感器，就可以在你的炖菜或者火鸡达到正确的温度后（通过智能手机应用）得到报警。或者带一点预见性的智能：在食物准备好的10分钟前通知你；这样你就可以有时间布置餐桌了。

当然，如果你的智能手机或平板电脑里安装了调温器应用，你就可以用来设定合适的烹调温度。这将使你提前预热烤箱，甚至当你还在工作的时候就开始了食物的烹调。（图4.7显示了GE的双对流墙式烤箱，带有内置Brillion智能操作。）

图4.7 GE内置了传感器的Brillion智能墙式烤炉

更进一步地，当你将调温器和冰箱，甚至是智能电话的菜谱应用连接起来，你就可以做更多的事情了。最明显的应用就是在你的智能手机或者智能冰箱上选择一个菜谱，然后你的炉子就随着设定了正确的烹调温度和时间。

然后Whirlpool的触摸屏厨台原型就出现了（见图4.8）。它看起来很酷，因为它把一块触摸屏粘接在灶台的玻璃上。这个界面操作始终保持凉爽以便触摸，因为加热部件只和金属的锅和盘子相互作用。动几下手指就在炉台面上显示你的菜单或者别的什么信息，并完成控制操作。

图4.8 Whirlpool的触摸屏厨台原型——很酷

4.4 智能洗衣机和干衣机带来智能洗涤

一个洗衣机和干衣机需要多少智能？它所有的用处就是清洗衣物并弄干，不是吗？这里有很多你可以自动化洗衣操作的场景——还可以带来更高的效率。

首先，设备越是智能，就越能更好地完成衣物的洗涤烘干。洗衣机和干衣机中的湿度传感器可以根据被洗涤衣物的自身特性来优化洗涤和干燥的流程。自动感知织物类型帮助洗衣机设定正确的洗涤程序，也帮助干衣机随之调节正确的加热过程。

当然，远程控制总是有存在的价值。利用你的智能手机应用来远程启动你的洗衣机，甚至是你不在家的时候。你也可以用智能手机应用来监测洗衣的进度，并且在洗衣结束的时候得到通知。

其次，不要忘记能源利用问题。一台智能的洗衣机应该知道基于水的用量和价格来制定的最佳运行时间，而干衣机也应该基于电价来进行类似的优化。智能化的操作将减少能源消耗。

如果连接洗衣机和干衣机，整个过程甚至会变得更加高效。例如，如果选择GE的洗衣设备，就是图4.9中的洗衣机，利用CleanSpeak技术从洗衣机向干衣机传递信息，就可以确定衣物的剩余湿度。这样干衣机就可以随之调节干燥流程。

图4.9 利用CleanSpeak技术与干衣机匹配的GE洗衣机

Whirlpool将这种智能技术更进了一步，它的智能滚筒式洗衣机和干衣机不是直接彼此连接的，而是和Nest自学习恒温器连接。Nest恒温器是一个可以知道屋主何时不在家的智能的恒温器，并可以将这个信息反馈给Whirlpool洗衣机组合。这样洗衣机和干衣机就可以切换到低功耗运行模式以节省能源。预计越来越多的智能家电会有连接智能恒温器或者其他智能设备的接口，特别是当要实现节能效果的时候。

4.5 智能洗碗机的智能清洁

智能洗衣机所能提供的大多数功能同样也会发生在智能洗碗机上。你可以通过一个智能手机应用远程操作智能洗碗机，并且在完成洗涤后得到一个通知。另外，你还可以远程锁定洗碗机，以确保小孩儿不会在你外出的时候进去玩耍。（如图4.10所示的Whirlpool洗碗机提供了这种远程操作。）

图4.10 通过智能手机应用操作这款Whirlpool洗碗机

此外，智能洗碗机还会知道最佳的开始洗涤的时间，不仅是基于水、电用量和价格（当你连接智能电网的时候），还基于家里何时需要保持安静、洗涤缸是否装满，以及你下一餐什么时候需要那些盘碗。理想的情况是，它也会通过感知其中的盘子、罐子和锅子的类型，以及它们的脏污程度，来决定采用何种洗涤流程。

智能家电与你

正如你前面看到的，今天大多数的家用电器大厂（包括Whirlpool、GE、LG和Samsung）都在他们的高端型号中嵌入了智能功能。你不会在周日报纸的超市打折广告中看到这些功能，但是如果你肯多花费几百美元，就可以获得这些智能化的东西了。

虽然这些公司都很努力，智能家电的销售还是很艰难。这些公司在几年前就开始在自己的产品中加入智能化技术了，但是消费者就是不买账。根据Pike Research的数据，2012年全球的智能家电的销售也就6130亿美元。当年的家用电器的总体销量下降了1840亿美元。（虽然Pike预测在2020年之前会出现一个销售量上升的拐点——信不信由你吧。）

为什么你的厨房里很可能还是没有任何智能家电呢？下面我们看看可能的原因。

首先，也许是最重要的原因，智能家电太贵。非常贵。如果你在市场上寻找高端的冰箱，你可能为一个合理的高端型号付出1000美元的预算。然而，如果你想要一个智能冰箱，那就得准备3500美元甚至更多的预算了。这个价格差异大得叫人难以置信，不是绝大多数的消费者能考虑的。

其次，家用电器的替换周期远比一般的消费类电子产品要长。你可能每两年就更换一次手机，每4～5年更换一次个人电脑，或者每8～10年更换一次电视机。但是你的冰箱或者洗衣机组合呢？两次购买的时间差不多要15年甚至更长。

你不会因为家电失去光泽就替换它们。换家电是因为用坏了。一个20年历史的冰箱和一个全新冰箱的制冷能力差不多。没有什么技术原因要求你以一个快速的周期来更新家电，所以你也不会去这么做。

那么问题来了——你应该购买新的智能家电么？按照它们本身的状态，也许不应该；也就是说，除非旧的坏了，你不应该（可能也不会）买一台新的冰箱或者洗衣机。家电是家庭主要开支商品，它们因此会被制造得很结实耐久。你不会一闪念就买个新的。

这就是说，如果你需要一个新的洗碗机或者烤箱，你可能应该考虑今天现有的机型。在某些情况下，一个智能家电的确值得额外的花费——特别是你已经开始考虑了高端机型的时候。但是对我们中的大多数人而言，这些智能特性还没有智能到打动我们做出额外花费的程度。

这一点也许在将来可以随着成本的下降和功能的提高而有所改变。未来的厨房将不可避免地像我们今天所梦想的那样联网起来。我们所需要的只是耐心等待。

所以，如果你在不远的将来不得不购买一样新的家电，最好花点时间停下来考虑一下。智能家电技术进展很快，5年后的选择可能要合适得多。

如果你在这之前就需要购买，可以考虑已经或者即将面市的下列功能。

智能工作流程——对于洗衣机、干衣机和洗碗机，可以寻找根据不同的洗涤对象，提供几十种甚至上百种用户定制化的洗涤/烘干流程的型号。有的型号可以自动选择流程，有些支持从网站下载新的流程。然而，如果你总是在使用“常用”流程，这些可能就显得多余了。

智能食物管理——这里我们其实是指冰箱。如果你的冰箱可以追踪它的内容物，发出对过期食品的提醒，并当补给短缺的食品时候通知你，它就是一件好东西。不过，不要期望当前这一代的智能冰箱会为你自动订货，那应该是几年后的事情吧。

智能诊断——如果你花重金买来的大家伙出了什么问题会自己告诉你，那可真不错。这肯定会让你更容易去修复它。

智能电网利用——如果你的电力公司提供智能电网技术，你可以利用智能电网兼容特性来节省一点电费钱。

智能操作——从前面板上的触摸屏到智能手机的遥控应用，寻找一下适合你的生活方式的家电控制方法。然而，一定要确保这的确是你实际需要的，而不仅仅是看起来很酷的玩意儿。

[1]　 很多国家采取分时电价，即根据当地用电量的高低划分一定的时段，每个时段的价格也不同。一般城市在白天的工作时段用电量较高，称为峰值；夜晚较低，称为谷值。为了提高电网和发电设备的经济性和安全性，应尽量引导电力消费在全天各时段保持一致，降低峰谷差，即“削峰填谷”。因此，一般分时电价在夜晚等用电量低的谷值时段电价较为便宜。——译者注

[2]　 作者所暗示的是语音提示功能。——译者注

[3]　 原文为thinking outside the（ice）box，think outside the box意为打破常规地思考。box为箱子，这里用ice修饰为冰箱的双关语。——译者注

第5章　智能家居：明日降临

智能电视机和智能家电只是未来智能家居的一部分。你已经可以通过智能手机来遥控采暖、空调、照明和安防系统。展望一下未来的新世界吧，那时你的家居比你还聪明，可以帮你自动完成所有这些（甚至更多）。这就是Nest（我们本章要讨论到的公司）所谓的“有意识的家居”，而它的降临已经为时不远了。

5.1 家居自动化

当你在同一屋檐下安装了一堆智能设备，并且为它们建立了相互的连接和通信，你最终将达到一个所谓“智能家居”的境界。也有人管这个叫做“家居自动化”，因为所有的这些智能设备就是为了自动化家里的各种活计和苦差事。

家居自动化的概念实际上已经出现几十年了，主要是自动化的照明、采暖和空调等，典型的是类似Crestron和Control4等厂家提供的高端整房控制系统，也有类似X10提供的低端系统。

家居自动化的概念是很直接的。你挑选某个任务或者操作，通常是原本需要你手动操作一个设备来完成的，然后把这个设备进行某种程度的自动化，可以自动打开和工作，而不需要你的人工干预。简单的家居自动化采用计时器和定时器来驱动操作；较为先进的家居及所谓的智能家居技术，则可以处理更加复杂的场景，或者根据其他设备的输入来启动设备。

在一个智能家居中，你将会找到什么智能玩意儿呢？其实任何可以插到电源插座上的东西都可以参与其中，也就是对诸如照明、采暖和空调、电器、门锁、电动百叶窗与窗帘、家庭安防系统等所进行的集中控制。

智能家居技术的首要好处就是方便。通过自动化一些基本操作，你就不再需要为之烦心了。当然还有别的好处：更快地适应环境变化和安全事故，更有效地操作以便节能等。但是说实话，你想要自动化你的家居的真正原因就是：这真的、真的很酷，无论是从你的智能手机来控制它们，还是让它们根据某种输入自动开关。这就好比有一位应铃声而到的侍者，不过是在更加先进的层次上。

随着智能设备越来越多也越来越便宜，最近人们对家居自动化的兴趣在逐渐上升。这都是由于物联网，是它促进了人人都能享有的智能家居技术的发展。

5.1.1 便利

一个智能家居要比普通的家居环境便利得多。你不再需要劳心劳力，而是让你的家（或者说，是家中的智能设备）来为你完成大多数的工作。

甚至相对普通的家居也会有一些智能特性。想想你那具有基本功能的恒温器，它可以在设定的时间为你打开空调或者壁炉的东西，或者是可以把你的房间加热或制冷到某个特定温度。还有咖啡机，它也是可以设定到在你睡醒之前就自行启动的，这样你一起床就有一杯新鲜的咖啡喝了。也许你拥有一个家居安防系统，一旦有人闯入，就可以按照设定拨打警察的电话。没错，这些都是起码的东西，但已经都是自动化的了。

现在可以整合所有这些基本操作并升级到一个更高的层次。除了控制壁炉和空调，智能恒温器还可以与你的车库门开关联动，这样它就知道你什么时候离开了家，然后洗衣机就知道现在就可以开始洗衣服了，不过要采用“离家（Away）”模式。不仅是在你起床前做好一杯咖啡，你的各种联网设备会慢慢地调亮灯光，逐渐升高壁炉的温度，并打开淋浴器。如果有人闯入，家居安防系统不仅会鸣响报警器，还会锁上所有开着的门，在家中广播警方的对话，并且把附近的任何东西都锁上。

一些之前没有自动化的事物现在也成为智能家居运行的一部分了，发光二极管（LED）灯具可以根据是谁在何处做什么来自动开启和关上。如果你在看电视，自动提供的照明会和你读书或者与朋友讲电话的时候有所不同。如果房子里太冷了，就用你的智能手机来上调温度。也可以用智能手机开启和关闭电动窗帘，在你白天离家的时候锁上门，在你孩子睡觉的时候偶尔查看一下他。

注意

智能技术可以让你为各种活动创建“场景”。这不仅是简单地设定环境照明，而是按下按钮，为某个特定的场景设定活动、照明、温度和背景音乐等。

这是一个非常吸引人的情形：通过手机或计算机来控制家中一切——或者是让一切都基于你事先设定的参数自动触发。

而且到这里还没有说要用到机器人呢。好吧，其实它们已经在某些小范围内用到了，比如像Roomba这样的清洁地毯和地板的吸尘器机器人。在未来的智能家居里，这些相对有点笨手笨脚的机器人将会被那些可以给你端来小吃和饮料、收拾桌子清洁碗盘，甚至在你需要的时候可以把你从一个房间载到另一个房间的机器人取代。喂，还是不要想太多疯狂的事情吧！

5.1.2 安全

任何比一条汪汪叫的看门狗更先进的家庭安防系统，都在某种程度上采用了自动化技术。你现在的系统可能整合了门窗传感器，也许还包括一些运动检测器。当某个传感器检测到什么异常，系统就会呼叫管理这个系统的公司，他们随后评估问题的严重性，并在必要的时候报警。

智能家庭安防系统在这种基本形式上添加了许多功能选项，比如可以通过智能手机或者个人电脑远程监控房间内的网络摄像头。这个系统可以和家里的其他系统联动，这样它就会知道你什么时候离开了家（利用智能车库门控制器或者智能恒温器）并自动激活安防系统。当然，你也可以通过手机应用激活或者关闭这套系统。

智能系统还可以连接到家里的照明上，包括内部和外部的。当你开车驶离车库，照明系统自行开关，模拟你在家的活动。当你夜里回到家的时候，门前小路、车库和厨房的灯自动开启。如果探测到什么异常活动，后院的灯会自动开启。如果发生了什么不寻常的事情，你的智能手机会收到一条短消息。

不管怎样，智能家庭安防远不止抢劫报警那么点功能。整合了烟雾和一氧化碳探测器的整房系统可以直接与当地的消防部门连线；安装在热水器、软化水器和污水泵上的传感器可以提醒管路方面的问题；而一键式报警设置可以帮你在感觉有危险的时候同时发出警报、打开所有灯光并直拨报警电话。

除了这种整个房子的安防，还有一类安全问题就是要确保你家中一切都是运转正常的。当过滤器需要更换的时候，壁炉会向智能手机发送一个警告，或者你的冰箱需要维修的时候也会给你一条短信。当你不在家的时候，如果某个关键的设备出了问题，它可以直接联系维修机构，甚至都不需要通过你。

注意

智能家居技术对老年人和残障人士尤其有用。通过把各种功能自动化，并提供加强监护，智能设施可以让那些需要贴身照顾的人也能独自在家。

5.1.3 效率

你的智能家居比你还了解如何节能。你也许习惯了离开房间时一盏灯也不关，而你的智能家居可比你强多了。自动照明的开关灯决策不仅会考虑外面来的光线，还会考虑房间里是否有人。智能家电会安排在电价最低的时间段运行，而在水电缺乏的时候根本不启动。有些灯具甚至可以调节到低于正常水平的功率，所以它们可以在你毫不知情的情况下默默地节能。

5.1.4 协同工作

这些组成智能家居的智能设备必须是相互连接的。在以前，家居自动化意味着创造某种有线网络，经常是通过你家里现有的电力线连接。然而今天，无线方式是首选；搭建一个无线网络要比搭建有线网络容易得多。

你可能认为智能家居设备就是和你家的Wi-Fi网络相连接的，不过有些的确是这样。但是一些智能家居公司已经在投资于他们自己的专有网络技术——这就意味着，因为是专有的，所以只能在同一制造商的设备之间通信。这就对智能设备的混合使用造成了困难，也让你的生活多少变得有点复杂。一旦你设定了智能集线器或者类似的技术，你可能就被锁定在这个技术上并一直要用下去了。

5.2 智能家居简史

智能家居的概念并不是一个新鲜事物，因为至少在最近的一个世纪里，居家琐事的自动化都是科幻小说和电影的题材。20世纪早期的科幻小说都不约而同地描写机器人和自动厨房。Ray Bradbury在1950年的短篇小说《There Will Comes Soft Rains》中描述了众多我们今天称之为智能家居的节省劳动力的设备，在他1950年的另一部小说《The Veidt》中也是如此。到了20世纪60年代，在动画片《The Jetson》中你可以看到终极的家居自动化，以及其中叫做Rosie的机器人女仆。1977年的恐怖片《Demon Seed》是关于一个出了点毛病的智能家居的。在今天的电视节目Futurama中，展望了各种古怪的家居自动化设备。

但这都是虚构的。现实中对家务琐事的自动化来自1915～1920年开始的对电力和家用电器的推广。在此之前，富有的家庭通过雇用家庭仆人来实现家居自动化。随着进入新世纪后雇用仆人的模式逐渐减少，家居活动开始由购买新发明的电器来实现，比如搅拌机、混合机、烤面包机等。

1933～1934年主题为“明日家居”的芝加哥世界博览会，可以认为是今天所谓的智能家居的第一个原型。明日家居，外加一些令人称奇的现代设计（3层楼高的12边形，让人联想起婚礼上的蛋糕），包括一个内置的洗碗机、可以调光的电灯、电动开关的车库门以及中央空调，可以说是那个时代所有的未来主义了。它还提供了被动式的太阳能采暖，并且有容得下家用汽车和飞机的车库。

到1962年西雅图世界博览会来临的时候，未来的“现代生活”被设想为由家居自动化支撑的相对富裕的生活方式。即便有两个游泳池的房子，都只需要很少的维护，因为它们可以被“自动抽空”。在房子里面，整个家就是一个巨大的计算机，可以“编程来提供餐饮、计算账目以及拨打图书馆和杂货店服务”。当然，所有的衣物、盘子、杯子和刀叉都是一次性的。另外，食物都是以药片方式供应的。

虽然这种水平的“现代生活”并没有完全实现（抱歉，没有烤牛排和碎土豆片），家居自动化的理念却持续发展——并且成为现实。在1975年，苏格兰的Pico Electronics公司开始开发他们称之为X10的项目了（这个名字没有什么特别的含义，它就是这个公司的第10个开始研究的项目）。X10曾经是（现在还是）一项家居自动化技术，它利用现有的家庭电力线来传递信号以控制照明和电器。

在X10系统中，所有的电器设备都是接收器，而你用来控制这个系统的设备（遥控器、键盘等）是发射器。你为了某种特定用途而安装发射器和接收器。

第一个X10产品于1978年上市，在类似Radio Shake和Sears的主流商店销售。爱好技术的消费者第一次可以自动控制他们家中的东西了。这可是个大事件。

家居自动化持续不断地进化着，虽然“智能家居”这个词直到1984年才出现（由美国家居建设者协会提出）。由于微控制器的发明，家居电子控制的成本在20世纪80年代到90年代持续下降。遥控和智能控制技术逐渐被建筑行业和一些电器生产商所接受。自动化技术还催生出高端家庭影院和家居自动化系统的市场。

然而，虽然有这些有趣的事情，家居自动化或智能家居技术今天还是（未来也是）主要应用于相对高端的系统和设备。这些技术仍然被认为是高价的，而且缺少简单统一的协议来连接所有设备的问题也在困扰着消费者。当然，情况正在开始改变，但是在价格和易用性方面还有很大的改进空间。

5.3 迈向智能家居的明智步伐

功能齐全的智能家居不会一下子就到来。相反，我们像个孩子一样，将利用现有的技术向未来之家蹒跚迈步，并不断利用新技术来创造新的功能。

专家们对于我们将要体验的智能化有不同的看法，但是我们还是能看得出其中的6个步骤，从基本的通信技术到智能化操作。

5.3.1 第一步：基本的通信

建设智能家居的第一步是使家用设备可以和在家庭之外的其他设备通信。完成这一步的基本条件就是某种通信技术，包括从固定电话线、移动电话服务、电视广播接收到互联网连接。

显然，互联网连接除了提供语音通信还提供了数据通信，所以它对于完成这个任务有特别重要的意义。

5.3.2 第二步：简单的命令

这里我们不是指语音命令，而是可以发出某种可以执行基本操作的命令，比如锁门或开门、开关灯、检查邮件，甚至当有人摔倒而无法站起时帮助呼救。

在这个层面上，房屋也将接受来自外部的命令。当邮政信件送到室外的信箱，室内也会有一个灯亮起。当有人经过门外的运动传感器，一个警报会鸣响。当安保公司发现被监控的门打开了，他们会打电话来确认到底是你做的，还是你家里来了闯入者。

5.3.3 第三步：自动化基本功能

在这个层面上，通过可编程指令，人工操作让位于自动控制。这里我们讨论的是诸如控制室内温度，根据时间循环调节灯光的开启和关闭，按照一个给定的时间表激活或者关闭报警系统，根据特定的程序运行室外的喷水系统等功能。

这主要是技术的应用，一般是利用可编程的定时器来完成通常由你手动完成的工作。这个操作不管你在不在都会被执行，而不要你用手去拨动灯具开关或者按下一个启动键。你还是需要告诉这个设备它该做的工作，不过是通过事先设定的时间表来详细地告诉它。

5.3.4 第四步：跟踪和采取行动

现在到了你的房子来照看你的境界了。得益于传感器技术的发展，你的家居现在可以跟踪你的活动（以及活动的场所）来判断你的活动模式、睡眠模式，甚至你的健康状态。你的家变成一个巨大的监护系统，而你就是被监护对象。

你的房子会用从你身上收集来的数据做什么呢？基于那些数据，它会用编程算法和基本的人工智能来做出决策。如果房子知道你总是在一周内早晨6:00起床，它就自动执行打开采暖、打开咖啡机等的操作了。如果你展现了一种与通常行为模式不同的行为，你的房子就会感知到，并向监护机构发出警告，提示你可能生病或者受伤了。

并且这些也不仅是基于你的行为而做出的反应。在这个层面上，你的家居可能对遍布全家的传感器的非正常数据做出反应。如果某个房间的温度突然上升，这可能意味着发生了火灾，于是房子就应发出警报，打开喷水器，呼叫消防部门。如果水压突然下降，房子会知道可能是有漏水现象，它就会关闭主水管并且呼叫水管维修工人。

5.3.5 第五步：操作提示和回答问题

在这个层面上，你的智能家居已经比你还了解你自己。它将提醒你服用日常的药物、骑自行车锻炼、喂狗和准备晚餐。甚至会提醒你打几个必要的电话，给你儿子的老师写个假条等。

因为有了内在的智能（不仅可以接触到你的家庭信息，还可以利用广阔的互联网知识），你将可以向它讯问基本的问题并得到准确的答案。你可以问你的家“今天天气怎么样？”“还有多少天到我太太的生日？”和“我今天有什么约会么？”。

5.3.6 第六步：自动化操作

你的家居对你和你的活动了解得越多，它就越能帮助你；你甚至都不需要问什么问题。你的家可以自动为它自己的每一个部件安排好必要的保养和维修，在你的药吃完之前补充订购，准备购物清单（并发送给超市让其送货），运行机器人真空吸尘器等。

这就是智能家居技术的最高层次，至少我们今天可以这么设想它：一个完善地联网并具有必要信息的房子，可以自己做决策，可以执行所有大大小小的任务。当你的家变得如此智能的时候，你可以就坐在那里欣赏它——或者随便休个假，既然你不在家，你的家也会运转得很好。

5.4 智能家居的基本部件

创造一个梦中的智能家居需要什么样的技术呢？有很多条件是必须具备的——其中大多数我们今天已经拥有了。

5.4.1 传感器

在物联网中的所有物体上，我们需要传感器来探测周围环境和各种设备的状态。这些传感器可以是单独存在的，也可以是内置在其他的设备中的。

在智能家居中，需要用传感器来探测温度、湿度、光照、噪音和运动。还有专用的传感器来探测烟雾和一氧化碳水平，邻近度传感器来探测门窗是开着还是关好了。传感器也可以用来探测特定设备的状态（开启、关闭等）以及设备、人以及宠物的位置。

注意

你的智能家居中会有越来越多的不同类型的传感器。比如Adafruit（www.adafruit. com）和SparkFun（www.sparkfun.com）等公司是传感器领域的巨头，提供模块化的传感器组件，例如麦克风、摄像头、温度计、湿度和气压计、指纹扫描仪、运动传感器、照度（光线）传感器、红外线距离传感器、磁强计、加速计等。

5.4.2 控制器

想要根据其他设备发出的信号启动某种操作，就必须使用控制器。在智能家居中，一个控制器可能是为某种操作专门准备的，或者是一个较大的设备（比如智能手机或者家用电脑）的一部分，可以控制多个设备。

5.4.3 执行器

一个执行器通常就是一个机械或者电气设备，用来执行一个特定的操作的。这里我们是指电动机或者开关，就像在电灯开关、电动阀门等当中的那些。没有执行器，什么也做不成。

5.4.4 总线

所谓总线就是在智能家居中的各设备之间传递数据的通信系统，不同类型的总线利用不同的协议传递数据。为了让家中的设备之间可以彼此交流，它们必须兼容同样的总线类型。

5.4.5 接口

接口是用来提供不同设备和人之间的通信的。在设备与设备之间的通信中，接口其实就是一个数字协议。在人与设备之间的交流中，接口一般包括某种控制器和显示，这样进行控制的人就可以看到他自己在做什么了。

5.4.6 网络

家居中的所有通信都是通过某种网络的，无论是有线的还是无线的。今天的多数家居自动化是通过无线技术的，比如Wi-Fi、蓝牙或者类似的专用网络技术。

5.5 智能家具带来的智能生活

让我们来看看智能家居中我们每个家庭里都必有的单品，也就是家具。现在，很难想象沙发或者咖啡桌会有什么特别的智能，但是只要你想，它就会有的。

韩国的家具制造商——Hyundai Livart，已经和该国最大的移动通信运营商SK Telecom合作，将智能家居技术和传统的家具整合在一起。智能家居产品线中的每个单品都有其自己的内置触摸屏显示器，通过镜面显示技术代替屋主的智能手机显示。例如，这个公司提供了一种柜门上带有触摸屏的梳妆台，以及带有触摸屏的梳妆镜（见图5.1）。

图5.1 来自Hyundai Livart/SKT的带有触摸屏显示的智能镜子

人们可以用这些智能家具在网上冲浪、听流媒体电台、显示新闻和天气、寻找菜谱等。由于具有智能手机功能，这个家具还可以用来接收电话呼叫。未来的功能将包括用户可以控制室内温度，打开和锁上房子里所有的门以及通过前门的摄像头监视来访者。

或者你可以看看Responsive Surface Technology提供的ReST床具。这款智能床具集成了特殊的织物和传感器，可以追踪你的睡眠习惯，然后就可以用这些数据来帮助你在辗转反侧、彻夜难眠的时候令你感觉舒服一些。ReST床具有18个空气传感器，可以根据你的喜好和夜间习惯来充气和放气。

Luna是一款可以加在任何床上的智能床垫罩，它内部包含了一些用来监测你的睡眠模式的传感器，然后可以把它收集到的数据传给各种智能设备。例如，清晨Luna可以感知到你将要醒来，然后指示咖啡机开始制作咖啡，告诉智能恒温器开始调高温度，甚至让智能照明系统加大亮度。（相反地，在你开始睡着的时候它也可以告诉照明系统关上任何仍在亮着的灯——并且确保智能门锁都锁上了。）Luna还可以分析你的睡眠周期、心率、呼吸频率，以实时调节它的温度，改善你的睡眠体验。

5.6 智能照明打造更加智能的环境

今天已经有了一些非常流行的成熟智能家居技术。智能照明技术可以让你控制室内外的照明。可以根据一个预编程的时间周期来控制照明，或者把它配置为当某个房间没人使用的时候自动关闭照明，而当有人走入的时候自动打开。

这些系统通常需要连接了某种桥接和集线器设备的智能灯泡。你则通过系统遥控器或者智能手机应用连接集线器设备，并向所有的灯泡发送必要的命令（图5.2显示了Connected by TCP系统中是如何工作的）。因此，你可以在外出的时候通过互联网控制你家中的照明。

甚至更灵巧地，智能LED灯可以配置成按照指定的亮度和颜色输出光线。这让你就可以为不同目的来提供不同程度和类型的照明。

图5.2 Connected by TCP智能照明系统

注意

LED照明的一个优势在于，同一个灯泡内的每个LED单元可以调节为不同的亮度和颜色。而这些在紧凑型荧光灯和传统白炽灯上都是无法实现的。

有许多公司提供智能照明或者智能照明控制系统，如下所示。

Belkin——它的WeMo智能LED灯泡可以接受WeMo Link系统的控制。将一个WeMo灯泡插入你的灯具中，然后通过WeMo开关、WeMo Motion（运动传感器），或者WeMo应用控制它（通过Wi-Fi或者3G/4G）。WeMo应用可以注册灯泡，重命名它们，然后定制化它们的操作规则。

FX Luminaire——专为建筑物和景观照明。这家公司提供可以用传统的编程方式或者智能手机应用控制的各种LED灯具。

Lutron——多年活跃于为客户定制的整房照明领域。这家公司提供一系列的家居自动化解决方案，使你可以控制家中的照明、窗帘和采暖/空调系统，这些全部都是无线连接，利用Lutron的控制器和智能手机应用控制。

Philips——提供Hue联网灯泡，可以通过该公司的手机应用控制（见图5.3）。你可以为每个LED灯泡编程来控制其开关，调亮还是调暗，或者改变颜色。

Connected by TCP——提供各种形状和尺寸的智能LED灯泡，当连接到该公司的照明集线器的时候，就可以被Connected遥控器或其手机应用控制。

图5.3 Philips的Hue Connected灯泡、桥接控制器和智能手机应用

这些智能照明和照明系统都不便宜。例如，Philips为它的Hue Connected系统提供一个起步套装，包括3个灯泡和一个桥接控制器，售价200美元。TCP公司提供的类似的Connected起步套装，包括两个灯泡和一个集线器，售价80美元。每个单独的智能LED灯售价25美元或者更贵。

5.7 智能窗户带来智能景观

Lutron是智能照明的主要厂商之一，在智能窗户的市场里也有表现。实际上，它并不是把窗户变得智能，而是把窗帘变得智能，也就是实现百叶窗和窗帘的自动控制。

5.7.1 电动窗帘

在智能窗户中，你的窗帘是电动的，也就是说连接了一个可以打开和关闭它们的电动机。你可以通过一个定时器、可编程的控制器、系统自带的遥控单元，或者一个智能手机或计算机应用来控制这个电动机。当你外出的时候，也可以用这个方法打开和关闭你的窗帘，就像你在家一样。另外，只要在你的手机上按一下按钮，就可以关上或者打开整个房子的所有帘子和百叶窗。

除了Lutron，还有很多公司提供窗户的自动化，包括Bali、HunterDouglas、Serena、Somfy等。（图5.4展示的是来自HunterDouglas的典型的电动百叶窗系统。）

图5.4 一个来自HunterDougles公司的电动百叶窗系统，配有墙上控制和遥控器

5.7.2 智能玻璃

也许未来你根本就不需要窗帘或者百叶窗，因为窗户的玻璃自身就会变得智能。我们这里说的智能玻璃可以根据指令从清澈透明变得模糊，并且可以选择性地遮挡来自外部的照明、强光甚至是热量。这可以是通过在中间或者外部添加一个可配置的层面来实现的。有的公司是利用陶瓷涂层来实现的，这种涂层在低电压下可以颜色变深；还有的公司正在研发氧化锡纳米晶体。

智能玻璃技术可能要10年后才能进入消费类市场，而且价格很可能会是传统窗户的两倍。但是如果有了它，你就不需要购买窗帘，还有可能更加节能，所以总的来说购买它还是划算的。

注意

智能玻璃也叫做动态玻璃或者可转换玻璃。从事此项技术开发的公司有SageGlass和View，后者得到最大玻璃制造商Corning的支持。

5.8 智能恒温器带来智能采暖和空调

今天几乎每个家庭都有某种恒温器，用来控制壁炉和空调。这个控制器越智能，采暖和空调也就越智能。

5.8.1 Nest自学习恒温器

作为当今曝光率最高的智能设备之一，Nest自学习恒温器不仅会学习家庭对室内如何采暖和制冷的期望，并随之调节自身的行为，它还会向Nest公司报告这些习惯。然后Nest公司将这些数据提供给当地的电力公司，这一点我们会在随后阐述。

如图5.5所示，Nest恒温器是一个设计得很漂亮的小控制器，比你那些看起来像个砖头的可编程恒温器要吸引人得多。它是一个圆滑的金属圆盘，带有一个液晶显示器，看起来更像一款来自Apple公司的产品而不是可以在附近的Home Depot超市里找到的那种工业设备。当采暖时会显示橙色，而当你使用空调制冷的时候就是一种冷蓝色。其操作本身是非常简单的，将圆盘右旋就是制热，左旋就是制冷。

图5.5 Nest自学习恒温器

Nest出彩的地方就在于它会从与你的互动中学习。只要一点时间它就知道你习惯在冬天醒来以后打开采暖，或者在夏天的下午打开空调。只要一周左右它就可以学会，然后它就了解了你所有的习惯——并且随之调整它自己。它甚至可以知道你是否离开了房子，这样它就可以把自己设定在节能的“离家（Away）”模式。

谈到离家，不管你在哪里，你都可以通过Nest Mobile手机应用来监测或者控制Nest恒温器（见图5.6）。想在回家的路上就让炎热的房间变得凉爽么？只要用Nest Mobile应用就能做得到。

图5.6 通过Nest Mobile应用来控制你家里的采暖和制冷

Nest通过Wi-Fi接入家庭网络，从而连接到壁炉和空调。它还通过Wi-Fi连接家用电脑，以进行各种报告和分析，并向Nest总部发送你所有的使用信息。

因为有了那些报告和诊断，你可以用电脑或者平板电脑来通过Nest查看能源使用情况。你不仅可以检查能源使用历史，还可以查看在过去的几周或者几天里，Nest为你节省了多少钱。

当然，Nest比一般的可编程恒温器要贵——售价249美元，而常规的恒温器差不多50美元左右。Nest声称，由于提高能效而节省的部分会超出这个售价的差异，实际上也差不多会是这样吧。这的确是一个能为消费者提供真正可计量的利益的智能应用。

注意

Nest是如此的流行，以至于其母公司Nest Lab最近被Google以32亿美元的价钱并购。真是一鸣惊人啊！

5.8.2 其他智能恒温器

当然，Nest并不是唯一带触摸屏的自学习恒温器。比如Honeywell，也提供它自己的Wi-Fi智能恒温器。如图5.7所示，这个零件样子看起来比Nest的圆盘更加传统，但是可以提供大体上差不多的自动化功能。它还能在大液晶屏幕上显示本地的天气情况。

图5.7 Honeywell的Wi-Fi智能恒温器

Honeywell也有一款类似Nest的Wi-Fi恒温器，称为Lyric恒温器。如图5.8所示，它是一个像Nest的圆形的零件，也提供基于手机应用的操作。它也会向智能手机应用发送消息，以提醒即将来临的极端气温，或者是需要更换滤芯。

图5.8 Honeywell的Lyric恒温器和智能手机应用

这个领域还有一个玩家，叫做Ecobee公司，图5.9是其Ecobee3智能恒温器。这个设备无论看起来还是工作起来都和Nest的型号非常接近；它是支持Wi-Fi的，也能由智能手机应用控制。Ecobee与其他产品不同的地方，是它使用运动传感器和距离传感器来确定你是否在家。它的价格和Nest差不多。

图5.9 Ecobee3智能恒温器和房间传感器

注意

将来你会找到很多让你可以自动控制家里室内温度和湿度的智能恒温器，而且是无线和遥控的。有些更加高级的系统会整合智能窗帘或者智能窗户的控制，甚至可以做到在温暖的天气里有选择地自动打开或者关闭某些窗户来保持室内的凉爽。

5.8.3 Nest与其他智能设备的联动

Nest的无线上网功能使得它可以与家中的其他智能设备共享数据和联动。例如，Whirlpool就提供一款可以连接Nest的洗衣/干衣组合机（当然是通过Wi-Fi），以达到更高效的操作。在这个例子中，当你离开家的时候，Nest会通知Whirlpool的智能滚筒式洗衣/干衣组合机。如图5.10所示，于是洗衣/干衣组合机会调节它们的操作，使用更长的烘干流程来节能，并在你回家前持续翻滚衣物以保持衣物的光鲜平整。这个Whirlpool设备还可以从Nest中分享用电高峰时段的数据，并随之自动延迟洗衣流程。

图5.10 Whirlpool的智能滚筒式洗衣/干衣组合机，可以与Nest恒温器连接与协作

Nest的互操作性可不仅限于洗衣房。现在，Nest已经可以与以下智能设备一起工作。

Chamberlain——用Nest恒温器连接Chamberlain车库开门器。当你离开家并关上车库门的时候，开门器会通知Nest恒温器，这样它就可以激活“离家”模式。当你回家的时候，就激活正好相反的操作。

Jawbone——用Nest恒温器连接Jawbone的UP24可穿戴设备（见图5.11），Nest会知道你是醒着还是在睡眠，并随之调节温度。

LIFX——当Nest恒温器切换到Away模式的时候，LIFX智能照明系统会把全家的灯自动打开和关上，看上去就像你在家中一样。

Logitech——在Logitech Harmony遥控器的“Activity（活动）”界面上添加了对Nest恒温器的控制，所以当你启动某项活动的时候（比如观看电影或者聆听音乐），你也就自动调节了室内的温度并打开了适当的设备。

Mercedes-Benz——终极的智能连接。当你接近家门的时候，你的新款Mercedes车可以通知Nest恒温器，它就可以随着自动调低或调高室温。

未来的应用还会更多。

图5.11 Jawbone的UP24运动追踪手环通知Nest你是处于醒着还是睡眠状态

5.8.4 数据收集和控制问题

现在聊聊Nest恒温器所收集的数据，基本上，就是你在何时消费了多少能源。Nest和各大电力公司达成协议，向他们提供来自Nest用户的数据。（而你已经在恒温器使用条款上对此不知不觉地点击了OK选项[1]。）

Nest说它不会向电力公司提供你真实的数据，它只提供整合后的数据。当你读到其他条款的时候，这一条多少有一点安慰吧。

你看，Nest向这些电力公司提供了在炎热的天气里或者当电力负荷充分的时候远程开启你的空调功能。（实际上，是Nest根据电力公司的请求开启恒温器。）这使得电力公司能达到将电网负荷削峰填谷的效果，可以起到为其节省长期成本的作用。

这样你就顺应了电力公司的需求，放弃了对自己的恒温器的控制。猜猜谁将从中获利？当然不是你，老兄。

和Nest公司结盟的电力公司为每个恒温器每年支付20～50美元。你可一分钱也得不到。

电力公司在整个过程中节省的成本里也是没有你半毛钱的利益。然而，Nest却可以和电力公司之间实现分账。由于你购买恒温器而给电力公司造成的每1美元的节省，Nest都会分享50美分。

Nest最后将会非常盈利。这个公司会从你最初支付的两个半[2]的购买恒温器的账单中获利，然后每个月都会从电力公司获利。根据首先报道此事的Forbes杂志的说法，Nest从电力公司获得的销售收入是超过恒温器本身的销售收入的。

虽然你已经了解了Nest恒温器的外观和工作原理，Nest做这个并不是为了人类的终极利益。那个在你的墙上闪着蓝光看起来酷酷的东西只不过是大公司用你花的钱来赚钱的一种方式而已。是的，你也许会节省一点能源成本，但是Nest通过向大型能源公司提供你的数据，以及对你心照不宣的控制，赚到的更多。在购买之前还是想想吧。

5.9 智能安防系统带来更加智能的保护

很多房主已经安装了某种形式的家居自动化，比如说家庭安防系统。今天的家庭安防系统整合了运动传感器、距离传感器和门窗传感器，所有这些都与控制单元连接。当系统开启且某个传感器被触发，信号会传递给控制单元。这可能用来发出声音警报，打开某些灯或者向提供系统的安防公司发出信号。这个公司随后就拨打911电话来呼叫当地的警察，这样问题就会解决了。

5.9.1 更智能的安防系统

更加智能的家庭安防系统可以让你按照每个房间或者每个区域单独激活系统。有些系统还集成了烟气报警和一氧化碳传感器，以便在房子里发生火灾或者致命气体泄露的时候通知安防公司。

当你将家庭安防系统与其他的家居自动化系统连接，情况就会变得更加有趣。例如，只要按下一个按钮就可以锁上所有的入户门，激活报警系统，关上电动窗帘，打开特定的灯以及关上壁炉。

5.9.2 智能门锁

显然，为了一个可以锁上你家房门的智能安防系统，你肯定需要某种智能门锁。这东西已经有了。智能门锁（有时称为联网门锁）在原有的门锁位置上安装，并通过蓝牙或者Wi-Fi连接你的家庭网络。这样你就可以通过智能手机应用操作门锁，这就意味着你不再需要用钥匙来打开前门，也意味着你不在家的时候也可以远程锁门和开门。未来的智能门锁将连接在你整房智能安防系统中。目前提供智能门锁的公司有August、Goji（见图5.12）、Kwikset、Lockitron和Schlage。

5.9.3 智能安防摄像头

另外，可以想见未来大多数安防系统都会包括安装在你家及周围的成堆的摄像头。无论当时在哪里，你都可以通过互联网用智能手机或者笔记本电脑看到这些摄像头的内容。

现在有种可以自己安装的有趣的摄像头叫做SkyBell（见图5.13）。SkyBell市场名称叫做智能门铃，但是它包含一个内置的摄像头。门铃通过Wi-Fi连接智能手机应用，这样即使你在离家度假时也可以在手机上看到谁在门口。Chui、i-Bell和Ring也生产了同样的智能门铃。

图5.12 用Goji的智能门锁保护你的家

图5.13 利用SkyBell的智能门铃来查看谁在按门铃

5.10 智能监护的智能感知

家庭安防系统可以保护你不遇到那些不速之客。但是在你的家中还有更多的潜在危险。如果水管爆了怎么办？如果家里有一氧化碳气体泄漏怎么办？如果着火了呢？

为了避免以上所有的，甚至更多的危险，市场上出现了各种各样的智能监护设备。这些设备监测特定的危险，并且在察觉到危险的时候通过手机应用来通知你。

想象一下这个场景。你在出差或者度假，而智能监测设备都被激活了。地下室的湿度传感器检测到地下室地板上有水，同时连接到水管的传感器检测到了高于正常的水流量。来自两个传感器的信息传到一个中心监测设备，综合这两个信息就推测出你家里漏水了。这个主设备通过一个好用的手机应用将这个问题通知你，同时也告诉隔壁的老邻居或者别的什么紧急联系人，或者水管服务公司。你发送智能门锁的口令密码给隔壁邻居或者水管工来进入你的房子。当他们中的哪个进入或者离开的时候，你的手机也会给你通知。水管工完成工作后，智能设备复位，而这项服务的账单以电子形式发到了你的收件箱。

5.10.1 智能烟雾探测器

还有一些智能监测器触发工作的时候非常直接。就像现在的普通烟气报警器探测到烟雾时就直接鸣叫一样，将来的智能报警器仍然会鸣叫，但是同时还会通过手机应用来通知你，当然也会拨打当地的消防部门的电话。

这种类型的智能烟雾探测器今天已经存在了，叫做Nest Protect（见图5.14）。Nest Protect是烟雾和一氧化碳的复合报警器。就像Nest自学习恒温器一样，它是一款使用Wi-Fi和智能手机应用的智能监护器。一旦有什么问题报警，你就会在手机上看到友好的提示。如果情况变得更加严重，Nest Protect就闪着红光，发出声音报警，采用预先录制的语音而不是标准的“哔哔”声来告诉你应该如何处理。所以，如果发生烟雾问题，你可能听到报警器说：“起居室里有浓烟。”

