【在云端 003】 星星之火，可以燎原——云时代的 IoT

【注：本文所讨论的所有互联网产品仅作举例用，均不构成购买推荐。】



有心的读者应该已经注意到了，“在云端”是一个系列文章，对云计算的介绍、说明和推广。前两篇讨论了“云”，这篇就让我们就来聊聊“端”吧。



普通用户对云的理解未必深刻，但对端其实都非常熟悉：每天使用的浏览器、app、电脑、手机等等都是端，即用户使用的终端设备在云计算中称之为“端”。这些大家日常随时可见的东西，在云时代能老树开新花吗？





近十余年，终端设备可谓是日新月异，可是有一点是从未发生变化的，即：上网的主体一直都是人，所有的终端设备都只是人作为用户在上网的过程中依赖的一个工具而已。而云时代赋予了端设备最大的一个改变，就是设备自身，脱离了人，作为一个独立的主体，可以自行上网了。





乍听之下，这似乎有些人工智能的味道了，家里的电器，大到冰箱彩电，小到拖把扫帚，居然可以像施了魔法一样，自己动起来，还能联网了？难不成它们以后还要互加好友，没事发个朋友圈啥的吗？恭喜你，答对了，敬请在 twitter 上关注英国大本钟官方账号 @big_ben_clock。这个账号每天推送的内容只有一个，就是整点报时——“BONG BONG BONG”。几点就“BONG”几下，绝不误点，童叟无欺。



@big_ben_clock 账号内容未必是由大本钟自己维护发布的，不过如此机械但精准的内容一定不是人为的。某台电脑在程序的控制下，无需人为干涉，自主的联网执行某项特定操作（比如“推特报时”），即为物联网——Internet of Things（IoT）。





实际上这并不是个新概念，技术也不复杂，只是执行一些特定的操作——毕竟绝大多数 IoT 设备的成本都很低，做不了大运算。但无论怎么简陋，IoT 设备都可以作为一个完整的客户端，与后台服务器完成整套通讯交互流程，就像人上网一样，只是操作单一而已。并且，IoT 设备从诞生之初就具备上网的能力（Internet），但 IoT 设备种类繁多，每种 IoT 设备联网的标准和接口又有着巨大的差异，因此想要让所有的终端设备都联网，就需要庞大的后台服务器集群，各自支持每种 IoT 设备的请求，才能真正意义上的实现物联网的概念。



在云时代之前，要自行搭建维护一套后台服务器是一件耗时耗力的事情，对于那些小众定制化的需求往往力不从心，因此能随时联网的 IoT 并不多，没能形成规模效应，就更加无法引起大家的关注了。到了云时代，每个人都可以借助云计算自己搭建服务器，小众的定制化的需求也只需要稍微配置就能完成。大而全的平台开始转向成为各类小而精的服务，随之而来的是，云时代 IoT 的第一个特征：每件物品都能轻松上网了。





不光能上网，云时代 IoT 还能自己组建局域网。这本也是 IoT 设备自带的功能，在无法连到远端服务器时，离得近的几个 IoT 设备自己先组个下网络，自己人先玩起来。但由于是局域网，要搭建或者修改这个局域网的配置，哪怕是最简单的修改，比如增加或删减一个节点，或者修改局域网内的某项基础配置，都必须去现场操作才能实现。大城市的钢铁森林里，线路布局错综复杂，稍有不慎就可能导致整个网络全部瘫痪。偏远乡村中的网络环境可能就更糟糕了，翻山越岭只为重启一次电源，想想都可怕。因此 IoT 的局域网往往是一个固定的网络，一次写入，终生不改，真正的“配置恒久远，一套永流传”。



除了局域网配置修改极其困难外，各个局域网的通讯标准也经常不一致，导致两个或多个局域网很难融合成一个新的大网络，只能在一个小范围内以一个固定的方式运行。升级换代，难如登天。





云时代的 IoT 在局域网的特征上，同样玩出了新花样。在每个 IoT 设备联网的时候，云服务器能获取到各个设备的位置、功能和性能等因素，再通过下发指令和标准的方式，让各个 IoT 设备能随时与其他的设备组建新的局域网。这次可能是因为位置比较近，某几个 IoT 设备组建了一张网络，而另一个时间点，又可能因为功能更契合，另外的几个 IoT 设备组建另一个网络。总之，在云端可以随时变更每个 IoT 设备的组网配置，甚至可以让设备依据外部环境，自适应的选择变更网络的时间与配置。能够轻松实现网络的智能化配置，是云时代 IoT 的第二个特点。





