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阿里雲科學家丁險峰:萬物互聯的價值在哪裡?


工業互聯網是消費互聯網的下半場

各位同學,我叫丁險峰,花名柯鎮。我是阿里雲IoT事業部的首席科學家,負責阿里雲物聯網平台的建設,以及工業互聯網平台的建設。

首先我想闡述一下,開源對於工業互聯網的價值。

開源對於工業互聯網這一個龐大工程是極其重要的。為什麼要建設工業互聯網?工業互聯網的內容是什麼?工業互聯網的本質是數字化人類積累了200多年來的工業知識,以軟件的形式或者數據的形式放在互聯網上。原來的數字化圖書館是把文字數字化了,如果說工業領域的書的話,那麼把物理知識、化學知識、數學公式等都用計算機的文字來表達,但還不是一段可以被調用的計算代碼,但是人獲取知識以後,還要編程序去控制機器。過去20年的互聯網主要還是解決信息的存儲、處理、傳播的問題,而未來20年人類將更深入一層,把這些數學公式,仿真模型代碼化,所以工業互聯網將是一個巨大的工程,人類擁有的工業肯定不止360行業,可能就是一個軸承行業(機械的重要部件)就可以分成360行,有很多很多種人類已經建立的模型,這些人類的知識能不能被重複利用呢?上一個互聯網時代是可以共享模型的,數學公司的,但是需要copy的,傳播的能力嚴重被限制了。但是一旦這個模型建立了一個SaaS,那麼任何人只要輸入參數就可以重複利用這個人類知識的結晶了。顯然人類的知識的利用率將會被大大地放大了,人類從1萬年的農業革命以來的協作再一次被大幅度提升了。

既然我們不僅僅要建立一個數字的四庫全書,而是要建立一個四庫全書的代碼庫,這樣巨大的工作,有幾種工作方式,一是請乾隆皇帝再世,我們可以搜羅全中國,乃至全世界的專家來貢獻代碼,那將是非常昂貴的過程。第二種方式是學習專利體系,誰貢獻了,誰就得到專利,那麼大量的已經過期的專利的模型就沒有人來貢獻了。而且人類共同擁有的知識或者模型,應該屬於人類共同所有,而不是被少數人或者公司所有,他們寫的代碼應該得到報酬,但是知識和模型應該是免費的。既然這麼龐大的知識數字化工程,是人類勞動力的一次大躍升,那麼全人類參與進來才是最為有意思的。而且很多知識模型應該給整個人類分享,那麼首先應該開源,開源意味著分享給整個人類。其次只有開源,整個人類都來貢獻,才能窮盡人類200年來積累的工業知識。當然現在人類還在不斷的發明創造的過程之中,很多公司有的新發明還是可以不開源,客戶可以通過付費來獲取使用權。

接下來我們探討下工業互聯網和物聯網之間的差別。物聯網是一個比較通用的名詞,而工業互聯網是用物聯網把人、機、料、法、環數字化以後連在了一起,然後基於這些資源來優化整個生產過程,從而實現更快速敏捷地響應大規模定制化的需求。

過去20年主要是消費互聯網,它是拉近了商品和消費者之間的關係。而下面的20年是工業互聯網或者說工業4.0,我認為是消費互聯網的下半場,其目的是要拉近製造系統和消費者之間的關係。消費互聯網是先有生產計劃,消費者沒有對產品需求的定義權,只有等產品做出來,才能夠去購買。而工業互聯網要解決的問題,是讓整個製造系統能夠非常敏捷地響應消費者的定制化需求,要讓消費者參與到製造的過程當中。

任何一個時代,都是由技術驅動的。比如因為有了牛頓的三大定律,後來瓦特才發明蒸汽機,才有了機械化時代;有了麥克斯韋方程,才會有愛迪生髮明了發電機、燈泡,有了電氣化時代;有人發明了半導體,從電子管到晶體管再到集成電路,才會引起信息化時代的蓬勃發展。

過去的十年裡,移動互聯網背後也是由一個龐大的技術浪潮所驅動的。智能手機背後的技術是什麼呢?是4G技術。芯片技術達到了一定的程度,才能夠支撐你做出一個智能手機,從而才點燃了移動互聯網時代。那麼下面一個時代,我們首先要講它是一個什麼樣的技術時代,然後再講它是一個什麼樣的產業時代。