Nest Protect还可和Nest恒温器联合使用。如果Nest Protect检测到高浓度的一氧化碳，它就会通知恒温器，后者就会关闭燃气壁炉。非常不错吧！

图5.14 Nest Protect智能烟雾和一氧化碳报警器

注意

常见的烟雾报警器一般是10～20美元。Nest Protect显然要更贵，每个99美元。尤其是当你需要在家里安装好几个的时候，这确实很贵。但这正是智能科技的现状，你得花更多的钱来得到前沿的东西。

5.10.2 智能空气质量检测器

该讲讲Birdi了，这是一款智能空气质量检测器，其工作原理就像煤矿井里的报警器。除了监控一氧化碳浓度，它还测量温度、湿度、灰尘、烟灰、花粉、颗粒物浓度等。它可以提醒你过敏症有可能要发作了，或者另一个房间有人在抽烟。它能作为烟气报警器使用。不管出了什么问题，你都可以从配套的手机应用中获得简单自然语言的通知（见图5.15）。Birdi甚至可以对一些自然灾害的发生给出预警，如飓风或者地震。

甚至更进一步地，如果你的家里有什么问题，Birdi甚至可以通知你的邻居。（反之亦然，如果他们也安装了Birdi的话。）如果有什么紧急情况，火警、燃气泄漏或者其他情况，Birdi将给你的邻居打电话并播放一段录音的警报。这差不多是一站式的智能监护器了，售价119美元。

图5.15 使用Birdi的手机应用来监测家中的空气质量

5.11 Amazon Echo的智能通知

市场上有一种新型的智能设备，不太好按照我们之前的分类来归类。这个设备来自在线零售商Amazon，叫做Echo。它有点像你家中的智能大脑。

你肯定知道iPhone的Siri是怎么工作的。其实Amazon的Echo也差不多是这么工作的。它是一个一直上电工作的设备，你可以和它以语音交流。叫它一声“Alexa（这是这个设备的人工智能特性）”它就会被唤醒，然后就可以问它点儿什么。你可以用Echo来找到最近的新闻和天气预报，搜索网上的信息，以及从Amazon购买商品。可以问Echo“多少茶勺的量合一个大勺的量？”，“明天会下雨吗？”或者“George Clooney的年龄是多少？”。它就会给你答案。

问题是，Echo内部没有任何内置的答案，它自身也不是什么智能设备。相反地，Echo连接到云端去查找信息（通过你的Wi-Fi家庭网络）。你也可以用Echo来设定计时器和报警，建立购物清单和任务列表，等等。

Echo有一个内置的播音系统，所以你可以用它来播放来自Amazon Music、iHeart Radio和TuneIn Radio的音乐。Echo也支持蓝牙，所以你可以从智能手机或者平板电脑上播放来自Spotify、Pandora和iTune的流媒体音乐。最后，如图5.16所示，它小到足以安放在厨房的一角。

图5.16 从Amazon Echo中得到智能的回答

我不是很确定是否需要为已经内置在手机中的应用准备一个单独的设备。这就是说，Echo是针对我们之前对智能家居技术所定义的第五层次的有趣尝试。其售价为199美元。

5.12 智能网络的再展望

为了操作你的智能家居中的所有智能设备，为了它们能够彼此互联（也包括和你连接），所有的这些设备需要连接到某种网络上。今天，看起来很可能是你家的Wi-Fi无线网络，使得你能够用手机、平板电脑和个人电脑与这些设备交互。

并不是所有的人认为Wi-Fi是连接智能设备的最佳选择。有些设备用以太网连接，除非你确实需要硬接线的连接，否则这有点不方便。偶尔会有产品使用蓝牙，通常是先连接到其他设备，然后再连接到Wi-Fi网络。

在家庭自动化市场中，有3家公司或者团体引入了他们自己的无线网络技术，并在专业安装人员和消费者群体中取得了广泛的接受。这些技术分别是INSTEON、Z-Wave和Zigbee。

这3种技术都实现了无线MESH网络。前面第2章讲过，MESH网络是通过设备一个个互联在一起工作的。这就搭建了一个“渔网状”的连接，与Wi-Fi和其他传统网络的中心辐射结构不同。在MESH网络中，每个设备都可以被视为中继器，向所有其他相连的设备接收并转发每条信息。加入网络的设备越多，整个网络越强健。

注意

有些人认为MESH网络的方法是在智能家居中实现多个简单设备联网的最佳方法。

我们还没有来得及介绍的是，采用Z-Wave的设备是无法和采用Zigbee的设备互联的。除非每个设备都连接到一个同时支持Z-Wave和Zigbee技术的集线器设备。你肯定看到有些公司提供这种双协议或者三协议的集线器；多数公司也提供以太网或者Wi-Fi连接，这样整个智能设备群就可以和你的家庭网络相连了。

让我们对这3种相互竞争的智能家居协议做一个快速的了解。

5.12.1 INSTEON

INSTEON是智能家居的网络技术的前沿开发者。该公司的设备通过整合无线射频和电力线载波技术来连接。在遇到故障的时候，这种双层网络架构使得控制信号可以从一层跳到另一层，因此速度和可靠性都得到保障。

注意，INSTEON的射频网络是以MESH网络的方式运行的。由于MESH网络的运行机理，INSTEON系统不需要中心控制器。配置一个INSTEON的方法很简单，就是把每个设备插在特制的电源插座上，这就可以把新设备和家中所有现存的设备组网连接了。

除了提供底层的技术，INSTEON还销售连接其MESH网络的各种智能设备。这包括灯开关和调光器、智能电灯泡、运动传感器、恒温器、Wi-Fi摄像头和喷水系统控制等。这些设备可以通过INSTEON的遥控器或者INSTEON的iOS和Android应用控制。注意，与Z-Wave和Zigbee不同的是，INSTEON没有被广泛推广或者被其他家居自动化公司接受。它更像是一种封闭系统。

5.12.2 Z-Wave

而Z-Wave是多家家居自动化供应商使用的一种无线技术。这家公司声称迄今为止已经售出超过2000万的Z-Wave兼容设备，这使得它成为最流行的家居智能设备连接技术之一。Z-Wave在专业施工人员和热衷DIY的爱好者之间都很流行。

Z-Wave网络工作在900MHz的频段下，所以没有针对2.4GHz Wi-Fi网络的接口。这是一项低能耗技术，所以Z-Wave设备可以依靠电池单独供电（虽然很多设备是插到墙面插座上来获得电力）。一个单一的Z-Wave网络可以处理最多232个设备，设备间的距离最大为90米。

5.12.3 Zigbee

Zigbee的工作方式与Z-Wave类似，所支持的家居自动化公司数量也相仿。Zigbee网络运行在915MHz频段（这是指在美国，在其他国家则会采取不同的频段），所以和Z-Wave及Wi-Fi之间没有竞争。MESH网络配置可以连接9～18米距离内的设备。

Zigbee联盟中已经有来自400个厂家的超过1000种Zigbee兼容的产品上市。它在工业产品供应商中更加流行；例如，Zigbee技术已经被集成在全球上千万的智能燃气和电表中。Zigbee在DIY爱好者中也非常流行，他们会在各种DIY项目中使用该技术。

5.13 控制智能家居

智能设备单品自身可能已经非常有用，但是为了创造一个真正的智能家居，你需要把它们都连接在一起。为此，多家制造商提供了智能集线器和控制器，以操作他们提供的不同智能设备。这些就是智能家居系统，而且他们一般都是专有技术——就是说你无法用一个制造商的集线器来操作另一个制造商的设备。选择一个系统就意味着要持续使用。

市面上已经有数家这样的智能系统。让我们选最流行的几家做一个简单介绍。

5.13.1 Control4

Control4是为专业安装市场提供家居自动化产品的制造商。它的产品线包括一个家居控制器，这是一个基于Linux的集线器。这个设备控制家中的所有连接设备——无论是这公司自己的产品，还是其他公司的设备。

Control4的理念是控制整个房间而不是房间内的设备。一个“房间”其实可以包含物理上位于另一个房间的设备，如智能窗帘、恒温器、音频/视频系统等。选择一个房间，然后为这个房间选择应用场景。例如，你可能选择“起居室”和“观看DVD”。在这个例子里，Control4会打开那个房间的电视机，切换到DVD输入，打开音频/视频接收器，切换到适当的输入，调暗灯光，关上窗帘，然后按下DVD播放器的“播放”键。当结束观看的时候，按“Room Off（房间关闭）”按键，一切都关掉并返回到原先的状态。

Control4支持很多其他制造商的智能设备，也提供它自己的产品线。这些包括触摸屏控制器、墙面键盘、多区域音频放大器、灯具开关和调光器、智能恒温器等。为了与连接的设备通信，Control4系统在互联网上使用TCP/IP协议，也使用Zigbee无线MESH网络技术。

5.13.2 Crestron

Crestron是家居自动化系统中常年不倒的领导者。它的产品在家庭影院和整房系统集成商中广泛使用；这里主要是指高端市场。

Crestron提供多种不同的智能家居设备，用于控制电视和音乐的播放、照明、窗户操作、温度、门锁以及其他的家庭安防设备等。随着一切都和Crestron的主集线器相连，在遥控器或者智能手机上一键就能启动一个特定的“场景”。

例如，在清晨打开“Wake（起床）”模式，卧室的灯光会慢慢调亮到适当的水平，衣橱和盥洗室的灯光会打开，内置在盥洗室镜子里的电视会打开并调到你喜欢的新闻频道，你喜欢的音乐在背景中缓缓播放，可加热的盥洗室地板慢慢变得温暖。在家庭影院所在的房间激活“Watch（观看）”场景，帷幕会拉下，灯光调暗，电影开始以你偏好的音量播放。这真是一个一键切换的世界。

类似Control4，Crestron毫无疑问也是活跃在高端智能家居市场的。它的产品是为了专业安装人员完成整房系统使用的，而不是在附近的电器商店就能便宜地买到的。不过，如果你想要一个能用的系统，不用东奔西跑，Crestron就很好。

5.13.3 HomeSeer

HomeSeer提供全线的家庭自动化控制器，起步价199美元。HomeSeer的HS3家居自动化软件在全线的控制器中都有嵌入，并且（通过插件）可以和大量的家居自动化产品和技术实现互操作，包括INSTEON、X-10和Z-Wave。

你可以用HomeSeer控制器来控制其他公司的智能设备。选择合适的HomeSeer控制器、远程控制设备（如Control Pad桌面触摸屏，见图5.17）以及手机应用，你可以控制家中的温度、照明、音频/视频播放、门锁、车库门、网络摄像头和安防系统。

5.13.4 Iris

Iris是由家居改造产品零售商Lowes销售的家居自动化设备。因此，它在设计中考虑了一般消费者的诉求——无论是安装的简易性还是价格。

Lowes提供Iris控制集线器、智能墙面插座、接触传感器、运动传感器、恒温器、安防摄像头、烟气探测器、漏水探测器、门锁等。只要将一个灯或者电器设备连接到智能墙面插座，它就可以被Iris系统所控制。

图5.17 使用HomeSeer Control Pad桌面触控屏来控制与HomeSeer控制器连接的设备

当你在房间内的时候，你可以通过专属的手机应用或者语音命令来控制Iris。如果触发了某个警报，你可以配置Iris向你发送电子邮件、短信或者语音留言。

Iris组件是用一个中心集线器控制的，而集线器连接到家庭Wi-Fi网络。这个集线器同时可以接受Z-Wave设备的命令，并包含一个内置的扬声器以发出声音警报和通知。

Iris与其同类所不同的是，为了获得它的完整功能，你需要订购Iris监控服务。服务费为每月9.99美元起价，基本服务包括所有联网设备和你之间的通信集线器功能。

5.13.5 mControl

Embedded Automation自主开发的数字家居软件控制平台叫做mControl。这个平台利用INSTEON、X10和Z-Wave技术连接设备，用来控制连接的照明系统、恒温器、家庭安防系统、音频/视频系统等。该公司不出售自己的设备，只出售可以控制其他公司设备的控制器软件。

5.13.6 Quirky

Quirky是一个致力于智能发明的创业公司，且已经与GE（General Electric，即通用电气）这个庞然大物建立伙伴关系，为其提供一个智能家居产品线。每个产品都支持Wi-Fi并且可以通过iOS和Android应用控制。比较有趣的设备包括Spotter UNIQ，将照明、声音、运动和温度传感集成在一个单一设备中，Overflow漏水传感器，Egg Minder，用来追踪冰箱里鸡蛋的新鲜度，Ascend车库门控制器，Tapt智能墙面插座以及Norm智能恒温器。

5.13.7 SmartThings

SmartThings是一个有趣的公司，以至于最近被Samsung收购了。它拥有物联网市场中的很多杰作。SmartThings主要活跃在消费类市场，也就是价格适中、易于安装的套件和单品设备。

在SmartThings系统中，所有的一切都是由99美元的SmartThings集线器来控制的，而你也可以从SmartThings应用中控制集线器（见图5.18）。该公司提供一系列的不同传感器和设备，包括空气温度和湿度传感器、运动传感器、水分传感器以及智能电插座。

图5.18 用SmartThings手机应用来控制你的智能家居

SmartThings集线器同时兼容Zigbee和Z-Wave无线技术。它不用Wi-Fi，但是你可以通过以太网连接家用路由器。（如果你想激活智能手机的Wi-Fi管理，你还必须这样做。）由于Zigbee/Z-Wave连接性，你可以用SmartThings集线器来连接众多的第三方供应商的设备。

5.13.8 Vera

Vera也是活跃在消费类家居自动化市场的企业。使用其几款智能控制器中的某一款，你就可以控制一切，而控制器通过Z-Wave无线连接其他设备，通过以太网或者Wi-Fi连接你的家庭网络。因此，Vera可以控制其他Z-Wave兼容设备以及该公司自己的视频摄像头、可调灯模块、运动传感器等。

5.13.9 Vivint

Vivint是另一家高端家居自动化提供商。该公司提供家庭安防、采暖/空调，以及控制解决方案。该系统一般是由专业安装者提供。

5.13.10 WeMo

回到消费类市场，Belkin提供WeMo自动化产品。WeMo是DIY爱好者中流行的系统之一；它的产品可以很好地在一起工作，安装和操作起来也足够容易。

WeMo设备通过Wi-Fi工作，这对于大多数家居用户而言很方便。它们还采用了IFTTT（if this，then that），一种使用条件陈述来触发特定操作的编程语言。

WeMo的特别之处在于其提供的智能硬件的多样性。其中有智能LED灯泡、灯开关、电力插座和网络摄像头。甚至更好的是，Belkin与其他的公司合作，将WeMo技术集成到咖啡机（与Mr. Coffee合作）、焖烧锅（与Crock-Pot合作）、加湿器（与Holmes合作）中。例如，图5.19中的WeMo Crock-Pot，你可以通过手机应用远程打开它，这样你就可以在还没下班的时候就开始做饭了。

5.13.11 Wink

Wink是Quirky的一个子公司，为Quirky设备提供控制器，也为其他公司提供设备。该公司提供Wink集线器、Wink Relay触摸屏控制器（见图5.20）以及Wink手机应用。这两种控制器都可以控制与Wink集线器连接的设备。

图5.19 通过WeMo应用来操作Crock-Pot焖烧锅

图5.20 使用Wink Relay触摸屏控制器操作一些来自其他公司的智能设备

设备可以通过蓝牙、Zigbee或者Z-Wave无线技术连接Wink集线器。集线器还可以采用Kidde和Lutron的专有协议工作。这意味着你可以用Wink集线器来控制来自众多的第三方公司的智能设备，这可真是好事。

5.13.12 X10

谈到家居自动化系统，X10可是这个领域的爷爷辈了。X10从20世纪70年代就出现了，在DIY消费类市场很受欢迎。

X10系统通过家里现有的电力线操作。将一个电器设备连接到一个X10设备模块，然后插入最近的墙面插座中。随着将一个相似的X10发射器模块插入另一个插座，用X10控制器就可以无线地操作任何插入的设备。

不得不承认，X10的技术在这个新技术世界里显得有点过时了。可以说，它的确能用，这就够了。它是让你摸索着进入家居自动化的廉价途径。

注意

在DIY群体里，还流行着一些开源的家居自动化/物联网控制器。因为底层代码是任何人可以公开得到的，这些控制器很容易破解和修改，这使得它们对一些特殊用途的项目和客制化非常有用。其中一种开源家居自动化控制器是AlasdairAllan和marshall T. Rose提供的Thing System；详情请见www.the thingsystem.com。

5.14 到哪里去找智能家居设备

本章讨论了很多智能家居技术和设备。如果你对其中的任何产品或公司有兴趣，可以从下面找到更多信息：

Amazon（Echo），www.amazon.com/echo

August Smart Lock，www.august.com

Bali，www.baliblinks.com

Belkin，www.belkin.com

WeMo，www.wemothat.com

Birdi，www.getbirdi.com

Chui，www.getchui.com

Control4，www.control4.com

Crestron，www.crestron.com

Ecobee，www.ecobee.com

Embedded Automation（mHome和mConrol），www.embedded-automation.com

FX Luminaire，www.fxl.com

Goji，www.gojiaccess.com

HomeSeer，www.homeseer.com

Honeywell，yourhome.honeywell.com

HunterDouglas，www.hunterdouglas.com

i-Bell，www.i-bell.co.uk

INSTEON，www.insteon.com

iRobot（Roomba），www.irobot.com

Kwikset，www.kwikset.com

Lockitron，www.lockitron.com

Lowes（Iris），www.lowes.com/iris

Luna，www.lunasleep.com

Lutron，www.lutron.com

Nest，www.nest.com

Philips（Hue照明），www2.meethue.com

Quirky，www.quirky.com

Responsive Surface Technology（ReST），www.restperformance.com

Ring，www.ring.com

SageGlass，www.sageglass.com

Schlage，www.schlage.com

Serena，www.serenashades.com

SK Telecom（智能家具），www.sktelecom.com

SkyBell，www.skybell.com

SmartThings，www.smartthings.com

Somfy，www.somfy.com

TCP（Connected照明），go.tcpi.com/GetConnected

Vera，www.getvera.com

View，www.viewglass.com

Vivint，www.vivint.com

WeMo，www.wemothat.com

Wink，www.wink.com

X10，www.x10.com

Zigbee，www.zigbee.org

Z-Wave，www.z-wave.com

智能家居与你

哦，这个关于智能家居和智能设备的讨论可真够累人的。市面上有大量的各种设备可供选择，而未来还会更多，而且采用的都是不同的控制器和网络技术。如果要用的话，你怎么决定在家里用什么产品呢？

如果你想试试智能家居的水，购买一些智能照明设备可能是最简单的（也是最便宜的）方法了。买一套Philips或者Belkin的智能照明套装玩一玩吧。如果你觉得还不错，就再买些智能灯泡并继续尝试吧。

接下来，可以考虑购买一个智能恒温器。虽然这个门类里有好几个值得拥有的产品，你可不能错过Nest自学习恒温器。就目前而言，Nest是经过市场检验的产品，而且该公司已经和几家公司合作，使好几种设备可以和Nest恒温器连接了。它的确有点贵，但是它的性能非常好，你可以从中体会智能家居的作用。（如果你喜欢这个恒温器的工作方式，还可以为其添加Nest Protect智能烟气探测器。）

此后你可能兴趣大增并开始添加来自其他公司的智能设备。比如智能电力开关、智能传感器等。此时你可能要考虑决定支持哪种控制器和网络协议了。Belkin的WeMo系统因为使用常见的Wi-Fi协议而看起来不错。否则，可以看看兼容Z-Wave和Zigbee产品的控制器或系统，这样你就可以有更多的选择。

一旦你在这个领域开始尝试，你就会寻找智能家居技术的新潜力。我们今天能得到的只是俗话所说的“冰山一角”。持续关注最新发展，探索未来的新产品吧！

[1]　 意指同意厂家向第三方提供你的数据。——译者注

[2]　 意指平均每个用户购买2.5个恒温器。——译者注

第6章　智能服饰：可穿戴的科技

我们已经有了可穿戴健康技术，帮助你监控锻炼效果。Apple和其他一些公司发布了智能手表，用来代替很多智能手机的功能。下一代的智能穿戴产品又是什么呢？

高科技和服饰产业的结合正在创造一个充满可穿戴契机的世界。你很快就会穿着这些最不可思议联盟的奇怪产品组合了，也不知是好是坏。

6.1 可穿戴技术的今天与明天

可穿戴技术包括了广泛地嵌入或者整合进各种衣物和配饰的设备。讨论智能衬衫或者智能袜子看起来可能有点怪怪的，但是当来到万物互联的时代，不管多小的物体都可以有一个IP地址和蓝牙发射器，那真是没有什么不可能的了。

我们可能会惊讶地发现今天已经出现了很多这类高科技产品。虽然可穿戴技术不会主流到可以占领大超市服装部的程度，但它还是在一点点地接近这个目标。（实际上，这生意已经大到足以让Amazon开设一个可穿戴技术在线商店了。）

可穿戴技术的前景是，将通常在智能手机或者计算机应用中才会有的功能带给你，但却是通过你日常穿戴的物品来提供功能。我们说的是收集、分析和展示有用且重要的数据，却不用拔出手机或者笔记本电脑。简单地说，这就是你不用双手也能使用的数据。

之所以可以制造出融入科技的服装和配饰，也许是因为持续发展的小型化趋势。芯片变得更小，传感器变得更小，发射器变得更小，甚至显示器也比以前更小，这就意味着现在更容易把必要的技术整合进手表、手环或者T恤衫。这也有助于技术成本的下降，使得这些小设备持续消减成本以达到可承担的水平。一件智能T恤衫还是会比一件简单的白T恤衫贵，但不会比你在自己钟爱的商店里发现的那件神奇的训练衫贵。

现在，还没有什么可穿戴设备能比你手中那个好用的iPhone功能更多，但这不是重点。重点是提供更小而目标明确的用途。这样你就不用总是拿出更大的智能手机了，而是可以每天穿戴着这种为特定应用而准备的衣物或者配饰了。

有趣的是，制造这些可穿戴设备的公司不仅要考虑技术问题，还要考虑时尚问题。仅仅生产出一款智能手表或者健康手环并不够，这东西看起来还要和工作起来一样好。毕竟，衣物不只是强调功能性，它还包括时尚和舒适性。这对于Apple和Microsoft之类的科技公司而言是一项挑战，但是无疑其设计者也已经觉察到了这一点。

当然，那些公司的（以及很多新创业公司的）人员具有充足的动机把事情做好。专家预测可穿戴技术产品在下一个10年里会成为700亿美元的市场。这个业务中最大的一块是健康相关的设备，如健康追踪器、医疗设备等。智能手表也会代表一个巨大的机会，还包括全新类型的一些产品，如Google Glass和其他的头戴显示器。

6.2 智能手表

今天多数人想到可穿戴技术的时候，他们会首先想到所谓的智能手表。这不是因为市面上已经有太多产品在销售（其实情况并非如此，至少真正销售的还没有那么多），而是这个领域在媒体中被宣传得太多。智能手表的确不错。

很显然，智能手表和所有的可穿戴技术一样，是一项新兴的产品。2013年只有200万只的智能手表被卖出，虽然Business Insider预测到2018年每年将会有9000万只的销售量。如果这个预测成为事实，而且假设平均售价在200美元（这个估计可能偏低），这样就相当于180亿美元的市场，这可不是一块小土豆。（也恰恰解释了为什么Apple想要其中的一块市场。）

那么智能手表到底是什么呢？这个要看情况了——智能手表对不同的人而言可能是不同的玩意儿。有些智能手表除了一个内置的数字音乐播放器就和普通的手表没什么区别。另一些能够（无线地）连接你的智能手机，收发电话和短信，还可以利用其他基于电话的应用。还有一些智能手表从事健康追踪，监护心率和身体活动。还有的智能手表可以记录数字照片和视频。而未来某些智能手表可能功能完善到可与计算机匹敌的程度。

当然，智能手表最重要的功能之一就是报告时间，它毕竟还是一块手表。为了这一点，大多数智能手表提供客制化显示的功能，可以让表盘看起来像标准表盘、数字表盘，或者迷你的计算机显示器。你可以随心所欲地个性化屏幕。

今天的智能手表和另一种随身携带的设备相连，最有可能是你的智能手机，通常是通过蓝牙连接。明天的智能手表也许就是独立的设备，带有足够的内置计算能力，这样与智能手机的连接就变得毫无必要。

6.2.1 Samsung Galaxy Gear

在Apple Watch降临世界之前，最畅销的智能手表就是Samsung的Galaxy Gear 2（见图6.1），它可以和Samsung的Galaxy智能手机联合使用。Gear 2配备有一个1.63英寸的显示器，可以通过点击触摸屏或者语音命令来操控。语音命令功能可以提供简单操作，让你在手里拿满的时候也可以回复短信或者阅读电子邮件。

图6.1 Samsung的Galaxy Gear 2智能手表

这个Gear 2还可以当作单独的音乐播放器，为中等大小的数字音乐准备了足够的内置存储空间。它还包括一个内置的红外发射器，这样你的手表就可以作为起居室电视的遥控器了。当然它还能显示时间。所有这些售价99美元。

6.2.2 Android Wear

Google也不甘落后地引入了Android Wear系列第三方智能手表，可以连接任何Android设备，包括Samsung Galaxy手机。Google已经调整了Android操作系统以使得其更加适合可穿戴设备，其结果就是有了一个很多公司（以及消费者）可以利用的、整合得非常漂亮的系统。已经或者计划上市的Android Wear手表包括Motorola Moto 360（见图6.2）、LG G Watch以及Samsung Galaxy Gear Live。Android Wear手表定价在200～300美元。

图6.2 Motorola的Motor 360 Android Wear智能手表，带有一个传统的圆盘表体

6.2.3 其他流行智能手表

一些其他的流行智能手表并不具有Android Wear中的所有功能，而是聚焦在一个特别的任务上（如运动和健康追踪手环）。这些智能手表包括COOKOO Connected手表、Martian手表语音命令和通知器、Pebble智能手表、Qualcomm的Taq以及Sony的智能手表SW2。这些不那么智能的手表预期价格为100～200美元。

6.2.4 Apple Watch

此时市场里出现了一个最新的玩家，一家来自Cupertino[1]叫做Apple的“小公司”。Steve Jobs一直孕育着颠覆智能手表市场，就像他们用iPod革了MP3播放器的命、用iPad颠覆了平板电脑市场那样。新的Apple Watch在2015年上市（见图6.3）。

和大多数竞争产品一样，Apple Watch可以运行很多流行的应用（很多是需要和iPhone联合工作的）。可以通过它收发短信（通过iMessage），更新Twitter和Facebook，以及收发邮件。也可以通过它使用Weather、Calendar和Photos应用。Passbook应用包含了新的Apple Pay无线支付系统。还可以用Apple Map导航——它在Apple Watch上可以一样工作得很好。

当然，Apple Watch可以播放你在iTune中的所有音乐。它也可以作为健身记录器，因为有内置的健康传感器和健身与营养应用。

图6.3 Apple Watch的各种版本

最低售价350美元以上，价格根据你选择的不同风格、颜色和表带而上升。这把Apple Watch端端正正地摆在了市场的顶峰。这是明智的价格，即使其产品的特性基本处于中端水平。当然，Apple就是Apple，Apple Watch无疑会取悦狂热的粉丝和追随者，不管Apple有什么光闪闪的新玩意儿，这些人都会提前几天就排起长队购买。

6.3 用健身记录器锻炼

很多智能手表包含健身记录器功能，但是并没有提供专用健身追踪设备所具有的完整功能。简单地说，健身和运动追踪器属于一种监护身体活动的可穿戴设备。

6.3.1 理解健身和运动追踪器

市面上有很多不同种类的健身和运动追踪器。基本型的运动追踪器是为那些希望生活得更健康的普通人设计的。有的追踪身体活动，有的追踪热量摄入，还有的监测体重。收集到的数据与智能手机或者计算机同步，用于将来的分析和报告。

更加高级的健身记录器是特别为跑步和其他激烈运动设计的。这些设备通常是专用的智能手表，利用全球定位系统（GPS）和其他技术来记录和监测你的位置、时间、步数、心率等。

不管你在考虑什么追踪器，一定会发现不同的形式。有些设计看起来像智能手表，有的集成到臂环或者手环中，还有的夹在皮带上，或者可以被当作手镯或项链佩戴。可以根据最适合你的生活方式来选择。

注意

一些行业专家在预测健身追踪器市场时认为其会快速陷落。理由是多功能的智能手表将取代单一功能的健身手环（尤其是随着Apple在这个市场的浮现），就好似在另一个市场中多功能的平板电脑替代单一功能的电子书阅读器一样。然而健身记录器制造商并不同意，他们认为热心运动的人想要一个单一功能的设备，而不是一个样样精通、样样稀松的东西。虽然时间将回答一切，我的判断是健身手环会降低价格来保持其相对于更加昂贵的智能手表的吸引力，就让我们拭目以待吧。

6.3.2 对追踪器的追踪

谈到健身和运动追踪器，当今最流行的品牌包括：

Casio OmniSync STB1000；

Fitbit Flex，One和Zip；

Garmin Forerunner和Vivofit；

iHealth AM3；

Jawbone UP24；

Microsoft Band；

Misfit Shine；

Polar FT2、FT4、FT7、FT40、FT60、F80和Loop；

Samsung Gear Fit；

Withings Pulse O2。

例如，图6.4中的Garmin Vivofit，追踪你走了多少步和行走的距离。它还计算消耗的卡路里和监护你的心跳。甚至更有趣的是，当你处于非运动状态太久的时候，它还追踪非运动时间。很不错，对吧？但是这要花费129美元。

图6.4 Garmin Vivofit运动传感器

Vivofit就是大家熟悉的手环形式，但Fitbit Zip是多少有点突兀的夹持设备（见图6.5）。你可以把这个设备夹在腰带或者别的衣物上，可以追踪步数、位置和你消耗的热量。它也比Vivofit便宜，只要59.95美元，而且有很多时尚的颜色。

注意

Fitbit是运动监测领域的市场主力，占有50%的市场份额。

图6.5 Fitbit Zip无线运动监控器

不过最新和最值得注意的市场进入者，是Microsoft Band（见图6.6）。正如其名字所暗示的，这个手环是一个典型的腕带造型，可以显示关键健康指标数据——你步行或跑步的距离、心率，等等。它还包含内置的GPS追踪，所以它知道你确切的位置。

Microsoft Band的一个不错的地方就是它能和你的智能手机相连（iPhone、Android或者Windows Phone），新版的Microsoft Health应用可以帮助你追踪和管理健康相关的活动。它还可以通过和手机建立连接，显示邮件、日历事件等诸消息。这个手环售价199美元，比很多竞争产品都贵点。

图6.6 Microsoft Band运动追踪器

注意

Nike曾经是这个市场的大玩家，提供Nike+FuelBand运动追踪器和Nike+ SportWatch健身记录器。但是在2014年4月，这家公司决定退出硬件技术业务并解雇了其数字运动部门的大多数员工。

6.3.3 用可穿戴健康设备保持健康

相对于全部与健康相关的可穿戴设备而言，运动和健身追踪器只是冰山的一角。最新情况是，其他各种各样的健康相关的问题都可以通过你穿在身上或者附着在衣服上的技术来监测。今天的市场上有很多这类可穿戴的医疗技术，来监测各种医学状态。

例如，如果你希望监测血压，你可以使用类似iHealth BP7或者Qardio Qardiarm的无线血压监测仪。还可以用Lumo Lift来监测你的姿势，或者用彩色的SunFriend（见图6.7）监测在紫外线灯下的暴露量。而HealthID手环则更像一个高科技的紧急医疗识别腕带。

图6.7 用SunFriend紫外线监测设备保持在阳光下的健康

还有一款来自AiQ的BioMan T恤衫。这件奇妙的衣服有一个可以监测用户心率、排汗速度和皮肤温度的“智能衣袖”。这本身已经很不错了，但是还可以改进用来测量皮肤含水率、脑电图和心电图信号。它可以通过蓝牙将数据发送到智能手机或者计算机上。

此外，OMsignal还销售该公司称为“生物识别智能硬件”的产品。这里是指面向运动的T恤衫，除了其他特点（包括紧身的导湿纤维），还有一个可以把实时的生物识别数据发送到智能手机的小黑盒子。如图6.8所示，这件T恤衫看起来酷酷的，充满了未来感，它也是追踪你的身体表现的极好方法。

图6.8 OMsignal的智能T恤衫及配套的iPhone应用

注意

这些智能T恤衫可不便宜。OMsignal的一套所谓的Up & Running Kit，包括一套生物传感紧身衣、一个数据模块和一个USB充电线，要249美元。（衣服本身，不包括数据模块，售价120美元。）

这仅是已经面市的产品。如果有一个简单的小绷带，只要绑在家里进行简单包扎的病人的胳膊上，就可以把所有的身体数据发送给城市另一端的诊所或者医生做远程诊断，那将会怎样呢？或者一个类似的可穿戴设备来监测一个人的运动，并把他做得对或者错的事情向他的健康保险公司预警，这样保险公司就可以为他的坏习惯提升保费呢？或者一个为糖尿病患者准备的隐形眼镜，可以从其眼泪中监测血糖的含量呢？（不管你相信与否，Google实际上已经在开发后者了。）所有这些都在变成现实，指日可待。

注意

更多关于智能医疗设备，请见第11章。

6.4 用可穿戴追踪器监护家人

有没有曾经很想知道你的配偶在哪里？担心你的小孩迷路，或者从放学的路上分心跑去玩了？那就试试可穿戴的GPS设备吧。这些设备可以从手机或者计算机上追踪到，从而追踪到设备佩戴者的行踪。

这类设备一般都小到足够可以放在外套或者衬衣的口袋里。它们的工作模式基本相同，如Spy Spot TT8850微追踪器、Trackimo GPS追踪器，以及PocketFinder个人GPS定位器。

当用来追踪小孩子的时候，可以考虑Lok8U（“locate you”的谐音）Freedom for Kids，它可以像一块手表那样戴着，从一个移动接收器上追踪他们的位置。如图6.9所示，Trax追踪器甚至更小；可以把它放在小孩子的口袋里，这样就可以从配套的手机应用中追踪他们了。（这个办法也可以用来追踪你的宠物。）

图6.9 利用小巧的Trax追踪单元用手机来追踪你的小孩

如果你需要一个在紧急情况下可以立刻发出警报的设备，可以尝试V.ALRT的个人紧急报警设备。它外观像一个圆形按钮，差不多一个25美分硬币的大小，这样你或者你的家庭成员就可以把它放在口袋里或者挂在脖子上。只要按下按钮，V.ALRT就会连接智能手机，并向3个预设的联系人发送个性化的紧急报警短信。短信会表明需要帮助，并从手机的GPS传感器上获得位置信息发送出去。

还有一个公司叫Cuff，它提供一系列可以用来当作定位追踪器和紧急发送器的智能首饰（手镯或者项链）。按下Cuff上的按钮，一条报警（包括通过GPS获取的当前位置）就会发送给预设的接收人列表。Cuff产品比常见的定位追踪器更加时尚，这是它有差异性的地方。

6.5 用可穿戴照相机记录

想知道今天最有趣的可穿戴设备么？它就是可穿戴照相机，可以让你用照片或者视频的方式拍摄你所做的一切，而且是以你自己的视角去拍摄。

有两种不同类型的可穿戴相机。第一种，我们称为运动相机，强化来拍摄体育运动，比如自行车、滑雪或者跳伞。这类产品包括著名的GoPro（见图6.10）、Contour+2和ContourRoam2、Garmin VIRB Elite和Sony POV运动相机。你可以把这些相机安装在头盔或者身体护具上，或者就把它们抓在手里。

图6.10 用GoPro可穿戴相机，把一个照相机放在你的头上

另一类可穿戴摄像机称为间谍相机。这些相机非常小，根本就不显眼甚至完全不被注意。大多数都可以装进口袋，或者夹在你的衣服上，让你在记录周围的时候不会被其他任何人发现。这类可穿戴的相机包括Narrative Clip（可以夹在衬衣上，见图6.11）和Autographer（可戴在脖子上），两样都是连续录制“生活日记”的完美设备。

图6.11 用迷你的Narrative Clip相机随时记录你周围的任何事物

注意

生活日记（也称为生活博客）是一种用相机记录一个人完整人生的活动。记录生活日记的人通常用可穿戴的相机以第一人称视角做每周7天每天24小时的记录，或者至少是工作时间的完整记录。

6.6 审视智能眼镜

你可能听说过Google Glass，并关注过它如何改变了整个世界的新闻。Google把它充满未来感的可穿戴设备称为“智能眼镜”，我也假设它是眼镜，虽然它真的远不止这个。

6.6.1 Google Glass

Google Glass本质上就是一副集成了最小化的计算机、智能手机和数字摄像机的眼镜（见图6.12）。你先选择镜框（有些相对更时尚些），戴到脸上，然后就准备通过语音控制和右眼前的小屏幕来同时处理多件事情吧。

可以用Google Glass来打电话、发信息、听音乐、追踪你的健身活动、查找你的位置（并且提供开车和骑行的方向）、在网上搜索以及给你看到的任何事物拍照和录像。可以用Google Glass来打电话和听音乐，所以你就不用那么频繁地拿出你的手机。所有的这些都使得Google Glass成为今天的终极可穿戴设备，虽然也许在未来会被超越。

不出意料地，Google Glass有点定价过高，准确地说，是1500美元。这个价格高得有点离谱了。

图6.12 Google Glass——新潮、时尚和极客范儿

6.6.2 Recon Jet

有趣的是，Google Glass并不是唯一的以增强现实为设计目的的眼镜类设备。Recon Jet（见图6.13）提供同样的头戴式显示，但却是专门为运动员设计的。它针对穿戴者的表现给出实时评价，比如基于GPS的定位、速度、距离、评估等。它也可以连接智能手机，完成打电话等诸如此类的活动。而且，因为Recon Jet比Google Glass更加聚焦特殊目标，它的价钱也低得多——只有599美元。

注意

Recon Instruments还销售Snow2，一个类似的为滑雪者设计的显示设备，是内置在滑雪护目镜里的。

图6.13 Recon Jet——类似Google Glass，但是是为体育运动而准备的

6.6.3 眼镜反对者

不是每个人都对Google Glass和其他的眼部可穿戴设备感到兴奋的。先不说这东西让穿戴者看起来像人造的电子人，这东西还会伴随着产生很多非常现实的问题。

首先，有人担心戴着Google Glass的人会心不在焉。有人会说，坐在桌子对面和你浪漫约会的甜心爱人，没准此刻正在用她的Google Glass偷偷地在网上冲浪或者在玩单人游戏。你一定知道今天掏出手机看微信或者上淘宝搜索的诱惑有多大。想象一下这样的世界：你只要一眨眼就可以完成所有这些，同时还假装注意着你对面说话的人。这种进一步引发注意力分散的可能性是令人害怕的。

然后是隐私问题。既然你可以用Google Glass或者类似的设备来记录所有你看到的事物的音频、视频和照片，谁能确保正在和你对话的人没准儿也同时在记录整个交谈呢？或者用这个机会刺探周围的环境？或者正在偷拍美女？或者甚至在电影院或者演出厅里未经授权进行录像？

因为以上这些原因，或者可能还有一些，不是每个人都在盼望到处是Google Glass的未来。当你考虑这一点的时候，就会明白眼镜或者类似的技术代表着一个令人不安（且已经引起不安）的技术。它引发了一个新的隐私和社交问题。这些问题可能不一定导致对该技术的法律诉讼，虽然无疑肯定会有人求诸于诉讼。然而，这会叫你开始思考，当你开始带上一个在某种程度上来说是通用的记录设备的时候，你到底放弃了什么权利？当一个互联网的大门时刻在你的眼前闪现的时候，你又如何接入真实的世界？

所以，无怪乎很多早期的粉丝和接受者正在抛弃Google Glass。最初的用户（所谓眼镜的“探索者”）已经减少了他们每日的使用量，很多人已经在eBay上以最初价格的几分之一出售眼镜了。当开发者还在为这个硬件持续探索工业用途的时候，消费类应用的开发已经缩减得几乎为零。Google Glass部门中的几名关键员工（包括开发者）已经离开了公司，Google也已经大大延迟了这个产品在2014年的官方发布。Google Glass在可穿戴设备的未来中占领突出的地位的可能性越来越小。这些因素以及太强的极客元素、低可用性和过高的定价，都是搞砸任何技术的致命因素，而这正是Google Glass所经历的。甚至Google X研究实验室的负责人Astro Teller，也认为Glass定价过高了，而且用他的话说，说服人们开始在脸上穿戴智能设备是一种“艰难的销售”工作。他认为价格最多应该是现价的1/4，否则无法让消费者感兴趣。

我认为他是对的。售价350美元的Google Glass比售价1500美元的要吸引人得多。但是即便如此，说服大量的消费者接受这种干扰性的技术作为他们服饰的一部分也不是一个简单的销售工作。正如Teller说的，“这是一段坎坷的路”。

注意

2015年1月15日，Google Glass正式通过Beta测试而原型已经不再生产。虽然Google说Glass没有死，但是也不大可能看到其在近期能广泛发售。更有可能的是，Glass被重新定位在为数不多的重要领域的商业用途，而不是进入一般大众消费市场。

6.7 其他可穿戴设备

但这还不是全部。今天，还有很多宣称可以给你的日常生活带来革命的可穿戴设备已经出现或者将要面市。只要确保你不要粗心地把这些可穿戴的小玩意和其他衣物一起丢进洗衣机中就好。

例如，Razer Nabu（见图6.14）是一个为使用社交媒体而设计的可穿戴“智能手环”。它可以显示信息并记录你的活动数据，还可以让你与附近其他的Nabu佩戴者互动。它可以了解你所做的事情，并提供更加个性化的选择。

图6.14 Razer Nabu，一个社交智能手环

然后再讲讲指环，一家叫Logbar Inc.的创业公司，出品了一个“可穿戴输入设备”，看起来像一只指环。如图6.15所示，这个令人迷惑的小玩意儿，让你可以用简单的手势来控制指定的家用电器和应用。你只要用手指在空中比划字母就可以用这个指环来发送短信。并且，和最好的可穿戴技术一样，没有人会知道你戴着什么特别的东西。

如果你有一抽屉的不成对的袜子，BlackSocks公司提供的Smarter Socks可穿戴技术提供了一个解决方案，这就是给袜子内置射频标识（RFID）芯片。用配套的Sock Sorter应用可以保持袜子正确地配对。（这个应用还可以记录下你的袜子被洗涤的次数。）

图6.15 利用指环以姿势控制你的世界

如果你觉得智能袜子还不够疯狂，可以尝试下Pixie Scientific的智能尿布（见图6.16）。这个婴儿用可穿戴套件包括嵌入式传感器和一个独特的二维码（QR）。用手机扫描二维码，并用配套的手机应用分析收集到的数据，可以得到与尿道感染、肾脏问题等相关的信息。

图6.16 为婴儿准备的智能尿布

6.8 处理个人数据

可穿戴设备是非常善于收集穿戴者的个人数据的。那么你的信息被这些设备获取了之后，又会发生什么呢？

当你观察已有的和即将出现在可预见的未来的可穿戴技术时，你会发现这些设备很少是自包含的。一个设备所收集的数据会在这个设备上显示，但是更多地是会被（当然，无线地）发送给一个智能手机、平板电脑或者计算机，以便进行深入的分析。一个运动追踪器收集并传送关于你的体表温度、心率等的数据，Google Glass可以记录和发送你周围世界的图像和声音。

注意

智能手表比较像一个双向的系统，但是仍然与智能手机相连。这个戴在手腕上的设备从智能手机接收收件箱中的消息内容并显示出来，让你看到照片并听到音乐。有些智能手表将运动相关的数据发回到手机里，进行存储和分析。所有的智能手表都会和智能手机互动工作，以管理短信、电子邮件、约会日历等。

