通过应用程序启动机器人真空吸尘器，通过可穿戴设备跟踪体育活动，通过语音助手（如Siri或Alexa）播放您喜欢的音乐......物联网(IoT)已成为我们日常生活的一部分，在每个领域。但该术语在理论和实践中的真正含义是什么？物联网的优势和挑战是什么——这一切是如何从1990年办公室里的烤面包机开始的？物联网的一天每天早上，百叶窗在设定的时间关上，卫生间的暖气自动打开，咖啡机已经冲泡出第一杯咖啡。当你去上班时，车库门打开，门自动锁上，警报系统启动。在上班途中，联网的智能汽车会接收有关交通拥堵的信息并自行建议新路线。而在公司内部，智能工厂的生产工厂已经直接与订单系统和物流进行通信，以相应地生产商品。所有这些联网的智能设备和机器都是物联网（简称IoT）的一部分。物联网的定义物联网(IoT)将物理对象与虚拟世界连接起来。智能设备和机器相互连接并以数字方式连接到互联网。借助技术，收集、分析和链接有关当地环境的相关信息。基于此信息，设备执行特定任务。例如，一个传感器测量室外温度，然后带有它的智能设备会打开暖气。所有这一切都是自动发生的，无需用户主动干预。如果需要，用户可以远程控制物联网设备，例如通过智能手机上的应用程序。这是由于微控制器、传感器和驱动器等连接组件的相互作用而实现的，这些组件将电脉冲转换为压力、运动、温度或其他机械变量。物联网系统很复杂：它们结合了连接多个网络的单个设备、数据库和网关。通过无线接口连接到互联网并发送数据，或者相反，接收命令。在后台，敏感数据在传输过程中受到安全解决方案的保护。以工业和设备制造商为例：感知：传感器从环境中收集各种信息，并将其转化为数字数据。计算：微控制器处理数据并根据结果生成控制信号。执行：控制信号被执行器识别并转化为动作。连接性：连接性组件将IoT设备相互连接并连接到云系统。安全性：安全组件保护敏感数据免遭未经授权的访问。为什么传感器对物联网如此重要？由于人类有五种感官，他们能够了解周围的环境——机器需要传感器来做到这一点。作为感觉器官，它们是整个物联网最重要的数据提供者。有不同类型的传感器：例如，用于检测温度、湿度、运动、光线、机械压力、二氧化碳含量、超声波或气压。物体上的相应传感器测量其环境状态，系统中的微控制器处理收集到的数据并通过网络将其传输到软件。传感器可以通过蓝牙与智能手机应用程序配对，用户可以通过该应用程序访问数据。或者，信息通过互联网发送到云平台，在那里分析数据。例如，如果智能家居中的传感器提供天黑的信息，则可以放下百叶窗。工业温度传感器可用于智能工厂以精确控制加热或冷却阀门。它们测量房间或大厅的冷暖程度，阀门根据测量结果做出反应。物联网的演变物联网作为一种技术基础设施出现于2000年代初。但是，一种可以通过无线方式传达有关其状况的信息的日常物品甚至更早出现：1982年，美国匹兹堡的计算机科学专业的学生使用互联网的前身来监控自动售货机的填充水平。第一台连接互联网的家用电器出现在1990年，在万维网的早期——甚至在1991年第一个网站推出之前：美国软件和网络专家JohnRomkey和澳大利亚计算机科学家SimonHackett烤了一台联网的面包机到互联网。它可以在线打开和关闭——这款烤面包机现在被认为是第一款物联网设备。“物联网”一词是英国研究员凯文·阿什顿于1999年定义的。麻省理工学院的传感器和识别技术专家用它来描述无源RFID标签。RFID（RadioFrequencyIdentification）是一种阅读器可以在不接触的情况下从无线电标签（标签）读取和存储数据的技术。在这里，物理对象也连接到虚拟世界，但仅限于有限的区域。不久之后，在2000年，电子公司LG提出了连接冰箱的想法：当奶酪、黄油或鸡蛋供应用完时，它会发送通知。从那时起，连接性显着增加：早在2008年，连接到互联网的设备数量就超过了地球上的人口数量——网络专家思科在其白皮书《互联网的下一次进化如何改变一切》中指出。