解決1萬億“物”的信息交換

相對過去的4G時代,我們現在更多地是講5G或者是物聯網時代,這個時代的技術驅動力是什麼呢?不僅僅是像4G一樣去解決100億人的信息交換問題,而是物聯網加上5G,來解決將近1萬億物的信息交換問題。 4G時代很好的解決了人類信息的交換問題,而無論是5G還是我一會要講到的Ipv6,其技術本身就是為了解決物的信息交換問題。

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從Bits、Farmes,到Packets、Messages……最後是未來有participant x和participant y,有可能是1萬億物裡面有100億人,不再是兩個人在交換信息,而是有可能一個人和一個燈泡,或者一個人和一輛車,或者是你的車跟你的家在交換信息。下一個時代的技術驅動力,是來自於物聯網的技術。

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一旦建立了萬物互聯,最重要的一件事情就是我們能夠建立一個物理世界抽象層,把每一個物體從物理世界映射到數字世界。有了這個數字世界,計算機就能夠發揮它強大的計算能力,來處理大數據、小數據或者時序數據,就能夠再一次大幅提升人類生活方方面面的效率。

有機構預測,到2025年或者是2030年,物聯網、AI、5G等技術將會對人類社會產生11萬億美元的價值。其中製造業預估會產生1.2萬億美元到3.7萬億美元的價值,比其他的行業都要大。製造業本身就是人類的第二大產業,在中國也是佔據40%左右的GDP。所以哪怕1%的影響,也會產生幾千億元的利潤,再乘以估值,那就是幾萬億元的估值差別。

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在PC時代,中國的參與度是比較小的。芯片主要是英特爾,軟件主要是微軟、甲骨文這樣的公司。中國祇有聯想這一家公司,占到了全世界分工的20%。移動互聯網時代呢,我們中國有華為、Oppo、vivo、小米等等公司,佔據了手機硬件設備出貨量的50%。芯片上也取得了長足的進展,像海思和展訊,目前已經占到了整個手機芯片出貨量的將近20%。而移動時代的軟件也就是APP,無論是電商軟件、搜索軟件還是社交軟件,中國已經是僅次於美國的第二大APP市場,也是接近世界市場的20%。

進入下一個時代,物聯網時代,將會需要大量的傳感器和連接器,或者有連接的傳感器。預測,到2030年,中國將會設計製造世界上80%~90%的物聯網硬件設備和50%的物聯網相關的芯片。

這裡我們要提出一個問題,我們能做世界上50%的硬件, 50%的物聯網的芯片,我們能不能做世界上50%的處理這些物聯網數據的SaaS呢?現在還是一個巨大的問號,美日歐在SaaS的生產上還是要比中國還要強大得多,所以我也要跟各位同仁說一聲,革命尚未成功,同志仍需努力。

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5G與IPV6

講完了大的趨勢,接下來重點要講一下物聯網相關的最重要的幾個技術。我不是要講技術怎麼做,而是要講為什麼說這些技術是為物聯網而生的。

第一個最重要的技術,我認為是5G。 5G不僅僅是4G的延伸,4G的延伸其實只有一個點,叫做移動增強帶寬。現在我們的手機可以視頻通話,移動增強帶寬無非是讓視頻通話可能達到3D視頻通話。 5G的海量機器類通訊,和超高可靠低時延通訊,其實是為了解決物聯網設備的問題。

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5G有三大重點功能,第一個是增強移動寬帶,它主要是解決高清視頻、AR/VR的人機交互。第二個是大連接低功耗機器通信,主要是解決比如家裡的電錶、水錶、氣表這些低功耗/超低功耗的連接。這些表計的密度也非常的高,所以要把通訊切分成很多細密度的信道,也要讓通訊保持超低功耗、超低成本。而第三個低時延高可靠連接,主要是為了工業高精度控制、自動駕駛這類的應用。一個運轉中的機械臂或者一輛行駛中的自動駕駛汽車,它的通訊要求非常低的時延,而且一定要傳達,所以必須是超高可靠的。

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5G既然是為物聯網所生,那麼它其實不再需要一個非常寬廣的移動通訊的手段,所以未來私有網絡是非常重要的,低成本的基於雲化的核心網是非常重要的。阿里巴巴也投入了基於雲化的5G核心網,以及MEC移動邊緣計算單元,在端上新增了5G協議棧,來幫助客戶做智能家居、智能園區、智能城市和智能工業這些方向。