无论怎样，你的可穿戴设备都会与智能手机或者计算机对接和分享数据。事情也就到这一步了，对吧？

错了。可穿戴设备收集到的数据不总是发送智能手机或者计算机就停止了。在很多情况下，你的个人数据被发送给制造或者赞助这些设备的公司或者服务机构，而这才是问题的关键。

6.8.1 数据的价值

数据是有价值的。收集到的数据可以用来改进宿主设备，提供宏观趋势的关键数据，创造针对恼人的健康和社会问题的解决方案。收集来的数据还可以被广告商利用，来发送基于你的活动或状况的定向广告。

这里面作用最大的是你的生物识别数据，它可以被专业的医疗人员用来确定正确的医疗手段和用药量，或者可以被保险公司用来设定你的保险费率，甚至根据你目前的活动和健康度（或者不健康度）来设定拒赔范围。

这就产生了几个问题，第一个（但肯定并不是最重要的）就是谁将从这些数据中收益。正如有人所提醒的那样，获得收益的并不是你。

当Apple、Samsung、Google或者随便哪家公司从他们的设备中得到关于你的数据，他们都可以把数据卖给任意数量的公司。当然，这里的关键词是“卖”。销售用户数据已经被认为是可穿戴技术公司的主要业务收入来源。设备收集的数据越多，公司从数据中获利的机会也越大。

然而，你没有从中获利，就是怎么回事。无论Apple和Google收集和销售了多少数据，都是他们保留了这些数据所产生的收益。他们没有和你或任何其他消费者分享利益。这就相当于，你已经成了这些大公司小小的“提款机”，而你却没有从中得到任何好处。听起来不公平，是吧？

6.8.2 这是你的数据，不是么

等等，我听见你说什么了。这些数据是关于我的，关于我的体重、体温和呼吸率的，关于我已经跑了多少千米以及我睡了多长时间的，谁知道还有别的什么呢。这是我的数据。Apple或者任何别的公司有什么权力出售它们呢？或者，同样地，凭什么来收集呢？

这是一个合理的反应，特别是考虑到今天外科医生和医院是怎么保存医疗记录和个人数据的。这实际上是法律问题；医疗从业人员和机构必须保护你的医疗记录隐私。任何附加的应用，甚至是从一个诊所向另一个诊所转移你的记录，都必须得到你的允许。

这其中被质疑的法律是《健康保险转移和责任法案（HIPAA）》，它是用来保护患者的数据和医疗记录的。这是一个好的法案，即使有时你的诊所处理起来有点麻烦。遗憾的是，HIPAA不适用于个人可穿戴设备或者衣物收集的数据。所以任何Apple、Google和他们的同行收集的数据，都可以在他们认为合适的场景下使用（和出售）。

除非，你说他们不可以。有些制造商让你来配置他们的设备（实际上，是配置管理设备的应用），来决定是否可以使用那些数据和怎么使用那些数据。有些则没有。无论是从设备本身还是从收集数据的公司，这个过程总是有一些隐私漏洞可能暴露你的数据。目前还没有清晰的隐私处理模式。

事实上，最好假设这些收集数据的公司都不是抱着造福人类的美好愿望的。他们是靠这个生意赚钱的，他们会找出通过他们的设备收集到的这些数据来赚钱的方法。

6.8.3 管理数据

这让我们想到Apple的HealthKit，即该公司首次在2014年8月引入的移动操作系统iOS 8中的一个组件。HealthKit是使用新的Apple Watch的操作所必需的，但是别的设备制造商、应用开发者等也可以利用它。它设计的初衷是使收集到的数据尽可能地可移植。

为了这个目的，HealthKit成了一个从Apple Watch或者类似设备收集健康相关的数据并向外分发的中心点。而且，Apple已经与Mayo诊所和Epic System（一家领先的医疗档案公司）建立合作关系来管理这些数据，并让医生和其他专业医疗人士利用这些数据。

Apple并不是第一家考虑这个路线的公司。Goolge有它自己类似的Google Fit应用，一个用于从可穿戴的Android设备中收集用户数据的健康中心。Samsung也在开发一个基于云的软件平台，称为SAMI，用来分析和管理从它的可穿戴设备收集来的数据。

那么在可穿戴设备数据管理领域就会存在相互竞争的服务。Apple、Google和Samsung都在吸引开发者使用面向他们各自的服务的专有软件开发工具（SDK），都在促使其他的技术公司把自己的设备绑定到他们各自的系统上，都在追求医疗数据管理公司介入他们系统的医疗端。毫无疑问，随着所有这些活动，你的个人数据绝不会就停止在你的手腕上或者桌面电脑中。

6.8.4 使用数据

那么怎么利用这些收集来的数据呢？存在很多的可能性。

对个人而言，这些收集到的数据肯定具有巨大的作用。当来自多个数据源的数据可以被整合和分析的时候就特别有用处，因为这样就可以基于那些数据做出明智的决策。

例如，假设智能手表检测到你心率的一些变化，同时，智能衬衫显示你在流汗且呼吸困难。这些现象孤立来看说明不了什么。但是将这些数据整合起来，一个智能服务就能正确地判断出你可能是快要心脏病发作了，然后就向护理人员或者医生通报你的情况。

当然这些设备不仅监测危急的情况。如果你的健身追踪器可以随时监测你的重要器官并发送给你的医生，医生就可以随时知道你是否需要治疗调节血压、甲状腺和血糖的药物剂量。不用等到下一次的看病预约和抽血，这些数据就自动地送到医生那里。

甚至进一步地，收集到的这些海量数据可以被专家用来深入研究各种疾病的医疗方案。想象一下，如果我们可以利用从公众可穿戴设备中的一部分中获取的大量实时数据，那会帮助我们加深对高血压和糖尿病的理解。以这个角度来考虑，可穿戴技术代表着医疗研究的一次大发展机会。

然而对这些数据的其他应用可能就没那么高尚了。比如广告。如果你开始有点变胖，或者身体有点变形，这些数据可能会被卖给健身中心，然后他们就可能向你定向发送使用其健身设施的邀请。也许你将开始收到节食饮料和个人训练的在线广告。

6.8.5 进入保险公司

有一个产业对于这些可穿戴设备收集的个人数据具有特别的兴趣，这就是保险产业，他们可不是总是在寻找你的最佳利益。

保险公司做生意是为了赚钱。这是一个前提条件。那种“分担风险”的日子早就过去了，他们希望从每个客户身上都赚取利润，而且如果他们做不到这一点，他们就不希望这个人成为他们的客户。这就是生意，生意就是生意。

从给定客户身上赚钱的一个方法就是，针对这个客户对公司服务的使用倾向来制定服务收费标准。简单地说，如果你相对比较健康，他们对你的收费就低于那些相对不那么健康的人。老年人的收费更高（因为他们更容易得病）；年轻人收费较少。直到《可承受医保法案》（ACA，即俗称的奥巴马医保法案）执行之前，他们甚至可以在某种前提条件下拒绝你的投保；因为他们只要不让你投保，他们就不会损失钱。

这种和风险因素相关的成本是你每年投保不同的健康保险的原因之一。如果你的保险公司每天都监视你的健康情况并随之经常调节你的保险费率呢？如果你的血压开始上升，你的费率也上升呢？（当你发现这一点，就会造成你的血压继续上升——这变成了一个恶性循环。）

这就是为什么大保险公司——United Health、Kaiser Foundation Group、Humana Group、Aetna等——都在参与可穿戴设备产品制造商的活动以获得一席之地。这不是因为他们想和技术公司结盟，他们就是想利用可穿戴产品收集到的数据。随着可穿戴技术变得更加主流，保险公司会得到越来越多的投保人员的信息，然后就可以利用那些信息调整费率，甚至拒绝保险。

不仅仅是保险公司可以从中获益，很多大雇主都想得到他们雇员的此类数据，以便降低他们的健康保险费用。想象一下，公司人力资源部中某个无情的工作人员，躬着身子在电脑前研究公司雇员的实时生物识别数据图表，决定着哪些雇员应该为他们的健康受到奖励，哪些应该因为他们的身材太胖、太懒或者在午餐中多吃了一个布朗尼蛋糕而被削减工资甚至开除。这有点令人毛骨悚然，但却非常可能会发生。

事实上，他们已经在为这种人力资源噩梦建立基础了。看看那些从Fitbit以及其他公司直接卖给大企业的健身追踪设备数量吧。然后探究一下你公司最近的健康计划，就会发现提供了健身追踪腕带，还有特别的员工折扣价。然后想一想为什么你的公司想让你带一个健身腕带，还有公司将如何使用这些从腕带里收集来的数据。

已经有了很多现实的例子。以石油公司BP为例，向它的14000名员工发放了免费的Fitbit Zip，条件是让公司追踪员工一年期的步行数据。如果一个员工行走了超过100万步，他就会积累更多的健康积点，换来更低的健康保险费用。

目前，这还是积极的措施，而且看起来方向不错。但是它还是在试图利用个人数据来管理个体的行为，有些人会感到已经快越界了。什么能阻止一个公司使用大棒而不是胡萝卜呢？像BP那样？如果雇员没有达到一定的运动目标，你的雇主取消一些好处，那会怎样？（要知道很多雇主已经会因为雇员抽烟就增加他们的健康保险费用了。）

问题是未来可能会变成这样：你希望你的雇主和你的健康保险公司了解你多少？对于处理你的信息，你对他们又有多大的信任？

6.8.6 如何保护个人数据的隐私

如果担心可穿戴设备收集到的隐私医疗信息被发给了错误的人，你如何求助呢？

首先，确保你阅读、理解和同意每个你所拥有的可穿戴设备的数据分享协议。如果你不喜欢某个公司的智能手表或者健身记录器收集数据的分享方式，选择这个公司所提供的一种更加注重你的隐私的方式。

其次，确保你把每个设备（以及这些设备伴随的应用和服务）都配置成与其原厂家和合作的第三方之间尽可能少地分享数据。虽然不是所有的数据分享都能被避免，特别是当你希望保持这个设备的完整功能的时候，但是应该关闭尽可能多的数据分享。

最后，如果你真的担心医疗数据被过度分享，就避免使用此类可穿戴技术。没错，穿戴这些最新科技的智能衬衫或者运动手环是有好处的，但是如果没有穿戴这些东西，它们也不可能收集任何数据。因为这些信息的重要性和敏感性，这是一个你必须考虑的折衷妥协了。

注意

有些用户不是很情愿随意地把他们的个人数据给第三方使用，而是要用可穿戴设备进行“自我追踪”，也就是说，关闭从设备向外发送数据，并由他们自己监视自己的进展。有的用户参与“量化自己”活动，致力于自己控制与其他个体、讨论组和分享网站之间的数据分享。你没有必要一定把数据发送给那些你不喜欢的制造商。

6.9 到哪里去找这些好东西

我们在本章中讨论了很多智能可穿戴设备，它们中的大多数都是今天可以买到的。如果你有兴趣也有钱，下面就是我们讨论过的公司的列表：

AiQ Smart Clothing，Inc.（BodyMan衬衣），www.aiqsmartclothing.com；

Android Wear（智能手表），www.android.com/wear/；

Apple（Apple Watch），www.apple.com/watch/；

Autographer（可穿戴相机），www.autographer.com；

BlackSocks（Smarter Socks），www.blacksocks.com；

Casio（OmniSync STB1000健身手表），www.casio-usa.com；

Contour（Contour+2，ContourRoam2可穿戴相机），www.contour.com；

COOKOO（联网手表），www.cookoowatch.com；

Cuff（智能首饰），www.cuff.io；

Fitbit（Flex、One、Zip运动追踪器），www.fitbit.com；

Garmin（Forerunner、Vivofit、VIRB Elite），www.garmin.com；

Google（Google Glass），www.google.com/glass/；

GoPro（运动相机），www.gopro.com；

HealthID（Health ID Band），www.healthid.com；

iHealth（AM3、BP7监护器），www.ihealthlads.com；

Jawbone（UP24运动追踪器），www.jawbone.com；

LG（G Watch），www.lg.com/gwatch/；

Logbar，Inc.（Ring控制器），www.logbar.jp/ring/；

Lok8U（Freedom for Kids追踪器），www.lok8u.com；

LumoBodyTech（Lumo Lift），www.lumobodytech.com；

Martian Watches（Voice Command和Notifier智能手表），www.martianwatches.com)；

Microsoft（Microsoft Band），www.microsoft.com/microsoft-band/；

Misfit（Shine监护器），www.misfitwearables.com；

Motorola（Moto 360智能手表），moto360.motorola.com；

Narrative（Narrative Clip相机），www.getnarrative.com；

OMsignal（生物识别智能可穿戴设备），www..omsignal.com；

Pebble（Pebble Smartwatch），www.getpebble.com；

Pixie Scientific（Smart Diapers），www.pixiescientific.com；

PocketFinder（Personal GPS Locator），www.pocketfinder.com；

Polar（FT2、FT4、FT7、FT40、FT60、FT80、Loop），www.polar.com；

Qualcomm（Toq智能手表），toq.qualcomm.com；

Qardio（Qariarm监护器），www.getqardio.com；

Razer（Razer Nabu智能手环），www.razerzone.com；

Recon Instruments（Recon Jet、Snow2头戴式显示器），www.reconinstruments.com；

Samsung（Galaxy Gear 2、Galaxy Gear Live、Gear Fit），www.samsung.com；

Sony（Samrt Watch SW2、POV Action Cam），www.sony.com；

Spy Spot（TT8850 Micro Tracker），www.spy-spot.com；

SunFriend（紫外线监护器），www.sunfriend.com；

Trackimo（GPS Tracker），www.trackimo.com；

Trax（Trax追踪器），www.traxfamily.com；

VSN Mobil（V.ALRT Personal Emergency Alert Device），www.vsnmobil.com/wearables/v-alrt/；

Withings（Pulse O2运动追踪器），www.withings.com。

智能服饰与你

拉上你的牛仔裤，套上你喜欢的T恤衫，把你的智能手机和钥匙放到口袋里，你已经做好享受生活的准备了。

在可穿戴技术的世界里，你有很多与衣物有关的选择要做。

你是要去跑一段还是走路？那么也许你应该带上一个运动手环或者带有内置的健身记录器的智能手表。如果你特别喜爱锻炼，那就脱下舒服的T恤衫，换上一件高科技生物识别运动T恤衫。不要忘记带上你的智能手机，这样你就可以实时下载收集到的数据。

先不聊锻炼吧。即使你为了买一杯咖啡正在向附近的星巴克走去，也要带上你的智能手表。你会用它来检查电子邮件，在路上听一些广播，甚至用Apply Pay或者别的类似应用来付款。

如果你是想到海边游玩，放弃智能手表，改用一个紫外线检测腕带吧。如果你担心血压，带上一个可穿戴的血压监护器。如果你在纠正你的坐姿，也有一个手环可以帮助你。

也不要忘记小孩子。你想确保他们没有乱跑也没有遇到某种危险，那么在他们的背包或者衬衣上夹上最新的个人追踪设备。如果你还想追踪狗的行踪，那么就在它的项圈上放一个这种小玩意吧。也说不准你还可以把一个放到你配偶的腰带里并跟踪他/她吧？

打开你的Google Glass的包装，这样你就可以看到最新的股票报道（以及Twitter和Facebook上的帖子）而别人都不知道。既然你有了Google Glass，也许还可以对你所住的地方拍几个照片，或者用一些生活记录视频使得你的生活不朽。这个办法可以让你看到你回家时都做了什么，因为你当时太过专注于发短信而没有注意到。

问题在于，今天你可以把很多的可穿戴技术用于不同的目的。不得不承认，很多技术都太昂贵而显得不实用，但是这种情况会随着时间而改变。现在当Google Glass售价1500美元一副的时候你可以嘲笑Google Glass，但是当价钱降到原来1/3的时候它就变得有点讨人喜欢了吧？当价格是400美元的时候，那些定价过高的智能手表看起来更像是暴发户情结，而如果定价低于100美元，就会变成一个必须拥有的配饰了。只要价格足够低，甚至智能尿布看起来都会非常诱人。

这就是技术的发展规律，它会继续进步。随着时间的变化，技术变得更加廉价也更有影响力。这使得给各类可穿戴设备单品添加各种智能技术变得更加可行。如果这项技术已经成熟，我们将找到使用它的办法。

你应该今天就走出去买一个可穿戴设备么？比如一个智能手表或者一个生物识别T恤衫？看情况吧。有些可穿戴设备已经可以在一个合理的价格下提供实际的价值了；我特别觉得健身和运动追踪器就是如此。如果你热衷锻炼，或者就是想注意健康，这些小设备能帮助你做这些事儿并且也花费不了几个钱。它们的时代肯定已经到来了。

智能手表可就是另一回事了。我看着这些300美元的设备，心里很奇怪它们能做哪些智能手机所做不到的事情呢？而且，我已经有了智能手机，所以为什么花费300美元再买一个差不多的设备呢？现在还有谁戴手表呢？如果想知道现在是几点钟了，智能手机可以告诉我。

所以我对智能手表不是很热心，但是这可能只是个人观点，或者仅仅是价格问题，或者是其功能不足。考虑到将要面市的带有健康功能的手表，那可能有点特别，也特别有用。如果价格合理，我也许会改变想法。

对于那些有点烦人的可穿戴技术，如智能衬衫、Google Glass以及其他，采取等等看的态度也不错。现在只能说它们的出发点不错，但是价格叫人难以承受。不过不能断定几年后它们的价格就不会变得合理些，而且很可能有人会为这些技术找到更好的用途。目前对于智能眼部设备、智能健身衬衫和智能尿布这类的事情，还是让别人做小白鼠吧；当他们开始在电器商店销售这些设备的时候，你就可以跳进来买了。

[1]　 Cupertino——指Apple（苹果公司）的总部所在地，而后面的“小公司”是反语。——译者注

第7章　智能购物：他们更了解你的需求

物联网在改变你的购物的方式。定位设备可以感知你在商店的位置，并向你发送基于场景的销售和导购信息。因为RFID和NFC技术，你很快就会发现还没打开钱包就已经结账了。当然这种情况下你还是要进入商店。不过也许你的智能厨房可以自动编辑一个购物清单并发送给附近的商店，商店就会按着清单把日常用品快递给你。

如果这听起来有点遥远，那你再想想看。物联网已经简化了供应链，帮助提高库储和盘点的效率。很快它就会让购物更加高效，帮助你以最好的价钱得到所需的商品，或者至少是零售商们最希望卖给你的商品。

7.1 消灭对商店的需要

我们之前讨论过智能厨房的概念。智能冰箱确切地知道你现在有什么和需要补充什么食材。当你向它发送一个菜谱（也许是当你观看厨艺频道的时候从智能电视发出的），冰箱找出你需要购买的食材，并自动编辑了一个购物清单。

今天，你还是需要把这个购物清单亲自带到超市，并亲手把购物篮装满。然而很容易去设想，在不久的将来你的购物清单会被以电子形式传递给你选定的超市，超市则按照单子装好商品，或者放在路边等你来拿，或者送货上门。（在这个场景中你不需要无人机，一位兼职的快递员就可以把这个工作做得很好。）

在这个场景中，你不再需要购买商品。你确切地订购了你所需要的东西并快递到家，整个过程你连脚都没有踏进商店。从这几个方面来说，这对你而言更加高效。首先，你不需要开车到超市并把歪歪斜斜的购物车从停车场过道里推出来。其次，你只购买你所需要的；你不会被货架两端展示的广告内容所影响，或者被热心的女推销员所催促，更不用说饿着肚子讨论超市购物的危害了……

这事情早晚会发生的，如果你可以自动化你采购日用百货的过程，你会花费更少的时间和金钱来完成这个过程。这的确不错。

当对日用百货的采购在全世界范围内都受到互联网的影响，其他形式的购物在未来某个时间点也会涌入。在线购物（以及像Amazon.com这样的巨型零售商）的崛起已经改变了我们中的大多数人购买服装、玩具、书籍等各种商品的方式。我们找到所需要的货物，在计算机（或者智能手机）上轻敲几下键盘，事情就做成了。两三天订单就被收到并发货了。

在线购物的伟大之处在于，你几乎是心想事成。你不需要等到一个空闲的傍晚再开车去商店，也不用和疯狂的人流搏斗；你想到了，你就买，这多容易。（当然快递的速度降低了这种立刻满足的感觉，不过快递也将变得越来越快。）

在线购物的另一个好处就是你会更少有冲动购物的倾向。你搜索你想要的东西，找到最好的价格，然后点击“购买”按键。如果你去一家实体店购买同样的物品，毫无疑问你会找到一些别的想要的东西，最后你的购物篮会装得满满的。在线购物，花钱更省。（至少，它的初衷是这样。）

现在设想你至少可以自动化一部分购物。这对日用百货比较适合，比如厕纸、剃须刀片、洗衣液等，这些可以从超市购买但是不能放在冰箱里储存的东西。既然你的冰箱不能追踪这些东西，你就需要别的某种智能存储。基本上，你可以在衣柜、储物间或者浴室中安放传感器来追踪特定的物品，也许是RFID或者类似的技术。（简单的方法是直接利用视频摄像头来“读取”你当前的存货。）在所有情况下，你的智能存储知道你目前手里应该有什么，然后在你消耗了这些东西之后自动补货。订单可以是发送给附近的杂货店的，也可以是类似Amazon.com这样的提供送货上门的在线商店。

7.2 改变零售环境

虽然很多实体商店已经转向线上，甚至更多的商店被自动化，零售的世界并不会消失。人们仍然喜欢购物并必然购买所有的物品。然而，零售的真实体验是注定要随着物联网的到来而改变的。

对于购物者，物联网的未来意味着更加个性化的购物体验。对于零售商，物联网意味着更好地定位每个购物者的需求，更有希望说服他们达成购买。

这些潜在的利益是硬币的两个面，是由一系列技术支撑的，包括当个体购物者进入商店就能识别他们，调用他们的个人数据和购物记录，然后提供导购和促销来引导他们进入特定的购物区域等。智能商店了解他们的客户及其需要，然后随之为他们定制购物体验。

下面来讲讲这是怎么工作的。

当你步入一家商店，这家商店知道你来了，因为它追踪了你的智能手机。

一旦这家商店知道你来了，它就在自己的数据库中查找关于你的个人数据和购物历史。如果你在一个公寓中独居，商店会知道这一点。商店还知道你上个月购买了一件新的冬季大衣，或者你每隔30天会购买一种特殊牌子的洗发水。

于是这家商店开始用这些信息来为你定制化商品推广了。如果你是一个独居公寓的人，这家商店可能会推销一款冷冻披萨饼。如果你和家人住在大房子里，且现在是冬季，这家商店可能推销雪铲或者化雪盐。如果你每个月都购买同样的洗发液，它可能特价推销这种洗发液。

当然，你会在手机上得到这些特别促销信息，可能是以短信的形式并附带一个优惠券，或者是这个商店的手机应用发出的通知，如图7.1所示。

图7.1 一个发送到顾客智能手机上的店内数字优惠券

这家商店也可以用这样的信息把你引导到特定的区域或者商品前。你可能会收到一条短信或者应用的通知建议你走到第12过道那里看看有什么特别的，或者告诉你第2层的运动商品部有一个个性化的展示。

如果你把某样东西放入了购物篮，由于有RFID标签，这家智能商店就会知道。它就会推荐你可能想要的相关物品或者配件。例如，如果你把一件正装衬衣放到购物篮中，你可能收到一条短信或者手机应用通知，告诉你这家商店的精选领带在哪个区域，并且附有相应的折扣券。或者，如果你在杂货店里，智能购物篮可以根据你选择的物品发送相应的菜谱给你，同时还有为了完成这些菜谱所需要的食材的折扣券。

还有很多利用这些个性化的顾客信息的方法。智能商品展示系统可以用智能手机识别码或者带有面部识别的视频摄像头探测到谁在它的身边。然后显示屏就播放为这个购物者量身定制的内容。所以如果你站在一个牙膏的显示屏前，你可以看到和你的邻居不同的广告和售价。

这些信息也为长期顾客管理提供了深入的用途。利用同样的追踪技术，一家智能商店可以有效地追踪你在店内的活动，追踪你的路径和查看过的货物。随着商店开始了解你和其他顾客都是怎样购物的，他们就可以利用这些数据为不同类型的顾客优化商店的布局。

7.3 智能商店技术

几种不同的技术（都是今天现存可用的）可以用来实现明天的智能商店。

首先，商店里的每个商品都必须有RFID标签，如图7.2所示。RFID是射频标识的缩写，这是一种包含了商品信息的特殊标签技术。标签中的信息通过近距离的无线电波传递给RFID读卡器设备。今天，RFID读卡器一般位于商店的出口（以及商店的仓库，这一点我们之后会讨论）。将来，RFID读卡器可能会安装在购物车甚至是遍布整个商店的关键地点。

其次，这家商店必须以某种方式识别每个顾客并向他们发送信息。这可能是用一个室内定位系统实现的——基本上，就是一个发射器/接收器的组合，用于捕获来自顾客智能手机的信号。

图7.2 一个RFID标签（正如大多数商店用在他们的货品上的那样）

一种目前已经投入使用的这类系统就是Apple的iBeacon技术（见图7.3）。iBeacon与顾客的智能手机通过蓝牙技术通信。多个iBeacon（小到可以神不知鬼不觉地安放在货架和墙上）部署在整个商店里。它们可以协同工作，利用三角定位法定位一个电话的位置，这样商店就可以随时知道每个顾客的确切位置了。然后iBeacon系统就可以将附近商品的销售信息发送到顾客的手机上了。

图7.3 工作于一个商店中的iBeacon系统，可以与顾客的智能手机通信

最后，商店收款系统必须可以接收来自顾客的智能手机或者智能手表的NFC信号。NFC即近场通信（Near-Field Communication），是一种利用电场或磁场（但不是电磁波）来短距离传递数据的无线技术。在一个NFC支付系统中，存储在顾客手机中的支付数据通过NFC传递到商店的支付终端中。不再需要手工来刷信用卡，只要把手机放到支付终端上，NFC就会以无线方式完成余下的工作。

7.4 轻松支付

零售商必须使你在他们店里的购物体验越轻松越好。当你向他们付钱的时候也是越轻松越好，比如更便捷的付款体验。

在花了半个小时购物之后，还要被迫用同样的时间排队等待付款，没有什么能比这让我烦躁的了。能别让我连付个钱都这么困难好么？毕竟，我也可能就改变了主意随处丢弃了购物车。

增强付款体验是目标，甚至要不惜消除传统的销售结算（POS）系统。结算支付的体验越是顺畅无缝越好。最理想的方式是走入一家商店，抓起你所需要的东西，然后离开，而整个支付过程都是在背后处理掉的。确实有些人会说，这个终极的支付体验就好像是在偷东西；但这不会有任何与收银员的互动来拖慢你的进程。

这实际上并不会像表面上看起来的那么遥远。得益于RFID、NFC、蓝牙、Wi-Fi和其他的无线技术，商店里的每个商品都能被追踪。你当然也能够通过智能手机被追踪。所以如果所有的传感器凑在一起并整合它们的信息，智能商店就会知道你选择了某双鞋子并带着鞋子走出了店门。假设你并不是一个商店窃贼，商店就可以为这双鞋子（通过你喜欢的支付模式）向你的账户发送账单。不用排队等待，不用摆弄信用卡，不用面对一个坏脾气的收银员。

即便没有这种隐形的后台支付手段，通过使用你手机上的NFC或者别的无线支付也可以使得支付过程变得流畅。Apple Pay就是为了这个目的存在的，而大家都知道Apple Pay是下一个大事件。

通过Apple Pay，你可以把你所有的信用卡和一个唯一的Apple Pay账号绑定在一起。这些数据存储在你手机或者智能手表上的一个数字钱包中。当你准备支付的时候，打开Apple Pay应用，选择想用的信用卡，然后用NFC技术（或者就是用手机扫描一下二维码）来从你的手机向商店的终端传递信用卡数据（见图7.4）。这不是无缝的，但是这比刷信用卡要快得多。

图7.4 用Apply Pay实现数字化支付

Apple Pay并不是已有的唯一的数字支付系统。Google Pay和Square都在尝试挤入这个市场并取得了一些小范围的成功。（可能Apple将会更成功，如果仅仅考虑它和信用卡公司以及主要的零售商建立的伙伴关系的话。）

还有CurrentC，它由一个主要零售商组成的协会支持，该协会包括Target、Walmart、Kohl’s、Best Buy、CVS和7-Eleven。与使用NFC技术的Apple Pay不同，CurrentC是基于二维码的。当你准备支付的时候，CurrentC应用在屏幕上显示一个二维码（见图7.5），零售商支付终端上的二维码读码机可以读取它。这看起来像老技术了，但是二维码安全易用，而且所有那些大零售商都采用它。

图7.5 在CurrentC应用上的二维码支付屏幕

注意

二维码是包含它所附着的货物信息的条形码的一种。

不管是采取了什么技术或者系统，目标都是加速店内支付过程。如果这个支付过程可以进一步整合进你的购物体验，那就更好了。

7.5 无人机送货

让我们回来考虑一下那些不在实体店购物的顾客。当你在网上下单（无论是手动下单还是智能自动下单），那些货物会怎么送到你手里呢？

今天，你在Amazon或者类似的在线零售商店下的订单主要是由UPS、FedEx或者美国邮政来送货。即使是最好的体系，从下单到包裹来到你的桌子上至少也要两天的时间。

但是如果作为物联网的一部分，货物的递送本身也可以自动化呢？这个就是快递无人机的未来，正如Amazon、Google甚至Domino’s Pizza所倡导的那样。这个领域有很多工作正在进行，我们将在第9章讨论。请翻到那里以了解更多内容。

7.6 智能库存管理

把商店里所有的货物都放上RFID是非常符合物联网的概念的。也好，虽然每个货物都没有自己的IP地址，但是它们都有自己唯一的识别码。一旦商品信息可以读入到系统，好事就绵绵不绝了。

今天很多零售商都使用RFID技术来更好地管理库存，不仅仅是在商店里，也覆盖了整个的供应链。零售商可以详细追踪每一个产品，从它到达仓库到发送到商店，直到被购买后离开商店。零售商随时都可以知道每个商品的位置。

配合一个完善的库存管理系统，零售商可以利用RFID追踪得来的信息，分析出每个产品或者产品门类的市场表现，何时需要采购存货，甚至在货架全空之前何时要补充。不管商品的大小，这都可以精确到每一件的库存管理。

今天这些通过RFID都可以实现。未来的产品可能会附带智能传感器，并通过Wi-Fi或者更先进的IP技术发送同样的，甚至更多的数据。这就是物联网的前景。

7.7 你的数据会怎样

物联网在零售业成功的一个关键就是收集顾客的数据，然后在店内发送和利用这些数据。这就带来了可以想见的隐私问题：零售商会怎么利用你的数据呢？这些数据安全吗？

这些都是很好的问题，但是却没有很好的答案。零售商在确保顾客信息安全方面确有劣迹。

首先，让我们看看顾客的数据会怎么使用。虽然多数的零售商都有详细的隐私政策（但顾客从来也不会去阅读），但这些政策归根到底是说：如果他们收集数据，他们就可以使用数据，以他们认为合适的、任意的方式使用。那可能是仅供内部使用，像我们之前讨论的，但是这些数据也可能卖给其他方面去使用。这就是为什么今天你会出现在这么多不同的邮件列表中的原因。

在店内使用方面，商店基于你的采购历史记录、你购物车中的商品和你所处的货架位置来向你发送优惠券，这似乎很不错。然而，从某种程度上说，这种被无所不在地关切着的感觉有点令人毛骨悚然。你真希望连自己在商店过道间行走都被追踪么？至少在很多顾客的眼中，这可是一种不太情愿接受的监视。

现在让我们谈谈你个人数据的安全。多数零售商对他们系统的安全性都承诺得很好，但是历史证明却是另一回事。在过去的12个月里，我们看到从Target和Home Depot流失的数据已经影响到了几千万的消费者。也许他们声称你的数据是安全的，但是事实显然不是这样。

所以一个零售商从你这里收集的数据越多（以及这些数据被传播得越广），这些数据就越有可能被你所不希望的人拿走。系统会变得更安全，但是黑客们也变得更聪明，这就是一个不断的循环。

为此你又可以做点什么呢？如果你不希望在购物的时候被数字化跟踪，你可以一直关上手机。（当然，这样你就不能收到来自朋友的短信和电话了，或者也不能用你的手机来与其他的零售商做比较。）如果你不希望暴露自己的个人数据，这可就是大问题了——我们将在第15章讨论，请翻到那里深入了解。

智能购物和你

如果你是零售商，所有这些智能购物的应用都是非常令人兴奋的，也非常具有挑战性。它需要对新技术和系统进行巨大的投资，但是（从提高来自每个顾客的销售量而得到的）回报也可能是巨大的。

如果你是一个顾客，你可能带着复杂的心情来看待这些。一方面如果技术可以帮助你在购物方面节省时间和金钱，这是好事；另一方面，如果所有这些精彩的技术只是用来向你进行不需要的广告推广的狂轰滥炸，那可就是另外一回事了。

对于你如何与逐渐普及的智能购物技术对接，你的确可以有一定的控制。如果你对数字支付系统没有惊喜的感觉，就可以不在手机上安装那些应用。没人强迫你使用Apple Pay、CurrentC或者任何这类系统。零售商会把信用卡终端维持一段时间。而你总是可以用现金付账，这可是最难追踪的支付方式了。

在商店中被追踪的时候，找找可以撤退的方法。有可能当零售商发现很多顾客不喜欢这种体验的时候，就会提供一种方式避开所有这些追踪和广告发送，就像他们今天对电子邮件和手机营销的做法。如果零售商坚持向你推送数字广告，那就不要再去那里购物。在智能化介入方面走得太远的零售商，会在他们的销售额下降时很快汲取教训。

总之，零售商忙活了这么多来与你建立更私人的关系，这还是令人有点小兴奋的。有时候有人关注你是很不错的，即便那此关注其实是来自你附近大商场里的计算机。人们只是希望新出现的关注会伴随着一些省钱的数字折扣券。谁不想省点钱呢？

第8章　智能汽车：在路上联网

物联网给汽车工业和各地的驾驶者带来许多新的希望。今天所谓的车联网是通过互联网提供流媒体音乐和交通、天气预报，甚至全球定位系统（GPS）地图和导航。但是如果有一辆可以监测交通状况并在必要时自动为你制定路线的智能汽车呢？或者一辆可以诊断（甚至维修）它自己故障的智能汽车呢？或者有一辆终极智能的汽车，即一辆自动驾驶汽车，它如此先进，你除了打开车门坐进去系上安全带以外，什么都不用做就可以从A点开到B点呢？

很显然物联网正在以令人愉快的方式改变我们的出行。

8.1 智能汽车的今天与明天

近年来汽车已经变得越来越智能。今天的汽车包含几十个计算机或者类似计算机的设备，它们一起工作确保汽车像设计的那样顺利运转。这些电子控制单元控制了各种车内功能，包括刹车和巡航控制，以及取暖/空调和娱乐系统。

对家用汽车的智能化工作在30年前甚至更早以前就开始了。举个例子，回到1977年，你会发现Oldsmobile Toronado有一个单计算机单元用于控制火花塞的时间。在20世纪80年代早期，附加的计算机被引入以改进排放系统，而在20世纪80年代后期，电子节气门控制（ETC）代替电线和机械连接。

随着今天汽车中的每样东西都在计算机化，你家车库里的那一组轮子成为家里最智能的智能设备也并不是太遥远的事情。

注意

不要把智能汽车（smart car）概念（这里用的是小写的“s”）和称为Smart Car的车型混淆起来。后者是Daimler-Benz（Mercedes子公司）的一个部门Smart Automobile公司生产的一个小巧可爱的电动车型。

8.1.1 智能功能

先让我谈谈计算机已经接管了多少普通汽车的基本功能。为了更加高效和安全地操作，很多关键的机械系统已经被微处理器所控制。

很多机械师把现今自动化了的汽车视作轮子上的计算机。实际上，车轮上有大约30个甚至更多的计算机（在豪华汽车里要将近100个），所有这些都是为了将你的车保持在最佳工作状态。

在一辆典型的汽车中，都有哪些操作是由计算机控制的呢？下面列出的仅仅是一部分：

安全气囊系统

防死锁刹车系统

自动座椅调节

自动传动

空调控制系统

巡航控制

娱乐系统

怠速

无钥匙进入系统

安全系统

这些操作是由各种电子传感器所支持的，传感器向计算机“大脑”输入实时的信息。这里说的是空气压力传感器、空气温度传感器、发动机温度传感器、爆震传感器、含氧量传感器、节气阀位置传感器等。从这些传感器发出的数据用来控制火花塞、燃料喷嘴等关键组件。

今天汽车里最先进的计算机是发动机控制单元或者叫ECU（见图8.1）。ECU监测来自几十个不同的传感器的输出，以控制发动机的操作、排放和燃料经济性。今天ECU的计算能力相对较低，通常是32位架构，400MHz的CPU，大约1MB左右的RAM。这个远没有个人计算机的64位CPU强劲，但是也足够运行控制汽车所需要的简单代码了。

图8.1 一辆BMW的发动机控制单元

8.1.2 智能诊断

一辆汽车的电子传感器收集的数据被输入到一个中心通信单元，后者将这些数据存储起来以备将来使用。如果传感器探测到有什么异常，通信单元就会警告驾驶者，通常是通过那个常被忽视的“检查发动机”信号灯。当驾驶者把车送去检修，检修的机械师可以从汽车的计算机中抽取诊断代码来查看什么地方出了问题并修复。

虽然这听起来很先进，其实却不然。板子上的计算机实际上并没有诊断出任何问题（当然也不会自己修复任何问题）；它只是单纯地存储由车内其他的传感器报告的出错码。修理机械师也没有一块类似《星际迷航》风格的充满蓝图和指示的显示屏，而只有一系列简单的数字代码，然后他就必须搜索这些代码的含义。这肯定比没有任何诊断帮助要好，但是要把这个诊断称为智能，那肯定还是有很大差距的。

无论智能与否，很多老式的机械师（多数是自己动手DIY的人）谴责这种对原本简单的机械装置的疯狂的计算机化。那种一个“周末机械师”[1]就可以打开工具箱，动手捣鼓就能把常见的小毛病修修好的日子已经一去不返了。相反地，修理机械师需要他们自己的一堆计算机来诊断和修理这个充满前沿技术的驱动机器中的很多与计算机控制操作相关的问题。你真的没办法再自己修理汽车了，你必须把它送到一家信得过的4S店去。

然而在将来，因为汽车电子将变得更加智能，诊断就会变得更简单。汽车中更加智能的计算机将显示简单自然语言的错误解释而不再产生那些难以理解的错误代码了。汽车的警报灯也会变得更加聪明。不再显示一个“低胎压”指示灯（而是让你来找出四个轮胎中的哪一个需要充气——一个费时的工作），内置的显示器将告诉你驾驶员侧的前轮胎压力比正常低了2千克。这可以让你的日子变得无比轻松。

同样的情况也会发生在大家最不喜欢的仪表盘报警：“检查发动机”指示灯。当这个灯亮起的时候没人知道是怎么一回事；它可能什么也不是，它也可能是非常严重的；除非你把车送到4S店，否则你根本不知道。智能系统将处理这些过于一般化的警告，取而代之的是以内置的显示来告诉你精确的问题以及你需要怎么处理。

理想地，智能诊断系统应该在潜在的问题还没有成为真正的问题前就识别出来，如油位变低、皮带磨损等。那么计算机就不仅仅告诉你问题本身，它将用可利用的无线技术（如果你在一个热点附近就是Wi-Fi，否则就通过手机）来通知该问题的修理中心。修理中心则订购必要的零件并联系你约定一个检修时间。

更少的猜测、更多的自动化。这就是未来的智能诊断。

8.1.3 智能驾驶

智能驾驶系统缓慢而坚定地渗入普通家庭汽车中。这里我们不是指自动驾驶汽车（虽然我们会用几页篇幅来讨论一下它），而是那些帮助驾驶者处理困难的，甚至有时是比较危险的操作的专用系统。

最常见的智能驾驶系统，就是无所不在的巡航控制。基本的巡航系统已经出现了好几十年了，也就是把速度限制在预设的水平上。然后，后来的自适应巡航控制系统使这个功能更进了一步，监测前面的车和你的距离并在必要的时候随之调整速度。要在以前，如果你遇到堵车的时候，你需要踩下刹车或者关掉巡航控制；而自适应巡航系统会为你完成这些动作并与整个车队的速度保持一致。

在安全性方面，今天很多车型具有车道辅助功能，可以监测到你在车道中的位置，并防止你开到临近的车道中去。当你开始进入相邻车道的时候，你会得到一个警告，如果是豪华汽车，可能会有自动的纠正。

驻车辅助系统也越来越普遍了。这些系统可以处理（对很多人来说）很有挑战的平行驻车的操作。例如，大众汽车的Park Assist系统可以自动地检测最近的未用停车位，测量空间，了解汽车的当前位置，然后执行最佳的转向操作，把车停放到它的位置上去。（在这个过程中你还是需要操作油门和刹车的。）这个过程如图8.2所示。

图8.2 大众汽车的驻车辅助系统是如何自动停车的

还有很多这样的系统，特别是在高端车型上。

英菲尼迪Q50，利用视频摄像头、雷达和其他技术来实现其车道保持、巡航控制和防撞车系统。

梅赛德斯S级轿车，包括自主转向、驻车、事故避免和驾驶员疲劳探测等系统。

一些宝马车型，可以识别限速信号并把你的汽车保持在低于（或就设定在）适当的速度上。

特斯拉汽车的AutoPilot模式，控制汽车的转向、刹车和速度；特斯拉也有自动驻车系统。

沃尔沃的2014车型，包括带有可使汽车跟随前车甚至变道的、带有转向辅助功能的自适应巡航。

更多的智能化在不断涌现——你可以在后面的8.2节中读到。

注意

今天的智能驾驶多多少少都是要集成车载摄像头、传感器和用来提供更安全的驾驶体验的告警系统。后备箱摄像头甚至在低端车上也已经成为了标准配置。车侧安装的“死角”摄像头用来实现变道预防系统。驻车传感器让你知道是否和周围的车贴得太近了。

8.1.4 智能通信

汽车里所有的传感器和系统不是在凭空操作的。这些设备之间以及与其他车里的类似设备之间，是互通信和互操作的。

今天的车载系统通常是通过有线（而不是无线）连接的。占主导地位的通信标准就是所谓的CAN总线技术，即controller-area networking。这个标准可以使通信速度达到500kbit/s，你可以认为这比家里的网络要慢，但是对于车内设备之间的简单数据传输已经足够快了。

将来，汽车会因为彼此之间的通信而变得更加聪明。不再依靠模糊的传感器和雷达来识别临近的汽车，你的车会收到其他汽车发送来的信号。大体上来说，车上的计算机“大脑”将和那辆车的计算机“大脑”通信。你的车会知道那辆车的意图，它要去哪里、走什么路线以及以多快的速度行进。通过实时分享这些信息，汽车可以计算出适当的方向和速度，不仅仅可以避免与那辆车的相撞，还可以决定与这辆车是一起行驶还是分开行驶的最佳路线。

车辆之间的通信系统是自动驾驶汽车的一部分，并会创造出一个更安全的驾驶体验。根据美国国家高速公路交通安全委员会（NHTSA）的说法，这种汽车之间的通信系统可以帮助避免80%以上的交通事故。这将是对技术的美好应用。

8.1.5 智能娱乐

一种最常见的应用于汽车的技术就是智能娱乐系统。这就是为了让你在驾车的时候更加容易听到喜欢的频道。

今天最先进的车载娱乐系统不仅包括AM/FM/卫星收音机（有时还包括一个CD播放机），还包括一个可以连接智能手机或者USB记忆棒的USB插口。这些系统中更智能的还可以从仪表盘显示器上控制iPhone（一般不支持Android手机），甚至从当前的选集中显示唱片的封面插画。