以上谈及的两个特性，虽说多少有些老瓶装新酒的味道，但算力上的飞跃还是让云时代的 IoT 在很多方面产生了新的玩法。



边缘计算



边缘计算，简而言之就是将计算下沉到边缘， 在靠近数据产生的地方，甚至是现场进行计算。既然终端设备已经可以轻松配置任意组网了，又由于摩尔定律运算能力变得越来越强（2015 年主流手机的运算能力已经全面超越 1970 年 NASA 用于计算登月时使用的大型机了），那直接在终端就把问题解决了，岂不是美哉？



边缘计算就是用于解决这种问题的一套计算理论，在网络边缘（用户侧）使用 IoT 设备直接运算并返回结果。如果单个 IoT 设备解决不了问题的话，就利用边缘侧的局域网内 IoT 设备共同解决。这样做的好处有很多：一，减轻后台服务器的压力；二，减少网络延时，让用户更快的收到响应；三，用户的隐私数据不外传，在边缘侧收集处理。



边缘计算，可以说是云时代对 IoT 在算力和配置上赋能之后的一个必然发展趋势，并且由此衍生出来了终端生态的爆发式生长。



分布式操作系统



2019 年华为手机被禁用 Android 系统之后，发布了自研的“鸿蒙”操作系统，并说明这是一个分层的分布式操作系统。分层我们暂且不谈，分布式操作系统可以说是专为 IoT 设备量身打造的操作系统。



在边缘计算一节中，我们曾提到“如果单个 IoT 设备解决不了问题的话，就利用边缘侧的局域网内 IoT 设备共同解决”，那局域网内的多个 IoT 设备要如何协同工作呢？是否有一个中枢式的控制模块，来统一调度每个 IoT 设备各自完成哪部分工作呢？



以往我们在讨论一个操作系统时，都是在一个设备上有一套软件控制逻辑，让键盘鼠标负责接收用户指令，CPU 负责运算，硬盘负责存储，屏幕负责显示输出， 各个硬件模块各司其职，共同完成任务。而在局域网内的多个 IoT 设备也是同样的道理，各个 IoT 设备负责不同的功能，彼此通过网络连接通信，居中协调控制这些多个设备的操作系统即是分布式操作系统。简而言之，分布式操作系统就是把电脑拆散了，在多个通过网络连接的硬件模块之间，协调总控，完成运算任务。



如此说来，分布式操作系统就是边缘计算的底层引擎，也是云时代 IoT 设备的强力助推剂。



网络切片



在边缘计算和分布式操作系统的助力下，越来越多的 IoT 设备占山为王，自成一统，那接下来会出现什么现象呢？对的，网络切片。



顾名思义，网络切片指的是整个大网络被切分成许多个小的网络，彼此独立运转，又能互通有无，仿佛一个个小城邦，能接收云端的统一调度，又能自循环运转正常。在这样一种独立又包容的网络环境中，用户仿佛在不同的国度中穿梭。每个切片网络都能根据不同的场地和场景，为用户提供最合时宜的设备属性和整体环境，毕竟身边的每一件物品都已联网。在你的国度，世界触手可及。更乐见其成的是内容分发商和网络运营商，届时他们能以极精准的定位为每个用户打造沉浸式的网络环境。当然，广告商也会很开心。





所以你看，在云时代，这种云 + 端的模式，赋予了 IoT 一种近乎全新的运行模式，而这些模式并不只是一些奇淫巧计，更是这些技巧背后的趋势。终端设备的工作模式开始越来越像人类的社会分工了：每个终端设备都能独自解决某类问题，又可以与其他设备组建小而精的团队解决现场更棘手的问题，还可以从远端获取更多重量级的支援。这哪里还是以前身边不起眼不受待见的嵌入式设备啊，完全是一支海军陆战队啊！





在云时代中，请不要再小看身边不起眼的那些小物件，无论是冰箱彩电，还是拖把扫帚，它们都曾那么默默无闻的服务过你，如今它们终于也要更新换代了。就像 1930 年毛主席在预判国内革命形势时说的那样：它是站在海岸遥望海中已经看得见桅杆尖头了的一只航船，它是立于高山之巅远看东方已见光芒四射喷薄欲出的一轮朝日，它是躁动于母腹中的快要成熟了的一个婴儿。星星之火，必将燎原。



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