这不仅仅是关于智能手机、电脑，而是所有种类的物理对象。未来，越来越多的设备将变得智能：到2025年，全球将有约750亿台设备连接到互联网。物联网的好处和应用领域物联网已经深深植根于我们的生活：智能设备，现在可以在私人住宅、工厂、汽车、医疗保健和城市中快速找到。这是有充分理由的，因为物联网的使用有很多优势：它可以让日常生活更加方便，通过节省时间和成本改进生产流程，通过提高效率节省电力和能源，同时保护环境。智能设备还可以优化交通流量并简化特大城市的生活。以下是来自不同应用领域的五个物联网示例??：工业4.0中的物联网工业4.0被称为第四次工业革命：继蒸汽机（工业1.0）、电力（工业2.0）和生产信息化（工业3.0）之后，现在是机器、货物和工厂的智能连接。整个价值链正在数字化，变得更加高效和智能——在工业领域，自然会谈到工业物联网(IIoT)。例如，在高度自动化的流程中，产品与可以独立触发下一步生产的设备进行通信。机器可以自行识别故障并请求维护。制造机器人和运输车辆独立地与仓储物流交换信息。除了效率之外，员工的安全性也得到了提高：如果叉车或机器配备了传感器，它可以扫描周围环境并在事故发生前停止工作。由于数据的收集和分析，全新的服务和业务领域正在出现。通过这种方式，公司可以利用物联网使他们的产品组合更加灵活并提供额外的服务。在工业4.0的互联基础设施中，可以更轻松地规划流程并更快地生产商品。这节省了时间和存储成本，但数字化及其所需的技术也增加了能源成本。VDI研究“工业4.0期间的资源效率”表明，数字化与资源效率之间存在正相关关系。物联网解决方案有效利用资源，节能组件增加了对可持续性的贡献，这也意味着更低的环境影响。更可持续生产的另一个潜力在于未来的高速移动网络：5G。原因：发送器搜索接收设备并仅在需要时发送。如果不再需要，则终止连接。智能家居中的物联网欢迎来到智能家居：灯光在夜间自动开关，智能电表记录和调节用电量。在智能家居中，咖啡机、洗衣机、冰箱、恒温器和电灯开关等各种日常用品都相互连接。各种设备通过称为集线器或网关的中央单元链接并连接到Internet。在智能家居中，物联网设备不仅可以提供更高的舒适度和能源效率，还可以提供更高的安全性：连接的监控摄像头和烟雾探测器，例如，自动将信息中继到用户的手机，直接联系紧急服务。在智能家居中，用户还可以使用数字助理的语音命令来控制灯光或音乐、收听天气或大声朗读新闻，或在线订购商品。电子健康领域的物联网物联网正在改变医疗保健：健身手环、智能手表或健身追踪器等可穿戴设备佩戴在身体上，可以记录脉搏或血压等健康数据。应用程序可以用图表或图形清楚地分析这些数据。此外，电子健康领域的物联网已经支持起搏器或血糖监测仪等智能医疗设备。如果检测到问题，它会立即通知用户或紧急服务。因此，电子医疗设备可以确保家中的老人或患者更安全地生活。智能药物剂量决定患者是否服药，地毯上的跌倒传感器会在患者跌倒时报告。医院也使用互联医疗设备：例如，智能病床可以提供入住率信息。智能汽车中的物联网-互联汽车汽车变得越来越智能：智能汽车配备了控制单元和半导体，包括雷达传感器。这些测量速度和距离以确定到另一个物体或人的距离。自2018年4月起，欧盟所有新车均搭载“eCall”紧急呼叫系统，发生事故后可借助内置手机卡自动求救。互联车辆还可以通过Wi-Fi或移动通信进行连接，例如为驾驶员提供有关交通拥堵的信息。在互联网和“无线更新”的帮助下，无需前往车间即可更快地维护车辆的软件。未来，联网汽车也将实现自动化。这也将需要各种传感器作为物联网组件：超声波传感器检测障碍物，雷达传感器检测其他道路使用者并测量他们的速度和位置，视频传感器提供额外信息。联网车辆的目的之一是让道路交通更安全。根据博世的“2025年互联汽车效应”研究，到2025年，仅在德国、美国和中国，安全系统和基于云的功能就可以防止260,000人受伤。