甚至还有更方便的，很多车载娱乐系统可以不用线缆，而是用蓝牙无线技术连接智能手机。当我启动我的本田CR-V汽车，它可以自动识别出我的Samsung智能手机，并开始播放手机的数字播放列表里的下一首歌。我什么都不用做，除了选择一下音频的输入，或者如果我不喜欢某首歌，敲一下Next键就好。所有的连接都是背后发生的，真不错！

有些汽车甚至有针对特定流媒体音乐服务的内置应用，这样你可以直接从你的仪表盘开始播放（当然，需要连接智能手机）。Pandora应用是最常见的，虽然也有的车使用针对Spotify、iHeartRadio等其他服务的应用。

Apple的CarPlay技术看起来会使车载音乐播放更加方便。CarPlay利用Apple的Siri语音识别技术，只用几个精心选择的词汇就能让你控制娱乐系统——这比转动旋钮或者敲击触摸屏要安全。（图8.3显示了工作中的CarPlay系统。）CarPlay技术还实现了对地图/导航（通过饱受诟病的Apple Map应用[2]）、短信、电话等功能的控制。

Apple正在与大多数主要的汽车制造商合作以在他们的车载娱乐系统中集成CarPlay。有望在以下厂家的车里看到CarPlay技术：奥迪、宝马、雪弗莱、克莱斯勒、道奇、福特、本田、现代、马自达、梅赛德斯、尼桑、铃木、丰田、沃尔沃等，未来几年还会更多，而2015年款的车型就已经排起长队了。

图8.3 Apple的CarPlay系统

注意

语音命令并不局限于Apple的CarPlay系统。其他的制造商也提供类似的针对电话、回答短信和电子邮件的语音控制。（有的车甚至会为你读出短信，这样你就不用边开车边发短信了，开车发短信在越来越多的地方会被视为违法。）

Apple并不是唯一想控制你的汽车娱乐系统的公司。Google正在开发Android Auto，可以控制娱乐系统、地图和导航（通过Google地图），并通过Android手机来实现。（图8.4显示Android Auto的地图和音乐信息画面。）与CarPlay类似，Android Auto可以用手机和汽车上的仪表盘触摸屏显示控制，或者是用语音命令控制。Apple的很多汽车制造商伙伴同时也和Google建立了伙伴关系，所以这两个相互竞争的系统中谁会最后胜出还需要时间来回答。

8.1.6 智能空调控制

车内的空调控制系统也在变得更加智能。那种一个旋钮控制取暖/空调（向右旋是加热，向左旋是制冷）的日子一去不复返了。今天典型的空调系统让你可以设定想要的精确温度，然后空调自行调节保持这个温度。你还可以有多区域控制，这样驾驶者和乘客（比如后座的小孩）可以设定他们自己的区域的合适温度。这都是计算机控制的，而且工作得还不错。（图8.5显示了一个典型的双区域空调控制系统，是福特的MyFord触控通信/控制系统的一部分。）

图8.4 Google的Android Auto系统

图8.5 MyFord触屏系统中的双区域空调控制

空调控制在未来几年还会变得更加聪明。可以预见，你的车会通过识别正在开车的人是谁（通过其携带的特别的钥匙扣）而自动按照其喜好调节温度。它还会调节座椅并接通你喜欢的电台（或者互联网电台），设定在习惯的音量上。这都是为了基于驾驶者个人好恶的来个性化驾驶体验。

8.1.7 攻击智能汽车

所有这些智能电子设备看起来都不错。毫无疑问，我们最终会担心没有它们我们可怎么开车。但这同时也代表着恶意的黑客可能会掌控你的汽车。这的确值得担忧。

设想这样的情景：你正沿着高速公路以大约100千米左右的时速驾驶着智能汽车。没有任何征兆地，方向盘转向左边打而你闯入了临近的车道。或者车就是慢慢地停下了，或者根本就熄火了。

这种表现是因为出了故障了么？问题不在于车，而是有人闯入了汽车的计算机系统。这并不是遥不可及的事情，特别是当智能汽车开始通过无线或者移动网络与外面世界互联的时候。

事实上，恶意闯入的风险比大多数汽车制造商所愿意承认的要大。这是因为今天的汽车控制系统是非常初级的，无法和家用电脑或者智能手机相比，而是只有可怜的一点甚至根本就没有内置的安全性。换句话说，如果有人想这么做，那么黑入一辆汽车是相对容易的。

据说，汽车制造商已经意识到这个威胁并正在改进安全系统。事实上，最大的汽车部件供应商之一Continental，与IBM和Cisco联手为它们的电子设备添加防火墙。Ford和Toyota也在开发保护它们的汽车的防火墙，并将最新的嵌入式安全芯片植入车载计算机。

那么，很可能在未来的几年里，智能汽车也将会成为更加安全的汽车。但是安全问题会一直存在，对某些制造商而言，这还是个大问题。

注意

黑入汽车并不一定是恶意的。今天，第三方的板上诊断（OBD）系统使你可以黑入汽车的计算机并运行自己的诊断程序。借助这些设备，你可以了解别的驾驶人员是如何使用它们的汽车的，如何保持最佳性能，甚至可以找到讨厌的“检查发动机”指示灯背后的原因。详情请见OBD-II的网站www.odbii.com。

8.2 自动驾驶汽车

现在我们到了本章中万众期盼的部分了，即关于自动驾驶汽车的小节。

8.2.1 自动驾驶汽车的工作原理

所谓自动驾驶汽车就是能够自己行驶的汽车，只需要很少人甚至不需要人类驾驶员的介入。它用传感器、计算机和别的智能技术感知自己与其他车辆（和道路）的相对位置，并根据预置的坐标进行导航。

为了可以完全自动地驾驶，汽车需要一系列不同的技术。这些技术包括以下几种。

360度摄像机，以观察汽车周边的所有角度。

自适应巡航系统，以调节行驶中的速度。

紧急刹车和转向辅助，以避免撞车。

GPS，以确定精确的位置并导航路线。

雷达与灯光探测和测距（Light Detection and Ranging，LIDAR），以感知你的车和其他车或物体之间的距离。

立体摄像机，以提取轮廓并识别其他与车辆不同的行人和自行车骑手。

注意

LIDAR是一种通过激光照射物体并分析其反射光的测距技术。雷达与LIDAR的作用基本相同，但用的是无线电波。

当然，一辆自动驾驶汽车还需要一台非常稳定的计算机来管理整个工作。车载计算机必须与所有的这些传感器和系统连接，并在任何特殊情况下都给出所需的操作。另外，车载计算机还需要基于GPS和众所周知的地图来处理所有必要的路线功能。

紧急刹车和转向辅助系统最令我感到神奇，它可以让方向盘自己来执行车辆的规避操作，当发现障碍物的时候自动变道以避开。图8.6展示了一个这样的系统，来自零部件供应商Continental的紧急转向辅助系统。如图8.6所示，当遇到某辆更慢的车辆或者障碍时，该系统触发，触发时间足够该系统接管刹车和转向系统，执行减速并转入临近的车道，这比大多数人类驾驶员的反应更快速和精确。

图8.6 Continental的紧急转向帮助系统是如何工作的

通过把这种防撞车系统和自适应导航结合起来，汽车就可以在路上行驶而不会撞上任何东西了。当然，确切的路线是通过GPS地图和导航来制定的。设定目的地（或者就是说出来目的地，这样就有可能还需要加入语音控制），车载计算机就会计算出到那里的最佳路线。然后自动系统就会接管汽车沿着路线开过去。

8.2.2 未来趋势

自动驾驶系统中所需要的很多技术都是今天已有的。难怪大多数的汽车制造商都有自己关于自动驾驶汽车的宏伟计划。这里是未来几年主要汽车公司的自动驾驶汽车上市计划。

奥迪计划上市可以自动转向、加速和刹车的汽车。

凯迪拉克计划引入带有自动车道保持、速度控制和刹车控制的特别车型。

梅赛德斯计划引入Autobahn Pilot（在美国，叫做Highway Pilot），这是一种可以达到无人操作的高速公路驾驶系统，并可以实现自动超车。

丰田计划推出它所谓的准自动驾驶汽车，带有自动高速公路帮助、车道追踪控制和协作/自适应导航控制。

再往远一点看，汽车部件的大型供应商Continental，正在它的先进驾驶员辅助系统单元中加入各种自动驾驶技术。该公司计划在2015年前为有限的高速公路和修建区提供自动驾驶帮助。到2017年，该公司预期在双车道驾驶技术中加入低速城市驾驶的自动化，10年后加入乡村公路上的驾驶支持。预计完整的自动驾驶技术将在2025年左右最先应用在高端车和奢侈品车上。

顺便说一下，今天实际上已经有一种自动驾驶车辆投入商业运营了。然而它并不是一辆汽车。如图8.7所示，来自Induct Technology的Navia是一种高尔夫球车和开放式摆渡车之间的混合体。它设计来在步行区使用，并能够以每小时20千米的惊人速度行驶。而它是完全自动化的，这为我们揭示了更传统的载客车辆的未来。

图8.7 Navia自动化电动交通工具，来自Induct Technology

8.2.3 自动化的层次

然而自动驾驶车辆不大可能一蹴而就。需要几个进化步骤才能达到机器人接管路面的程度。实际上，NHTSA已经建立了一个用来清晰地划分不同层次的自动化的官方的分级系统。

0级——驾驶员始终完全控制车辆。（这就是我们今天的情况。）

1级——单独的车辆控制功能是自动化的，比如自动刹车或者电子稳定控制。我们正在进入这个区域。

2级——至少2种以上的控制是联合自动化的，比如自适应巡航控制结合了车道保持。

3级——在某种条件下驾驶员可接管所有的关键安全操作。在这个阶段，车辆可以感知什么时候需要移交给驾驶员并让他知道他需要重新掌控。

4级——车辆负责全部操作，包括整个旅程的所有安全相关操作。任何时候都不再期望驾驶员控制车辆。

这样看来，终极的自动驾驶汽车就是4级的机器。我们至少要10年的时间才能到达那样的理想阶段。

8.2.4 Google自动驾驶汽车简介

现今最出名的自动驾驶汽车还没有上市，但是却得到大量的媒体关注。这可能是因为它来自最大的在线搜索公司Google。

为什么Google会想要开发自动驾驶汽车是另一个故事了，最初的原因是它想为自己的Google地图服务创建差不多是整个世界的街景照片。Google的官方声明说，它的目的是“提高公路安全性，并改变成千上万人的流动性”。听起来真是伟大。

Google通过翻新改造一系列的现有车辆来进行尝试（奥迪TT、雷克萨斯RS450和丰田普锐斯），添加自动驾驶硬件和软件。整合从这些尝试中获取的经验，Google开始进入它的下一步战略（因为他们所做的每一步都是非常有逻辑的），打造它自己的自动驾驶原型车。该公司计划建造200辆左右这种机器人驾驶的机器，2016年全部投放在加利福尼亚做测试。

如图8.8所示，Google的汽车（它还没有正式的名字）并不符合自动驾驶的风尚。实际上它的样子很可爱，特别是前面看起来好像一张笑脸。在我看来，它特别像我的孙子孙女玩的Little Tykes塑料玩具汽车。

然而它可不是什么玩具。Google汽车是一个电池驱动的电动汽车，最高时速40千米。它有停止、开始按键，但是没有方向盘或者踏板。汽车两端都留有空间，而车身却是塑料制作的。

在Google汽车内部有各种传感器和技术，用来探测车辆周围的情况。比如立体摄像机、360度摄像机、LIDAR、雷达和声纳设备。所有这些设备都是必要的，因为它们监测不同的事物；它们具有不同的监测范围和领域，并在整个宏伟计划中服务于某个特定的目的。

图8.8 Google的自动驾驶汽车，由其顶部的硬件完成

例如，立体摄像机（两个间隔一小段距离安装的摄像头），被安装在汽车的外表面上。它们可以用来产生重叠的视场从而可以实时追踪物体的距离。这些摄像头有50度视角的视场，但是只能在30米距离内保持精度。

安装在车顶的LIDAR系统可以提供更精确的距离测量。这套系统配备了Velodyne 64-激光束，可以360度旋转，每秒读取1.3MB的数据。LIDAR可以在100米内保持精度，非常适合为车辆创建其周围的一个实时地图。

雷达系统内置在车辆前后的保险杠上。这些系统用来对潜在的撞击预警，并在必要的时候激活刹车。

有趣的是，雷达系统与声纳是成对使用的。这是因为这两项技术适合不同的距离。雷达适合200米以上的距离，而声纳适合6米以内的距离。

这些传感器每秒钟会产生多达1GB的数据。这些数据用来创建车辆周围环境的地图，从而使车辆保持正确的车道并绕开障碍。

自从第一家公司开始正式实地测试自动驾驶汽车，它就在不断学习，这的确不错。我们对自动驾驶的原理了解得越多，我们的智能汽车就变得越有效（和安全）。目前，Google的智能汽车已经学习了很多关于不同的驾驶条件和危险情况的知识，包括自行车骑行人员的手势信号、铁路交叉道口，以及当一辆车停在路边的时候该怎么处理。但是，就像很多人类驾驶员一样，它还有很多要学。

8.3 自动驾驶汽车的好处和坏处

除了那种未来感，还有什么能让大家对自动驾驶汽车那么兴奋呢？好吧，当你的家用轿车或者SUV自己驾驶的时候，的确会产生一些好处，但是也有一些潜在的危险。

8.3.1 好处

自动驾驶汽车潜在的好处如下。

减少交通事故，这归功于事故预防系统。理想地说，如果所有的系统都是正确地工作的，我们就应该是零事故。这就意味着花在汽车修理、医药费用等上的钱更少。

更少的事故就等于更少的伤亡人数。今天，每年大约有35000人在车辆肇事中死亡，而其中90%是因为人为的错误。把人为因素屏蔽在外的智能自动驾驶技术可以大大地减少这种事故率。

如果事故率下降，保险费用也应该下降。（应该吧。）

减少道路阻塞，提高道路的通畅能力，因为自动驾驶汽车可以近距离驾驶而不会相互碰撞。

减少驾驶时间，这是因为自动驾驶系统带来更快的驾驶速度。

更容易停车，因为车辆自己会停车。事实上，终极的自动驾驶汽车应该把你在门口放下后就自己找个地方停车。

连续驾驶时间可以更长，而不用因为驾驶员的疲劳而停下。

对乘客而言更小的压力，以及更加有效率的驾驶，因为乘客不用再专注于驾驶。乘客们可以读书、上网、工作，或者就是在旅途中打个盹儿。

针对驾驶员的监管被取消。既然车辆是自己驾驶的，至于驾驶人员是否有足够年龄、是否超过年龄、是否醉酒或者是盲人，这些都不再是问题了。

减少了对交通警察和车辆保险的需要，假设所有的系统都依据交通法规运行就减少了事故的数量。

较少的车辆盗窃。一个具有自我意识的机器人汽车在坏人试图偷窃它的时候可以自己开走。

降低需要（正式）雇用司机的公司的成本。随之而来的多米诺效应是减少大量的物流成本，并可以把这个好处向（或者不向）客户传递。

听起来不错，对吧？更少的事故，更少的伤亡，更低的成本，更容易的驾驶。这好事可别落下我！

注意

你知道谁最喜欢自动驾驶汽车的概念么？Uber，就是它。这个众筹交通网络/出租车替代服务公司希望最终将它所有的司机替换为自动驾驶汽车。因为Uber的兼职司机收入占每次出车收费的75%，消灭那些司机就意味着这家公司财务收益大大改观，同时让人们更容易打到车，特别是在大城市。然而不好的是，这将彻底摧毁现在的出租车行业并导致上千万的人失业。这么做可行么？比你想象的要可行：一份来自哥伦比亚大学的研究表明，一个9000辆自动驾驶车辆的车队就可以代替目前纽约市内的所有出租车。这个影响是令人震惊的。

8.3.2 坏处

当然，在自动驾驶汽车的领地里不都是牛奶和蜂蜜。如果你和邻居们都在用自动驾驶汽车，坏处也是一大把，如下所示。

责任——当你的自动驾驶汽车发生了事故，谁应该为此负责呢？是你还是你的车？或者是车的制造商？或者是系统程序员？目前还没有人知道。

可靠性——我们必须面对的是，如果车载计算机和书桌上的计算机有一样的稳定性的话，我们的麻烦就来了。你能想象在路途中间重启一下你的汽车么？

隐私——智能汽车将收集很多关于你的数据——你在哪里开车、你开车的速度等。谁将会利用这些数据，而他们又会拿这些数据做什么呢？

安全——如果是一台计算机在管理你的汽车，如果这台计算机被恶意闯入，你该怎么办？车辆网络袭击者将接管你的自动驾驶汽车，把它开到陌生的地方（在那里方便对你打劫），或者就是完全停止工作。在这些情况下，恶意攻击者不大可能仅仅是获得你的驾驶数据并用它来向你发送定向广告。这就像已经发生在你个人电脑上的事情一样。

恐怖主义——网络恐怖主义者可以设定一辆装满炸弹的自动驾驶汽车，从而引发一次致命的袭击。这不是编造的故事；如果你可以想得到，那么就有人能够做得到。

驾驶员的抵制——有些人喜欢驾驶，并不愿意把控制权交给计算机系统。自动驾驶汽车会把所有的驾驶乐趣都带走么？

失去经验——当汽车为你做了所有的事情，如果遇到必须由你来接管驾驶的情况，该怎么办？如果你在方向盘后面的时间太少，你的技术就会变得很生疏。

失业——自动驾驶汽车对雇主也许是一件好事，但是可能造成很多驾驶员失业。和遭受影响的快递员和机场成排的出租车司机说再见吧，这可能改变了整个服务产业。

好了。这些应该足够引起你的思考了。

8.3.3 伦理

然后我们该谈谈伦理问题了。如果一辆自动驾驶汽车察觉到它要撞上另一辆汽车，但是急转弯驶出车道却有可能撞上行人，那它应该怎么办？面临要在车祸中伤害一辆车上的乘客，或者伤害另一辆车的乘客，它该怎么做决定？自动驾驶汽车应该在什么程度上来保护你？即使这意味着可能要伤害其他的驾驶人员？

这些都是艰难的抉择，并不因为它们包含了算法和编程就变得轻松。也许你和你汽车的制造商之间对此的观点还不一致。

有几种不同的途径来解决这些问题。你的汽车可以编程设定为。

民主的，假设在一个给定的场景下每个人都有平等的价值。

实用主义的，这样某些人将被视作比另一些人更重要。例如，车辆可以被设定为在学校附近给儿童更高的优先权，以及在城市驾驶中给行人更高的优先权。

自我中心的，这种情况下，你也就是拥有车辆的乘客，永远是优先的。

物质主义的，就是强制考虑最小的物质损失（或者法律责任）。

虽然这些伦理观点可以在出厂前由汽车制造商预先设定，也有可能是车主将有权对于未来的事故中要采取的操作做出选择。车主可以干预在事故中相对其他车辆上的乘客或者行人而言，在多大程度上保护你自己。这样就把伦理责任从汽车制造商转移到了车主的身上。

但是有多少人愿意事先思考一下这类问题呢？会不会多数人就是简单地接受了制造商的缺省伦理选项呢？会不会大多数人根本就不会去阅读法律责任声明呢？也许就是这样，难道你曾经读过今天所用的软件的使用法律条款吗？

这不仅把我们引入道德困境，还会引入法律困境。如果制造商用一系列的伦理“if then”编程来配置一辆自动驾驶汽车，他是否需要对任何被这个程序配置的死伤负责？哦！你看看这事情变得有多复杂……

8.4 了解法律背景

法律责任问题（也许也包括伦理问题）将最终由立法者和法院所决定。然而由于立法者的工作效率，技术上的发展总是领先于法律的完善。

情况是这样的。如果你的自动驾驶汽车卷入一场车祸（就是说，在自动驾驶模式中），谁将承担法律责任？是车主么？甚至你当时并没有真正驾驶？是车辆的制造商么？或者是自动驾驶软件的开发人员？这个问题一直要到哪里才能停下来呢？

如果你（也就是驾驶员）给汽车输入了一些关于如何应对特定场景的指示，法律的责任会发生变化么？如果制造商预设了一组伦理反应（优先拯救车内乘客，或者永远避免撞击行人，或者其他规则），会把法律责任从这个汽车制造商的身上移开么？

而且，在我们到那一天之前，先讨论下在你本地的道路上行驶自动驾驶汽车的合法性如何？你今天能合法地使用一辆自动驾驶汽车么？

至少在美国，一般的州立法没有考虑要接受自动驾驶汽车。这就造成一个法律上的灰色地带。虽然现行的法律并不见得一定要禁止自动驾驶汽车，它们也没有明确允许。事实上，现行的法律隐含地认为方向盘后面会有一个人来为车辆的行为负责。

在自动驾驶汽车大规模引入的黎明前，这些法律都必须开始修改。它们也确实在修改。目前，美国只有部分的州（加利福尼亚、佛罗里达、密歇根、内华达和哥伦比亚特区）已经修改法律明确自动驾驶汽车的使用是合法的，而很多其他的州也已经在开始制定类似的法律了。在未来的几年内，很可能大多数的州立法都会允许自动驾驶汽车。

然而，这些法律并不能解决仍然悬而未决并且引发争论的法律责任问题。全美国的机动车管理部门和立法者现在都在讨论这个问题并且编制立法草案。汽车制造商、保险公司和其他的行业组织都在提供他们自己的建设性意见。像你我这样的驾驶人员无疑也会有发声的机会。

问题在于，为了确保自动驾驶汽车的成功，实际上，就是为了制造商能够真正引入这些汽车的销售，立法问题必须要提前完成。没有哪个养了上千位律师的汽车制造商会在连自己在道路事故中要负担什么责任都搞不清的情况下，就让自动驾驶汽车上市。什么时候谁应该为事故负责将确定下来并写入法律，而车辆保险行业将随之调整理赔范围、政策和费率。山雨欲来，在这场大变革到来之前没有什么会遗漏而没有精心讨论的事情。

换句话说，不要对此过分担忧。大人物们都在忙着这事儿呢。

智能汽车和你

今天，智能汽车（至少是完全自动化的形式的车辆）还没有真正出现。不过它们等不了几年了，也许你未来的第二辆或第三辆车就将是智能汽车。

所以你现在还不用去担心自动驾驶汽车的伦理和法律责任，至少这几年还不用。

当它们开始上市的时候，应该首先从高端车制造商（奥迪、宝马、梅赛德斯等）的销售商得到，而不是你本地的福特或者雪佛兰（或者本田和丰田）的销售商。像大多数汽车技术那样，自动驾驶系统未来应该是从高端车逐渐扩张到低端车，其间经历几年的时间。所以15000美元就可以买一辆自动驾驶的起亚的情况，应该在几十年以后才能实现。

这就是说，如果你到市面上买一辆新车，你的确需要考虑一些智能技术。可以预期的是，相对高端的车型会有最多的“智能”选择，但是即便是不足20000美元的量产汽车，也可以在选择列表中看到一点智能汽车技术。例如，我妻子2014年的本田Accord，就有一个车道漂移报警、后备箱和死角摄像头，以及你可以梦想的所有的蓝牙娱乐设施。随着这项技术变得更加便宜，你会在更多的车上看到它。

更加智能的诊断估计也不会等太久。完全自诊断的汽车，配有自动呼叫服务中心来预约维修服务，这还只是概念。但是显然，很快就能实现含义更明晰且更具主动性的仪表盘报警。

这里的重点是要关注正在涌现的智能技术（包括各种自动驾驶技术），了解你的选择，并且当你要到市场上买新车的时候充分利用这些先进技术。有些制造商会比竞争对手走得快，但是他们都已经开始了在这个领域中的角逐。不管你想要什么智能技术，最终都会出现，稍安勿躁就好。

[1]　 周末机械师，指在周末在家业余修理自己汽车的人。——译者注

[2]　 Appled Map地图应用一度因精度问题为人诟病。——译者注

第9章　智能飞行器：无人机的未来

智能飞行器是什么？就是那种可以自己飞的飞行器。它不见得很大，也不一定是载人的，只要是能自己飞就行。你一定猜得出我在说什么，就是无人机。

无人机是当今的热点。军队用无人机打仗。警察正在用无人机监控治安。街角的那个披萨饼店也想把你的意大利辣香肠披萨用无人机递送给你。

无人机、无人机，更多的无人机。一旦升空，这些智能机器人飞行器可以做很多事情。你准备好迎接无人机的未来了么？你很快就会发现，无人机是物联网不可或缺的一部分。

9.1 什么是和什么不是无人机

一架无人机飞行器，实际上就是一架没有人的飞行工具，通常英文缩写为UAV（Unmanned Aerial Vehicle）。这就意味着它是一架飞机，无论什么尺寸或形状，都是可以自己飞行的，而不是由一位乘坐在其中的飞行员驾驶的。可以将无人机想象为一架自动控制的或者遥控的机器人飞机。

9.1.1 理解无线控制的飞机

虽然最近无人机很热，自动驾驶的飞机并不是什么新鲜玩意儿。事实上，今天的无人机跟你给孩子玩的遥控飞机没有什么本质的区别。（或者也许有点区别：这是一个没有年龄限制的爱好。）

一架典型的遥控飞机（见图9.1）包括一个飞机机身、发动机（汽油的、电动的或者燃气涡轮机的）以及某种无线遥控器。多数飞机型号都是由螺旋桨驱动的；有些是由小型喷气发动机驱动。款式各异，从小巧廉价的到非常大（2米翼展）也非常昂贵的都有。

图9.1 整装待发的UMX F4U Corsair遥控飞机，来自E-flite

还有遥控直升机（见图9.2），操作起来有点困难但是也更灵活。给这个直升机附上一个数码相机或者摄像机，用智能手机来控制，你就可以从几百米的高空来拍摄非常酷的照片或者视频了。这也许就是遥控直升机在爱好者和一般公众中都非常流行的原因。

图9.2 mll FHM Cobra迷你遥控直升机，来自Cobra RC Toys

最新的遥控飞机形式，可能也是最容易操控的，是4个螺旋桨的直升机，一般叫做四轴直升机。如图9.3所示，一架四轴直升机有4个固定安装的螺旋桨；两个顺时针旋转，两个逆时针旋转，具有很好的飞行稳定性。四轴直升机最有可能成为民用中最广泛使用的无人机。

图9.3 ELEV-8 V2四轴直升机，来自Parallax，Inc.

用一个手持的控制器单元来控制你的遥控飞行器，如图9.4所示。有的“ready- to-fly（RTF）”机型带有它们自己的控制器；还有的带有一个无线接收器，这样你就可以用自己的控制器。所有的控制信号都是由无线射频（RF）信号（以72MHz或者2.4GHz）发送的，保证你可以控制飞行器的尾舵、升降舵、节流阀、副翼等。

图9.4 DX6控制器，来自Spektrum

你可以从Toys R Us或者当地的或在线的爱好品商店购买遥控飞机。有些看起来更像玩具，不到100美元就可以买到，不过真正的爱好者机型要贵得多，特别是那些有更强劲的发动机、复杂的控制器和照片、视频拍摄功能的。

9.1.2 什么造就了无人机

假设你花费了几百美元买了一架四轴直升机或者飞机。这就足以让你开启自己的无人机生涯了么？

是的，的确。既然根据定义无人机就是一种UAV，如果你有一个遥控飞行器，你也就有了一架无人机。事实上，很多遥控飞机制造商都跳进这股潮流里，把他们的爱好者飞行器（尤其是那些具有内置摄像头的）重新定义为无人机。

举个例子，比如说Parrot Bebop Drone无人机（见图9.5）。（没错，把无人机叫做drone就是源自这个产品的名字。）这个流行的小四轴直升机包括一个内置的计算机化的全球定位系统（GPS）导航系统，使其可以在飞行中盘旋，并可以自动返回到它起飞的地点。它还包含一个机载高清摄像头并带有自己的Wi-Fi热点，这样你就可以用智能手机、平板电脑或者它自己选配的控制器来控制它。Parrot的第一视角（FPV）能力意味着你可以看到它在飞行中所看到的景物，其基本售价499美元。

图9.5 飞行中的Parrot Bebop Drone四轴直升机；注意摄像头是安装在飞行器的头部前面

注意

带有第一视角能力的遥控飞机使得操控者可以在超出常规视野的范围内控制飞行器飞行。一个第一视角飞行器包括一个视频摄像头，通常是安装在飞机的头部前端；人类操控者通过一个视频屏幕来观察来自摄像头的实时图像。有的第一视角飞行器的飞行范围可达30～50千米！

需要说明的是，今天更加先进的无人机是精密的，也和普通的发烧友级的产品有很多显著的不同。

首先，当今最先进的无人机都在向自动或者半自动操作发展。虽然外部操控者的控制仍然是常见的方式，自动化系统越来越多地用于飞行器的起飞和着陆，以及执行飞行中的简单操作。有些无人机利用GPS技术来驱动自动飞行模式。

其次，商用和军用无人机通常比发烧友级的飞机更大，且经常是为特殊目的定制的。军队用来向敌对目标发射导弹的无人机相比设计来取乐的遥控飞机可谓相去甚远。

再者，商用和军用无人机比发烧友级的飞行器飞行距离要长得多。它们不仅能靠一次充电或者一罐燃气就飞得很远，而且也可以从非常远的距离处远程控制。一架遥控飞机只能在地面上的遥控者的视野范围内飞行，而商用/军用无人机依靠综合应用卫星和自动驾驶技术，可以在几千千米外飞行。这就使得由基地控制的无人机可以穿越整个城市、州、国家乃至整个大陆。

9.1.3 不同种类的无人机

说到无人机的控制距离，专家们对无人机按照其可飞离基地的距离和高度予以分类，细节见表9.1。

表9.1 无人机巡航范围分类

分类

高度

控制范围（最大）

手持型

600米（2000英尺）

2千米

近距离型

1500米（5000英尺）

10千米

北大西洋公约组织型（NATO）

3000米（10000英尺）

500千米

战术型

5500米（18000英尺）

160千米

中空长巡航（MALE）

9000米（30000英尺）

200千米

高空长巡航（HALE）

9100米（30000英尺）

无限距离

超音速

15200米（50000英尺——亚轨道）

200千米

除了这些范围分类，专家们还把无人机分作6种功能类型，详见表9.2。（注意，有些无人机是同时属于两种或更多的功能分类的。）

表9.2 无人机功能分类

分类

功能

民用和商用

提供非军事操作的功能

战争

可以袭击敌对设施

物流

执行货物拖曳和其他的物流功能

侦察

提供军事情报

科研

提供测试和其他用于进一步改进无人机技术的功能

目标和诱饵

识别地面目标和空中火炮

9.2 无人机的今日用途

除了传统的遥控飞机式的发烧友飞行外，今天还有很多组织利用无人机。目前，全球有超过50个不同的国家有他们自己的无人机计划，用于国家或者本地政府和警察。越来越多的私人公司也将无人机用于他们各自的商业目的中。

注意

无人机市场在急速增长，这吸引了很多急于获利的公司。无人机领域已经出现了上千家企业，从大型军事工业情报的复杂玩家到小型创业公司。

9.2.1 军用无人机

也许你已经猜到，军事上对无人机有独特应用。这就是自动化的战争，不管其目的是好是坏。

至少美国军队是无人机用于战争的最大的支持者之一，至今已经部署了11000架无人机。军用无人机可以执行各种任务，从空中侦察到富有争议的遥控战争。侦察无人机配备高清晰度摄像头；攻击无人机配备导弹和炸弹。有些专家相信无人机最终会取代大多数载人军用飞行器，从而避免了飞行员的牺牲。

军队热衷于无人机的原因很多。首先，它们比传统的飞机便宜很多。其次，它们比载人飞机有更长的升空时间，实际上，每次升空可以保持几天。最后，一旦有无人机坠毁，不会有人受伤、死亡或者被敌人俘获。

注意

虽然有人相信最后一个原因是促使军用无人机普及的关键因素，也有人相信成本因素至少也是同等重要的。

军事装备中最流行的无人机是庞大的MQ-1Predator[1]，来自General Atomics（见图9.6）。翼展8米的Predator，通常配备AGM-114 Hellfire[2]空对地导弹，据说这对轰炸特别有效。

Predator（以及比它更大的近亲Reaper）由临近冲突地区的地面机组成员发射，然后操作权被移交给12000千米之外处于内华达州的Nellis和Creech空军基地。实际上每个无人机由一个3人小组控制，每个小组都坐在一堆视频屏幕之前。一个成员控制无人机的飞行，另一个人监控和操作无人机的摄像头和传感器，而第三个人负责与指挥官和身处冲突地区的军队无线电联络。所有的进攻决定都是由人做出的；这个决策过程是没有任何自动化的。

图9.6 飞行中的配备了导弹的Predator无人机

另一种来自AeroVironment的相对较小的（翼展1米）Raven无人机也很流行（见图9.7）。Raven用于远程侦察，也比Predator更加自动化。发射以后（可以手动来发射），这个无人机可以通过GPS技术找到自己的方向，并传回一个实时视频。这些更小的无人机一次可以飞行数天而不需要太多的人工干预。

图9.7 发射Raven侦察无人机

9.2.2 情报无人机

美国空军并不是唯一在军事行动中使用无人机的部门。中央情报局（CIA）也是无人机技术的重要支持者。军队在某种程度上来说是公开使用无人机的，就在美国军队部署的地方操作它们，而CIA则不怎么公开，它们在雷达无法发现的范围内使用遥控飞行器。

毫不奇怪，CIA引入无人机是9.11恐怖袭击事件的结果。那时对于加强情报收集的呼声越来越高，而无人机的出现非常应景。CIA在阿富汗、巴基斯坦、也门、索马里以及其他国家开始部署无人机作为侦察可疑恐怖组织的手段。然而，CIA的特工们很快就开始升级采用更加具有挑衅性的行动，即使用军事级别的无人机来把或远或近的目标炸上天。

最后，CIA在中东和其他地区将可疑的恐怖分子首领“定点清除”。而任何临近的人也会被杀死，因为那些Hellfire导弹并不真的是精确地定位在目标上的。根据Brookings Institution的报道，对于一个敌对分子的首领的每一次刺杀，也许有10个平民被杀害。这已经引发了国际社会和美国国内某些组织的愤慨。有些人认为这种定点刺杀是对国家法律的公然践踏；而另一些人认为这是战争的自然进化，并且挽救了那些可能在战争中丧失的生命。

注意

这里还有一个问题，就是远程操控者有时候是乐于杀戮的，因为他们位于远离战争的完全安全的大陆。如果说操控者也像传统战争中的部队那样要承担战争创伤后压力心理障碍（Post-traumatic stress disorder，PTSD），那又会怎么样呢？

9.2.3 安防无人机

CIA不是利用无人机来侦察坏人的唯一组织。比如说，美国边境巡逻队就利用无人机巡视美国的南部边界，侦察非法移民和毒品携带者。巡逻队对Predator和Raven都很喜欢，并拥有3940万美元的空中安防预算。

然后是警察部队。今天伊利诺兹州Danville的警察部门不太可能使用以导弹武装的Predator来对付交通肇事者。但是，他们很有可能用无人机来侦察可疑的犯罪分子，监控特种任务部队（SWAT）的行动，甚至可能在空中监管交通。

你一定可以理解这个诉求。一架基本型的安防无人机比警用直升机要便宜得多，而且还能够到达直升机无法到达的区域。在不添加燃料或者补充电力的情况下，无人机的滞空时间也比较长。为什么不喜欢呢？

于是，你可以毫不意外地发现上百个地方和州的警察部门已经向联邦航空管制局（FAA）申请在他们的执法行动中部署无人机。你也许应该惊讶的是美国日益增长的对国内使用无人机技术的抵制。美国的地方和州立法部门已经通过或者正在商讨严厉的法律，以规范无人机的使用时间和方式。例如，在弗吉尼亚州的Charlottesville（第一个限制无人机使用的城市），警察被明确禁止在刑事诉讼中使用来自无人机采集的信息。其他法律机构（甚至联邦层面的国会）已经通过法律禁止在没有授权的情况下利用无人机对个人进行定点监视。

所以也许你的本地警察正在从空中监视你的一举一动，谁也说不准。问题还需要继续争论。

9.2.4 民用直升机

无人机的使用不仅限于本地和中央政府。很多的企业都在研究如何能利用无人机来帮助他们的日常运营。

例如，能源公司在考虑用无人机检查遍布全国的油气管道。电力公司也在考虑用无人机来巡视电力线。（无人机特别适合那些对人工巡检和载人飞机而言非常无聊、肮脏或者危险的工作。）

农场主正在用无人机来看管牲畜。林业局正在利用无人机定位山林大火，并在野外的搜救行动中提供帮助。

一些房地产开发商已经利用简单的四轴直升机拍摄待售物业的俯瞰照片。零售商和食品供应场所，从Amazon到Domino’s，都在评估利用无人机送货。

好莱坞利用无人机来录制电影的片段，同样，一些大型广告商也利用无人机拍摄广告片段。无人机被用来提供大联盟赛事的转播，包括2014年Sochid冬季奥林匹克赛。乐队OK Go最近使用一架无人机为他们的歌曲《I Won’t Let You Down》录制令人难以想象的视频。（可以在YouTube上查看这段视频；简直就是疯狂。）

在科研方面也有很多无人机应用。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）正在使用无人机监测飓风和其他气象异常。一些政府和研究机构利用无人机进行科学研究，特别是在南极洲的极端天气中。

未来的应用会越来越多。

9.3 无人机的未来

10年前，很少有人知道无人机是什么。今天，政府和民间机构将无人机广泛用于各种不同的用途。10年以后，无人机的世界又会变成什么样子呢？

9.3.1 更智能的无人机

今天很多的无人机并不真的是“智能”的飞行器。如前所述，它们就是稍微进化了一点的无线控制飞机，由在附近或者很远处的操控者控制。在它们的操作中没有多少自主性。

然而另一方面，安防无人机是更加自治的。今天的安防无人机，比如Raven，一旦发射就基本可以依靠自身运行。它们可以利用GPS技术和计算机化的地图找到目标并在附近盘旋，自动发送回数字照片或者一个实时视频输入。远程团队不需要做太多工作，除了分析照片、视频和无人机送回的其他数据。如果无人机需要移动到另一个位置，则控制团队制定新的坐标，而余下的工作就由无人机自己完成了。

随着无人机技术的成熟，越来越多的飞行操作变成自动化的。更加智能的无人机将自动发射和着陆，也可以自己找到监控或者袭击的目标。更多更好的内置传感器将使无人机可以处理随时出现的障碍，包括天气、敌方炮火，甚至是同一地区的其他飞行器。今天，遥控团队需要操控无人机躲避任何潜在的麻烦；明天，无人机将自己对付那些障碍。

攻击无人机也有可能将会自己做出攻击的决定。在今天，是控制团队的一员来扣动假想的扳机，但是更加智能的瞄准软件将使得未来的无人机自己做出那些决定而不用人工干预。无人机将使用人脸识别技术识别关键目标，识别同一区域的其他人和财产，计算出什么时候目标是可捕获的，以及什么时候附带损伤是可以接受的。最后，当一切条件符合，就发射导弹。不用麻烦人类做出这些艰难的决定（以及导致创伤后精神紧张障碍）；就让机器人为我们做这项杀戮吧！

如果这听起来有点太像《终结者》里面的场景，那就在一个小得多的范围里来考虑，实际上已经实现了这种自动化攻击决策。以色列的Harpy无人战斗飞机被设定为识别和自动投弹炸毁任何不符合其内置的友军信号的雷达。这就使其可以定位和摧毁敌人的防空雷达装置——所有这些都不需要任何人卷入决策过程。

注意

技术很少会老老实实地待在产生它的国家里。以色列已经把它的Harpy无人机卖到其他国家了。

各种类型的自动武器都是特别麻烦的。我们真的想要用机器人军队为我们打仗么？一方面，这的确能减少我方的伤亡。另一方面……好吧，我们就要担心发生类似《终结者》中的情况了。而且即使“天网”从来不会出现，自动化杀戮的道德问题仍然是令人质疑的。

无论你认为机器人战争（不管在空中还是在地上）是令人困扰还是令人兴奋，这都是值得进一步讨论的。关于这一点，请见第10章。

9.3.2 快递无人机

更加智能的无人机不仅限于军事用途。在定位和飞行方面，一架无人机越是智能，就越是适合用在各种民用领域上。

可能在智能无人机商业应用上谈论得最多的是快递无人机。现在，快递是电话销售或在线销售业务的最大的成本中心，它也是食物配送领域最大的主要成本。无论是我们在谈论昂贵的UPS和联邦快递，还是工资相对较低的披萨饼送货员，生意人都是喜欢更低的送货成本，而自动化快递是其中的一个解决方案。

那么就无怪乎从Amazon到Domino’s这些不同的企业都在评估无人机送货的潜力。一架相对低价的无人机不仅可以代替现在的两个送货人，还有他们的送货车辆。也有可能无人机比那些后座上放了一摞的披萨饼的兼职派送员更加快速和精准。

为了让无人机成为有效的送货工具，它们需要比今天更加智能。你家附近的中餐馆不会因为要使用一队无人机而在餐馆的后堂忙着摆弄游戏杆。企业希望能输入送货地址，向无人机上装好他们的产品，然后就放飞它。如果你把一个人类员工（送货员）替换为另一个人（也许是薪水更高的无人机驾驶员），那是毫无意义的。

这就意味着需要更加智能的导航系统。无人机必须知道一个给定的地址在什么地方，去那里的最佳路线，以及路线上的任何潜在障碍。好在，这些都已经是现有技术了。

我们讨论下披萨饼送货无人机的例子。你通过电话或者是在线方式下单，然后订单进入披萨饼店的系统。当披萨饼滑出烤箱，它被装到盒子里送到无人机发射区。披萨饼被固定在排队中下一个无人机的底部，然后无人机被店铺的计算机输入送货地址。按下按钮，无人机飞入无尽的夜空。

送货坐标存储在无人机的计算机内存中，同时保存的还有这一地区的航空地图。无人机几乎是以直线飞往你的地址。因为高层建筑和电力线也是地图系统的一部分，所以无人机知道绕开这些类型的障碍。无人机同时配备了防碰撞系统，所以如果同一区域还有别的无人机（或者鸟和低空飞行器），它会对飞行路线进行必要的调整。

当无人机到达你的地址，它会降落或者把披萨饼投落在你的前门台阶上，并短信告知你的货物已经送达。当然你事前已经用信用卡支付过了，所以此时你只需要打开门接收披萨饼，对正在飞回基地的无人机挥手道别。

如果这整个场景听起来还有点远，让我告诉你在2013年，英国的Domino’s就测试了它们称为DomiCopter的送货直升机。如图9.8所示，这就是一架六旋翼无人机，调整后可以携带一个Domino’s的保温披萨包。现在看来，DomiCopter只不过是持续升温的无人机热潮的公共宣传表演，但是这仍然是一个对无人机送货概念的证明。

大型在线零售商Amazon也对无人机送货进行了试水。Amazon正在开发一项其称为Prime Air的基于无人机的送货服务，目标是在选定的区域内实现30分钟送货。如图9.9所示，Prime Air无人机是一架八旋翼的无人机（技术上说，八轴直升机），具有携带小型包裹的足够升力。据称这些电池驱动的无人机可以携带约2千克的重量以每小时80千米的速度飞行，带有必要的传感器以避免在空中发生碰撞。Amazon计划在2016年启动Prime Air计划，虽然由于FAA的管制，这看起来不太现实。（Amazon说他们库存的86%的产品都低于或等于约2千克重，它们都适合用Prime Air无人机来送货。）