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然後為什麼要做IPV6?它是一個網絡拓撲的革命。不需要二手中轉,也不需要P2P打洞,兩個物聯網的設備之間就可以非常好地自由地通訊。每一個設備也不需要躲在網關後面,就可以升級到網絡世界的一等公民。而且因為都是直接IP, Ipv6網絡可以降低10~30%的網絡延時。

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那麼5G是解決信道容量的問題,IPV6是解決IP地址的問題,從而能夠讓世界變成一張扁平的網絡。阿里巴巴跟合作夥伴一起,提供了很多IPV6的技術,不管你是通過LoRa基站、邊緣網關、私有云接入,或者是通過Wi-Fi、藍牙接入,我們都能夠提供IPV6的接入方式。

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然後我們會在公有云、私有云和專有云上面提供IPV6的接入,也在海外各地提供IPV6的接入。我們現在主要是提供IPV6的接入,未來會提供IPV6的拓撲,再未來我們會提供IPV6 M2M的能力給客戶。

室外定位技術與GIS

定位技術也是物聯網時代非常重要的一個技術。在物聯網時代,每一個物都需要一個時空的基準。無論是飛機、車輛、手機還是物聯網設備,移動的或者不移動的,都需要準確的位置。所以物聯網時代的定位技術,需要比移動互聯網時代更加精確、低功耗,高覆蓋。從室內到室外,需要多種無線技術、傳感技術以及先進的融合算法。

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目前手機的定位技術主要有幾類。第一類是GNSS,包括GPS、北斗或者伽利略等,還有各種各樣的濾波算法和融合算法,以及一些網絡輔助化的定位技術。第二大類是網絡定位技術,比如全球IP定位,全球基站定位,全球wifi定位,逆地理編碼服務,運動狀態檢測等,還包括一些離線定位的服務。還有一類就是傳感器輔助,比如行人航跡推算或者導航航跡推算,在沒有GPS或網絡的情況下,還能夠繼續推算人或者車的軌跡。最後一類是地圖匹配導航,你可以在雲上,也可以在端上做地圖匹配,比如一個軌跡,顯然跟地圖上的某條路是匹配的,就可以把你的定位漂移給拉回來。

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車載的定位技術也分成幾類,包括VIO/SLAM、語義定位、多傳感器融合以及高精地圖技術。在手機定位技術的基礎上,發展車載的定位技術和導航技術。未來車載的定位,一定比手機的定位要求覆蓋更精準,更低的覆蓋面積,更多的信息特徵。

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定位技術和數據技術,未來會形成很多數據的閉環。定位技術和數據服務之間相互進行不斷的校準,然後讓整個物聯網,比如說城市和空間裡面地圖數據和定位技術越來越準確,原來因為GPS漂移產生的一些誤差,也因為大量的眾包數據而得到了校準。

講完了室外定位技術,我也略微講一下跟定位技術配合的GIS技術。 GIS技術是一種軟件,主要是把地圖信息,道路信息,還有高層信息等等聯合起來。 GIS技術主要有幾大組成部分,包括數據採集、管理、分析和應用。

GIS技術經過幾十年的發展,從萌芽期基本上進入了成熟期。 GIS和IoT的關係,將會變成IoT提供實時數據,GIS提供數據的採集和分析引擎能力,這些能力會幫助物聯網的應用進行更好的處理和展示。比如一個智能城市的管理裡面,IoT提供大量的動態數據,比如人、車、物的數據,雨雪天氣的數據,還有很多視頻的數據,然後GIS提供大量時空基準的數據,這樣就能夠幫助解決很多商業的應用,比如城市雨洪,污染擴散,綜合管網,城市沉降等等。

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室內定位技術

我們下面說說對物聯網很重要的室內定位技術。常見的幾種室內定位技術有WiFi、藍牙和ZiBee的三角定位,還有地磁的定位技術等。

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絕大部分的定位技術都是用多邊定位,包括WiFi、藍牙RSSI、超聲波、UWB、ZiBee技術等,現在也有新的藍牙5.2的AOA技術、RFID技術,能夠為室內定位提供更加精準的定位技術。