智能城市中的物联网城市时代：根据德国联邦经济合作与发展部的数据，目前世界上超过50%的人口居住在城市中。这一趋势正在上升——到2050年，这一比例估计将达到80%。1000万以上人口的特大城市数量也将增加。这些发展将带来挑战，例如在基础设施或空气质量方面。因此，未来的城市和特大城市必须变得更具可持续性和安全性，以提高人们的生活质量。“智慧城市”一词包含通过互联技术支持这一点的想法和概念。它来自能源、交通、城市规划、管理和通信等各个领域。以下是四个想法和概念的示例：一旦消防车或公共汽车驶近，交通信号就会将规定的交通车道变为绿色。路灯可以根据需要打开或关闭，并在集成摄像头的帮助下提供更高的安全性。数字系统控制着公共交通的基础设施，以及水、废水和回收系统。市民可在线办理政务服务，省时省纸。物联网设备在工业中如何相互通信？为了在物联网上实现工业流程自动化，设备必须能够在没有人为干预的情况下相互通信。机器对机器(M2M)基础设施支持车辆、系统、自动售货机、集装箱、电表、气表和水表或机器人之间的信息交换，也可以通过中央控制站进行。M2M一次需要一个数据端点(DEP)，即一台设备或机器。此外，还需要通信网络和数据集成点(DIP)，例如服务器。一个实际例子：某工厂生产商品，并将原材料数量通过Wi-Fi发送到服务器。服务器远程监控机器是否需要维护或新原料。除了传感器之外，这些设备还有一个用于通信的发射器，数据可以通过通信网络传输——通过移动无线电、Wi-Fi、固定网络、蓝牙、卫星无线电或RFID。接收器是一个控制中心，就像服务器一样。它收集信息、处理信息并根据结果触发操作。机器人物联网(IoRT)除了工业物联网(IIoT)一词，IoRT（机器人物联网）也在慢慢发展。这是物联网的延伸，包括机器人，它们可以借助其技术独立感知和交互。IoRT被认为是机器人技术的下一阶段：机器人在数字网络中相互通信和学习。它的特别之处在于，机器人可以主动相互学习，而无需针对所有可能的情况提前进行完全编程。具有同样巨大增长潜力的一个领域是医疗物联网(IoMT)：医疗保健系统和服务的智能连接——包括患者和医疗专业人员。对于医疗技术公司而言，对数百万生成数据的分析提供了降低医疗保健成本和协调的机会。由于大流行，两个领域特别增长：远程医疗和远程医疗。受与Covid-19病毒相关的法规影响，在线预约和视频预约正在增加。即使在大流行之后，这种趋势仍将继续受到关注。例如，通过应用程序学习内容支持与位置无关的在线治疗。它的优势主要在于灵活性、通过在线工具轻松规划以及为所有相关人员节省时间。物联网的挑战无数的例子可以证明：物联网上的智能设备正在帮助简化我们的日常生活。它为更大的便利、更好的沟通、更高的生活质量和更高效的业务创造了机会和潜力。但是，它也带来了各种不容忽视的挑战，例如数字时代的数据安全。大数据和物联网安全全球收集的数据量呈爆炸式增长：据IDC市场研究人员称，2016年每年产生16.1ZB，预计到2025年这一数字将增长十倍，达到163ZB。除了个人设备，例如可穿戴设备或者智能音箱，物联网中的工业设备也在这方面做出了巨大的贡献，并且呈上升趋势。它收集了大量数据。这也给数据保护和数据安全带来了挑战。数据安全侧重于防止未经授权的数据访问，而数据保护侧重于保护隐私。基本上，数据是物联网的基础。正是它的评估和分析让日常生活变得智能。但是，当设备连接到互联网或数字连接时，它也会变得脆弱。网络罪犯可以接管控制权、监视数据，甚至破坏工厂。2015年，两名攻击者闯入了联网汽车的信息娱乐系统，只是为了证明这很容易做到。他们关掉引擎，打开收音机。在最坏的情况下，犯罪分子甚至可以通过这种方式破坏一个地区或整个国家的基础设施：这就是2016年底利比里亚发生的事情，当时那里的互联网出现故障。据报道，攻击者将数百万物联网设备连接起来形成僵尸网络，然后进行分布式拒绝服务（DDoS）攻击。在这种“DDoS”攻击中，来自多个设备的同时请求被发送到服务器，直到它变得过载而无法响应。