图9.8 飞翔中的Domino’s的六旋翼DomiCopter测试机

图9.9 Amazon的Prime Air无人机，携带了一个测试用包裹

注意

Amazon的Prime Air是设计用于本地送货的。对于长距离送货，可以考虑无人机网络的概念。这就是一个由无人机构成的网络，无人机运送包裹的方式和互联网运送数据的方式相同，即以“包”的形式，通过一系列的“跳”，或者说飞行的路线递送。从一架无人机送到另一架，最后一架本地无人机送到特定的家庭或者办公建筑。

Google也不甘示弱，提出了他们的Project Wing。Project Wing是一个具有独特的垂直起降能力的尚未命名的原型机，在该公司绝密的Google X实验室开发。这架无人机以尾部着地，并有4个旋翼——两个在下面两个在外面，朝向机翼的边缘。它不是一架直升机，也不是一架固定翼飞行器；它是一个独特的“混血”飞行器，结合了两者的飞行方式。

空气动力学设计不是Project Wing唯一独特的地方。Google特别关注于如何让这个飞行器运送负载。在城市中或者充满居民的地区降落一架无人机是有问题的，因为有很多的障碍（无论是来自建筑的还是来自人的）。Google尝试着采取其他的方式，把包裹从上面投放下来并用绳索铰链放在前门的台阶上。无人机在一个固定的位置上旋停，同时一根绳索伸出将包裹放到地上（见图9.10）。随着包裹的落地，绳索解开并收回到飞机上。这就消除了不必要的无人机和人类的接触。（Google发现在传统的落地送货方式中，有很多被测试人伸手去拿还绑在无人机上的包裹，这就意味着有被无人机旋翼伤害的风险。）

图9.10 Google独特的Project Wing无人机，正在放下运送的货物

注意

随着餐馆和零售商对无人机的接受，还出现了对技术更具人性化而不是那么商业化的应用。非洲和其他未开发地区的道路很少，地面旅行是非常困难的。在这些地区，无人机可以用来快速有效地递送必要的物资，包括食物和药品。这同样适用于灾难发生的情况。

9.4 无人机监管

无人机商业应用推广的最大障碍不是技术，因为技术的发展已经基本够用。障碍在于监管，即决定谁可以怎样地使用美好的天空。

在美国，空域的监管由FAA负责。FAA通常处理私人和商用飞机以及它们在本土空域的飞行。但是无人机也要在同样的空域飞行，问题就来了。

当前的FAA监管严格限制无人机的商业用途，甚至是为了科研的目的也不例外。没有FAA的许可，Amazon和Domino’s就不能将无人机发射到蔚蓝广阔的远方，而这个机构很讨厌给那些在主要城市上空盘旋飞行的上万个商用无人机发放许可。与建筑物、其他无人机以及更大的飞行器，或者在着陆和起飞过程中与人碰撞的机会都很大。

当前FAA允许发烧友级的无人机或者无线遥控飞机仅在120米高度下飞行，且保证在操控者的视线范围内；任何超出这个范围的无人机都是被禁止的。发烧友级的无人机也不能在机场附近或者其他具有密集空中交通的区域飞行。

这些监管措施并不总能阻止爱好者在他们不该玩无人机的地方遥控飞机。FAA每个月报告25起飞行超过120米的案例，其中有些飞到高达610米的空中。这肯定已经高到足以干扰商业航班并增加风险的程度了。

那么FAA是怎么处理这种威胁的呢？就是通过加强他们的教育计划来应对。可是，这得能保证有效才行。只要他们让更多的人知道不应该在机场附近把遥控飞机飞得那么高，问题也就解决了。我们拭目以待吧。

注意

值得注意的是，FAA积极与模型飞机协会和其他模型飞机社区的组织和俱乐部合作，来提高认知水平。

但还是没有解决商用无人机的问题。企业界希望能使用它们，但是专业的飞行员社区和FAA对此不那么热心。飞行员尤其担心，这些小型无线遥控飞机是如此难以被发现，而他们的操控者也没有经过恰当地训练以应对与更大的飞机的互动。（飞行员操作的基本原则是“发现与避让”，也就是说他们采取主动的方式来避让天空中的其他飞行器；无人机不能真正地“看到”其他的飞行器，而它们自身又太小，难以被发现。）

然而，既然无人机技术有很多的好处，FAA不能永远无所作为。这个机构将被迫允许无人机的商业应用；而它怎么监管飞行，我们还不知道。

FAA可能发布风力警报，并对某种尺寸和重量以下的飞行器的飞行取消监管。不过这不太可能，甚至可能也是不明智的，但是这肯定是Amazon和Domino’s以及他们的同侪支持的方式。

另一个方式是为无人机创立专用的空中走廊或者空域层次。按照这种方式，我们将知道无人机在哪里飞翔，而其他的飞机将远离无人机的层域。

也有可能是FAA将需要为商用无人机准备发射应答器或者别的什么信号设备。这将使无人机可以被追踪，从而带来多种好处。（比如知道无人机什么时候飞入了它不该去的地方。）

然而在这个时代到来之前，无人机送货还在等待FAA的许可。据说，FAA在2016年或许会在该领域采取一些动作。Amazon和其他重要游说者们毫无疑问会促成此事。

9.5 飞翔在可怕的天空：无人机带来的问题

正如你肯定已经了解到的，存在很多针对继续采用无人机技术的怀疑和不安。使用无人机有很多明显的好处，但是也引入一些风险。

9.5.1 撞机和责任问题

抬头看看广袤湛蓝的天空并将其视为开放的领地是非常令人神往的。但它不是。有很多的东西在分享着天空，从商用飞机、私人飞机、实验飞机到鸟类、气球、烟火以及其他的无人机。随着越来越多的东西被发射到天空，两个或者更多的物体相撞的机会就增加了。

现在，如果你在驾驶一架无人机，你最不想遇到的事情就是让它撞到其他什么正在飞行的东西上。多数情况下，这将导致飞行的立即终止，并且物体突然从一个高度坠落到地面也不会是什么好事。

暴露在危险中的不仅仅是无人机。想象一下一架无人机出其不意地跌落在一个满是孩子的操场上吧，或者一架无人机飞进某个商用航班的喷气发动机中，这都会导致灾难性的后果。

显然，无人机的制造商和操控者们都想将飞行撞击的风险降到最小。这可以采取配备智能防撞系统的方法来实现，即采用雷达和类似技术来识别空中的障碍物，然后控制飞机绕过它们。

虽然空中撞击可以被最小化，但是无法完全避免。同样也不可能完全避免机械失效的风险和天气引起的状况，这两种情况都可能导致无人机从原本美好的天空中迅速坠落。

对于这种情况，我们会遇到谁应该对一架无人机的撞击负责的问题，无论是撞到另一个飞行的物体、地面还是一个步行的旁观者。如果一架Amazon送货无人机从你的屋顶撞击而入，谁该为这项损失买单呢？是Amazon、这架无人机的制造商、操作该无人机的人，还是其他什么人呢？

这些是所有关心此事的人需要解决的问题，包括FAA和保险业。毫无疑问地，肯定会发生与无人机相关的事故，从而引发媒体的广泛关注，然后就是对这种日益增长的来自天空的威胁采取措施的呼声。问题是无法回避的。

9.5.2 安全问题

这里有一个对大多数物联网设备而言都存在的共同问题。既然一架自动驾驶的无人机带有其自己的机载计算机，而且既然计算机是可以被黑客攻击的，怎样才能阻止罪犯和恶作剧者攻击计算机并获得Amazon和Domino’s的无人机的控制权呢？

这里有无穷的可能性。一个恐怖分子可以劫持一架无人机并将其驶向平民目标。一个十几岁的少年可能劫持一架无人机并宣称它是自己的新玩具。一个精通技术的罪犯可以劫持一架快递无人机并偷窃正在运送的货物。

无人机安全性问题的解决需要参照基于IT技术的计算机安全性的同样标准。没有哪个公司或者组织希望他们的无人机被黑客闯入或者劫持，所以为了消除这个风险就必须采取预防措施。飞行中的操作必须是安全的，否则所有人都面临风险。

9.5.3 隐私问题

毫不奇怪地，军用无人机制造商正在寻找进入民用市场的机会，并将美国各州和城市的警察和政府作为目标市场。同样毫不奇怪地，地方权力机构都在急切地想拥有他们自己的安防无人机，因为他们认为这样就能够以更低的成本更高效地工作。

然而，不是所有的人都乐意见到天空中日益增多的“眼睛”。很多热心保护隐私的人士认为这将使得监控行为极大地蔓延，使当地的、州的和国家的政府部门可以轻而易举地监视任何他们喜欢（或者更可能是，不喜欢）的人。

想象一下安防无人机可能收集到的所有信息，包括高清晰度图像，清晰到可以识别车牌号码和人类目标。高清摄像头能够在更长的时间内追踪目标的行动。红外线和射频传感器可以穿过百叶窗甚至建筑物来探测内部的人员。

简而言之，无人机可以从足够远的距离来监控任何地点的任何人，而被监控的人永远也不会知道。但是如果政府把你和某个坏分子混淆了呢？甚至认为你就是一个坏分子。你真的喜欢随时被头顶盘旋的无人机追踪你的一举一动吗？

这里的隐私威胁程度足以吸引各大隐私保护组织介入了。例如，美国人权自由联盟（ACLU）担心随着无人机变得更加廉价也被更加广泛地使用，会招致执法机构实施针对美国公民的永久性的监控。

这当然是值得担心的。在我们的社会中，我们希望在多大程度接受监控呢？

9.6 其他智能飞行器技术

无人机并不是唯一应用智能技术的飞行器。物联网技术已经被应用在各种形状和尺寸的飞行器上，包括各种军事和商用的。

9.6.1 智能结构

一种新兴技术叫做智能结构。也就是可以适应环境条件的结构，就像一架飞机的框架或者蒙皮。换句话说，智能结构感知它们的环境，然后自我诊断并适应它们当前的外部条件。

为了实现这一点，智能结构利用了组合技术和原理，包括材料科学、传感器、纳米技术、控制论、人工智能和叫做仿生学的技术。

注意

仿生学（biomimetics，有时称为biomimicry），就是模仿或者仿制自然界的形状、系统和元素。

智能结构技术通过将一系列的系统任务整合进结构中，可以使飞机制造商减少飞机的总体重量、制造成本和运营成本。我们这里说的是在飞行途中可以改变为不同形状的飞机（或者飞机的一部分）。

例如，智能结构技术将使得在不同的飞行阶段机翼产生微妙的形状变化，而不是像今天典型的标准那样使用固定几何形状的机翼。在起飞和着陆期间，机翼将改变形状以达到减少噪音的目的，然后在高空飞行期间重新调整形状以减少阻力（从而提高飞行速度和燃料效率）。

9.6.2 智能蒙皮

与智能结构类似的概念是智能蒙皮。这是指用在飞机外表面的覆盖物，通过置于飞机蒙皮的数以千计的、每个都没有沙粒大的传感器来使得飞机可以感知它们的环境。

智能蒙皮技术将感知温度、风速等的变化，然后将这些信息输入到飞机的主计算机中。飞机可以利用这些信息调整飞行速度、高度和类似的参数来最小化飞行时间和燃油消耗。

9.6.3 智能维护

智能蒙皮技术也可以用来帮助飞机监测其自身的健康度并触发必要的维修。智能蒙皮可以向工程师和维护团队报告潜在的问题，而他们就可以随之执行必要的操作来修理任何潜在的问题了。

其他的智能技术也会帮助飞机的问题诊断和持续的检修工作。可以期望未来的飞机会集成结构健康监测（SHM）系统，以提供更及时的故障提示，降低检测和修复故障的成本。

9.6.4 智能机舱

智能技术在商用飞机的机舱内部也有应用。除了可以看到能够适应不同身体类型的可变形状的座椅（以及预算，以便为付出更高价格的乘客提供更多的空间），还有白噪声和可以围绕乘客形成专有声音舱室的“声音沐浴”技术，以及一大堆新的娱乐和通信选择。

Airbus就是评估该项智能机舱技术的一家公司。Airbus概念机舱（见图9.11）打破了传统的经济舱、商务舱和头等舱的划分，改变为飞机内的特殊区域，休息、工作、召开商务会议、工作、玩游戏，等等。机舱与每个乘客的需要相适应，为每个人提供独特的体验。

图9.11 在Airbus未来的概念机舱中的生物变形智能座椅

举个例子，图9.11中展示了概念机舱中的生物变形座椅，可以舒适地配合每个乘客的身高和体重。其由更轻薄的材料制成，提供更多的腿部空间并更加配合机舱内的乘客。听起来不错，虽然主流的趋势是将更多的乘客塞入更加狭窄而不舒适的机舱空间。梦想还是要有的，万一实现了呢？

智能飞行器与你

那么所有这些智能飞行器的新发展会怎么影响到你呢？

虽然看起来你将从这些持续产生的技术进步中受益，但是你并不需要为这些将要到来的无人机和其他智能飞行器浪潮准备什么。除了日益增长的被无人机撞头的风险，对于普通的消费者而言没有太多的负面影响。

考虑下无人机送货。尽管FAA在这个问题上裹足不前，这还是会发生的，而且可能很快就会发生。而伴随的问题，比如安全性等，都是可预见的，也可以在个人利益的基础上解决。这就意味着在不远的将来的某一天，你从Jimmy John’s订购了一个三明治，而一架无人机在不到10分钟内把它投放在你家门前的台阶上。至少在大城市，Amazon和其他零售商的基本订单将由无人机来运送。任何足够轻便的东西都是由无人机送到你手里的。

这都是好事。你将以更快的速度甚至更低的成本得到你想要的东西。无人机比人类快递员及其配套的机械交通工具的成本更低。在某种程度上，未来的10～15年后，我们会惊讶于没有无人机快递之前我们是怎么生活的。

当然，所有这些无人机快递的形形色色的货物将使得天空更加拥挤。特别在市区，你将慢慢开始习惯电动无人机嗡嗡的叫声，以及几十个这种小东西在头上的天空中来回穿梭的景象。你也许还会偶尔看到无人机躺在人行道边的塑料堆里的情形，因为它误判了送货地点并撞在了附近的建筑物上。这都将会发生。

你还要适应不再有快递员敲门，不再有穿着褐色衬衫的UPS职员，不再有兼职快递员来递送披萨饼。总之，不再有快递员，就是这样。对你来说，有更少的人需要付小费了；对于相关的企业而言，就是需要支付更少的人员工资；对于之前的快递员来说，就是更少的工作机会。这就是自动化工作的方式。

你需要习惯的另一个事情就是无人机对我们的军队和我们国家的战争运作带来的影响。正如我们将在下一章讨论的那样，无人机和机器人装备将减少对人类军队的需求，从而减少战争伤亡。这也许会使得我们更加容易发动战争，这也许不是一件好事，即使是在这个过程减少了年轻人的牺牲了。智能技术就像第一次世界大战中的机械化装备那样改变战争。技术在不断进步——尤其是在这个世界的战场上。

[1]　 Predator，国内常称为“捕食者”。——译者注

[2]　 Hellfire，国内常称为“地狱火”。——译者注

第10章　智能战争：机器的崛起

载有导弹的无人机、智能子弹、激光炮、机器人战士……

虽然我们还没有生活在那些科幻小说所描写的具有自我意识的杀人机器人的阴影中，战争的面貌却毫无疑问已经在改变了。这一切都要归功于（或者归罪于）物联网。

10.1 战争技术的过去、现在和未来

科幻小说已经描述了各种糟糕的未来。这看起来已经成为某种题材。凶狠的机器人、巨大的杀人机器、离子束武器等诸如此类的事情。你在《终结者》和《星球大战》中看到了那样的战场，人类不过就是机器人的炮灰，而机器人武器由数字指挥官远程控制。

技术和战争之间总是相互影响，很多技术都是在战争年代出现的。从投石机和大炮，到喷气式战斗机和原子弹，技术和战争意志都是手拉手的。

10.1.1 战争的3个时代

军事专家把战争划分为3个明显的时代，而第四代战争也正在地平线上慢慢升起。每代战争都是依据其使用的技术和战略划分的。

第一代战争是行列战争。这种战争一直持续到拿破仑战争时代，其中冲突双方成群的战士排列好队伍（成行成列），向彼此进军，然后使用当时的技术试图杀死对方。在早期，这个技术是石头和大棒，然后是刀剑和狼牙棒，然后是火枪和刺刀。这种战争是残酷的、流血的，主要依靠个人能力，而可用的武器技术实际上并没起到多大的作用。

第二代战争中可以看到引入了长距离作战，这源自射程更长、精度更高的枪炮的发展。利用这些更加先进的武器，战士们不用面对面地与敌人拼杀；此时战斗可以在一段距离之外进行。这就是第一次世界大战的战争体验了。此时战士们还是排列好成行成列的队伍，但不是向彼此进军，而是躲进挖好的战壕里，让新技术武器来为他们杀伤敌人。在前线，自动步枪和机枪能够比老式武器更加有效地杀伤敌人。在前线之后，大炮或者其他炮火可以从很远的地方实现对敌人的伤害。配合首次出现的空中战斗武器，只要你向人群中扔一小罐芥子气，就可以引发一场过去无法想象的屠杀。

在第三代战争中，战士们利用速度和偷袭绕过敌人的前线，从他们的后方摧毁他们。这种战术之所以能成功是因为坦克和飞机引入了战场。这就是第二次世界大战及所有后续战争的类型，包括2003年美国入侵伊拉克。更远距离的打击，更多的炸弹和防护，更少的面对面肉搏的机会，最终是终极炸弹，就像美国人在广岛和长崎所投下的。

请注意这个趋势，即战争越来越依赖机械和技术，而战士之间的搏斗距离变得越来越远。战争越来越变得非个人化，越来越像拨动一个开关、按下一个按钮，而不是物理上的直接接触。

10.1.2 第四代战争

进入了第四代战争以后，其中战斗完全是由远程控制的，而不再采取肉搏的方式。进攻更加有目的性，无论是针对财物还是人。无人机和其他的智能武器都编程设定了特定的目标，而这正是它们所要打击的。较少采用大面积的投弹的方式，而是采用更加精准定位的导弹。利用高科技监控设备确定打击目标。指挥官的决策将更加智能，从而产生更加深思熟虑的决策（同时可以预见的是，导致更少的平民伤亡）。

当必须派遣士兵的时候，他们会有更好的保护和武装。采用高科技材料的制服和铠甲可以抵挡敌人的火力。智能武器使得可以在安全距离之外精准定位目标。先进的通信技术建立了指挥官和战场之间的即时通信，而视频信号可以让指挥官看到士兵在战场上所看到的情景。

当然，所有的这些军事技术都需要钱，所以第四代战争只有那些最富有的国家才能负担得起。这对贫穷国家非常不利，但事情从来就是这样。胜利只属于能买得起它的人。

除非，技术成本的降低实际上也在战场上发挥作用。一个可以携带相当负载的小型遥控飞机比隐形轰炸机要便宜得多。甚至那些相对低科技的反叛组织也已经可以从互联网上获取所有信息，进行相应的实时长距离通信。机器人战士对于非超级大国而言仍然非常昂贵，但是利用了智能技术的定点刺杀机器，也许可以迅速被哪怕是最小的敌对群体所掌握。

注意

今天的战争经常是不对称的，也就是说一方的军事力量与另一方相比差异巨大。这就像传统的军队和一小股装备不齐的反对者打仗一样。然而，如果向这些反对者提供一些智能武器，形势却会逆转。

10.2 智能飞机

让我们将以无人机为代表的智能飞行器作为切入点，讨论一些智能军事技术吧。与当前其他战争技术相比，无人机更加能够改变当今战争的特点。

在第9章中，我们已经深入探讨了无人机。这里没有必要把那些信息再重复一遍，所以如果你想要了解更多关于Predator、Raven和其他类型的军用无人机的情况，请参考前面的内容。

一个需要牢记的基本事实就是，全世界的军队都将无人机视作未来军事冲突的重要部分。目前超过70个国家拥有无人机，今天无人机已经用于侦察和目标明确的战斗任务中。

1995年美国在南斯拉夫内战中率先使用了武装无人机。在后9.11时代，Predator MQ-1和更加先进的MQ-9 Reaper无人机被用来定点清除基地组织官员以及位于巴基斯坦、阿富汗、索马里和其他冲突区域的可疑恐怖分子。

不仅仅只有美国这样做。英国和以色列已经在针对叛乱分子使用武装无人机，土耳其希望可以购买无人机打击库尔德分裂分子，甚至伊拉克也在投资无人机（由美国制造）来保护他们的石油平台。

今天最大的武装无人机就是来自General Atomics的MQ-9 Reaper，这是一家位于San Diego的防务承包商。图10.1所示的Reaper是一种“搜寻——打击”型的无人机，它的双重任务可以联合工作，这样就可以彻底根除它的目标。它有20米的翼展，让它看起来更像传统的飞机而不是一个无线电遥控的模型飞机。它由一台708千瓦的轴涡轮螺旋桨发动机驱动，最大时速480千米，最大航行距离5150千米，可以在15千米的高空飞行。Reaper可以携带Hellfire导弹或者更加智能的激光制导炸弹，这使得其特别致命，虽然它是在很远的地方遥控的。

图10.1 MQ-9 Reaper搜寻——打击无人机

虽然很致命，但无人机却被很多人认为比传统的导弹和轰炸机要人性化。它们更符合日内瓦协议，因为它们是目标更加明确的系统，也因此被认为可以最小化附带损伤。这一点毫无疑问是富有争议的；从Reaper和Predator上发射的导弹显然足以杀死不止一个街头行人。

有些人将无人机视为军事冲突的未来。通过精准定位打击敌对方的首领、建筑物和设备，大规模的军事行动可能会被最小化甚至完全消除。无人机也会伤及无辜，不过不会有飞行员或者机组成员在敌人的领地上中弹。而且如果它们的确做到了在转为大规模冲突之前停止了冲突，那么地面部队的伤亡也会大大地减少。

还有人把无人机视作只是把战斗的责任从战场转到司令部，而且，还有可能是从人转向了机器。通过按下一个按钮就杀人也许太容易了，这可能的确应该增加一点难度。

注意

无人机攻击并不像军队所宣传的那样精确。Reprieve是一家英国的非营利组织，它的报告显示，每次针对特定目标的无人机攻击平均会造成28个旁观者的死亡。在目前为止仍然成果不大的追杀基地组织头目扎瓦希里的过程中，已经杀害了105个无辜的人，其中76个是孩子。无论传统袭击还是无人机定点攻击都存在间接伤害，即夺去无辜人的生命。

10.3 智能炸弹

当智能飞行器可以携带更加智能和更具杀伤力的负载的时候，也就变得更加危险。

今天最大的无人机——MQ-9 Reaper——大到足以携带任何传统的武器，包括Hellfire导弹和226千克重的激光制导炸弹。这看起来没什么问题，但是如果同样的（或者更小的）飞行器携带了具有同样体积炸药的双倍爆炸力的纳米炸药呢？

纳米炸药使用了纳米粒子，从而使得炸药中不同的化学物质之间具有更多的接触面积。一旦触发化学反应，这种额外的接触面积提供更快的反应速度，从而带来更加有力的爆炸。结果就是你可以使得同样尺寸的炸弹具有双倍的爆炸力，或者使得具有同样杀伤力的炸弹体积缩小到原来的一半，当利用更小更轻的无人机的时候，后一种选择变得非常具有吸引力。

智能炸弹也被称为制导炸弹，是用精确制导技术来轰炸目标的。这些武器理论上来说是可以被直接制导到目标上的——或者通过自动操作，或者通过远程操控，这样就可以在确保行动更加有效的同时降低间接伤害。

这些智能炸弹，比如波音公司的GPU-31联合直接攻击炸弹（JDAM）和Raytheon的GBU-39小直径炸弹（SDB），都和无人机非常相似，都是不载人的且利用智能系统引导武器飞到它们的目标上。JDAM利用了全球定位系统（GPS）技术实现更加精确的瞄准，而SDB（见图10.2）综合利用雷达、红外线和激光信号来实现制导。

这两种系统都可以提供的功能就是确保炸弹落在它的目标上，而不是落在1.6千米之外的什么东西上。传统的炸弹是如此地笨拙，你从飞机上把它们扔出去，然后假设它们在到达地面的时候击中什么有价值的东西而已。智能炸弹，比如JDAM和SDB，可以制导到非常精确的目标上并击中它们。我们都看过第一次伊拉克战争中一个智能炸弹瞄准并冲向一个建筑物，进而摧毁它的烟囱的录像。这种技术提供了更高的命中率，并且几乎零失误。

图10.2 Raytheon的SDB智能炸弹

注意

因为这两种武器都使用射频技术控制，它们都可能被无线电干扰技术带离正确的轨道。这是为什么空军也在研发称之为“干扰源追踪”的技术。当一个干扰信号被检测到，“干扰源追踪”技术将接管武器并引导其直接飞往信号的来源。这样，发射干扰信号就会导致自己的灭顶之灾。

10.4 智能武器

智能技术不仅局限于较大的武器。无论现在还是未来都存在一整代的智能化个人战斗武器。我们正在讨论的是智能枪械和智能子弹。

举个例子，XM25反遮蔽目标作战系统（CDTE）（见图10.3），是一种智能狙击步枪（由Alliant Tech Systems、Heckler和Koch设计），发射预先设定为在飞行一定距离后就爆炸的智能子弹。这使得狙击手或者直接打击目标，或者通过在对手上方或者旁边爆炸，从而把对手驱赶出去。

图10.3 XM25 CDTE智能步枪

下面介绍智能武器是如何工作的。

己方战士用激光测距仪向敌方士兵照射，从而计算出与目标之间的距离。子弹可以设定为直接打击目标或者在目标的上方和附近爆炸。每颗子弹都有一个计时器，以及一个可以感知地球磁场的小磁力传感器。这个传感器在每次自旋的时候都产生一个微弱的交流电流，而子弹中的微型计算机可以计算它旋转的次数。当子弹飞行了指定的距离后，这个计算机发出引爆的指令，释放出爆炸的弹片。

未来武器将能够让没有经过任何特殊训练的士兵击中900米之外的目标。这都归功于TrackingPoint，这是一家总部位于Austin的擅长智能步枪技术的公司。一个TrackingPoint系统将一个基于Linux的望远镜和制导扳机结合起来，射击者不仅能以最小的努力或技巧击中远处的目标，其所看到的景象也可以反馈到指挥官那里。举例说明一下这项技术击可以多么有效：一个士兵在900米距离的目标上有20%的精确度，而利用了TrackingPoint技术后这个精度上升到了70%。利用这种智能射击，你不再需要训练狙击手。

下面谈谈轨道炮。轨道炮是一种电磁弹丸发射器，可将沉重的弹丸加速到超音速。轨道炮建造在一对平行的轨道上，上面是一个滑动的电枢。电流通过由一条轨道流经电枢，再从另一条轨道流出，所产生的电磁效应能够为电枢加速。这个效应驱动电枢，载着爆炸物负载，沿着轨道射向空中。

相对传统的导弹，轨道炮有几项优势。首先，不需要任何推进剂；导弹飞出轨道，仅仅是靠电磁脉冲推动。其次，导弹不需要包裹高效爆炸物；它的飞行速度是如此的快（高达7马赫，即音速的7倍），使得它的速度本身就成为致命的因素。最后，如果轨道炮使用制导弹丸，就会非常精确。

轨道炮已经顺利进入开发阶段。例如，General Atomics的Blitzer轨道炮（见图10.4），预计可在2016年进入生产。它在陆地和海上都能使用，比如可以打击敌方的军舰。

图10.4 发射中的Blitzer轨道炮

此外，美国军队正在研发激光枪，看起来更像《星尘》中的样子，而不像今天的任何武器。离子束武器将聚焦一束高能的亚原子粒子，从而破坏目标的分子结构。而电磁脉冲武器能够将敌人从计算机到汽车发动机的各种电气系统彻底破坏，而不会损伤生命和其他财产。

这些神奇而可怕的东西，都来自某些军事工业集团。就是说，这些武器有望让战争对你的敌人更加致命，同时却对己方的部队更加安全。

10.5 机器人战士

如果你想进入真正的科幻小说的世界，可以考虑下机器人化的战争。这里说的是从机械战斗服装到功能全面的战场机器人。机器人战场技术预期可能让战场上的新兵有更多的生存机会，也可以减少参战的士兵数量。

听起来难以理解？那么和Robert Cone将军聊聊吧，他是军队训练和教导司令部（Training and Doctrine Command，TRADOC）的指挥官。他正考虑把每个战斗旅的规模从4000名士兵缩减到3000名，并用机器人来填充差额。

没错，就是机器人！

注意

专家们认为以机器人来代替战士可以挽救生命。然而其动机并不是完全人道主义的。至少在长期来看，建造机器人战士比训练、供给和照顾人类战士要便宜。这不仅是一个战略性的决策，也是一个经济性的决策。

10.5.1 今天的军用机器人

让我们从当今美国军队使用的机器人来开始对战争机器人的讨论吧。一共有好几种——虽然其中大多数的结构和功能还是非常原始的。

首先，是拆弹机器人。这种小型机器人在伊拉克和阿富汗都曾使用，用来处理简易爆炸设备（Improvised Explosive Device，IED）——那些致命的路边炸弹。用一个机器人去引爆一个IED（即使这样会被炸上天），比拿拆弹人员的生命来冒险要好得多。

军队还测试了几款远程控制的机关枪机器人。其中最具希望的是来自HDT Global Dynamics公司的Protector。如图10.5所示，Protector是一款小型的外形像坦克的装备，顶部安装有M240机关枪。所有的运转机械都由装备中的坦克部分保护起来，而坦克可以携带612千克的装备。柴油机驱动的24千瓦发动机使得其可以轻松爬越45度的斜坡。

Protector是通过1千米之外的无线遥控来操作的。操作者使用的控制器看起来就像视频游戏的控制器，带有两个按钮和一个方向杆。它还包括一个“巡航控制”按钮，使得这个机器人能够以自己的动力潜行，保持当前的速度和方向。它也可以用各种附件装备起来以执行其他任务，包括一个反铲挖土机和扫雷滚轮／扫雷耙。

图10.5 HDT的Protector机关枪机器人

此外还有足行支持系统，或者叫LS3，这是一款来自Boston Dynamics（目前是Google旗下的公司）的负重机器驴（见图10.6）。LS3看起来像《星球大战》电影中的全地形装甲运输机（AT-AT），但是有一个看起来更合理的小尺寸。

图10.6 工作中的LS3

LS3有4条腿，走起来像一只狗（登录YouTube可以看到视频；看起来有一种令人毛骨悚然的神奇之感）。它可以携带181千克的补给，跟随一小队士兵穿过崎岖的地形，与部队以一种半自动的方式交互，就像一个经过训练的牲畜和驭手之间的交互。

注意

LS3有一个绰号：AlphaDog，这个名字源自其前续型号BigDog。

LS3的设定中有几项自动的配置，决定它如何跟随它的小队。例如，在“领导者-紧密跟随者”模式中，LS3会试图尽可能地跟随它的领导者。在“领导者-路线跟随者”模式中，LS3跟随领导者但是可以自由选择附近的道路。在“直达目的地”模式中，LS3会忽略领导者，利用自己的传感器来绕开路上的障碍物到达指定的坐标。

LS3的主要目的是为了减轻部队携带辎重的负担。这可以帮助部队更加快速地行军并在战场上坚守更久。

10.5.2 机器人铠甲和超级战士

人类一般会被认为是脆弱的。不仅是因为我们智人[1]很快就会感到疲倦并且每天需要大约8个小时的休息，另外我们也特别容易遭受到子弹、手榴弹、炸弹等这类东西的伤害。这导致战争中的高伤亡率，这对谁都不是件好事；不仅对那些受伤或者牺牲的人不好，对他们那需要不断补充新兵的指挥官也不好。

如果有让人不那么易于受伤的方法呢？比如增强他们的生存能力和战斗力？如果我们可以利用技术来创造一个由超级战士组成的军队，可以长时间行军而不休息，避免受伤，并具有更多更强的进攻火力呢？

毫不奇怪，美国政府正在投入这方面的开发。而此类技术已经出现了。

最简单的方式就是将战士包裹在机器人铠甲中。这里我们说的是某种有动力的机械外骨骼（为了增强力量和保护），结合可穿戴的计算机、通信设备和智能武器。

外骨骼由一个电动机和液压系统驱动，增强了穿戴者的力量，至少是增强了腿部的运动。这会使得穿戴者无论在战争内外都可以搬运更重的负载。外骨骼还可以帮助穿戴者在危险的环境中生存，吸收子弹和爆炸产生的震动。这有点像钢铁侠的制服，但是里面并不是Tony Stark [2]。

已经有几个动力外骨骼的原型在军队服役，包括来自总部位于Lockheed Martin的HULC和来自Raytheon的XOS。其中XOS（见图10.7），重量为91千克，由高强度铝和钢材建造，使用了各种控制器、传感器和执行器来执行必要的任务。带有动力的腿部使得穿戴者可以毫不费力地举起91千克的重量。

外骨骼的目的在于保护和增强力量。它需要与某种控制系统联合工作，比如那种安装在战士的头盔中的系统。可以考虑下一个带有装甲的头盔，包含了头戴式的虚拟显示器、夜视能力以及无线耳机和话筒。战士转动头部看着一个目标，利用头戴式显示器锁定目标，说“开火”，然后就可以目睹目标在面前被摧毁。

图10.7 Raytheon的XOS军用级动力外骨骼

下一步就是利用机器人技术增强战士的身体了。这将会把普通的战士变得有点像电子人，如果你愿意，可以变成一个“自动化生物体”。在这种方式下，人类将毫无疑问像科幻小说那样，有望结合两个世界的长处；会得到耐久性、力量和机器人系统的精确性，同时还保有人类大脑的高级认知能力。

这可是严肃的事情。我们可是在说将神经科学、纳米医药、机器人、计算机技术全部整合在一起。开发战士的大脑，这样他们就可以通过他们思考的力量来控制机器人铠甲和武器系统。将机械系统和生物系统融合在一起，创造一个超级战士，他的思想和身体与他的铠甲和武器是一体化的。

这样的电子人战士将可以战斗在各种严酷的环境中，从西伯利亚的严寒到伊拉克沙漠的酷热。他将能在战场上坚持更久的时间。嵌入的纳米传感器将持续监控他的药物状态，纳米针头将在必要的时候注射药物，而纳米机器人将快速治疗他的伤口。光学植入物将使他可以在最黑暗的夜里利用红外线看清敌人，并将他的视野扩展到千里之外。他将是一个超人。

当然，我们未来的电子人战士将仍然需要机器人装甲。嵌入其盔甲的将是先进智能武器系统。一个快速开火的机关枪安装在他的一只手臂上，而另一只手臂上也许是狙击步枪甚至是激光步枪。在肩部安装着导弹发射器。智能子弹和智能导弹会自动填充。必要的通信系统嵌入在其头盔里。他在战场上所需要的一切都在他的铠甲上。这是一个由人生智能控制的单人战争机器。

是的，这听起来还很遥远。但是它们今天都在研发中。

举个例子，图10.8中一个装在头盔上的认知技术威胁警报系统（CT2WS），即威胁探测系统。这个系统包含3个部分。第一部分是脑电图（EEG）头盔，可以利用无线传感器来监测大脑的电流活动，当佩戴者潜意识中捕捉到一个可见的威胁，这部分可以感知到特定的脑电波。第二部分是一个具有120度视角的电子——光学视频摄像头，用于扫描周围环境。第三部分是计算机系统，与EEG和摄像头相连；它利用专有的算法来评估危险的级别并识别潜在的目标。最初的测试表明这套系统可以识别91%的敌对目标，相对而言，没有增强的人类仅可以识别41%。

新事物不断涌现，有谁想尝试一下？

图10.8 CT2WS威胁探测耳机

10.5.3 自动战斗机器人

要开发出能代替我们打仗的电子人还有很长的路要走。进展是很缓慢的，即便我们有国防先进科研项目部（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA，也就是开发了互联网的同一群人）。这里面有各种各样的困难需要处理，从计算能力到必要的便携式电源，再到各种神经——生物学问题。甚至即使我们开发了完美的超级战士，这里面还是会有一个人在其中：无论如何，人类终究是人类。

而终极的战争机器，可能也仍然是一部机器。我们在DARPA的伙计们，已经在机器人领域工作了很多年，目标是为了创造一支可以为我们战斗的机器人军队，或者是通过远程控制的，或者是自动运行的。

讨论下DARPA的Atlas机器人，如图10.9所示，它由Boston Dynamics建造（与AlphaDog背后的是同一个团队）。Atlas有1.9米高，实际上是仿照人类的，而且是双足运动的，也就是说，他是用两只脚行走的，就像你我一样。这使得他的胳膊可以解放出来用于托举和携带物品，也可以用他铰链式的手来执行其他的任务。

图10.9 Atlas机器人

Atlas被声称是为了灾难响应所开发的，而且目前还没有配备任何内置的武器系统。但是很容易就能看出这个大块头可以在未来的某个时间用于战争。而这正是DARPA想要做的。

然而，为了使机器人成为有效的战争机器，当前的技术还需要发展很长的时间。特别是机器人还要比他们现在变得聪明得多，才能在战场上自动执行任务；不能简单地把一个由4000个行军的机器人组成的营队想象成由4000个人类操作者所远程控制的。机器人必须自己能“思考”，以及去适应不断变化的战争状况。

但是我们并不希望它们变得太聪明。机器人发展出感知能力的想法虽然是科幻小说中的情节（比如《终结者》系列电影中的天网），但确实是非常有可能的。我们可真的不希望战争机器变得具有自我意识，并上演一场机器反叛的好戏。这就意味着要在人工智能中加入一些局限性，或者在机器的自治电路中嵌入一些强有力的约束，或者其他类似的什么。

注意

当一台计算机的人工智能超越人类智能（和控制），我们称之为奇点事件。在奇点之后的后续事件是无法预测的，但是可能对人类并不是什么好事。我们真的希望我们的机器比我们更聪明吗？

10.6 智能战略

也许比智能武器和机械战士更重要的是对整个战争的运作起关键作用的决策制定。军事领袖们所获取的信息越多，他们所做的决策就会越好。

这可是物联网真正会对未来战争的运作发挥作用的地方。物联网就是智能物体，可以收集海量的数据。

信息的收集和分析是未来战争的关键。设想一下任何战斗部队所经历的情景都会实时传送给总部。设想一下卫星实时传送高清晰度的图像。设想一下情报收集无人机和地面机器人把它们的数据传送回总部。设想一下昆虫大小的设备可以飞到敌占区，每个设备神不知鬼不觉地发送回少量的数据，而这些少量的数据可以合并起来，几乎可以近乎完美地向指挥官展示出敌方的情况。

现在设想一下一个有能力接收、分析数据和根据这些数据操作的智能系统吧！这个系统可以为将军们识别和总结重要的数据做行动的依据。系统甚至可以根据这些数据采取自动的行动，在没有军队高层的干预下做出决策。战斗依据数据和逻辑而不是人类的感情来进行，甚至在战争开始前就先发制人地终止它。

一开始这看起来就像某种计算机战争游戏。也许人类根本就不想被卷入，我们的计算机将在一个虚拟空间与对手的计算机打仗，而我们将得到一行文本信息通知我们谁是胜利者。为什么不呢？这比我们今天进行战争的方式要好。

智能战争与你

作为一介平民，最希望智能战争这事儿和你没有太多的关系，除了让你变得更安全点。然而对于那些军人，将发生天翻地覆的影响。

美国军队（事实上还包括整个国防产业）远在物联网被命名之前就意识到了它的重要性并深感兴趣。以军事上所谓的（有时仍然这样称呼的）“联网战争”的方式，所有海、陆、空战争设备，所有的武器系统，所有在战场上的单位都是被联网在一起的，目的是为了分享并处理战术情报。

军队的网络战争（或者说物联网战争）的概念随着更多先进技术的出现不断扩充。自动化设备展示了减轻军队负担和提高战斗力的新潜力。嵌入并强化的计算机为大大小小的战争设备添加了智能和记忆。传感器设备帮助收集和处理大量的有关战争的数据。战场网络解决方案（路由器、交换机等）提供了必要的联网架构。更加稳健的计算机和系统处理着由所有这些设备收集到的大数据，帮助指挥官做出更加周详的战略决策。

目的就是连接所有在战场上的大大小小的资源，每个战士、每个交通工具、每件武器、每个设备，然后将这种连接用于更加有效的决策和执行中去。早在20世纪90年代，美国国防部（DoD）就识别出未来网络战争的4个关键元素。

改善了信息分享的联网的军队。

增强了素质和情景感知能力的信息分享与协作。

促进了自我协同（战场上作战单位之间的协调过程）的分享的情景感知能力。

整合前3条以提高任务有效性。

在2015年的今天，这个愿景中的很多都已经成为现实。美国军队在不断增强联网和关键信息分享；相互协同增强了部队的情景感知力；这已经使得战场上的作战单位更好地协同他们的行动；所有这一切都是为了增加军事任务的有效性。在战场上的作战单位和军队被授权做出更多的实时决策，而不需要等待来自上级的决定和批准。结果就是更快的战术决策和更加敏捷高效的执行。

就像老话常说的那样，技术的进步造成了战场上的明显优势。不过，即将到来的物联网相关进步仍然带有潜在的问题，特别是当杀戮的命令被从人类手中夺走的时候。

问题还有很多。战士们会愿意和自治的机器人并肩作战吗？战士们会同意为了战争的目的来改造他们的身体吗？机器人会在某一天完全取代人类战士和人类操作的系统吗？指挥官会在自己的决策中信任机器吗？战场上所有的那些设备都在反馈可靠的数据吗？我们可以相信自己的计算机基于那些数据确实恰当地做出了决策吗？

最后，我们能确定所开发的智能系统不会调转枪口攻击我们吗？完全有可能的是，人工智能系统将会开发出我们所不期望的东西来。如果一个智能系统认为实现它自己任务的最佳办法就是向自己的军队开火呢？如果某些大型计算机智能认为人类是多余的，或者认为战争本身就是非法的呢？如果奇点来临，谁知道接下来会发生什么呢？

所以，虽然我们平民不太可能直接感受到将物联网整合进军事的影响，我们也会间接受到这些决策后果的影响。作为一个见多识广的市民，我们应该支持这些新的技术以及军队企图利用这些技术的计划，即使他们所做的一切会导致战争更加容易，而这并不是作为人类社会的我们想要的。

[1]　 智人，指现今人类的生物学分类中的“种”。——译者注

[2]　 Tony Stark即Marvel 漫画公司塑造的漫画英雄钢铁侠的名字。——译者注

第11章　智慧医疗：我们准备好了……

利用自我监测的医疗设备、条形码追踪技术、在医院中相互联网的设备和基于云的医疗记录，《六百万美元先生[1]》中的世界就离我们不远了。如果你的医疗植入体已经可以自动为你诊断，为什么还要去看医生呢？而且这都是联网的，如果的确有了什么疾病，你的植入体会自动预约一名医生，或者如果你需要帮助的话，直接拨打911。

这都是众所周知的物联网改变医疗产业的设想。通过将目前使用的（或者即将投入使用的）各种医疗设备联网，医疗产业会变得更快、更智能。诊断会更快、更精确，误诊更少，对病人的照顾更好，预防性护理也更有效。医疗的梦想正在被实现。

11.1 欢迎来到医疗物联网的世界

在所有将要发生物联网革命的领域中，医疗产业是最突出的。当我们生病或者受伤的时候，融合了智能联网技术的医疗将提供不同的，也将是更好的处理。

11.1.1 联网设备

这个改变主要发生在已有的医疗设备被相互连接之后。我们这里说的是你在病房、重症监护室、急诊室和手术室中的所有的不同设备。此外还包括可能在你个人家中的医疗设备，可穿戴的或者是植入式的血压监测仪、心脏监护仪，甚至是心脏起搏器。所有这些设备都可以通过无线连接到物联网，然后或者彼此连接，或者连接到一个中心数据库或者监护系统。这些设备不是各自独立运作的，而是实时地向一个自动的或者由医生监护的服务发送数据，而该服务可以立刻对各种不同的数据采集进行响应，甚至会根据对这些数据的分析而触发某些措施（比如开出一个新处方）。