其他的一些定位技術,比如說指紋定位技術,室內的慣性導航定位,以及三維視覺的成像定位,比如說室內機器人用的激光雷達、毫米波、超聲波,這樣的定位技術,未來應用在工廠裡面,像自動上料、倉儲運輸、物流送料等等,都是讓工業4.0能夠得到應用的重要的基礎技術。毫無疑問,室內定位將會是多種傳感器或者是多種技術的融合,從而提供室內機器人等物體的定位技術,成為工業4.0的一個基礎產品。

講到室內定位,也會講到一些室內三維坐標的信息,室內三維坐標的信息主要是通過BIM軟件,能夠把一個樓的這個管廊啊,牆面啊等等三維數據,都描述在一個數據庫裡面,就像GIS描繪室外的地理信息系統一樣。

GIS信息、IoT信息、定位信息放在一起,就可以基於室內定位技術和室內的時空技術,通過IoT的數據平台,把設備的實時數據輸入到BIM(Building Information Modeling)系統裡面,把人員事件等都在數字世界裡面展現出來,從而能夠進行一些數據的分析,然後解決很多場景問題,比如說消防疏散的緊急預案,商場裡的人員行為分析,人流熱力圖,甚至哪個地方要多開點暖風,都能夠有實時在線的理解。

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所以說把物理世界和數字世界用室內定位提供時空基準,然後加上BIM信息,能夠把這個數據分析和展現出來,從而能夠建立一個這個更好的物聯網的應用。前面講的這幾個技術,分別解決了不同的問題,讓我們能夠準確的描述一個數字世界。

區塊鏈、數字孿生體

接下來我們簡單聊一下區塊鏈,區塊鏈到其實是一個什麼意思?打個比方你去買房子,原來你需要一個賬本,記錄這個交易和合約的條款,必須有一個非常可信的第三方,能夠把銀行、經理人和你自己的錢,都放在一個賬本里面,來創建一個交易。但是呢,這個賬本持有者是可以篡改它的。

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為了讓賬本不可篡改,你可以怎麼辦呢?首先每一筆記錄加上簽名和時間戳,並記錄到賬本,要改一個記錄,就要把前面的所有的記錄都改掉,那麼在交易了幾百次以後,這個交易記錄就很難去篡改了。

其次是要多處備份,交易中的每一個人都有一份自己的賬本副本,放在物聯網裡面,就是每個人都有一個邊緣計算節點。要改一個賬本容易,但是改多個賬本是比較難的,從而把信任移到了網絡上去中心化,用群體的共識機制來建立信任。

物聯網天然的有這樣一個技術,因為基本上每個房子都有一個路由器,都有一個邊緣計算節點,每個小區都有一個邊緣服務器,都可以成為數據交易的賬本。比如說有一個人調用了你家裡的燈,他調用了多少次,用了多少度電,都會被記錄下來,他是無法抵賴的。

阿里雲基於螞蟻區塊鏈,開發了IoT的技術棧,包括數據層、網絡層、共識層、合約層、訪控層和應用層。我們用邊緣IoT聯盟鏈分佈式賬本網絡來採集數據,放到IoT聯盟鏈管理微服務集群裡,從而支撐各種各樣的區塊鏈物聯網的應用。比如說物流服務、倉儲服務、金融、保險等等這些數據的消費方,來做數據的交換。

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工業互聯網還有一個蠻重要的事情就是數字孿生體,它的好處是能夠讓我們更好地進行人機交互。數字孿生體有很多的應用,例如可視化維護、設備狀態可視化、遠程互動交互、設備三維操作指南等。比方說採集了一個水泵的數據之後,可以把它的狀態實時地疊加到你眼睛看見的這個水泵上面,其他人也能夠遠程地幫助你識別這裡面有些什麼問題,從而輔助前線的運維人員變得更加高效。

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結語

4G時代是移動互聯網時代,最主要的應用是在mobile、social、local。那麼物聯網時代產生的最有價值的應用是什麼?我認為是工業互聯網。前面我們講了,5G解決了通訊大容量的問題,IPV6解決了IP的問題,然後室外定位和室內定位解決了時空基準的問題,區塊鏈解決了數據保護和信任問題。再加上數字孿生體,在數字世界建立了一個又一個digital entity(數字人)。基於這幾大技術,我認為未來的爆發,指向最大的一個方向就是工業製造技術。

本文轉載自公眾號阿里技術(ID:ali_tech)。

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