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本书以通俗易懂的方式介绍了物联网技术的兴起和发展，展望了智能互联社会的情景，介绍了如何更好地运用物联网服务于大众，同时探讨了智能互联技术、智能电视、智能汽车、智能家电、智能家居、智能可穿戴设备、智能购物、智能汽车、智能航空、智能医疗、智能城市等概念。除此之外，作者还分析了物联网时代每一种智能设备的发展和未来趋势，并且预言了物联网发展的未来可能会出现的一系列隐患，引导读者全面地认识物联网。
书名：万物互联
ISBN：978-7-115-41509-7
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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
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
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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”。
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。
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：
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。
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。
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。
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
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。
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：
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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：
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。