换句话说，你不用等到下一次拜访医生就能告诉他你在这样的天气里是怎样的感受，也不用到那时再让他为你抽血进行必要的化验，然后再为你开出新的处方。利用物联网，所有这些信息都能更快、更有效地准备好，并且有助于近乎实时的分析和反应。这就是医疗产业的革命方式。

注意

有些人把医疗应用作为物联网的一个突出的子集，有时称为医疗设备物联网，或者IoT-MD。

11.1.2 医疗记录的集中管理

伴随物联网变革的，是医疗记录的集中管理。现在，你的医疗记录是手工输入的，并（可能是以纸质的形式）保存在医生的办公室里。如果你有两个或更多的医生来治疗不同的症状，他们会保存各自的医疗记录。甚至当你拜访同一家医院的不同医生的时候，也存在医生之间不分享医疗记录的可能，或者甚至不互相讨论你的问题。如果你在紧急情况下进入了急诊室，那里有你的日常医生并不知道的另一套医疗记录。

物联网改变了这一切。医疗记录都数字化了，而新的记录都输入到中心计算机数据库。数据不是保存在某个（或者某些）办公室中，而是在云端，这样你所有的医生、诊所和医院都可以看到，并做出必要的贡献。一位医生将能够看到另一位医生的处方，消除交叉诊断和危险的药物交叉作用，从而导致良好协作的、高效的和有效的治疗。

按理说，这还应该能够降低医疗成本，至少从长期来看应该如此。如果可以快速得到正确诊断，整个体系的浪费就会更少。另外，物联网有望使得预防性的用药更加普遍，而更加健康的人所需要的长期医疗措施就更少了。

总之，我们正面临一场医疗产业的革命。其结果将比你已经见过的智能电视或者会说话的冰箱要有用得多。

11.1.3 正在实现的好处

在医疗产业环境下完成物联网的搭建还有很多事情要做，但是我们从中也能得到许多显著而实在的好处。说到底，为什么要去做医疗设备物联网呢？原因如下所示。

减少医疗费用。这是非常大的好处，物联网有望减少医疗的成本。这点我们肯定需要。

提高患者的疗效。换句话说，病人将得到更好、更快的，而且更准确的治疗。所以如果你生了病，康复的可能也更大。

实时的疾病管理，你不用再等到每季度的预约才检查血糖或者甲状腺水平，你可以每天都监测这些参数，而当这些结果反馈到医生那里，就可以决定用药量的变化。实际上，实时、不间断的医疗监测，可以减少必须拜访医生的时间。

提高生活质量，随着更加有效和有预防性的治疗，急慢性疾病患者们都将能更加正常地生活。在这里，正常就是好的。

提高用户体验，这对病人和医疗工作者都有意义。是的，你想要改进患者接受医疗的体验，但是这也将有助于让医生、护士以及每天劳累的助理们的生活更加简单而和谐。如果一个基于物联网的系统可以减少他们的工作负载，或者更加容易地制定决策和执行某些任务，那都是不错的。

11.2 智能医疗设备与监护

迈向更加智能的医疗的第一步和最重要的一步就是远程监护设备。这些已经变得很流行，因为人们逐渐开始关注预防式护理和防止复发再入院。（实际上，我们之前已经讨论了某些这类设备，比如健康手环和心率监护器，参见第6章。）

这些智慧医疗设备让患者可以在家中享受到以前只能在医院和其他医疗机构中才能享受到的监护水平。这里说的是无论你身处何方都能获得远程监护，由基于互联网的无线通信技术做支撑，医生或者医疗单位就可以追踪你的健康状态、身体活动和实时的药物消耗状态，并且在发生紧急医疗状况的时候警告紧急联系人。

11.2.1 智能医疗设备

我们要讨论哪些联网医疗设备呢？下面罗列一些主要的类型。

血糖监测仪，追踪血糖的水平。

血压监测仪，提供实时的血压读数。

心电图（ECG）监测器，追踪心脏活动。

脑电图（EEG）头戴式监测器，追踪大脑的活动。

根据室内条件自动调节性能的助听器，而且通过蓝牙联网到智能手机，这样就可以将其用作头戴式话筒了。

心率监测仪，追踪每分钟心跳的次数，比如Mio Link心率腕带，如图11.1所示。

图11.1 使用Mio Link心率腕带及其伴随的手机应用来监测你的连续心率

肌肉脂肪监测仪，利用肌肉收缩率传感器来帮助健身训练。

心脏起搏器，发送穿戴者的心率和状况。

怀孕监测仪，追踪未出生的胎儿的心率和其他关键指标。

脉动血氧定量计，通过一个指套传感器监测脉动和血液氧气（O₂）溶解量。

睡眠监测器，追踪和评估睡眠模式和睡眠呼吸暂停。

压力监测仪（比如Spire，见图11.2），追踪运动和呼吸模式，以确定一个人是否处于压力或者注意力不集中的状态。

图11.2 Spire压力监测仪，可以夹在腰带或者衬衫上，能在你有点紧张的时候提醒你

从每个设备上获取的数据可以整合为更大的系统（特别是在同一时刻的数据），或者通过个人电脑/智能手机应用来追踪。例如，印度的Manipal健康服务为怀孕的母亲提供一种配合智能手机应用使用的可穿戴胎儿监护系统。这个系统向母亲提供有关胎儿心率模式、子宫活动和产程进展的实时数据。这些数据同时也传送到医生的智能手机或平板电脑上，这样医生就可以在做出下一步决策前获得更多的信息。（这套系统甚至在分娩过程中也是非常有用的。）

未来还有更多的应用。如果有可以把微型摄像机做成可吞服的药丸的形式，就可以让医生在没有任何手术风险的条件下观察你身体内部的情况，不错吧？或者采用植入式的运动传感器来监测帕金森症的症状？或者类似纹身的皮肤补丁（见图11.3），其包含柔韧的、可拉伸的电子传感器，用来监护心脏、脑和肌肉的活动，或者以一种非侵入的方式，远程地刺激肌肉。

利用所有这些连接到中心监护系统的设备，医生将可以迅速方便地利用病人的信息，无论是历史信息还是当前的信息。这些数据可以和其他联网设备收集到的数据整合，比如智能体重秤、健康手环、智能手表等，从而提供关于病人健康的更加完整的描述。

图11.3 利用这种微电子皮肤补丁来监控各种关键体征，
由伊利诺兹大学Urbana-Champaign分校研发

所有这些听起来都充满未来感，也的确如此。这是因为我们正在无畏地步入未来，也就是物联网的王国。关注未来——它正在向我们走来！

11.2.2 对监测器的监测

一旦获取了医疗数据，我们就需要软件来查看患者状态的趋势。明显的异常症状是容易发现的（也可以触发报警），但是真正的价值在于监测患者健康的长期变化。关键不仅仅是持续监测本身，而是如何让这些数据向我们提示健康相关的决策和措施。

理想情况下，这种持续的监测和分析可以帮助你避免需要临时紧急的护理。例如，如果你有血压问题，这些远程系统将监测它，并在它成为致命问题之前向你建议适当的治疗措施。

挑战在于如何处理收集到的海量数据。这可和某个人在他的手机应用上检查自己的指标趋势完全不是一回事。我们这里说的可是多个时段中从多个设备来的数据，而且是在医院挂号处中的每个人的。如果所有设备都联网且数据都送到适当的系统和服务中，从这些海量的数据中挖掘意义是一项让人难以置信的事业。

这对于那些能够向医院和医疗服务机构提供解决方案的公司而言也是一个巨大的机会。Freescale半导体公司就是一家致力于此的公司。Freescale已经研发了一个参考平台，叫做“家庭健康港湾”，使开发者能够借此开发收集和分享患者数据的“远程医疗”应用（见图11.4）。家庭健康港湾可以与市面上常见的医疗设备（如血压计、体温计、脉动含氧计、体重秤、血糖仪等）协同工作，然后将收集到的数据通过云端分发到远端的智能设备，比如个人电脑、智能电话和平板电脑。这为医生、护理人员和其他人员提供了一个监护患者当前健康状态的新方法，同时可以提供报警和用药提醒。

图11.4 Freescale的家庭健康港湾参考平台，与多种医疗设备连接，并将结果数据发送到
一个手机应用中（原理图来自Freescale半导体公司）

为了确保大多数的医疗设备可以协同工作并以这种方式分享它们的数据，一个医疗和技术公司的联盟——Continua健康联盟，建立了他们称之为“个人健康互操作解决方案”的技术准则。这些技术标准使得符合它的设备通过蓝牙、Wi-Fi和Zigbee网络一起工作并分享和分发数据。该技术标准就是物联网在医疗应用中的支柱。

注意

此外，美国食品和药品管理局（FDA）已经认可25项标准，支持医疗设备的互操作性。

11.2.3 老人的智能监测

医疗物联网对老年人特别有意义，因为他们经常需要配备那些只出现在医院或者辅助生活设施中的监测设备。新近的监护和报告系统将使得老人们即便待在家里也能接受他们需要的照顾。

这些监护中的一部分可由我们之前讨论过的可穿戴设备来完成。此外，还可以在老年患者的家中或者公寓里安装传感器来监护他们的健康和身体活动。

这听起来也许充满未来感，但是这些功能中的许多已经在今天出现了。例如，Healthsense提供为传感器准备的eNeighbor监控系统。它利用患者穿戴的传感器或者分布在全家的传感器，来探测任何摔倒情况，留意老年患者的走失，并且在患者忘记服药的时候通知护理人员。该系统还包括一个紧急呼叫按钮，这样老年人就可以在必要时手动呼救。

同样地，BeClose系统（见图11.5）在患者的家里部署智能传感器来追踪正常的活动。当出现什么异常的时候，例如，较长时间没有出现，或者没有吃饭，护理人员或者指定的家庭成员会收到以短信、电子邮件或者电话的形式发送的通知。如果安装在养老院中，管理人员就可以通过一个互动的仪表盘来监护每个患者的活动。（当然，在事情出现异常的时候还是会收到告警。）

还有Independa，其提供的远程护理技术可以用在养老院或者老年人的家庭中。所有的监护数据显示在Caregiver仪表盘中（见图11.6），供护理人员通过互联网在任何个人电脑、智能手机、平板电脑或者智能电视上浏览。这个仪表盘还可以显示用药、时间和检查的“智能提醒”，以及健康状态总结，用来建议健康指标、报告和告警。

图11.5 BeClose系统，利用各种智能传感器来监护老人的活动

很多公司都进入了联网老年人护理领域，其中包括很多定制化的专有解决方案。大家的目的都是一样的，即提高老年人的生活质量，同时提供有效的监护来确保他们的安全和健康。

图11.6 在iPad上显示的Independa的Caregiver仪表盘

11.3 智能用药

这里有一个令人不寒而栗的事实：在美国，每年有超过100万的人遭受用药错误，服用了错误的药物或者采用了错误的用药量。借助物联网，这些错误几乎都是可以避免的，而且也应该如此。

有好几种在开发中的方法来确保你我这样的普通人（以及我们的老父母和祖父母）以正确的剂量服用处方上的药物。

第一个也是最容易的解决方案就是在所有的药瓶上使用条形码。这种基于条形码的用药监管系统就是在今天很多医院中使用的，也显著地减少了出错率。然而这种系统不是很方便，而且一般要配合可移动的工作站使用，这对于家庭使用不是很现实。

注意

使用条形码的处方药还把再次订购和补充药物的过程流水线化了。患者用一个智能手机应用扫描他们的旧药瓶，就可以自动向他们的药房发出订单。这是今天就已经发生的事情；Walgreens就报道称他们40%的患者是采用该公司的智能手机应用来再次下单的。

另一种替代方案就是让整个过程都无线化。药瓶内置了射频识别码（RFID）标签，可以（利用近场通信技术）由平板电脑或者智能手机读出。这比原来的条形码技术更加具有便携性，且还可以提供其他的附加用处，比如追踪某款药物是否对患者产生了疗效。这其实就是记录和存储必要的数据，然后将这些数据发送给合适的分析应用。

当在家庭中使用的时候，一个基于RFID的用药追踪系统可以帮助检查患者确实用药，并提醒他们这样做。由手机应用收集到的数据可以发送回医生的办公室，可以用来生成总结报告，或者联系患者，礼貌地提醒或者警告他们做该做的事情。

例如，来自Vitality的GlowCap（见图11.7），是一个可以和任何处方药瓶配合使用的电子水杯。当到了特定的用药时间，它使用声光报警来提醒。当药瓶被打开，GlowCap内的一个芯片会无线发送信息到医生或者护理人员那里。（GlowCap利用AT&T的手机宽带网络来传送数据，因此在背景的墙上插有一个很大的无线发送器。）当所有的药片都服用完毕，按下瓶盖底部的一个按钮就可以订购补充药物。

图11.7 当服药时间到来，GlowCap会提醒患者，并且在他们用药后通知医生

下一步就是从对药瓶的整体识别到识别药瓶中的每一个药片。如果每个药片在制造过程中都内置了RFID传送器，那么它们就可以被智能手机或者平板电脑分别追踪。

智能药片可以收集很多数据。例如，来自Proteus的Digital Health Feedback System就提供一种可吞咽的智能药片。传感器利用与腹部的接触来供电，发送的数据不仅包括药片被吞咽的时间，还包括心率、体位和活动的指标。在这个例子中，智能药片将数据发送给患者腹部的微电子补丁。然后由这个补丁将数据通过蓝牙发送到患者的智能手机中，并从那里发送给医生或者其他医疗提供商，整个系统如图11.8所示。

图11.8 构成Proteus的Digital Health Feedback System的智能药片，传送补丁和智能手机应用

11.4 智慧医院

在美国，医院失误在可防止的死亡因素中排名第6位。美国每年都有超过50000的人员死于住院期间的事故。

人就是人，我们总是会时不时犯点小毛病。但是总有减少人为错误（同时提高医院的服务质量）的方法。

线索就是物联网和相关的智能技术。联网设备和系统，伴随智能数据分发和分析技术，很有希望为医院工作带来革命。

11.4.1 一切尽在掌握，一切毫无掌握

这不是第一次由技术彻底改变了患者护理。大约30年前，医院认识到持续地监测病人可以大幅改善治疗效果。这导致患者监护领域（以及医疗设备行业）的一场革命，导致心电图监测器、脉搏血氧计和多指标监护器被部署在每个医院的病房里。今天，患者会连接上好几个这类机器，用来追踪他们的呼吸、心跳、血压等；而且，如果他们正在静脉滴注药物，每种药会有一个不同的输液泵。如果有任何事情出了乱子，都会响起哔哔的警报声，一位护士或者医生会冲进来处理这些事情。

既然有着这么多的监测器，那还会出什么问题呢？实际上，会有很多。这是因为在多数情况下，这些设备不是彼此连接或者连接到一个中心监护设备上的。它们都是各自独立工作的，而且它们都是有位置依赖性的。如果一个患者从一个房间搬到另一个房间，或者从重症监护室、急诊病房转移到个人房间，他必须在前一个房间里与所有那些设备解除连接，再与下一个房间里的各种设备重新连接。前一个房间里的设备不会和后一个房间里的设备沟通，所以也就没有电子的历史记录或者数据传送。对特定设备而言，所有的数据都是独一无二的。

此外，也没有办法把这些来自不同设备的数据整合在一起以生成一份关于患者状况的历史报告。结果就是你得到很多护理警报，由来自不同单位的疲惫的医护人员来处理，并且他们还缺乏对患者健康状况的真正理解。而且也没有人实时查看这些数据，除非有什么事情不对劲儿的时候才会查看一下。

我的继女是本地医院的新生儿护士。她见证了当今医院的监护病房的各种无效和低效。的确，所有这些监护的目的都是好的，即当情况异常的时候会通知医护人员。但是没有办法在一个地方就看到所有的监测数据，无论是在病房里还是在护士站。而且，长期的数据并没有被存储或者从每个设备中传送出去；如果一位护士想要一份特定的统计，她必须手工做一个图表。是的，就是手工做，用手拿铅笔和纸张来做。

如果所有这些设备不仅能够彼此沟通，还能有集中展示用的某种仪表盘，岂不更好？如果在重症监护室、手术室或者急诊室中某个机器的设置可以自动地传递到患者病房中的设备上呢？如果只需一个按钮就能产生一份报告或者图表呢？甚至可以整合从每个设备上收集到的数据呢？

是的，这都将发生。而这正是物联网要进入的领域。

11.4.2 更加智能的设备

这其实就是联网问题。特定患者所使用的全部设备都需要彼此连接，并连接到某种控制／监控基站上。这将使得所有这些设备变得更加智能，最终变得更加有效，而且减少医护人员用来处理它们的时间。

你所想要的就是追踪一位患者的所有手段，无论他在医院的什么位置。如果一台输液泵知道这位患者需要某种药物的具体剂量，那么下一个房间的输液泵就会继续执行那些指令而不需要医护人员的手动编程。（当然，每次医护人员的干预都有可能引入人工操作的错误。）前一个房间的心脏监护器的历史数据应该和下一个房间中同样的监护器收集到的、更新的数据整合起来。而且所有这些数据都应该以概览或细节的方式实时展现。不仅显示在患者病房的监控器上，也显示在护士站中。

甚至更进一步，你希望所有联网设备协同工作以产生更加智能的结果。考虑下氧量计，也就是用来监测患者氧量O₂水平的设备。虽然低氧量O₂水平仅在伴随着低呼吸率的情况下才值得关注，但是今天的氧量计读数低还是会产生很多告警。那么一个更好的方法应该是，同时检查氧量O₂和二氧化碳（CO₂）水平而产生一个智能告警。但这在今天是两个不同的监测器，而且它们互相没有沟通。建立跨设备的通信和一些“如果——那么”类型的智能机制，你就可以得到一个有效得多的告警，而且虚假告警也更少了。

这听起来并不困难，但是却是一项主要的挑战。在任何一家医院中的任何时间里，这就是处理数以千计的患者和数以万计的不同设备的问题，而且那些患者还经常从一个位置转移到另一个位置。所有那些设备都必须彼此连接并连接到一个中心系统中，100%在线，完全的数据安全，且实时地汇报。

这可就不那么容易了。

11.4.3 更加智能的标准

建立更加智能的医院的第一步，就是要建立让来自不同的制造商的不同设备可以彼此通信的技术标准。集成医疗环境（Integrated Clinical Environment，ICE）标准已经完成了这项工作。它定义了必要的控制、数据归档和管控功能，来创建智能、联网的医疗系统。

注意

从技术上讲，ICE标准定义为ASTM F2761-2009。ASTM International（之前称为American Society for Testing and Materials）是一家非营利组织，在多个不同的行业开发和出版技术标准。ICE项目目前由ASTM F29.21分委会，即“集成医疗环境设备”分委会负责支持。

图11.9显示了ICE标准的功能元素。全部都是以患者（在示意图的底部）为起点，以医护人员（在顶部）为终点。在这之间，是表示医疗设备、接口、网络控制器和ICE监管者的各个层次。对医护人员而言，这都是获取患者信息的，也是影响患者的途径。

图11.9 集成医疗环境标准的功能元素

ICE标准的关键因素包括如下几个。

网络控制器（Network Controller），当联网设备出现故障时产生报警，此外提供历史数据的归档。

网络管理器（Network Supervisor），提供系统中的智能程序，并包括医疗决策支持、智能告警和记录保存功能。

网络接口（Network Interface），利用网络控制器连接医疗设备。

在ICE环境中，所有的设备（从血压计到静脉泵）都采用即插即用技术相互连接。设备之间的连接和通信标准化，以确保互操作性。目的就是确保来自不同制造商的医疗设备之间的安全集成，而这在今天的世界里还不存在。现实是，每家制造商都采用其专有技术，与其他制造商的设备之间不能很好地通信。

ICE标准相对还是比较新的。但跨学科的工作从2006年就开始了，而最初的标准是在2009年发布的。医疗产业尾大不掉，不会轻易、快速地改变，所以这些标准的广泛接受需要很长时间。尽管如此，ICE还是代表了医疗产业连接未来，也是进入医疗设备物联网的终极革命的路线图。

11.4.4 其他智能设备

ICE标准的实现只是未来医院的一个必要组成部分。我们期望看到新的智能设备和装置进入医疗场所。

例如，3M的人员已经开发了Littmann电子听诊器（见图11.10）。这个俏皮的小发明让医生专注于听诊你的心跳，而它同时将数据无线地传送到一台计算机或者移动设备中。这项发明听起来是如此自然，以至于大家都惊讶于为什么以前没人想到过。

图11.10 3M的Littmann电子听诊器，带有数字读数

如果由于某种原因你身处医院，与所有这些不断涌现的智能医疗设备接触，为什么不睡在一张智能病床上呢？我这里不是说那种提供“睡眠指数”让你调节你的床垫硬度的床，而是一个整体系统，其带有可以监测患者关键生命体征的内置传感器（甚至进一步地）把这些数据反馈给护士站。

例如，BAM实验室就提供一种这样的系统，称为“智能卧床技术解决方案”。其采用一种特别的传感器床垫（见图11.11），是可以放在通常的床垫下面的。这种床垫监测心率、呼吸率、运动（患者体位的改变）和是否在床上（当他们离开或者进入病床的时候）。

图11.11 BAM实验室的智能卧床技术解决方案的传感器床垫

这些生物计量数据传送到智能卧床云平台上（因为所有的数据最终会留在云端），然后包装为简单易用的应用，以便可以在任何连接互联网的设备上浏览。这使医院工作人员和医生在他们自己的计算机或者移动设备上就能接收到数据和任何紧急告警。

如果你真的想体验一下高科技，还可以想象一下机器人医生，比如由iRobot和InTouch Health提供的RP-VITA远程诊断机器人（见图11.12）。当医生不能亲自到达现场的时候，这个“小伙伴”可以使他们进行实时的医疗咨询。医生可以用iPad应用来控制这个机器人，通过这个机器人的视频会议屏和患者通话。这个办法非常好，可以充分利用医生的时间，也可以向来自边远地区的或者缺乏医疗服务地区的病人提供服务。

图11.12 来自iRobot/InTouch Health的RP-VITA远程医疗机器人

11.5 智慧医疗档案

当今医疗体系所面临的挑战之一就与你的患者档案有关。每个你看过的医生都保存有自己的档案，每家医院和诊所中也是如此。并不存在为你的医疗记录准备的中心档案库，就是说没有什么地方是用来存储和核对这些信息的。

今天，如果你拜访了一位新的医生或者一家新的诊所，他们必须给你原来的医生打电话，请求将你的纸质档案传真过来以便使用。这不仅费时也浪费成本，还可能延误诊断和治疗，如果是时间紧迫的急救，也可能会威胁到你的生命。

如果你考虑到新一类的可穿戴医疗设备收集到的数据，这情况就变得更糟了。为什么你的健身手环、智能手表或者可穿戴血压监测器收集到的数据不能和其他的医疗档案整合在一起呢？

当然，所有的医疗档案都应该被集中管理，这样你使用过的每个医疗服务提供者都可以看到发生在你身上的全部情况，以及其他的诊所之前的出诊意见。之所以还没有发生这些的实际原因是，医疗档案传统上都是纸质的，它们可不那么容易分享或者整合。

更加有效和高效地实现档案管理的关键是求助于电子化。这意味着在可以供多个服务提供者利用的计算机数据库中以数字方式保存的档案。这还意味着将已有的纸质档案数字化，这可是一项艰巨的任务。

一旦将你的医疗档案都实现了电子化，它们就必须存储在什么地方。因为你需要你的档案可以被你所有的医疗服务提供者使用（当然，还有你自己），这就意味着云存储。当你的档案存储在云端，任何（被你授权的）医务人员都可以利用你的医疗档案来查看最新的实时信息。这应该可以减少纸质文件，加速流程，提供更快和更准确的诊断。

这种集中电子化的健康档案叫做个人健康档案（Personal Health Record，PHR），已经有很多公司从事这项业务。

首先，很多诊所和医院都在为他们的患者创建自己的PHR。虽然这让患者很容易查看在这家医疗机构的档案，但是这些档案一般却和其他医疗机构和服务提供者没有关系。

有鉴于此，几家大型公司和组织正在试图创建可以被多家医疗机构和服务提供者使用的PHR数据库和应用。他们中的一些定位于服务某家公司的雇员，或者特定健康保险公司的客户。其他的则服务于更加广泛的客户，试图成为全行业的标准。正如你所看到的那样，无论哪种情况，都有很多大玩家想分一杯羹。

11.5.1 Apple Healthkit

这家为你提供了iPhone和iPad（而且还卖给你很多数字音乐和视频）的公司也想来管理你的健康档案。Apple的HealthKit服务要扮演一个患者健康信息的档案库，并与医生和医院分享这些信息。数据是由这家公司的iPhone和Apple Watch上运行的Health应用收集到的，包括血压、心率、体重等。

HealthKit最初的设想是帮助医生来监护具有慢性病的患者，比如糖尿病和高血压。在2015年年初，Apple已经和美国23家顶级医院中的14家签订了这项服务的合作。

11.5.2 Dossia

在美国的很多大雇主（包括AT&T、Intel和Walmart）联合起来为了他们的雇员创立了Dossia PHR服务（www.dossia.com）。Dossia系统允许个人以数字方式，从多个来源汇总自己的医疗记录文件。这样人们就可以创建自己的个人便携式电子健康档案，并允许自己所选择的医疗服务提供者使用。

如图11.13所示，Dossia健康管家，是一个为家庭提供个性化裁剪的健康信息的手机应用。你可以看到关于家庭成员活动和告警的消息，也可以看到关于更好地管理自己的个人健康的建议。健康管家接入你的个人健康档案，仔细跟踪用药、过敏、免疫、就医、化验结果等信息。

图11.13 Dossia健康管家应用中的消息

11.5.3 FollowMyHealth

FollowMyHealth（www.followmyhealth.com）是由几百家大型医疗服务者提供的患者门户。它让患者可以浏览他们的用药记录，检查化验和测试结果，更新他们的用药信息，请求更新处方，通过安全信息与医生交流，预约就诊时间等。用户可以通过电脑、智能手机或者平板电脑使用这个门户。（图11.14展示了FollowMyHealth的iPhone应用。）

图11.14 使用FollowMyHealth的iPhone应用

11.5.4 MediConnect

MediConnect（www.mymediconnect.net）是一家基于Web的PHR服务，可以为你整合大部分数据。填写一份在线的用药记录请求（以及相应的授权协议书），MediConnect的一位专家将代表你联系医生、药剂师、诊所和医院来请求你的医疗记录文件。然后MediConnect将其数字化、上传并组织起来以创建你的MyMediConnect账户，整个过程你并不需要做太多操作。

正如图11.15所示的，一个完整的MyMediConnect PHR包含你所有的医疗数据，包括医疗状态、过敏、处置和手术、疫苗接种、用药记录、医生、保险计划、联邦医疗保险索赔以及家庭和社会历史。所有这些信息都是处于一个中心地点的，以一种容易阅读和理解的方式展现。你可以决定允许什么人阅读你的哪一部分记录，包括你的医生、家庭成员等。

图11.15 MyMediConnect的基于Web的PHR

11.5.5 Microsoft HealthVault

Microsoft在物联网领域下了很大的赌注，尤其是在健康档案服务领域。Microsoft HealthVault（www.healthvault.com）于2007年上线，这是一个基于Web的平台，可以存储和维护健康和身体信息。其服务对象包括个人和医疗专业人士。

当个体创建自己的HealthVault账户，这个账户可以被授权使用多个个体的记录。每条记录包含给定个体的医疗信息。那么，一个HealthVault账号就有可能包含所有家庭成员的档案，这样就使得父母可以管理他们孩子的档案，或者成年的孩子来管理他们年老的父母的档案。

用户通过HealthVault网站或者个人电脑/手机应用作为HealthVault平台的界面，来与他们的HealthVault档案互动。（图11.16展示了HealthVault的Windows 8版本的应用。）你可以制定与其他用户（例如家庭成员）和医疗机构分享的信息类型，并不是说你与之分享信息，每个人就必须能够看到你的全部信息。

图11.16 Windows 8计算机上的Microsoft HealthVault PHR应用

利用HealthVault连接中心，你还可以上传各种医疗设备收集到的数据。通过这种方式，医疗服务机构就可以看到你的个人健身信息或者任何你自己收集的其他数据。

注意

说来毫不奇怪，Google曾经是电子健康档案领域的早期大玩家，提供了Google Health服务。然而，Google Health对消费者或者医疗行业没有产生任何吸引力，已于2011年关闭。

{智慧医疗与你!} 智慧医疗的未来就在我们面前。未来发展的目标很明确，但是达到该目标的途径却没那么清晰。

总的来说是要把设备都联网——不论是已有的还是新出现的设备。目前独立的设备将彼此连接以更加智能地工作，并减轻医疗机构和患者的负担。目前各自独立的医疗档案将连接成为一个无论个人还是机构都可以利用的单一的电子数据库。每个人都会对自己的健康更加了解，并基于这些知识以更加快速和周详的方式采取医疗措施。

这些连接中的一些并不需要你的输入或者来自你的信息。医院将把其所有病房的医疗设备互联互通，从而支持跨职能的监护和报警。这不需要你的努力就会发生；医院已经走在这条路上了。

但是这些连接中的某些是需要你的参与的。如果医生或者医院提供创建个人健康档案的机会，你也许要创建自己的个人健康档案，输入或者上传自己的信息，然后就可以选择性地向医疗机构分享这些信息。

无论谁做了这项工作，结果都是值得的。无论你经历了什么问题，医生都将会更加快速、更加准确地诊断它。你和医生将能够更好地追踪你的长期健康，特别是当你患有某种类似高血压或者糖尿病之类的慢性疾病的时候。如果你更换了医生或者进入急诊室，你过去所有的档案都立即变得可用，从而减少了对过去病史的猜测。如果你需要住院，你的住院过程将会更加愉快，且少有医疗事故。

总之，医疗设备物联网有希望给你的治疗过程带来更加智能、更加快速、更加精确的决策。这意味着你将获得一个更加健康的生活。当出了健康问题的时候，你将更快地恢复。

此外我们也不要忽视成本问题。的确，连接所有的医疗设备、建立个人健康档案数据库和数字化并整理那些患者的档案都需要真金白银。但是无论从个人角度还是财务角度，相比其回报，这些投资都算不了什么。医疗设备物联网将有助于阻止螺旋上升的医疗成本，甚至有可能把成本降低。你想要医疗和保险的账单更低么？那么就希望这些智能技术和策略更快地普及吧。

医疗设备物联网不仅省钱也救命。这就是智能技术的好处。

[1]　 The Six Million Dollar Man，美国20世纪70年代的一部关于一位前宇航员失事后被政府改造为电子人的科幻电视剧。——译者注

第12章　智慧企业：用技术更好地工作

物联网有望提高办公室、工厂和零售商店中的工作效率。事实上，物联网可能会使工作效率如此之高，以至于未来的企业不会像现在这样需要这么多的从业人员。想想仓库里的机器人、工厂里的智能生产线，还有那些内置于办公设备中的小小芯片，它们使得办公室人员更加充分地控制设备，或者就是从其中收集数据。这主要是如何自动化那些可重复执行的和明确的流程，并使各种设备和系统相互沟通。

专家们相信商用物联网（IoT for business），有时也被称为企业物联网，或者EIoT（Enterprise Internet of Things），将是物联网的3个主要应用领域中最大的。（另外两个是智能家居和政府应用。）我们正在讨论的，是截至2019年在全球企业中将使用91亿个智能设备，这是根据Business Insider（BI）的预测结果，这几乎占整个物联网市场的40%。

为什么企业对物联网如此热衷？其中的部分原因可能是，在所有的潜在客户中，企业（特别是大型企业）拥有的花在物联网设备和服务上的资金是最充足的。另一个原因是企业领域看到了在这个方向上快速发展的好处。

12.1 智能办公室

很多公司都曾经痴迷于新技术。想想那些在最近30年左右引入办公室的新技术吧，传真机、个人电脑、激光打印机、有线和无线网络、互联网、电子邮件、即时通信、平板电脑、视频会议……这可是一个不断增长的列表。

当然，不是所有的工作场所都愿意接受技术的先进性的，看看相当多的公司仍然在使用Windows XP并抵制员工自带设备工作，你就会明白这一点。但是无论怎么样，如果一个公司看到了生产率方面的好处，它最终都会拥抱新技术的。

这就是为什么如此多的公司被物联网所吸引。智能办公室或者叫智能工作场所，有望为办公室环境带来进一步的效率和效能。

12.1.1 智能连接

联网的办公室就是高效的办公室。

早在20世纪50年代和60年代，典型的办公室之间的联系就是电话。在70年代早期，更大的办公室与大型主机相连，利用哑终端来输入数据；在80年代，办公室与主机脱离联系，且偏好个人电脑，从而唯一的联系就是通过步行来交换磁盘；在90年代早期，局域网（LAN）的使用和内部电子邮件的使用，以及90年代晚期互联网的使用，使连接性得到了新的改善。

从世纪之交开始，办公室的连接性慢慢地从有线电缆逐渐转向无线网络，同时越来越多的人员使用笔记本电脑来代替台式机。同时也为平板电脑和智能手机之类的便携设备在办公室环境中的应用带来曙光，并且将办公室扩展到了在路上或者在家里工作的员工身上。

最近的10年里已经可见虚拟协作的兴起了。在这之前唯一的协作方式就是在公司的会议室中面对面开会。今天短信、视频会议、云计算和其他科技的不断涌现，使办公室人员与身处办公室之外的世界任何一处的人员的沟通和协作都变得容易了。

如今，所有这些历史上的企业连接性实践定义了今天的互联网，也就是任何组织的互联网。那么物联网的时代又会带来什么变化呢？

如你所看见的，物联网的主旨是连接设备、机器等诸如此类的物体，而不是连接人。既然企业已经习惯了连接其员工，那么下一步就是连接其员工所用的设备，不仅相互连接，而且与系统和员工连接。

这个趋势中的某些今天就已经发生了。你的老板利用公司的日历应用预定了一个明天早晨8:00的会议。这不仅保留了一个会议室也通知了所有的与会者。这个会议是自动加入你的日历的，并在你的台式和笔记本电脑以及智能手机的日历应用上显示出来。这都很不错，但是到了原本开会的那个早晨，你的老板将会议改期到下午。这个变化被你的日历应用所留意到，而智能手机将通知你这个变化，这样你就可以决定是继续睡觉还是在会议之前做一些其他工作。

在将来，这个过程可能会变得更加自动化。你的老板将不需要亲自咨询每个与会者是否可以出席；他将告诉计算机或者智能手机他想和谁预定一个会议，然后会议预定应用将完成余下的工作，即与所有的与会者的设备“商谈”，以确定他们什么时候是有空的，找到会议室的空闲时段，最后综合所有的结果预定一个理想的会议时间。老板的手机将随时知道他在做什么，当他过于疲劳或者工作得太晚，则在必要的时候利用这个信息来重新将会议改期到较晚的时候。

这就是一个简单的活动自动化。同理还可以做更多的事情，包括面试/录用、人力资源管理以及公司内部的求助和外部技术支持等事务的自动化。智能系统也将帮助管理员工的工作计划、工作场所的使用等活动。

因为越来越多的员工将在办公室之外工作（无论是在旅行的路上还是在家里工作），这种连接性必须包括物理位置上不处于办公室中的设备。为了实现这一点，我们需要永不下线的连接性以及可以跨平台和设备工作的系统。而且，当然，还需要促成广泛的连接并鼓励使用这种连接的政策。

这个至少部分地要依赖物联网才能实现的目的，就是要创建一个虚拟连接的工作场所，其中物理位置将不再重要。有了智能设备、广泛连接和虚拟系统的适当整合——包括视频会议、云存储和应用，以及交互式白板，不管你和你的同事们碰巧在什么地方，你都将可以完成你的工作。

当然，这其中很多已经发生了。全球的公司都在通过互联网或者虚拟私人网络（VPN）来连接远程办公室。间隔千里的员工们通过Google Docs和其他基于云的应用实现协同工作，并利用Skype、Google Hangouts和其他的视频聊天工具沟通交流。物联网将来只会让这个现象更加普遍并且更加自动化。

12.1.2 智能环境

在互联的工作场所这个话题中，并不是所有的生产力都来自办公室员工的活动的。你办公室里的设备就可以连接物联网，并可以更加智能、更加高效地工作。

这种智能互联中的一些情形和已经在家庭环境中出现的情况很相似。智能照明系统、智能采暖/空调（通过智能恒温器），甚至智能音响系统（根据背景噪音水平，播放正确组合的白噪声或者背景音乐）都将会使办公室人员和后勤部门的生活变得轻松。

更加智能的设备还可以使维护工作更加容易。考虑一个具有内置芯片的垃圾桶（或者碎纸机），它就可以在将要充满的时候提醒后勤部门。这样后勤部门就可以节省下那些每天倾倒每个垃圾桶的不必要的工作，而是仅在必要的时候及时倾倒。

然后是智能打印机、复印机和传真机。当碳粉不足或者打印纸用完的时候，这些设备不再是在前面板上闪烁一个小灯或者显示一条信息，而是自己直接将这个情况通知后勤部门。你不用再因为没有足够的碳粉或者打印纸，或者什么东西卡住了之类的原因给支持人员打电话，因为他们已经自动地知道了这些情况。

或者还能更好，你甚至根本就不知道这些情况，因为后勤机器人已经被派过去处理了这个问题了。想象一下一个类似R2-D2 [1]的设备急急忙忙地沿着过道跑过去，填满打印机和复印机的碳粉，处理简单的问题和维护操作。这些办公设备的基本维护和填充工作会被切实高效地完成，而你也将不需要那么多的后勤团队。

再考虑一下工作场所安防的问题。今天当你要进入办公室或者特殊区域的时候，你可能要在一个读卡器上挥舞或者滑动一张卡片。利用更加智能的智能手机（以及必要的应用），手机就可以当作你公司的门卡，让你进入公司大楼里任何允许你进入的地方。不同的员工设定为不同的权限，这样只有指定的员工才能进入敏感区域。

当你在工作场所走动的时候，智能设备还可以个性化你的环境。智能手机将存储你所偏好的温度和照明，利用近场通信（NFC）或者蓝牙技术，你所进入的每个房间的参数将随之自动调整。当你在会议室里落座的时候，会议室将知道你在哪里，然后把你需要的无论什么应用和设备准备好。这可能意味着放下投影屏幕，点亮投影仪和打开麦克风。

注意

为了与你的智能设备建立通信，工作场所将需要部署iBeancon或者类似的传感设备，就像我们在第7章中讨论过的那样。

一个今天已经在用的系统叫做Robin（见图12.1），其利用蓝牙基站通过雇员的智能手机来定位他们。Robin可以自动化房间预定并能够在工作场所的任何位置定位员工。它还可以分析会议室的使用情况，这样公司就可以知道他们的空间是怎么被利用的，或者了解在毫无成果的会议上浪费了多少时间。

图12.1 利用Robin仪表盘来管理智能工作场所

12.1.3 虚拟会议

说到会议室和开会，谁说大家都必须坐在一个房间里才能开会呢？视频会议在很多公司里已经是司空见惯的常态，会议有的大有的小，一般还配合交互式白板和基于云的展示。未来还有很多发展空间。

非得要把远程参会者在主显示区旁显示为一列拇指大的缩略图吗？也许让人们通过远程出席机器人来虚拟参会也不错。来自iRobot（就是那个带给你真空吸尘器Roomba机器人的团队）的Ava 500视频协作机器人，让不在办公室的人们也能构建一种远程出席的场景。Ava 500看起来像一个顶部带有一个平板显示器的自助服务终端，你说话的头部就显示在这个平板上。屏幕上还安装有摄像头和麦克风，这样你就能看到Ava所看到的一切了。

注意

Ava 500是我们在第11章中介绍的RP-VITA机器人医生的电子兄弟。

甚至更好地，Ava是移动的。它的轮子使得它可以在办公室中移动，这样就能和随便在办公室什么地方的活人进行交流了。你并不仅限于与会议室中的人互动；可以让Ava在办公室中漫游，以便在任何地方和你的同事交谈，甚至他们并没有移动（见图12.2）。

图12.2 利用Ava 500视频协作机器人举行一次虚拟会面

如果具有一个机器人二重身[2]不符合你的风格，那就再等几年。《星球大战》风格的全息图像将最终让你出现在任何会议和世界的任何地点中，就像你真的在那里一样。其中一个例子就是Cisco，他们正在研究在不远的未来取代传统视频会议的全息图像技术。只是要小心不要把你的手穿过你老板的脸！

还有其他一些公司也开始了全息图像的研发。Trade Show Holograms就是一个例子，他们向市场投放了一种全息投影仪，使得客户可以在他们的展览甚至舞台上投影图表、物体甚至人的全息图像。图12.3展示了Partho Sengupta博士最近在美国超声波协会（ASE）科学会议上利用该公司的全息技术展示一个全息图像的演讲。这可是今天就能得到的真家伙，而不是什么科幻小说。这个公司的其他客户包括通用电气（GE）、Detroit Tigers、惠普和美国军队。

图12.3 利用来自Trade Show Holograms的技术，Partho Sengupta博士展示一个全息的地球

12.2 智慧商店

零售商是看起来最有可能从物联网中获益的企业类型。这些企业可以利用智能技术更好地与他们的顾客互动，并且更好地管理他们出售的产品。

至于与顾客互动端的情形，我们在前面的第7章就已经讨论了物联网是如何影响你家附近那些友善的零售商店的，所以这里就不再重复了。让我们看看物联网将如何影响传统实体企业和在线零售业的。

对于零售商而言，物联网最明显的影响是在库存管理上。本章的后面我们会重点讨论常见的库存管理，但是要知道，对零售商而言，在正确的时间把正确的商品摆上他们的货架是非常重要的。对于快销品的断货是和积压了太多的滞销货一样的浪费。

在货架上安装，或者在商品内部嵌入智能的射频识别（RFID）传感器，都将帮助零售商了解在给定的时刻他们的货物在什么地方。结合智能库存管理系统，零售商将知道某项货物何时将要售罄并需要从存货间或者仓库中补货，或者是向制造商追加订单。

例如，Walmart（沃尔玛）已经是智能库存管理的先驱了。当某个货物在收银处被扫描了，该货物的库存水平就自动更新了。由此帮助该公司决定在何时向他们的库存补货。

至于这些库存是如何补货的，今天来说就是由那些最低工资的工人负责。将来补货机器人可能会承担这份工作，并且遵从智能库存管理系统的指示。更少的工人就意味着更低的成本和更高效的补货。

智能货物控制还将帮助零售商来决定特定产品在店铺内的展示位置。例如，喜力啤酒就在和Walmart合作，以确定购物者会去商店里的什么位置去购买啤酒。这不仅有助于产品的摆放，也有助于预测销售。

销售预测是物联网带给零售商（同时也带给顾客的）另一项巨大好处。这比简单地快速补货带来的利益更大；它可以用来分析销售趋势，并了解应该何时增加产品订单来满足预期的顾客需求。这不仅会带来更多的销售，还可以把商品的库存过剩或者库存不足降到最低。

注意

Intel推算零售商因为商品库存不足（以及为了消耗库存过剩的商品而给予深度折扣）每年造成的损失有8180亿美元。

对于那些将他们的产品递送到顾客手中的零售商，物联网有望带来更加智能和更有效的送货过程。基于已有的全球定位系统（GPS）技术，物联网将更好地规划车辆到达目的地的路径，避免交通拥堵，适应易损的商品，了解顾客什么时候最有可能在家。这不仅会让所购物品更快地来到顾客的面前，还可以减少燃料和维护费用。