攻击者还可以控制监控摄像头、监视用户或关闭传输。由于没有统一的安全标准，智能家居中的可穿戴设备、智能音箱等物联网设备往往得不到足够的保护。在企业和工业4.0中，如果犯罪分子禁用智能机器或窃取敏感数据，则存在生产停机的风险。数据保护也面临新的挑战：问题是所有数据的去向和存储位置。例如，健身追踪器的制造商可以使用收集到的信息来创建准确的用户配置文件并将其与其他数据关联起来。就像在工业运营中一样，必须有效地保护信息免受任何人未经授权的访问。否则，不仅仅是数据有被盗的风险。例如，犯罪分子还可以窃取私人用户或某些员工的身份，并获得对银行账户或电子邮件收件箱的访问权限。但是如何防止此类攻击呢？确保设备和服务器之间的通信安全至关重要。有效的保护措施包括可靠的访问管理、安全认证和传输数据的加密。因此，必须保护智能设备、联网车辆和工业4.0系统免受数据窃取、欺诈、操纵和其他攻击。缺乏兼容性和不断增长的性能需求物联网设备制造商面临的另一个挑战是独立于设备和平台的应用程序开发。如今，传感器、平台或操作系统通常只适用于特定系统。因此，对工厂各个组件的要求各不相同。理想情况下，需要一个跨平台的硬件和软件解决方案，以及特定于应用程序的软件。此外，对设备的需求不断增加，这给制造商带来了进一步的挑战。传感器和半导体应该变得更强大、更智能、更安全并具有更低的延迟。同时，它也应该更环保，耗电更少，并且尽可能小而不显眼。物联网促进可持续发展物联网为私营部门和工业部门的流程数字化、简化和提高流程效率提供了广泛的机会。除了节省生产成本等经济效益外，物联网还具有更大的可持续性和绿色未来的巨大潜力，尤其是在工业领域。世界经济论坛在一项研究中提到了一个主题：84%的物联网解决方案有可能为联合国的可持续发展目标做出贡献。1.减少原材料和资源日常生活中熟悉的例子：数字处理和系统连接减少了纸张消耗。以前，每份文件都打印出来，归档并分类到文件夹中，但现在，多亏了服务器和云系统，才有了新事物的空间。虽然这并不能使物联网解决方案的数字化完全实现气候中性，但越来越多的公司正在关注绿色能源和气候中性运营，以补偿产生的任何排放。2.通过物联网提高能源效率智能建筑和智能家居有一个共同点：它们都通过测量能源消耗和识别潜在节约来节约能源。比如自动开关灯，自动检测窗户，所有的系统都可以通过APP随时监控和控制。同样，物联网在能源行业的应用是提高能效的关键——尤其是通过英飞凌半导体解决方案，各个领域的能效也得到了提升。这包括能源生产、运输以及能源储存和消耗。展望未来，有一件事是肯定的：物联网将继续发展。未来，联网或智能汽车将找到更快、更安全的路线。互联路灯将收集有关交通、安全、照明甚至空气质量的数据，成为智慧城市的一部分。联网的空中出租车将把人们从城市的一个地方运送到另一个地方。IoT还使企业能够开发新的业务模型，例如预构建的“软件即服务”应用程序，也称为SaaS。其目标是为各种应用领域提供完整的物联网解决方案。同样，远程使用产品作为产品即服务(PaaS)也变得越来越有吸引力。中心思想：作为企业，您可以租用设备并远程使用。物联网的发展正受到几个方面的推动：例如，新的高速移动网络5G的扩展：它使数据传输更快、更稳定。这是必要的，因为相互通信的设备越多，数据量就越大。5G移动通信标准可以应对这种洪流，在数据云端做到。边缘计算在未来也将变得越来越重要：物联网设备将能够直接在生成数据的设备上处理数据。例如，通过这种方式，可以在联网汽车中比在云端更快地执行数据分析。人工智能(AI)也将推动物联网。计算机和算法将能够独立解决问题，并且会越来越好。根据普华永道的“数字产品开发2025”研究，十分之四的工业公司已经在使用数据分析和人工智能进行数字产品开发。因此，物联网只有与人工智能相结合才能发挥其全部潜力。事实上，通过数据分析，公司已经学会了如何改进他们的产品。但如果机器和算法能够独立识别模式，这个数字可能会显着增加。