零售商如何处理损坏的或者出了问题的货物呢？今天的方法就是拥挤不堪且通常都是人手不足的返修柜台。借助物联网，零售商（以及制造商）能够以一种实时的方式来追踪返修和售后服务的情况。这将帮助他们识别趋势和保修问题，最终改进他们所销售的产品。零售商将知道某件商品是否存在正在发展恶化的问题，并随之配备资源（包括备用的替换零件或产品）。

总之，我们这里说的就是更智能的、更高效的零售管理，在更好地服务顾客的同时还能减少企业的成本。这里没有输家（可能不包括那些要被机器人替代的工人）。

12.3 智能库存管理

现在我们可以讨论库存管理的问题了，这不仅对零售商，实际上对供应链上的每个实体都很重要。这里是指制造商、分销商、仓库、货运公司等。物联网是怎么帮助将正确的货物在正确的时间放在正确的地点的呢？

一些专家相信，当物联网企业的时代来临，制造、交通、仓储和信息产业将从中获益最大。例如，BI Intelligence就估计在这些产业的物联网投资将在未来的5年内达到1400亿美元。这可有一大笔的钱要花，而且是为了美好的目的。物联网将影响整个供应链的运作。

这主要的目的就是要把供应链的每一块、每一部分连接起来，并且追踪每个相关的货物（在每一秒钟的）踪迹。那么它需要智能系统来分析收集到的数据，并基于充分的信息来制造、仓储和运输这些货物。

以下是智能系统将导致对所有相关各方的真正价值。

减少资产损失，通过及时发现产品或供应链存在的问题而找出并实施解决方案。

减少运输成本，通过优化车队路线来减少“空车返回”里程，并优化产品的运送。

减少脱销货物，通过预测未来的需求并在整个供应链中使用即时库存管理（JIT）。

减少库存积压，仍然是通过预测未来的需求并使用JIT库存管理和生产。

确保产品稳定，特别是处理易腐坏的产品的时候，通过监控“冷链”并减少每年在运输中腐坏的那1/3食品。

深度理解客户，通过在所有产品中内置的传感器和分析购买行为（也可能是购买后的行为）。

这些好处中的大部分来自将RFID附着在或者嵌入每个产品中。就像我们前面讨论过的那样，RFID标签广播短距离射频信号，这样就可以被监测设备所追踪。在零售环境中，RFID标签在付款的时候被读取。在制造业和仓储环境中，RFID标签可以在任何需要追踪每个产品的物理位置的地方所读取。

12.3.1 智能制造

智能库存管理从工厂的车间里就开始了。这主要是为了使制造过程更加有效率，为了满足预期需求的更好的产品和更快、更及时的制造过程。

自动化在制造业环境中并不是什么新东西。然而，那种自动化必须是大规模的而且是相对固化的，大机器连接那些控制大机器的控制器。

新的变化是，整个制造过程都布满了更多、更小的传感器。除了依靠一些固定的检测点，还可以更密集地在生产线上部署更小的传感器。很多工厂还将传感器和他们的人员探测器绑定（通过智能马甲或者类似的衣物），这样就将其转变为活生生的、会行走的传感器。如此就使得制造过程的任何点都可以监测；根据特殊目的部署的电子传感器可以发现问题并以快于人类员工的速度传递信息。

注意

在工人的马甲中的穿戴传感器还可以帮助防止事故、追踪工人的体温和其他关键体征，或者检测工作场所中的危险气体或化学品。

单个的零部件可以用内置的RFID标签全程追踪。RFID还可以被嵌入制造设备中，这样它们的操作和输出就能够监测了。当某个特定的设备没有按照规定运行，或者当它需要重新校准或者修理的时候，经理们马上就会知道。

没有了人类工人，在工厂车间里就变得更加高效，因为所有各种机器不用再借助人类干预而自己互相对话。这就是所谓的机器对机器（machine-to-machine，M2M）沟通。当一台机器有点落后了，它就可以通知生产线上下游的机器，大家一起随之调节工作流。如果一台机器失效了，这个信息就会自动发送到其他的机器上，于是整个制造流程要么被重新调度，要么暂停，直到这台机器恢复上线。当它们需要更多原材料的时候，机器自动会通知人类工人（或者机器人库存经理），那么适当的工人或者机器人将把那些原材料以JIT的方式递送到，这样整个生产线就永远不会停止或者减慢。

目标就是创立一种“未来工厂”，其中制造过程不再是孤立的，每个致力于最终产品上的离散部件的工作台上也不再堆砌着半成品[3]，而是将所有过程完全整合成一个无缝的过程。这种连接使得从一个中心仪表盘上监控整个过程更加容易，而员工们可以同时利用历史数据和实时状况。由于减少了停机时间（更少的机器停机，更少的等待加入原材料的时间）制造过程变得更快，而产量则上升了。这一切都是为了使工作变得更顺畅，同时需要更少的人工干预。

这里有一个例子。GE在New York的Schenectady的Duratheon电池工厂生产线上安装了数以万计的传感器，甚至在每个电池中还有更加小的传感器。这产生了海量的实时数据来帮助经理们更加有效地管理整个生产过程。传感器收集到各种环境和制造数据——例如，在任何给定日期的给定时间的工厂车间的精确温度和湿度。这些数据可以用来与其他的数据配合以发现温度和湿度是如何影响生产水平或者最终产品的质量的。

当数据得到恰当的分析，其结果也恰当地使用的时候，经理可以调整那些环境参数来最大化结果。运行一段时间，工厂就会实现更少的浪费、更高的输出水平和质量更好的产品。

这不一定要大幅提高才能产生有意义的影响。对产量5%～10%的提升，或者类似幅度的产品缺陷减少，可以为专注技术的制造商带来数百万美元的回报。

12.3.2 智能运输

更加智能的制造过程还会影响供应链的下一步——运输。越是能精确地预测完成制造的日期，就越是能更高效地把产品从工厂运输到分销商和零售商那里。

当然，智能运输并不是简单地把产品移送到工厂外。它还要把原料按照正确的时间移入到工厂内，以避免原料因素产生的生产减缓。一家公司把需要原料的时间预测得越准确，并且那些原料运送过程越确定，它就能越精确地计划进货运输。

智能计划仅仅是运输的一部分。（利用内置于托盘、箱子和每个产品内的传感器）更好地追踪将有助于从供应商到制造商、从工厂到分销和零售商更好地处理和运输产品。制造商将随时知道每项货运所处的地点，以及它将在什么时候处于下一个地点。

这主要就是提高产品在运输过程所有阶段中的可见性——并感知路途沿线中的环境和其他条件。当你知道司机的平均速度、睡眠时间、沿线交通状况、当前和预测的天气（自然地，那些拖延时间的雨雪天气）等，你就能更加智能地追踪结果了。已知的变量越多，你就能越准确地预测每一单货物抵达指定目的地的时间。

让我们假设公司已经从你们在伊利诺伊州的St. Louis的工厂运送了一卡车的节日急需物资出去，目的地是Chicago地区的一家大零售商。你手边有车辆和司机的历史数据，天气预报也是可用的（预计在Peoria有小雪），而且本地的交通也被持续地监测着（在Springfield出现阻塞），系统就可以准确地预测卡车什么时候到达Chicago的商店。商店就可以在他们的卸货场上部署好人员准备好接收这项货物，同时店内的工作人员也准备好将那些热销的小东西放上货架。一分钟都不会被浪费。

此外，通过追踪每个货盘或者产品，可以最小化损失。如果一项货物到达的时候发生少了几箱货物的情况，你可以知道那些箱子到哪里去了，因为你可以追踪它们中的每一个。盗窃行为最小化了，“泄漏”减少了，在你需要那些货物的地方，你就能得到更多。

12.3.3 智能仓储

在仓库中对于每个产品的追踪仍然在继续——无论这是制造商自己的分销中心、某个批发商的仓库，还是一个零售商的仓库或者就地存储区。你（以及分销商和零售商）将知道每个货物在什么地方，甚至一直到它被最终的顾客购买的时刻。

现在仓库出人意料地充满高科技和复杂的操作只一间典型的仓库存放着几千甚至上百万个SKU（Stock Keeping Unit，该行业用于指代每个产品的缩写术语），每个都存放在特定的位置（通道或者货架）。当收到一份订单，它很有可能会包含多个SKU，需要有人从整个库存体系中来“分拣”那些货物。

工人怎么能知道每个SKU存储的位置呢？在以往，他们依靠库存位置的纸质的“地图”。今天，每个货物的存储位置存放在一个巨大的数据库中，当需要配置一个订单的时候就用来参考。差不多就是这样吧。

假设一个顾客下了一个包含六七样不同东西的订单。这就在仓库中产生了一个拣货工作单，其中每一行显示一样货物。紧随每样货物之后的就是这个SKU在仓库中的位置。更加智能的系统还会组织货物的次序，以提高拣货的速度，这样工人就不必在仓库里来来回回地行走了，他们能够以最短的距离来分拣依次出现的每个货物。

而更智能的系统可以利用移动订单完成机器人来把这个过程更加自动化。例如，Amazon已经部署了超过15000个来自Kiva Systems的移动机器人，在它的10个最大的仓库地面上快速行走，被编程以找到完成顾客订单的必要货物。（图12.4展示了Amazon的Kiva机器人编队。）

注意

Kiva Systems是Amazon的一家子公司，为它的母公司和其他的大型分销商和零售商提供订单分拣机器人，包括Walgreens、The Gap、Office Depot、Crate & Barrel和Saks 5th Avenue。

Amazon的机器人（实际上，是驱动那些机器人的库存系统）知道每个SKU在什么地方，计算移动的最短距离，然后导航到那里。机器人是通过扫描在仓库地面的编码来导航的，同时遵循从主控系统无线发送来的指令。

图12.4 Amazon在其仓库的订单分拣过程中使用的Kiva机器人

小机器人在货架下面滑行，并将货物搬到一个集中位置，在那里工人拿起产品并装箱。工人不再需要在地面走动；待在一个地方就不用那么耗费体力了，同时采用机器人把货物搬运到人那里加速了整个过程，速度可以高达以前的3倍。采用机器人还把仓库的运营成本降低了20%，这可不是个小变化。

然而，Kiva机器人并没有真正把产品从货架上拣下来；这仍然需要和机器人一起在仓库中移动的人类员工完成。Kiva和其他公司都在研发可以抓取货物的机器人，但是这还需要几年的路要走。当抓取货物的机器人变得经济可用后，可以期望看到仓库效率的新跃升，并且需要的人工更少了。

12.3.4 智能管理

在市场竞争的战场里，智慧企业具有一样秘密武器，它的名字叫做“信息”。一个企业所掌握的信息越多，它的决策就越明智。

在物联网中，所有在制造、运输、仓储过程中的各个阶段的数据收集后都发送到一个中心管理系统中。这些数据可以做趋势分析和其他的因素分析，来帮助公司更好地计划未来的运营。

我们以仓库来举例说明。在过去，仓库中的物品一般是用零件编号或者尺寸来组织的。利用今天的智能系统所收集的信息，物品则可能是放在任何最有效分拣装箱的地方。

考虑下用于管理的信息。你不仅知道哪一个是你的最畅销产品，也会知道什么物品是顾客倾向于在某段时间一同购买的。你就可以采用在同一地区的仓库中同时给这些物品下订单的方式来组织这些SKU。当购买模式随着季节变动的时候，你也将知道如何随之调整货架。你还会知道什么时候用多大的箱子来存储，从而最优化运营中的包装环节。一些系统甚至可以预测在给定的某天每个物品的销售数量，这样一些分拣包装的工作就可以在接到订单前就完成了！

物联网可以在整个过程的多个点收集数据，从而帮助更好地管理。对于大型企业，这意味着更加有效的制造、更少的浪费、产品质量的提高、更快的运输和更少的脱销。JIT制造和库存管理意味着企业保留更少的库存，也就减少了资本的占用，并减少了因为不可预测的滞销而造成无法销售的库存的风险。

智能设备+智能过程=智能管理。这就是取胜之道。

智慧企业与你

智慧企业对你将意味着什么呢？这取决于你在整个蓝图中的位置。

如果你是一个办公室人员，物联网将使你的办公室更加智能。你不会再有那么多漏掉的会议和沟通。你花在等待各种事情上的时间将减少，从而变得卓有成效。而且工作环境对所有人来说也将变得更加舒适。

把云计算加入其中，你甚至还没踏入主办公室一步就可以感受到这种工作效率。当需要开会的时候，你将可以通过视频会议或者全息投影来参加。大家将通过云应用实现在项目中的协作，而同事可以分散在遥远的各个角落。你可以更好地管理自己的时间，无论你是在家里、附近的咖啡屋或者车里工作。

你所控制下的公司运营也将更加富有效率。如果你主管制造、分销或者别的什么，你将不用担忧库存将用光的问题，或者有太多的滞销货物堆在那里。所有的一切都更多地自动化，而你只需要控制它们。你会确切地知道你所制造的每个货物在每个时刻的确切位置，并随之进行深思熟虑的决策。

当然你并不需要真的要做这些决策。这是因为自动化的管理系统将为你完成多数的决策。如果有什么放错了位置，你也许需要走进去修正，但是如果不再需要这样，你的工作就会变得更加轻松。

当然，如果你的工作变得太过于容易，你也许该问问公司是否还需要你。作为物联网不可或缺的一部分的自动系统将使很多人类管理活动变得多余。天呐，傻瓜，这个自动系统也许会比你曾经做得还要好。如果你恰好处于这种正在被消减的中间管理层中，你最好开始准备求职简历。

如果你是工厂或者分销中心雇佣的蓝领，也会发生同样的事情。随着工厂的机器越来越多地被自动化，工人们离开了原来薪水不错的职位，升级的自动化过程将清除剩下的那些少数人。智能设备和传感器将比人类巡视员更好地完成工作。毕竟，在这种情形下管理的目的绝不是增加人员工资。

这在分销中心中将体现得更加明显，因为其中下一代的机器人将能够从货架分拣每个货物，轻轻地把它们打包进合适的盒子里，加上正确的包装材料，在盒子上贴上标签，并把它递给自动驾驶送货车或者无人机。这种类型的人工劳动将最终消失，这一点是毋庸置疑的。也许要一两年，或者5年，但不用很长时间我们就不再需要人类在仓库里工作了。

所有这些即将来临的自动化看起来对大企业都不错，但是对于那些体力劳动者来说就不是那么回事了。Amazon和Walmart的订单分拣成本将逐步减少，并可能将更低的价格传递给消费者。但是将有更少的消费者有钱来购买那些产品，因为所有的体力劳动者都将被机器人和自动系统取代。

我亲爱的朋友们，这就是进步的代价。

[1]　 R2-D2，电影《星球大战》中的机器人。——译者注

[2]　 Doppelganger，二重身，起源于欧洲传说中与某人外貌一样的鬼魂。——译者注

[3]　 在制造业中，生产过程中半成品是库存的一部分，而不仅仅包括在仓库中的成品。如果运营管理无法减少半成品的总量，就意味着对应于这些半成品的资金被占用了，而这对于企业而言是一种风险和损失。——译者注

第13章　智慧城市：每个人都被连接起来

如果每个人、每个家庭以及每个企业都通过物联网连接了起来，为什么不再走一步，将你所有的邻居，甚至整个城市连接起来呢？联网设备可以帮助减少本地道路上的拥堵，一旦出现意外就向消防队报警，甚至在道路需要维护和需要更多的警力的时候发出信号。智慧城市意味着一个更小的政府，还是一个更加具有干涉性的政府，这都要看具体情况了。

13.1 理解智慧城市

物联网可以对各种规模的城市提供大量的应用。然而在智慧城市的前沿，说得多做得少是毫不令人奇怪的。事实上，存在一种隐约浮现的智慧城市基本概念，它类似于一种模板或者一组指导性原则，可供全美国和世界的城市来遵循。

智慧城市的目标是更好地利用公共资源，提高那些针对市民的服务质量，并且降低公共管理的运营成本。为了达到这个目标，智慧城市必须部署一个基础设施来提供对大多数公共服务的简单经济的使用渠道，如果不是全部的话。其包括交通运输与停车、照明、公共设施、安防和公共区域的维护等。

这种理论上的智慧城市概念在实践中意味着什么呢？我们想说的是各种潜在的公共利益，包括更有效的交通、更好的公共建筑和区域的管理、（巨大的）公共照明费用的减少、更好的废物清运系统和其他公共设施，以及更有效的警察和急救服务。这些都是值得追求的目标。

和所有物联网相关的活动一样，智慧城市是由从各种形状和尺寸的智能设备中收集来的数据所驱动的。所有这些数据可以用来提高本地政府的透明度、增强公众对他们城市状态的认知，刺激市民对公共管理的参与感。

虽然这些都非常令人振奋，智慧城市（至少在美国）还有很长的路要走。当然这里有显而易见的技术和财务上的挑战（它所有的一切实现起来都相当复杂和昂贵），此外城市还面临着其他的政治问题。当要把几百亿美元的真金白银花在这上面的时候，谁来做这个购买决定呢？谁将从本地和州政府的合同中受益？特别是当技术上必须连接多个相邻的城市的时候，谁来做决策呢？政府如何面对这种海量数据的收集和事实上的公共监控所带来的隐私和安防问题呢？

一旦这些挑战被克服了（而它们必将被克服），可以预期你的城市要在街道、停车场和建筑中安装数以千计的传感器，收集更多关于公共设施使用、空气质量、噪音水平等的数据，然后利用收集到的数据来提供更好和更有效的服务。在每个地方，城市和市民的未来都是光明的。

13.2 智慧基础设施

一个智慧城市的建设从加强智慧基础设施开始。物联网要构建在各种数据的收集之上，而典型的城市有太多的数据需要被收集。这就必须建设一项基础设施，包括各种必要的传感器设备，以及把它们连接起来的通信网络。

以那些常见的公路桥为例，它们是我们的交通基础设施的重要组成部分。全美国的桥梁都在老化，需要切实地维护来避免2007年那样的大灾难，当时Minneapolis [1]的I-35W号密西西比大桥坍塌了。为了连续不断地正确监测一座桥梁的安全，需要各种传感器，包括温度、湿度、震动和压力传感器。在地震高发地区，还需要加入地震活动传感器和重力加速感应计。

所有这些传感器都必须与一个中心系统相连，该系统实时监测并分析历史数据以得到趋势。如果震动强度随着时间而加大，那就意味着一些异常情况发生。如果传感器测量到压力随着温度和湿度上升，那就意味着另一些异常情况发生了。所有的数据都是相关的，因此都必须收集和分析。

或者我们讨论一下公路隧道的特别情况，这在很多城市里是交通运输的关键。不仅是路面的情况被监测，隧道结构本身也需要被监测。然后是监测隧道中空气质量，这需要探测空气流动，以及一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、二氧化氮（NO₂）和各种不同的其他气体。这些传感器的输出必须实时监测（为了在出现问题的时候触发警报），但是也会用作长期分析以识别出可能表征隧道需要维护的趋势。

当然，物联网就是这样的。困难就在于如何部署所有必要的传感器以及如何部署把它们有效地连接起来的网络。

那么，一座城市必须构建某种低功率无线传感器网络（WSN）来连接各种在公众视野内的传感器。这里我们所说的是用在监控道路、街灯、停车计时表、公共建筑、停车场等其他公共区域中的。这些网络必须是在一个相对大的区域内每周7天每天24小时100%激活的，并且可以维持与人类之间最基本的互动。

虽然有好几种无线技术可以应用于城域范围，今天最受关注的是6LoWPAN。这种无线协议的设计目的是用于低功耗设备传递相对小的数据包，比如传感器。它可以在一个城市范围的网络中支持大量的这类设备。在这一方面，连接一个智慧城市和在家里搭建一个局域网（LAN）是完全不同的，主要挑战就是需要覆盖的地域面积和需要支持的设备数量。

注意

6LoWPAN这个名字是IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks的字头缩写。其他相关的城域网络协议包括DASH7和MyriaNed。

如图13.1所示，一个城域的6LoWPAN网络是由多个更小的LoWPAN网络组成的，后者服务于更小的地理区域。每个LoWPAN网络通过边缘服务器链接到主网络服务器（以及互联网）。边缘服务器实现LoPWAN中数据流的导入导出，也处理LoWPAN内设备的网络发现。每个路由器内有更小的节点，要么用作主机，要么用作路由器。每个传感器和设备链接到这些节点上，从而链接到更大的网络和互联网中。

无论采取哪种无线协议，一个城市的智慧网络都将连接那些安装在个人家里和企业中的相关的物联网传感器和设备。我们这里说的是重要的告警传感器，比如烟雾警报和安防系统，还有监控能量使用和建筑温度的传感器。

然后，在网络的大脑部分，城市需要安装运营软件来处理监控、分析，并基于这些数据采取措施。在理论上把这些监控和分析的工作交给人类员工是不可行的；城市必须依赖于智能系统来为其完成监护和（大多数的）思考工作。

图13.1 一个城域6LoWPAN网络的架构

13.3 智能通信和应急管理

每个城市都拥有很多公共服务雇员，不仅仅包括那些坐在市政办公室中的。（对多数城市而言）这里指的是警察、消防员、各种类型的抢险队员、垃圾清理人员、铲雪车驾驶员、道路工人和其他各种维护人员。城市需要为这些人员提供快速和有效的通信，特别是在紧急状态的时候。

以春天里常见的一个场景为例，此时常出现许多道路凹陷需要修理。今天，出现这种情况时（这种情况总是会发生，当然有些城市做得会比别的城市好些），就会有人（一般是一位当地的居民）留意到这个凹陷并拨打市政厅的电话来抱怨此事。市政厅把这个抱怨传递到道路管理部门，这个部门就把这件事放在他们的工作清单中。最终，一组人员被派去填上这个凹陷，这一般是通过一个列明需要处理的问题和处理时间并打印出来的工作清单来指派的。

现在看看有了物联网，有了包含适用的嵌入传感器网络的智能系统，这件事将会是怎么处理的。不是等待一位市民来抱怨这个凹陷（一般是因为他开进凹陷的时候丢掉了一个轮毂罩），智能传感器探测凹陷的出现并报告给中心系统——同时包含其位置和大小。这个系统自动将这个问题输入它的主数据库，并向适合的道路养护团队分配任务，同时按照位置和严重程度划分优先等级。由于物联网的应用，城市管理机构可以更快地知道这个问题并更快地修复。每个人都是赢家。

警察和其他的抢险救灾人员也会从更加迅速和智能的通信中获益。安防系统直接连接进城市的中心系统，这样一旦某个警报触发，警察就会注意到。除了收到告警，警察还会收到来自家中或者办公楼中的其他传感器的信息，如门禁传感器、窗户传感器、运动传感器甚至安防摄像头。警察可以更快地注意到问题，同时得到重要的信息来计划他们的应对措施。

同样的事情也会发生在消防队员身上。一个烟雾报警响了，数据会直接发送到最近的消防队。在他们把消防车开出来之前，他们知道是哪里的大楼着火了，到达那个大楼和大楼内部的最佳路线，以及他们可能会遇到的障碍。他们还会得到着火大楼的最新楼层平面图，这是事先存储在中心数据库的。

利用物联网，医疗急救人员也会变得更加智能和有效率。当一个求救电话打来，他们同时收到那位市民身上可穿戴医疗设备发出的数据，以及这个人完整的病史档案。救护人员在到达前就已经知道了可能面临的问题，这样就可以为此更好地准备针对性的医疗急救措施。

还可以考虑下物联网在更大范围的公众紧急事件中的作用。当出现洪水、龙卷风、暴雪或者飓风，或者处理向人群射击、爆炸或恐怖袭击等事件的时候，权力部门将事先得到更好的信息利用更有效的通信。一个部门知道另一个部门在做什么，就可以在其应对中更好地协作。

13.4 智能道路和交通管理

无论在市区还是郊区，城市都必须管理很多机动车辆。我们说的是交通控制、道路维护、停车管理等。这可是一件头痛的大事。

不过，物联网将会减轻这种麻烦。怎么减轻呢？通过综合使用智能道路和传感器设备以及智能管理系统。

13.4.1 智能停车

让我们从停车问题开始讨论。如果你生活在某个稍具规模的城市，你一定知道找一个停车位有多难，特别是在热门活动举办期间。如果你知道最近空车位的确切位置，这样就不用花哪怕是几分钟的时间来到处寻找了，这难道不好么？

智能停车技术的诞生就是为了解决这个问题。Streetline是一家制造专用的停车传感器的公司，可以供城市把这些传感器嵌入街道上的停车位。这些传感器可以探测是否有车辆停在那里，然后把数据发送给服务中心。驾驶人员利用这家公司的移动应用（见图13.2），就能找到最近的未占用的停车位。将来这种设备可以内置在汽车中，这样只要一个按钮或者通过语音命令，就可以让你的汽车导航到可用的最佳停车位了。

图13.2 利用Streetline应用来找到最近的停车位

注意

Streetline还为城市提供关于使用模式的数据，这样他们就可以修改停车政策、费率和管理条例，并了解哪里需要更多的停车位。它也可以处理停车收费，这样你就不用必须手工来给计费表充值。

13.4.2 智能交通管理

停车问题仅仅是市区交通问题的一部分。交通本身就可能是一场噩梦，在很多市区中都普遍存在大量拥堵的现象。

当你试图去避免交通拥堵和最小化因红灯停下来次数的时候，你就该求助于物联网了。通过利用街边的传感器来持续监测交通流情况，物联网的智能系统就可以处理交通信号甚至车道的分配，以确保绝大多数的开车人可以经历最少的等红灯次数而到达他们的目的地。

很多必要的技术今天已经存在了。很多城市已经使用一些路面交通探测器、摄像监控器和分时交通灯。但是今天这些粗陋的机械传感器与明天那些智能传感器和设备相比就显得苍白多了。

我们从物联网中得到的效果之一，就是更多地监控了更多的节点上的更多的传感器，从而提供了一个密集的数据网格。传感器可以嵌入在道路中，或者安装在路边的交通信号或者灯柱中；不同类型的传感器用来监测不同的对象，比如车辆交通、空气质量、噪音水平等。数据也可能来自驾驶人员的智能手机或者智能汽车。

这都是怎么做到的呢？问的好！Carnegie Mellon大学最近在宾夕法尼亚的Pittsburgh从事了一个试点项目，使用了各种“智能信号”技术。在这项测试中，运动传感器和交通信号绑定，而交通信号自己也是通过信号与信号之间的通信所连接起来的。结果呢？减少了40%的交通信号等待时间，从而减少了26%的行驶时间。（还可以换个角度来理解，比如减少了21%的尾气排放，这也是一件好事情。）

这真的很简单。管理交通信号和一些其他的活动，从而使得汽车在法律允许的范围内尽可能快地移动，还有很多随之而来的好处，开车的人更快地到达他们想去的任何地方，交通事故变得更少，道路拥堵降到最低，而空气质量也得到了改善。这都是智能交通系统（Smart Transportation System，STS）的功劳。

13.4.3 智能道路

当我们把道路本身变得更加智能的时候，交通管理会变得更加智能。一些人看好智能汽车的未来，但是智能道路才更现实，也更可能产生较大的短期效益。让我们面对现实吧：把当地的公路装上传感器可要比把美国的所有汽车都变成自动驾驶的容易得多。

注意

关于智能汽车，详见第8章。

到底什么才叫智能道路呢？它是几种技术的综合，都是为了更好地管理交通流、避免拥堵和事故所设计的。

这些技术包括以下几种。

夜间发光路标——这是指标志线和其他的道路标志，由那些在白天可以被“充电”的涂料所制造。这种标志可以在晚上持续发出绿光达10个小时（见图13.3）。此外，温度敏感的涂料可以在条件严酷的冬天在路面上显示出雪花的形象。结果就是，更加可见的道路标志有助于更加安全的驾驶。

图13.3 在Netherlands N329高速公路上的夜间发光道路标志线

智能路灯——有照明的道路肯定比黑暗中延伸的高速公路要更加安全，但是需要钱来点亮所有那些灯。智能道路照明利用运动传感技术来感知到一辆汽车正在驶近，然后点亮那段高速公路上的照明。汽车的距离越近照明也越亮，并在它驶离后慢慢变暗。这对于那些交通流量较小的道路而言是非常好的技术，这样既得到了可用的照明，又尽可能省钱。

风力照明——如果支付电费账单是个问题，为什么不利用替代能源呢？风力供电的路灯采用路边风车来发电，从而利用过往车辆产生的微风。风车仅当汽车在附近快速通过的时候才开始转动，从而就照亮它前面的路面。某种程度上来说，这是开车者自己驱动的且为自己服务的照明。

电动车专用车道——说到电动车，利用公路系统来为我们将来的电动车群来提供电力？一些专家建议建立电磁感应专用车道并内置磁力场，用来为在其上行使的电动车充电。

太阳能公路——仍然是关于电力的话题，我们还可以让太阳为我们的智能道路提供电力。那些几百万千米的公路可都在阳光下，让我们把太阳能用在各种方面吧。有几家公司正在研制可以部署在道路表面的太阳能面板。而这些太阳能面板产生的电力可以传送出去，用于路边的照明、融化雪和冰或者其他用途。

智能道路显示——取代传统的道路上方和路边的标志，我们可以利用嵌入在我们道路中的太阳能面板通过发光二极管（LED）向驾驶者显示信息。除了为传统的道路标志提供电力，还可以想象一下一条带有可以提示前方车道变化的发光箭头、可以提示车速和当前限速的数字，或者包含重要信息的文字的道路吧！（图13.4展示了这样一条道路的假想图。）这是非常充满未来感的，但也有潜力成为改变行业规则的革命。

注意

在研发道路太阳能面板/LED显示的公司中，比较著名的一家就是Solar Roadways。这家公司的硬质路面板模组由10%的再生玻璃制造，可以承受110万牛顿的压力，融化与之接触的冰雪，并通过内置的LED灯来显示信息。

图13.4 一段实验性太阳能道路的假想图

除了内置传感器和监控设备，还有很多智能道路的未来技术。“哑巴”道路的时代终止了，很快所有我们在其上行驶的表面都会展示出必要的智能，从而让我们的驾驶体验更加安全和快乐。

13.5 智能公共照明

我们前面谈过道路的智能照明，但是用于公共空间室内外的、更加智能的照明正在降临。其主旨是仅当我们需要的时候才提供照明——而周围没人的时候就节省了能源费用。

很大程度上，这和我们之前在第5章中介绍的智能照明技术是一样的。这就是要利用各种传感器（特别是但并不局限于，运动传感器）来检测在给定的房间或者公共区域内是否有人。如果有，那么智能科技会点亮灯光。如果没有，智能科技就保持照明关闭以节能。

注意

城市并不希望过度使用各种智能照明解决方案，你并不希望天黑后所有的灯都黑着。在某种程度上，灯光是城市特色的一部分；灯光也是城中居民的安全感的一部分，而且它在很多场合下的确增强了安全。

公众照明对于多数城市而言都是很大的一笔开销，消耗了城市高达20%的电力。如果这种电力消耗能够节约哪怕是很小的一部分，其节省都是可观的。（当然，减少能源消耗对环境也是有益的。）

一个越来越流行的趋势就是把传统的白炽灯或者荧光灯换成较新的LED照明灯。这可以节省城市一半的照明能源费用，而不需要关闭任何一盏灯。再加上智能照明控制，可以预期在现有水平上节省80%的能源。

13.6 智能公共设施

很多城市都或多或少需要运行某些他们自己的公共设施，水务、垃圾管理，甚至燃气和电力。保持城市及其居民费用的下降是一项严峻的挑战。

13.6.1 智能垃圾管理

垃圾收集可是一件大事。不仅是垃圾收集花费的时间和金钱，还有在哪里堆放这些东西。（可能就是你家附近的填埋场。）

当我们开始为垃圾管理加点智能化的时候，可以从智能垃圾箱开始。现在，你所有的垃圾都倒进一个绿色（或者黄色、蓝色）的垃圾箱中，由垃圾车每周收集和倾倒一次，不管它装满还是不满。在物联网的未来，可以想象一个内置了传感器的垃圾箱，可以探测垃圾桶的充满程度，并在其需要的时候才召唤卡车。这将通过优化垃圾车的路线并提高收集的效率来减少成本。

这样的一个智能垃圾箱的例子就是BigBelly（见图13.5）。这是一个太阳能驱动的垃圾箱和垃圾压缩器，它能在垃圾需要运走和倾倒的时候向管理人员告警，这非常适合工业用户。波士顿大学说BigBelly已经帮助将垃圾收集次数从每周14次降低到每周两次，这可是非常显著的效果。

13.6.2 智能水务管理

市政水务管理也是物联网可以优化的主要领域。现在，多数城市还是雇佣抄表员行走于街区来手工抄写水表读数。这是非常非常落后的。

图13.5 BigBelly太阳能智能垃圾箱

将来城市将安装带有内置传感器和射频（RF）传送器的智能水表，可以监测每个家庭的用水量。通过收集实时数据，如果发现用水量出现异常，水厂可以（通过电话、电子邮件或者短信）提醒消费者，从而对潜在的泄漏进行告警。这些数据还可以为城市管理者提供每家每户的整体用水趋势。（他们还可以把用水量和其他收集到的数据进行比较——例如，温度和降雨模式。）

13.7 智能电网

另一项尤其更加引人注目的应用是电力公司和整个电网。当我们将各种智能设备连上新的电网的时候，可以更加节约用电。

13.7.1 什么是智能电网

我们整本书都在提及的智能电网是什么呢？简单地说，它是一个现代化的电网，电厂、变压器和传输线路的总和，其将电力传送到指定区域的所有家庭和企业。

无论是否是智能的，电网总是你想打开电视、拨动电灯开关或者启动计算机的时候所连接的那个东西。我们现在的电网是一个世纪前建造的，虽然从那时起经历了很多技术改进。它包含将近10000个发电单位，连接了超过48万千米的传输线。虽然它的确是一个工程学上的奇迹，且能够产生超过1太瓦的电力，但是电网现在开始显得有些过时了。现在的电网是几大块拼拼凑凑地连在一起的，而我们已经将电网的能力用到了极限。

未来，我们需要一个智能电网，一个从根本上就是为了处理更大的电力负荷，并更好地管理那些负荷的电网。这个新的电网，即所谓的智能电网，将使用数字通信技术来收集和传播关于能源使用的数据，同时包括使用者和生产者的行为数据。那些数据可以被用来提高能源效率，帮助消费者节能省钱。

智能电网将建立电厂与其客户之间的双向通信，这将使得智能家庭设备和电厂直接对话，从而提高能源利用率。这个智能电网还将包含沿着传输线部署的传感器，可以更好地监测各种情况下的电力使用，并对需求变化更快地响应。

13.7.2 更智能的能源管理

这一点的意思是将能源放在需要的时间和地点。更加有效地分布电力负载将减少停电事件和局部限电，而且随着电力使用更加的平衡，总体电力需求也会减少。

用电量也可以通过建立电厂和家庭与企业中的智能设备之间的通信来管理。这是指智能恒温器、智能家电等可以接受电力公司指令，并随之将用电调整到电力需求低谷的时间段。

例如，在一个用电高峰的炎热的夏天，电厂可能就会发出指令切断不必要的用电，比如调高空调的温度以及关闭洗碗机和洗衣设备。这不仅有助于缓解整体的用电需求，还可以降低电费。

13.7.3 自修复电网

专家们说一个智能电网还应该是更加易于维护的电网。今天，由于电力失效在线路沿线产生的多米诺效应，一次小规模的停电事故很快就会变成更大规模的停电事故。在用户打电话抱怨之前，电力公司并不知道哪里出了问题，而且要花很长的时间来修理设备并恢复供电。

一个智能电网将可以更好地管理停电和设备损坏，这种能力来自该行业所谓的分布式智能。这包括通过部署在家里和企业中的智能电表和传感器，捕获电网“边缘”的数据，也就是消耗电力的地方的数据。通过就地实时分析这些数据，可以获得更多的信息，更加快速地决策，特别是在紧急状态下。

分布式智能使得电厂在停电发生的那一刻就知道，比客户的电话要早得多。电力公司将能快速定位停电发生的位置，这样维修团队就能立即被派往故障区域。

智能电网能够让电力公司在停电事故影响电网的其他部分之前就可以更好地进行隔离，重新分配电力传输路径，绕开故障区域继续向多数客户供电。这将使整个系统应对各种紧急事故的能力加强，无论是严重的暴风雨、太阳黑子活动，还是恐怖分子袭击。

除了最小化停电事故的蔓延，智能电网还将更容易维修。利用选择性手段，例如首先重新选择电力传输的路径，在事故后可以更快地重启电力服务。用这样的方法，智能电网就成为一种可以自我修复的分布式系统。

注意

因为智能电网建设为可以处理双向的电流，它还可以更好地利用用户产生的电力，无论是传统的紧急情况下的汽油发电机，还是一直处于运转状态的太阳能、风力发电系统。这将有助于缓和电力负载，并响应日益壮大的绿色能源运动。

13.7.4 收集和使用数据

当然，电力公司将充分利用所有数据带来的好处来提高他们资源和基础设施的管理效率。电力公司将更好地处理客户的能源使用，并让更好地配合供给和需求。

智能电网产生的所有数据将（或者说至少应该）对客户开放。你对自己的能源使用了解越多，就能更加明智地选择用在哪里和如何使用。每天你都可以获得自己用能情况的实时数据，以及到底是什么设备使用了这些电力。你还将可以看到为这些电能花费了多少，这将帮助你通过减少高电价时段的用电量来省钱。

13.7.5 建设智能电网

建立一个智能电网是非常费力费钱的。新的智能电网将包含几百万个单体设备和部件，电力线、传感器、控制器、计算机系统等。并不是所有关键技术在今天都是可以广泛获得的；有些仍然处于研发阶段，需要在广泛部署前进行大量的测试。在这些技术都具备之前还需要有一段时间。

可以将下面的技术思路作为智能电网的一部分。

集成双向通信或者通过传统的有线网络、电力线网络（如果你想一下，这其实很自然），或者无线网络。这些通信对实时控制、数据采集和交换以及安全都是必需的。

传感和测量用来监测电流和设备的状态，评估阻塞和电网稳定性，以及防止窃电。可能需要部署更多的传感器，包括那些测量电压和电功率的、环境温度和湿度的、气候状态的、电磁签名的、能源泄漏的等。

相位测量单元（PMU）遍布在整个传输网络的高速传感器，用于监测系统状态。这些传感器每秒可以采样30次，测量网络中特定位置的磁场和交流电压的相位。PMU使得自控系统以一种动态的方式快速响应不断变化的系统状态，这样就能最小化停电的风险，并防止进一步的蔓延。

分布式电流控制通过安装在传输线上的设备控制电力的流动。这项技术针对能源在电网中的路由和客户生产的电力的存储提供了更加持续、实时的控制。

智能电表安装在每个客户的家中或者企业里。这些都是数字电表（而不是相对老旧的机械式电表），可以实时监测用电情况，并为电力公司和客户的智能设备之间提供自动的信息传输。智能电表还可以为电力公司提供更多关于电力是如何在每个地点和整个服务区域内使用的数据。

注意

智能计量技术是经常称为先进计量基础设施（Advanced Metering Infrastructure，AMI）的一部分。这是因为计量表在安装时需要连接在其他通信基础设施上，以向电力公司传递收集来的数据。AMI提供了一条从电厂到客户家中和企业里的智能设备之间的通信线路，反向亦然。

智能发电通过使用可以相对其他发电单位独立启停的发电设备来达成电力生产和需求之间的配合，这叫做负载均衡，并可以通过智能电网中的传感器、控制器和系统实现自动化。

智能控制系统具有连续监测、即时诊断以及为电网的中断和停电提供解决方案的能力。这些系统将整合分布式智能终端、分析工具与算法以及操作应用。

很大程度上，智能电网正在被人们利用这样或者那样的技术拼凑起来。有些专家预测至少还要10年才能把所有的部分拼凑齐全，但是当完成的时候，效果将是立竿见影的，并且会深刻地影响我们。

智慧城市与你

智慧城市将怎样影响你、你的家庭和你的工作场所呢？这些影响将是微妙而深远的。

首先，看起来并不会有很大的区别。你仍将享受到同样的市政服务——同样的基础设施、同样的应急服务、同样的警察和火灾救助。你将行驶在同样的道路上，穿过同样的路口。在表面上，你的日常生活和今天没有什么大的区别。

多数来自智慧城市的好处是藏在表象之后的。智慧照明将总是在你经过的时候打开，当你走远的时候关闭。智能通信将在紧急情况下提供更快的响应时间。智能电网将导致更低的电费账单，并且对环境产生正面的影响。

其他的好处可能更加显著。智能停车系统将使你更容易找到市区的停车位，并更容易支付停车费用。智能道路将在你驾驶的时候提供更有用的信息。智能垃圾管理将意味着你的垃圾箱永远不会溢出，不管你产生了多少废物。

所有这些好处都将由当地政府所监管，这从长期来看也对你有益。更加智能的公共设施和照明以及从智能电网中所节省的财力，将导致更低的税率。更高的自动化水平将导致更少的政府雇员，这也会降低支出并（可能）降低税赋。从所有这些智能设备中获取的更多的数据也将使得当地政府更加明智地决策，或者说我们希望如此。

为了获得这些好处，你将需要将家中的智能设备连接到城市的智能服务上。所有在第5章中讨论的设备在连接到智能电网和其他智能服务后会变得更加智能。你想要Nest恒温器真正发挥它的作用么？说服城市或者当地电力公司升级到智能电网技术吧。只有当全部这些智能设备和系统，无论在家中还是在社区中，都连接起来的时候，物联网才开始真正展示它的潜力。

当然，所有这些增强的连接和数据采集也将意味着政府将对你了解更多。你希望当地的警察部队掌握你的住所的蓝图并知道某个房间什么时候被占用么？当你面对非法入侵这样的紧急情况的时候，这些信息证明是对救助有用的。在能源使用上也有同样的情况，你的电力公司知道你家里有什么电器以及它们的用电量，但这事情到底有多重要呢？

考虑一下这样的场景。各种传感器都在向一个中心数据库汇报你公寓的一个特定房间正在使用异常大的用电量，正在持续亮灯，并有比平常更高的温度和湿度水平。那么，这可能是因为这个房间安放了一个动物饲养箱或者大鱼缸，但是有关部门可能获得了同样的数据并据此认为你在从事非法种植，于是执行一次突击检查。

这可能不是物联网的好用法，但是你可以看到我们怎么就到了这种地步的。每件事情都有另一面，包括智能技术。当政府在讨论是否需要在这类智能设备和智能系统上投资的时候要好好想想；这里是有需要解决的潜在负面影响的。

[1]　 Minneapolis，美国明尼苏达州南部城市。——译者注

第14章　智慧世界：全球的万物互联

在我们把家电、灯具、房屋、汽车、街道和城市连接到物联网之后，我们最终将得到什么呢？当然是全球物联网，其中设备被连接到世界上任何地方的其他设备和系统上。那么物联网是否应该像现在的互联网那样没有国界，不受那些仅仅在地图上才有意义的虚线的约束呢？你家中和车里的设备不在乎与之相联的其他的设备在什么地方；它们将在需要的时候从任意地点，连接任意设备。

全球物联网将会改变整个世界，而不仅仅是你的家或所在的城市。有些改变将到处普及，而另一些将仅对某个特定地区甚至某个大陆才有效。对许多国家的许多人而言，物联网是具有好的颠覆性的。

物联网可以为很多人带来很多改变。除了智能家电和自动驾驶汽车，可以说还包括对很多世界重大问题的潜在解决方案，带来更好的医疗、更高效的交通系统和新的工作，甚至一个更清洁的环境（以及可能一个有效应对气候变化的手段）。它在很多方面都有广泛的影响。

14.1 把物联网扩展到全球

审视一下全球物联网，它和在你家中或者社区的物联网很像：潜力能力和问题也大都是一样的。每个发达国家中的智能家电和其他家用设备都是非常相像的；同样的智能咖啡机在北京或者赫尔辛基工作，就像它在洛杉矶或者得梅因一样。随着当地和个人的经济水平可以承担这些技术的成本，它就可以部署在任何地方。

这对物联网设备制造商来说是一件好事。虽然在不同的国家之间肯定存在明显的文化差异（例如自动驾驶汽车在英国和印度必须行驶在道路左侧），但基本的技术都是一样的。所以印度的自动驾驶汽车可以和那些来自美国制造商的汽车采用同样的技术。这就是其中的效益。

此外，在物联网的各种组件背后的系统也会越来越普遍。在医疗领域的先进经验表明，在美国医院中的自动化设备和系统也可以部署在中国和俄罗斯。同样地，一些文化差异可能确实存在，但是把一家医院中的所有医疗设备连接起来对世界上任何地方都有同样的好处。

显然，大公司将在他们遍布世界的办公室和工厂里投资物联网技术。这将有助于加速物联网的普及。这其中的一些工作还会得益于云计算和数据存储的同步发展。当通过云端存储和利用数据的时候，数据来自什么地方就变得越来越无关紧要了。一家跨国公司可以从中国工厂里的智能设备上收集数据，并把数据应用在他们在纽约编写的市场计划中，以及他们在都柏林的销售办公室里。

云计算和物联网还使得公司们更好地一起工作，比如说制造商和他们的供应商们。例如，现在来自Calgary [1]的一个小公司向位于韩国的大型电子产品制造商提供关键部件变得更加容易和经济。物联网使得他们的系统彼此协作，就像他们在一个建筑物中一样。当韩国的工厂需要更多的加拿大零件，数量确定后自动下达订单以便及时送货到工厂，甚至特别考虑到两个国家之间的运输时间。这些信息都是通过物联网设备获得的，并通过放在云端的数据存储通信。距离不再是需要考虑的因素。

14.2 互联的城市、州和国家

创建这个全球物联网的最大挑战之一就是，“将一切连接在一起”所表达的简易性是具有欺骗性的。为了使得首尔的工厂和在Calgary的部件厂进行通信，需要一个复杂连接的网络，与我们之前见过的任何网络都不一样。

简单地说，美国人不仅需要将本地的物联网网络连接到一个覆盖美国全国范围的网络中，还要和中国、印度或者新加坡的同样的网络连接。每个本地的物联网都需要和全球的网络连接，这样可以连接到另一个本地网络。

这就使得那些典型的基于家庭或者车载的物联网解决方案看起来像小孩子的游戏。将一辆汽车或者一个建筑物中的所有设备连接起来是一回事，而将你在Wichita [2]的车和在Dusseldorf [3]的工厂连接起来就完全是另一回事了。

以医疗行业为例。今天，病人都是被某个医院中的医生们治疗的。在将来，你可能希望向身处半个地球之外的专家咨询，而物联网将使你梦想成真。展望未来，连接一个大楼中的所有医疗设备是不够的；那些设备最终还需要和另一家医院以及其他国家的同样的设备和系统相连。这里需要的就是一个系统与另一个系统的沟通。

这个挑战不能也不应该忽视。扩大物联网的网络规模在技术上是一个成倍于建设当初的互联网的挑战。我们这里不是在讨论建筑物范围内的网络（LAN），或者城市范围内的网络（WAN）；我们这里讨论的是如何将这个LAN或者WAN连接到一个更大的网络中以便和另一个国家的LAN或者WAN通信，而且这经常还是采用不同语言的国家之间。

这种跨越国界的多个局域网之间的互相连接是如何实现的呢？一个解决方案就是利用现在的互联网。它已经存在了，而且已经是位置无关的。例如，你可以很容易地把本地自己的计算机连接到德国和印度的网站，互联网的基础设施存在于每个地方。

这应该可行，特别是考虑到全部或者大多数的连接到物联网的设备都有它们自己唯一的互联网协议（IP）地址。只要把某个设备连接到互联网（或者直接连接，或者通过其他网络或一组网络连接），它就应该可以被其他同样方式连接的网络和设备看到。

然而这里存在着一些挑战。一个是需要承担急剧增长的数量：我们这里说的是（到2020年）500亿甚至更多的单体设备，这可是有好多东西要联网啊。这个挑战不是不可超越的，但也不是无关紧要的。

此外，还有一个挑战就是让不同的网络技术彼此连接，并连接到基于IP的互联网设备。你家中的Zigbee网络要怎么才能和你所在城市的6LoWPAN网络连接，然后和另一端所使用的不知道什么网络连接呢？网络的互操作性是关键。

这种交叉连接性必须达成，而且也正在达成。城市在与城市、州和国家部门（数字地）相连。国家网络正在与另一个国家的网络相连。在世界一侧中的城市正在与另一个大陆的城市沟通。我们正在向这个目标挺进。

而这并不仅仅是基本的通信问题。一个实体的系统必须与其他的系统一起沟通和工作。本地的电厂不仅必须和所在城市的全部家庭的全部的智能设备连接，还要和全州、全国以及全世界的其他电厂相连。这种通信必须上下左右沟通，不带有传统意义上的层级关系。如果家中智能恒温器中的数据可以提高一个位于Bangalore [4]的工厂的效率，那就必须有网络和系统来确保这个信息流。

14.3 农村物联网

我们之前详细讨论的是物联网如何提高第一世界国家的生活方式和经济，特别是在市区环境下。但是物联网还可以为农村地区提供帮助，特别是在欠发达国家。

在全球范围内，将近10亿的人口生活在没有敷设路面的或者没有全天候道路的地区。这使得他们非常困难或者不可能及时地、规律地得到食物、医疗和其他的补给。

让我们引入物联网，以无人机的方式来引入。这些自动飞行工具可以飞越路况不佳甚至没有道路的地区，更快地递送必需物资，而且比卡车、摩托车或者其他类似的交通工具更可靠。

一个叫做Matternet的项目探索了这么做的可能性，这是一个建议利用电动无人机来为边远地区运送物资的项目。

在Matternet项目中使用的原型飞行器，是一个可以在10千米内飞行的四螺旋桨飞机（见图14.1）。当完全实现的时候，单个四轴飞行器预期可以承载1000千克的负载，或者说接近1吨。（第一阶段的原型只能承载1～2千克的负载。）这些无人机将用来运送医药、补给甚至人员。

该项目的目标将现代世界的便利带入到全球边远的、贫困的地区。这种利用无人机来运送补给的方式从根本上超越了落后国家现有的交通运输基础设施体系，这很像移动通信使得发展中国家跳过了有线电话技术的阶段。这是物联网可以改变世界的一个领域。

图14.1 Matternet无人机运送货物的假想图

注意

Matternet最初是奇点大学的一群学生的一个项目。这是一个“有益于那些提供教育计划、创新伙伴关系和创业企业加速器的企业，以帮助个人、企业、机构、投资人、非政府组织和政府理解前沿科技和如何利用这些技术来对几十亿人产生积极影响为目的”的项目。关于奇点大学，详见www.singularityu.org；关于Matternet项目，详见www.matternet.us。

14.4 农业物联网

当我们开始讨论农村地区的时候，让我们看看物联网对农场的影响，无论是在美国还是在全世界。对于所有的农业从业者，目标都是（通过最小化浪费和提高生产率）提高产量的同时降低成本和最小化对环境的影响。物联网有很多方法可以帮助达成这个目标，无论是对小农场主还是大型农业运营公司。

记住物联网特别擅长的一件事，即通过传感器网络监控事物。这一点在农业应用上有巨大的潜力，在这里物联网可以用于监测农场运行的各个方面。然后分析收集到的数据，从中深化理解，采取相应的措施达成节约和效率。

14.4.1 智能灌溉

一个事实就是，高达60%的灌溉用水实际上被浪费了。更加智能的水管理可以使用更少的水获得同样效果，这正是WaterBee的用武之地。它是一个智能灌溉和水管理系统，利用一个部署在田间的无线传感器网络收集土壤成分、水吸收情况和其他的环境参数。

WaterBee的系统分析收集到的数据，使得农场主可以根据需要选择性地灌溉不同的地块（见图14.2）。（它也可以通过一个简单的智能手机应用来管理。）据估算，这个类型的系统可以减少40%的用水量，这不仅有助于节约成本，也有助于缓解水资源短缺问题。

图14.2 WaterBee的智能灌溉和水管理系统是如何通过监测每个地块的状态而工作的

注意

WaterBee系统不局限于农业用途。它也可以用于各种商业设施，包括高尔夫球场和葡萄园。详见waterbee.iris.cat。

14.4.2 虫害控制

虫害控制是农民要解决的另一个大问题。在2010年，虫害引发美国农场主200亿美元的粮食损失（以及为杀虫剂花费的另外45亿美元）。挑战就是如何将害虫和啮齿类动物导致的损失最小化，同时避免因为使用过量杀虫剂而过度毒化土地或庄稼。

可以引入Z-Trap，这是来自Spensa Technologies公司的一种电子昆虫捕集器，可以使农民远程监测农田的害虫数量（见图14.3）。Z-Trap利用昆虫信息素来捕获昆虫，然后生成捕集器内不同种类昆虫数量的数据。数据通过无线网络传递到农民的计算机或者智能手机上，可以在其上看到这种被探测到的昆虫类型的分布地图。利用手中的数据，农民就可以针对那些特定类型的昆虫确定最佳的控制方式，而避免用单一杀虫剂“地毯式轰炸”整个区域。

注意

Spensa Technologies总部位于印第安纳州的West Lafayette，作为普度大学研究园的一部分。详见www.spensatech.com。

图14.3 Spensa Technologies的Z-Trap智能昆虫捕集器

14.4.3 智能拖拉机

各种尺寸和形状的拖拉机是农业生产的一个重要工具。新型的智能拖拉机包括监控庄稼和土壤的传感器，并可以随之调整运行方式。智能干草压捆机可以感知干草中的水分，然后向拖拉机发送信号指挥它快些或者慢些通过田地。（水分含量影响干草捆的密度。）拖拉机还可以利用GPS技术来绕过水渠和其他障碍，并避免重复播种。

图14.4显示的是来自John Deere公司的FarmSight系统，它利用计算机、平板电脑或者智能手机，通过互联网和无线技术来监控单台拖拉机或者拖拉机车队。该系统提供关于拖拉机自身和它们经过的田地的数据。

图14.4 John Deere的S-series拖拉机的驾驶室，配备了FarmSight技术（详见www.deere.com）

下面介绍自动驾驶拖拉机。

未来自动驾驶拖拉机（以及其他农场设备）的理念无疑将被确立下来。这非常有意义，因为这方面的自动化可以消减成本和人员操作造成的低效，并且应该可以改善运行效率。

让我们看看来自Autonomous拖拉机公司的Spirit（见图14.5）。Sprit是一台自动驾驶的拖拉机，通过安装在地块周边的一系列陆基雷达收发机来导航。这个拖拉机还装备了用于探测其他障碍的雷达，从树桩到乱跑的兔子。农民可以通过沿周界行驶来“训练”Spirit，这样它就知道应该去哪里了；如果它后来偏离了选择的路线，它就会自动关闭。

图14.5 来自Autonomous拖拉机公司的Spirit自动驾驶拖拉机（详见www.autonomoustractor.com）

14.5 环境物联网

物联网的某些好处并不局限于特定的国家或区域。物联网对改善全球环境质量可以有很多贡献，在某种程度上，甚至可以抗击气候变化。

物联网可以做的主要贡献就是监测各种环境参数。（记住，物联网的本质是传感器的网络。）例如：

二氧化碳传感器，监测汽车排放、工厂污染物排放，甚至农场产生的有毒气体。

水传感器，监测海洋、河流和湖泊中的水质量，并且判断这些水是否适合鱼类和植物的生长。

辐射传感器，监测核电站机器周边地区的辐射水平，必要时产生泄漏报告和警告。

森林地区的传感器，监测可燃气体的出现和湿度水平，从而更好地确定可能引发森林火灾的情况。

电磁传感器，监测来自移动通信基站、电力线、Wi-Fi路由器以及其他电子设备的电磁强度。

例如，来自Libelium的Smart Water无线传感器平台利用多个传感器来测量十几个水质量参数。如图14.6所示的传感器，能监测pH值、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）、盐分、温度和溶解铁离子。各种传感器节点通过云端连接计算机和智能手机，以提供实时的水务控制。

图14.6 Libelium的Smart Water传感器节点（详见www.libelium.com）

如果你想监测身边的空气质量，可以试试Air Quality Egg（空气质量蛋），这是一个由社区引导的开源传感器网络的一部分。每个蛋（在shop.wickeddevice.com上以185美元出售）实时收集二氧化氮（NO₂）、一氧化碳（CO）、温度和湿度数据，然后将这些数据通过互联网发送到中心网站（见图14.7）。这个网站收集并显示来自每个正在运行的蛋的数据。集成后的数据用来驱动环保政策。

图14.7 在Air Quality Egg网站上显示数据（www.airqualityegg.com）

14.6 抗击气候变化

既然我们已经讨论了环境话题，让我们解决一下气候改变的问题吧。在过去的50年里，全球平均温度正在以有记录以来最快的速度上升着。北极的冰山在融化，洋面在上升，天气模式以一种剧烈的方式变化。专家们相信变暖的气候将对我们全球的食物供给产生毁灭性的影响，到2050年将减少18%。

气候变化是真实存在的，多数科学家相信它主要是由人类引发的污染引起的。这是个大问题，也是我们大家的问题，我们必须解决它。

物联网来了。

物联网能在抗击气候变化中帮助我们的首要方式就是减少全球的能源消耗，随之而来的就减少碳排放。我们已经讨论过物联网的各种节能效果，但是想象一下所有这些相对本地化的行动在全球范围内一起发生时会是怎样的。

智能恒温器为每个家庭和企业提供更加有效的采暖和空调。

智能照明系统用于家庭、企业、公共空间、建筑和道路，仅在必要的时候才打开照明。

智能家电和电子产品设计成在总体电力负荷较低（且成本较低）的时候才运行。

智能电网更有效地将电力传送给客户。

注意

最近一项来自Pacific Northwest Laboratory的报告显示智能电网系统可以减少高达12%的相对碳排放量。

智能汽车、道路和停车场可以通过减少总体的驾驶时间来减少车辆的燃料消耗。

智能农业系统，比如本章讨论的灌溉系统，可以在帮助提高粮食产量的同时减少水、燃料和杀虫剂的用量。

智能监测系统，例如Air Quality Egg，帮助每个人和企业更好地监测空气和水质量。

当开始利用物联网来抗击气候变化的时候，它是一系列可以快速叠加起来的小变化。比如我们考虑一下交通管理问题。如果你生活在今天的市区里，已经习惯于在早晚的通勤时段坐在交通工具里；这不过是你工作的一部分。但是所有这些交通拥堵造成的空闲浪费很多燃料，仅在美国每年就有72亿升的汽油。这就意味着1.86亿吨不必要的二氧化碳（CO₂）排放。

通过普及智能交通管理技术，这些碳排放就会大大地减少。如果物联网帮助你避免交通阻塞并让你在到达目的地之前保持移动，这样就会浪费更少的燃料（这也意味着你的口袋里会有更多的钱）、排放更少的污染。每个人都受益。

14.7 全球物联网的障碍

如果你认为把你房子里的几个智能设备连接在一起建成一个智能家居就是一个挑战了，那就想想试图在全球范围内做这样的事情有多么难吧。这是要把困难上升几个数量级了。

然而，当我们处理全球物联网的时候，面临的挑战不仅仅是技术上的。来自政府的官僚主义和政治因素的阻力，也逐渐显现出来。

14.7.1 技术挑战

为了让物联网充分发挥其潜力，必须要让每个细分市场和地理区域都广泛接受它。如果所有必需的部分没有具备也没有和谐地工作着，你不可能拥有智能家居、智慧城市和一个智慧的世界。如果各部分彼此不协调，整个架构就不会起作用。

假想一下把传统的互联网仅仅局限在美国境内的情形，你就会认识到智能设备被所有的发达国家接受，以及所有的那些国家被连接到同一个智能网络上，有多么重要。身处美国的设备必须能和在加拿大、墨西哥、法国、印度、俄罗斯和中国的同样的设备间进行通信。从这个列表中排除任何国家或者地区，就会让整个物联网的有用性打折扣。

为了让物联网逐渐渗透到文明社会的每个角落，需要标准来支持它的推广。来自不同地区和国家的组织必须一起合作为物联网的支撑技术制定标准。没有标准，我们就很可能最终在世界的不同地区建立了不同的，而且很可能是不兼容的物联网。

当必要的标准被建立起来的时候，还是有进一步的技术问题需要解决。其中最重要的是网络的带宽。当我们讨论把海量的智能设备加入当前的互联网的时候，你必须考虑网络基础设施是否能承载增加的负载。整个互联网骨干需要被扩建和增强，新的网络技术需要被开发出来与当前的互联网结合或者并行运转。

当然，所有这些物联网背后的技术都需要钱。（这就是为什么像Cisco和Intel这样的大公司都对引领所有这些智能科技的发展垂涎三尺；他们闻到了钱的味道。）全球各国的政府面临的问题都来自于钱。大公司为物联网的实施投入他们巨大的信息技术（IT）预算的一部分是一回事，身无分文的政府做同样的事情就完全是另一回事了。总得有人为物联网的基础设施买单，而这有可能就是你我这样的纳税人。这在相对富裕的发达国家也许还可行，但是对于发展中国家来说，为追赶物联网时髦而筹备所需的资金就比较困难了。

14.7.2 安全挑战

如我们将在第15章中讨论的，你连接在全球物联网中的设备越多，可能被黑客攻击和损坏系统的环节也越多。大量的新设备对坏人来说就意味着大量的可以去发掘的新机会。这是个挑战。

此外，所有通过这些新的物联网设备收集到的数据包含很多个人信息，等于就放在那里等着被偷走或者被权力机构所合法地滥用。当启动和运行以后，物联网设备将知道很多关于你和你在做什么的信息；谁将接触到这些信息，而他们又将如何使用它？这可是个令人毛骨悚然的情况。

那么这的确是一个问题，我们越是依赖于物联网，物联网的部分或者全部被攻击或者瘫痪也就越有可能伤害我们。如果我们依靠智能电网来管理我们所有的电力使用，那么当黑客（或者仅仅是街角捣乱的孩子）闯入并取得了智能电网系统的控制权的时候，我们该怎么办？如果一个不满分子黑入你的汽车的自动驾驶系统呢？或者恐怖分子控制了Dominols的披萨饼送货无人机呢？

为了这些以及更多的原因，我们需要适当的保护措施来确保智能设备不被黑客侵入，物联网也不会落入恶意的控制中。否则后果是不堪设想的。

14.7.3 官僚主义和政治挑战

你认为在一个典型的公司中，通过各种委员会和管理层来做出购买决定很困难么？那么就想想在城市、州和国家政府层面的同样场景吧。甚至最小的决策中都充满着官僚主义的障碍和政治上的分歧。

如果认为国家或者全球范围的物联网普及会绕开这些挑战，那就太天真了。在一个即便在繁忙路口安装交通灯都必须经过多年的研究以及委员会、会议和政治操纵的世界里，想象一下让政府官员通过一些像物联网这样在概念和技术上都非常复杂的议案要有多难。那可是一群把传统的互联网想象成一系列的管子的人，叫他们弄明白复杂的物联网是怎么工作的简直是异想天开。

不过，官员中的一些人的确理解物联网所代表的潜在利益和挑战。我们必须依赖这些技术敏感的官员来引领并推动物联网的法案。

这些方案中的一些可以在本地的范围内实现，体现在日常的运营中。公共建筑管理者应该使用智能建筑、能源和照明技术。州和城市的立法者应该支持投资于智能交通以及垃圾和水管理系统，并确保公共设施委员会部署智能计量及类似的技术。联邦政策制定者应该确保高速公路和桥梁的资金中包括智能传感器技术的钱，而管理机构也要准备好审视和接受物联网技术的创新。这需要通过示范案例来影响最终的决策。

智慧世界与你

这个即将到来的全球物联网将如何影响到你呢？你不过是一个生活在自己位于Peoria [5]的房子里的简单的小伙（或者住在Portland [6]的公寓里的姑娘），你为什么要操心印度的智能灌溉系统呢？

首先，我们都生活在同一个星球上，我们应该操心我们身边视野之外所发生的事情。如果我们可以利用技术来改善Bangalore [7]或者Budapest [8]居民的生活，为什么不呢？

其次，智能技术是不会被国界所限定的，也不应该被我们的思想所限定。你每天开的车是日本（或者韩国、德国）制造的，包含了散布在世界各个角落的供应商所提供的零部件。如果其智能设备需要打电话给汽车制造商的平台来完成不同的功能，那么，有一个全球系统来支持这个通信就非常重要。这不仅是你的物联网，这是全世界所有人的物联网。

再次，回到“我们生活在一起”的讨论，发生在印度、中国和澳大利亚的事情会影响全球的环境。气候变化是最好的体现互相依存关系的例子，单一的国家无法独自应对气候变化；所有的国家必须一起协作才能产生效果。而且，随着物联网可以帮助解决这样和那样的问题，我们不仅需要在美国来实现它，还需要在全世界实现它。

好在其他的国家正在意识到物联网的潜力，并着手自己的实现。中国已经拥有世界上超过1/4的机器对机器（M2M）连接。这可是超过5000万的智能设备，这一局面来自中国政府的强力支持，他们计划到2020年前在物联网技术上投资超过6000亿美元。你看，中国很懂行，所以它在投资于使它的家庭和城市更加智能的技术，并为它的公民提供更好的生活质量。

那么这个全球物联网首先会在什么时候准备好呢？显然，普及率在不同的国家是不同的，但是如果你想要一个乐观的预测的话，多数专家期望物联网将在2025年前后在某些领域开始产生重大影响。

这差不多要10年以后了，也不算特别遥远的将来。这是你在有生之年可以看得到的，也是你的孩子和孙子辈的成长中所伴随而来的。物联网前景广阔，意义重大，它将无所不在。准备好迎接它的到来吧！

[1]　 Calgary，加拿大西南部城市。——译者注

[2]　 Wichita，美国堪萨斯州城市。——译者注

[3]　 Dusseldorf，德国城市。——译者注

[4]　 Bangalore，印度南部城市。——译者注

[5]　 Peoria，美国伊利诺州的第二大城市。——译者注

[6]　 Portland，美国俄勒冈州最大的城市。——译者注

[7]　 Bangalore，印度南部城市，是与美国硅谷、台湾新竹并列的著名信息和通信产业基地。——译者注

[8]　 Budapest，匈牙利的首都。——译者注。

第15章　智慧问题：老大哥在盯着你

第14章对被物联网点亮的未来生活做出美好的预言后，我们该讨论所有这些智能科技的另一面了。你知道，这就是说当物联网的所有好处都用来危害到你的时候。

物联网的大多数潜在危险来自物联网智能设备所收集的数据。你看，那些向你出售漂亮的智能设备的公司最终将非常了解你。你在家中、车里、工作场所、商店和社区中所做的一切，将越来越被那些希望卖给你更多东西的人以更加侵入性的方式进行监测和分析。并且这些信息很可能会被政府利用。而谁知道他们将用这些信息做什么。

结局就是，由于物联网的存在，以前发生在紧闭的大门后的事情将越来越多地被你从来不愿意邀请到家中的那些人详细审查和利用。这是不是会让你觉得不安？

15.1 隐私问题

可能伴随物联网的最大的担忧就是隐私问题。所有那些传感器和智能设备都在收集关于你的大量信息，你在做什么、什么时间、在哪里、怎么做的。谁将利用这些数据，他们又拿这些数据做什么呢？

让我们面对现实吧，我们生活在监控的“黄金时代”。我们一直都在被监控，无论是公开地还是私下里。无论在大小城市，你都没有走出监控摄像头的监视。手机中的全球定位系统（GPS）芯片追踪了你的每个运动。政府认为它有权利阅读你所有的电子邮件和短消息，以及追踪你访问的网站，而不管是否得到了你的许可。逃出“网络”，避开老大哥审视的眼睛几乎是不可能的。如果什么人或者什么东西想追踪你，他们能做到，也一定会去做。

当然，这其中有些是一种妥协。你希望那个在线零售商的网站记住你的偏好和你上次订购的商品，这样就不必在每次访问的时候都再次输入那些信息。需要妥协的就是，这个网站会在你的计算机里安装一个cookie，并用它来追踪你在这个网站的行为，以及你从哪里来、到哪里去、什么时候完成访问。你希望劫匪、强奸犯和恐怖分子不要威胁你的安全，而这正是安防摄像头所提供的作用，这里的妥协就是你也能被坏人监视。你从某项科技中得到了好处，但你也得为此付出代价。

15.1.1 他们到底知道你些什么

我们向往物联网，并拥抱那些今天出现在市场上的智能设备，一个主要原因，就是那种获取关于我们自身和我们周围环境的数据的能力。我们希望监测我们家庭的能源使用，我们每天走了多少步，或者冰箱里还剩下多少个鸡蛋。

这些信息对我们有用，也可能对很多其他的人或公司有价值。这首先就包括那些制造这些智能设备的公司，他们可以把收集到的数据卖给其他人或公司来获利。要知道，在这些智能设备制造商中的很多企业的商业计划书里，就包括由销售所收集到的数据而产生的收入流。

现在，这些公司中的很多都会说他们只销售匿名集成的数据，这就是说，是从很多顾客那里得来的数据汇总，没有特别的关于你或其他个体的细节。即便这是真的（而且并不是所有的公司都说他们是这么做的），这里仍然有可能会把个体的细节从整体数据中抽取出来。

所有这些数据都能经过分析以揭示你每天生活的各种私密信息，你去了哪里、你与他人的互动、你的医疗需求、你的个人习惯。你可能觉得陌生人掌握你的这些信息也没什么太不了，但是别的很多人可能不这么想。

这能有多糟呢？这些智能设备究竟会收集什么数据呢？让我们看几个例子。

假设一个类似Nest自学习恒温器这样的智能恒温器。这个像小冰球一样的东西收集大量可能被各种人感兴趣的数据。是的，它获知你的采暖和空调的偏好，但是这些数据并不是特别有趣。更有趣的是其他设备向Nest分享的数据。例如，当恒温器与车库开门器或者汽车连接的时候，它就知道你是什么时候离开的房子，这样它就可以进入“离家”模式。谁可能想知道你什么时候锁上门并驶离了车库呢？当然是窃贼。或者是收账单的人，他们想拿走那个昂贵的割草机来抵消你3个月未付的账单。

回到清静世界，从你的智能汽车中也可以收集很多有趣的数据。比如你每天的每一分钟都在哪里。你是否到访过一个酒吧，或者去了一个你的配偶不会同意的，或者你的老板认为不妥的地方？好吧，这些数据都可能会被收集起来并对你不利。

在对这些收集到的数据的利用中，有些不是那么穷凶极恶的，但是也可能令人非常烦心。你的智能电视知道你看过的每个节目，有很多公司希望掌握这些信息，因为最好是根据你的观看习惯来向你推送广告。购物数据对这些公司同样具有吸引力，因为这些数据可以提示出其他的休闲活动。或者也许是一个居家用品公司从你的智能恒温器公司买下你的个人数据，并利用这些数据来在冬天向你推销更厚的毯子。这不是犯罪，但的确令人不愉快。

注意

当数据被收集和存储，它也变得容易被偷窃。即使收集这些数据的公司没有对数据做任何事情，一个攻破公司的数据库的黑客还是会发现他可以自己使用这些数据或者卖给犯罪团伙。把数据放在外面就是一种风险。

15.1.2 你的政府在监控你

政府有一整套的机构随时在监视着市民，无论是违法与否。我们这里说的是FBI、CIA、NSA，整个美国的国土安全部门。曾经有一个Edward Snowden来揭发美国政府监视它的公民的程度。虽然理论上有很多限制，在华盛顿的机构基本上是被全权许可来监听每一个电话，阅读每一条短消息，甚至把你电子邮件收件箱的全部内容导出来。你在互联网上的所作所为没有什么是他们不能监控的。

这就是现状。想象一下他们通过深挖明天的智能设备收集的数据所获得的新工作吧。几十亿个连接到物联网上的设备，就意味着可供政府来追踪你的几十亿个新事物。他们可能说这么做是为我们的利益着想，为了保护我们不遭受莫须有的恐怖分子的威胁，但是他们正以同样的方式监视我们。这是非常具有老大哥作风的；记得早在那年之前，Orwell就当场揭露了这事儿[1]。

这并不是无意义的投机，美国政府实际上对监控领域逐渐兴旺的市场预期垂涎不已。在2012年，前CIA总监David Petraeus在In-Q-Tel（CIA的风险投资公司）的峰会上，就曾针对物联网将如何改变合法监控的世界而发言。“‘改革’是一个被过度使用的词”，Petraeus说，“但是我的确相信它正适合形容这些技术，特别是其对秘密谍报技术的影响。”

我喜欢这个词，“秘密谍报技术”。这比说“监视公民”要好听得多。但是不要让我们被语言所误导。这里的问题很严重。

在过去，如果CIA或者其他部门想要追踪你的活动，他们需要使用几辆装满探员的车盯梢，当你在城里开车的时候亲自跟着你去转悠。随着智能技术的崛起，他们只要截获智能汽车、智能家居和智能手机中的数据，就可以知道你在任意时刻的确切位置，甚至也可能知道你在那里干什么。物联网提供着数据收集服务，而这些“幽灵们”只需要利用这些数据就可以了。这让他们的工作变得大大简单了。

Petraeus还说了这些：

“嫌疑人可以被定位、识别、监视和远程控制，只要使用射频识别、传感器网络、微小的嵌入式服务器和能源收集器这类设备就能，而所有这些设备都连接到丰富的、低成本和高计算能力的下一代互联网上。”

这正是我所见过的对物联网如何工作的描述。CIA毫无疑问已经站在这项技术的巅峰。而且他们也知道那些智能设备将“改变我们对保密的定义”（再次引述Petraeus的话）。

15.1.3 要隐私还是要物联网

你有权拥有，或者想要，或者需要多少隐私呢？有人可能争辩说这不过是一种妥协，一条模糊的分界线，拿你的隐私来交换所有数字世界的奇迹。在今天的电子时代，以及明天的物联网世界里，隐私根本不是考虑的因素。为了从物联网的相互连接中获益，隐私是被自愿放弃的。

事实上，很多人相信物联网将是一个“彻底开放”的时代，其中每个交易、每个操作、每个人以及每个事物都是完全透明的。对于建立让你的所有设备与外面其他设备的连接所必需的信任而言，这种透明性是必需的；你必须信任那些物体会工作，而且其将代表你工作。

其他的人，特别是隐私倡导者，相信物联网公司就不应该收集这些数据，甚至是匿名地收集也不该。隐私倡导者也想要透明性，他们希望智能设备的制造商完整讲明他们收集了什么数据以及用作何种用途。如果消费者想决定谁可以利用这些数据的话，他们应该有权选择关闭这些数据流。

伴随关闭通往物联网的数据流带来的问题是，这也就将智能设备变成了非智能的。恰恰是数据的相互连接使得物联网如此智能，如果数据不再流动，你所拥有的不过是孤立传感器的集合。

解决这个问题并不容易，也许只能反复强调这里面有一个妥协。如果你想要完整的隐私，你可能无法从物联网中受益，而如果你希望从物联网中受益，你可能必须牺牲某些隐私。

注意

如果你非常在意你的在线隐私，参见由电子隐私信息中心（www.epic.org）和隐私权利结算机构（www.privacyright.org）以你的名义所做的工作。

15.2 安全问题

与物联网的隐私问题相关的是我们必须处理的安全问题。这分为两大类，你在物联网中的数据的安全性和物联网作为整体的安全性。

15.2.1 数据安全

让我们权且假设，所有从你的智能设备中收集到的个人数据没有被任何制造那些设备的公司、被任何认为你是“嫌疑人”的政府部门以任何方式所利用。这并不意味着你的数据是安全的；黑客仍然可以闯入网络并偷走你的个人信息。

当然，黑客能够并确实闯入现有系统来偷窃个人信息。看看2014年针对Home Depot、Target等零售商的大量袭击吧。（类似地，2015年年初8000万个人记录被从Anthem这个美国第二大的健康保险公司偷窃出来）你不需要物联网来向那些试图窃取信用卡号、社保号和其他有价值信息的罪犯来展示一个富有吸引力的目标。

但是物联网确实展示了一个更大的，甚至更富有吸引力的目标。首先，所有那些将要到来的几十亿的智能设备都是恶意侵入的接入点。如果一个黑客无法侵入你的公共设施的用户数据库，也许他可以闯入你自己的个人智能电表，并以此来接触你的数据（或者主用户数据库）。每个智能设备、每个传感器、每个输入或者输出点对训练有素且坚持不懈的黑客来说都可能是潜在的进入系统的通路。而且，由于许多个人智能设备都并不具有那种与大型系统（甚至你目前的个人电脑）同样的安全保护措施，所以都很容易成为攻击目标。

此外，所有由这些智能系统收集到的数据都给坏人更多的理由来偷窃。今天他们想要你的信用卡号码，明天他们可能发现了一个有利可图的关于你电视观赏习惯、汽车使用习惯，甚至健身活动习惯。每个字节的数据都对某些人有价值，这就导致这些数据值得去偷。

15.2.2 系统安全

有些袭击者甚至比仅仅偷窃数据的人更加怀有恶意。考虑一下如何确保黑客不会获取你家中、汽车里或者城市中的智能设备的控制权。

我们这里说的是网络恐怖主义者，他们闯入物联网（或者其中的某个子网），目标直奔获得重要系统和操作的控制权。当你家中的智能设备不再由你所控制，可能会导致故意的伤害。

不可否认，这些场景中的一些看起来就是犯罪。一个获取了你家里智能照明系统权限的网络恐怖分子可能随机地打开和关上你的灯。有些黑入你的智能电视的人可以向你推送不希望看到的商业广告或者宣传广播。一个黑入智能厕所的坏蛋可以让它反复地冲水并强迫马桶盖不断地打开和关闭。

好吧，不是太可怕。但是还有更加不祥的场景。如果一个黑客闯入你的智能照明系统和安防系统，关闭所有的灯和报警，打开你的智能门，为抢劫或非法入室做准备呢？或者一个网络窥探者闯入你的智能安防系统，通过你的智能摄像头监视你呢？或者什么更具恶意的人，蓄意打开一个公司的采暖/空调系统，通过切断空气流或者向系统中引入危险气体来对付公司呢？

注意

已经有很多黑客利用基于网络的婴儿监护器和网络摄像头来监视毫无防备的屋主的例子了。

考虑一下你的智能汽车被黑客攻击可能导致的大灾难吧。一个坏蛋可以远程关断你的智能汽车，或者强迫它驶向迎面而来的车辆，从而引发不便、伤害或者死亡。只要一个心怀怨恨的高科技狂人，一辆不那么安全的智能车辆就可能成为死亡陷阱。

我们通过物联网连接的东西越多，恶意的个人和组织试图毁坏或者控制的东西也越多。把世界上所有的东西通过物联网连接起来听起来不错，但这对于安全防范而言是令人不寒而栗的。

解决方案是什么呢？永远是更多更好的安全防范。其中有些取决于你，但是大多数取决于那些收集、传送和管理由物联网设备产生的数据的公司。这个网络中的每个点都必须是安全的，这可是件令人生畏的工作。物联网虽然可能变得非常大，但只是和它其中最薄弱的环节一样强，这个最薄弱的环节就是最缺少保护的智能设备。

15.3 大数据问题

说到数据，如果我们最终收集了太多的数据以至于无法在实践中使用呢？如果有太多的数据导致我们的集体麻木，我们是否会经历分析麻痹症？

我们这里谈论的就是有些人称之为大数据的问题，大数据是非常大的数据集合，经过分析后可以揭示那些没有它就不那么容易发现的模式、趋势和关联关系。这听起来不错，而这也正是物联网吸引力的一部分，通过尝试来自更多设备的更多数据来使得事物变得更加智能。

然而，我们有可能收集了太多的数据以至于根本没有时间、工具或者计算能力来分析。最终我们为了数据而收集数据，却从来没有用它来做任何事情。它就在无所不在的云端上的某个地方沉睡。

如果这是将要发生的情形，这可是对原本前途无量的技术的巨大浪费。是的，未来的智能设备仍将在某个低层次的水平上互相通信，但是作为网络总体数据的集合所代表的潜力却永远也不会被实现。

这里所指的目标就是以智能系统甚至更加智慧的人类为形式的数据分析的需求。如果物联网对我们未来生活的影响是切实的，我们就需要训练一支数据分析的大军。我们需要可以理智地、准确地和创造性地分析数据的人员，而这些数据来自组成物联网的每个部分。数据本身并不是智能的，是分析活动提供了智能的解读。

我们还需要可以设计出分析数据并采取相应措施的智能系统的人员。比如可以设计出正确算法的程序员，这些算法能够以近乎实时的方式挖掘各种来源的数据的意义。正如不能依赖自动系统和算法来充分分析所有的物联网数据一样，我们也不能依赖人类来完成这些所有的工作。我们需要人类专家和专家系统的结合来完成它，否则我们所做的就是在收集一堆垃圾。

15.4 自治和控制问题

智能设备和智能系统的涌现也引发了一点道德困境。我们到底希望自治设备有多么自治呢？

现在，问题的部分是文化和人类认知。总体而言，人类喜欢控制事物。我们交给机器和设备的控制权越多，我们就觉得自己控制的越少。这可能造成情感脆弱甚至自卑感。当我们感觉我们不再控制的时候，我们就会怀疑自己甚至缺乏自信心。控制是重要的。

那么，如果把越来越多的自己生活的控制权交给那些我们不能控制的物体和系统的话，将会发生什么呢？我们真的想要这样做么？我们真的能这样做么？或者这里有一个我们作为一个社会整体不能去跨越的界限，或者有某些我们希望保持控制的点，不管这可能多么的缺乏逻辑？

考虑一下自动驾驶汽车。这个概念对很多人来说非常棒，但是当这一天真的到来，你坐在后面把驾驶工作交给机器的时候，你真的会有多舒服呢？个人而言，我喜欢驾驶，我更擅长当驾驶员而不是乘客。我有点怀疑我会不会把这个功能交给我汽车里的某个自动化系统。我想要控制，而且我不会象征性地把方向盘交给机器。这可是控制问题。

显然，生活中有很多事情我们是愿意移交控制权的。有些智能就是太平凡了以至于不想去操心；我们愿意让某人或者某物来为我们处理它们。但是我们能对所有的事情都这样吗？我们需要对那些实质上是在控制我们的系统保持一定的控制吗？或者我们将成为在电影《机器人瓦力》中那种像一团肉似的未来人类，整天在轮椅上闲逛，而他们所有的行动都是被智能太空船主机所控制吗？

15.5 智能机器问题

说到自治设备，当我们的智能设备和系统变得有点过于聪明，并且他们不再需要我们这些弱小的人类在一旁的时候，我们该怎么办？

现在我们正在进入科幻小说的世界，或者我们希望是这样。就像电影《终结者》的样子，其中的天网智能机器网络获得了自我意识，转而攻击它的人类创造者，从而带来一连串的噩梦。

这种机器或者系统成为具有自我意识的并获得真正的智能的观点，经常用技术奇点概念来证明自己。这是一个理论上的点，此时人工智能将超越人类智力的能力，未来学家Ray Kurzweil预测根据当前的技术发展速度，奇点将会在2045年左右出现。看起来指日可待。

当奇点到来的时候会发生什么呢？也许我们的智能房屋和智能汽车将和我们的智力相当，非常像《钢铁侠》电影和漫画中Tony Stark的J. A. R. V. S. 智能计算机。或者也许它们成为我们的敌人，就像在《终结者》系列中的那样。或者它们是仁慈的帮助者，直到它们的需要和程序超过我们，就像发生在《2001：空中奥德赛》中的HAL 9000计算机那样。我还是把这个争论留给那些在科学或者科幻小说领域造诣更深的人吧，虽然我相信Asimov的机器人三原则将在其中出现。

注意

当代伟大的科幻小说家Isaac Asimov在他1942年的短篇小说《Runaround》中（以及后来收录在《I，Robot》书中）假设了机器人三原则。它们依次是：

（1）机器人不得伤害人类，或看到人类受到伤害而袖手旁观。

（2）机器人必须服从人类的命令，除非这条命令与第一条相矛盾。

（3）机器人必须保护自己，除非这种保护与以上两条相矛盾。

这样，人类就可以免于被无意中创造的劣质机器人伤害。

关键在于，我们交给设备、系统和机器的控制权越多，这种场景就变得越发可能。我们正在谨慎地制造自治智能系统，所以当它们获得真正的智能和自治的时候也不会觉得奇怪。未来这些智能机器将成为我们的朋友、帮助者还是敌人，更多地取决于我们怎么给它们设定程序。

智慧问题与你

你应该对物联网有多热衷呢？这取决于你在多大程度上接受流行的理念和多大程度上担心潜在的问题。

在好的一面，这里有很多值得期待的地方。更加智能的设备和更加智能的系统有望将我们生活中很多烦人和无聊的流程与决定自动化。通过将这些设备连接在一起，应该产生更加明智和高效的决策。世界应该变得更加美好；你将拥有更多的闲暇时间、更少的忧虑，口袋里有更多的钱。所有这一切都不错。

在坏的一面，所有被那些智能设备收集到的数据可能被肆无忌惮的广告商、恶意的黑客和我们在各个政府部门的朋友们利用来对付你。个人隐私可能变成历史，而且可能所有这些连接的（个人的和公共的）系统被恶意攻击。甚至有可能我们的智能系统起来反对人类，就像我们知道的那样毁灭文明。有可能，也不太可能。

关键在于，前途的每一步都喜忧参半。每一个技术进步都有美好和邪恶两方面的潜力，或者就是太平凡。天上掉馅饼的好事并不会自动发生。

你将会对一些伴随物联网的问题失去控制。例如，你对智能电网压根就没有什么控制，或者智能道路、智能垃圾收集等。高高在上的某个人在做着决定，而你就不得不与这一切共生。

然而在你个人的层面上，还是有一些决定要做的。你可以选择是否和什么时候在家中拥抱智能设备。你没有必要一定在家中安装智能照明或者智能安防系统，原有的系统还是会很好地工作。谢谢，不必了。如果你不想，你也不必将家电连接到智能电网，或者购买智能汽车。这是你的选择。

这并不意味着你不会被卷入更大的决策中。关注新兴的技术和问题（通过阅读这本书，你已经做到了）并进入公开讨论中。如果你看到好处，支持发展。如果你害怕后果，起来争论并反对其普及，或者争取更加严厉的监管。

物联网的成败与否取决于市场上发生的一切。如果有足够的消费者（个人或者公司）购买新的设备，那么物联网将最终确立。如果消费者对那些无人机不闻不问，整个事情就会失败，而10年后就没人再会记得它。

换句话说，物联网的胜利并不是上苍注定的。是的，技术不断在发展，但并不总是在到那一刻就已经准备好了。回顾20世纪90年代，没有人会预测到互联网会成为一个观看电影、购买商品和服务、交流信息和传送文件的媒介。我们今天没有办法预测10年、20年后物联网的发展。它可能成为切片面包之后最伟大的事物，又或者只是昨天的残羹冷炙。

你应该担心物联网所展示的潜在问题么？你应该立刻断开你所有与网络连接的设备，不管智能的或者非智能的，在你的地堡里囤积补给，为未来与机器的战争做好准备么？可能不必这么做。情况还不至于糟到那么不可收拾。

事实上，物联网很有可能在某种程度上还将生存下来，即便它没有兑现大部分承诺。当然，大大小小的挫折总是有的，从来没有什么事物能一帆风顺地发展。拥抱新鲜事物，取其精华，去其糟粕，未来是光明的。毕竟，明天就是你将来的昨天，而昨天也并不都一无是处，对吧？

[1]　 指英国作家George Orwell，其小说《1984》中描述了政府对公民的审查，其中将社会领袖称为“老大哥”。——译者注

看完了

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