第1章 物联网和边缘计算的定义及用例
像往常一样，你在早上6:30左右醒来。你从来不需要闹钟，这是生物钟的一种体现。你睁开眼睛，迎接一个阳光明媚的早晨。室外温度接近70华氏度[1]。这一天是2022年5月17日星期二，你的这一天将与2017年5月17日完全不同，包括你的生活方式、你的健康、你的财产、你的工作、你的通勤，甚至你的停车位。你生活世界的一切，包括能源、医疗保健、农业、制造业、物流、公共交通、环境、安全、购物，甚至衣服也都会大不相同。这就是将普通物体连接到互联网或物联网（IoT）带来的影响，我认为更好的比喻就是万物互联。
甚至在你醒来之前，你周围的物联网就已经发生了很多事情。你的睡眠行为已被睡眠传感器或智能枕头监测。数据被发送到物联网网关，然后传到你免费使用的云服务，该服务将结果显示在你的手机上。你不需要闹钟，但是如果你要乘坐早上5点的航班，你可以重新设置它，由使用if-this,then-that（IFTTT）协议的云代理控制。你的双区炉通过使用802.11协议的家庭Wi-Fi连接到一个不同的云提供商，你的烟感报警器、门铃、灌溉系统、车库门、监控摄像头和安全系统也是。你的狗身上安装了一个使用能量收集源的近距离传感器，可以帮它打开狗狗门，也可以告诉你它在哪里。
你实际上不再需要个人计算机。当然，你有一台平板电脑和一部智能手机作为主要创作设备，但你主要使用VR/AR设备，因为它的屏幕更好、更大。你的壁柜里有一个边缘计算网关。它连接到5G服务提供商，让你接入互联网和广域网，因为有线连接已经不适合你的生活方式——无论你身在何处，都可以移动、连接和在线，5G和你最心仪的运营商确保你在迈阿密的酒店房间或爱达荷州博伊西的家中都有非常好的体验。网关还为你在家里执行许多操作，例如处理来自网络摄像头的视频流，以检测房子中是否发生了摔倒或事故。对安全系统的检查还可以发现异常情况（包括奇怪的噪音、可能的漏水、一直开着的灯、又在啃家具的狗等）。它还可以充当家庭中心，每天备份手机数据，因为你的手机有可能损坏。它还可以充当你的私有云，即使你对云服务一无所知。
你骑自行车去办公室。你的自行车运动衫使用可打印的传感器监测你的心率和体温。你在收听从手机流向蓝牙耳机的蓝牙音频的同时，这些数据会通过低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy）传输到你的智能手机。在途中，你路过几块广告牌，上面全都是视频和实时广告。你在当地的咖啡店停下来，前面有一个数字标牌显示屏，上面出现了你的名字，问你是否要昨天最后点的东西——一杯12盎司[2]含奶油的美式咖啡。它通过信标和网关做到这一点，识别出你出现在5英尺[3]范围内且正靠近显示屏。当然，你买了这杯咖啡。大多数人都是开车上班，通过每个停车位中的智能传感器将他们导向最佳的停车位。当然，你也会与其他骑自行车的人一起获得最佳的停车位。
你的办公室是绿色能源计划的一部分。公司政策要求办公空间零排放。每个房间都有近距离传感器，不仅可以检测房间是否被占用，还可以检测房间里的人是谁。你的胸牌是一个使用10年期电池的信标设备，你一进门就能够被感知到。灯具、暖通空调、自动遮阳帘、吊扇，甚至连数字标牌都连接在一起。中央雾节点监控所有建筑信息，并将其同步到云主机。还设置了一个规则引擎，可以根据房间占用率、时间、季节以及室内和室外的温度做出实时决策，提高或降低环境条件以尽可能利用能源。如果有需要检查的异常能源使用情况，则主断路器上的传感器会监听能源的使用模式，并在雾节点上做出决策。
这一切是通过一些实时流媒体边缘分析和机器学习算法来实现的，这些算法已经在云端进行了训练，然后被推送到边缘。
该办公室有一个5G微蜂窝小区，用于与上游运营商进行外部通信，其内部还有多个微蜂窝小区网关，以集中大楼范围内的信号。内部5G也可以充当局域网。
你的手机和平板电脑已切换到内部5G信号，你打开软件定义网络覆盖，立即进入公司局域网。你的智能手机为你做了很多工作，它本质上是你通往周围的个人区域网的私人网关。你参加了今天的第一场会议，但你的同事不在，迟到了几分钟。他表示歉意，但解释说他的车出问题了。
他那辆新车向制造商上报了压缩机和涡轮增压器的异常情况。制造商立即得知此事，一位代表打电话给你的同事，告诉他，正常通勤的情况下，在两天内这辆车有70%的可能出现涡轮增压器故障。他们预约了经销商，准备了新零件来修理压缩机。这为他节省了更换涡轮的大量成本，并减少了许多麻烦。
午餐时，团队决定去市中心一家新开的鱼肉卷饼店。你们一行四人决定同乘一辆轿跑出行，虽然这辆车坐两个人可能会更舒适一些。不幸的是，你们将不得不把车停在一个更昂贵的停车场里。
停车收费标准是动态的，遵循供求关系。因为一些活动，场地已经饱和，即使是在周二中午，收费标准也翻了一倍。好的一面是，提高停车费的系统也会告知你的车和智能手机，到底要开到哪个停车场的哪个车位。你输入鱼肉卷饼店地址，就会弹出停车场和容量，在到达之前，你就可以预订一个位置。当车靠近大门时，大门会识别你的手机签章、车牌或多种因素的组合，然后打开。你将开到车位上，应用程序通过正确的传感器向停车场云端登记你已在正确位置。
当天下午，你需要去位于城市另一边的制造厂。这是一个典型的工厂：几台注塑机、取放装置、包装机以及所有配套的基础设施。最近，产品的质量有所下滑。最终产品存在接头连接问题，外观上也不如上个月的产品。到达现场后，你与经理交谈并检查现场。一切看似正常，但质量肯定变差了。你们两人见面后，调出了厂区的系统仪表盘。
该系统使用许多传感器（振动、温度、速度、视觉和跟踪信标）监控车间。数据是实时积累和可视化的。有许多预测性维护算法可以监视各种设备的磨损和错误迹象，这些信息会传输到设备制造商和你的团队。制造自动化和诊断日志没有发现任何异常模式，因为它们已经被最好的专家训练过。看起来这种问题需要通过每日SWOT（优势、劣势、机会和威胁）团队会议来解决，这需要你的组织中最优秀和最聪明的人花费数小时到数周时间，代价是昂贵的。但是，你有很多数据。工厂车间的所有数据都保存在一个长期存储的数据库中。这项服务是有成本的。一开始，这个成本很难被证明是合理的，但现在你相信它已经为自己收回了千倍的成本。通过使用复杂的事件处理器和分析包处理所有这些历史数据，你可以快速开发出一组规则，对故障部件的质量进行建模。向后追溯导致故障的事件，你意识到这不是小故障，它涉及多个方面的问题：
- 夏季工作空间的内部温度上升了2℃，以节省能源。
- 由于供应问题，总成将产量降低了1.5%。
- 其中一台注塑机已接近预期的维护周期，温度和组装速度将其故障情况推到了预测值之上。
你发现了这个问题，并使用新参数对预测性维护模型重新进行了训练，以便在将来能控制这种情况。总的来说，今天工作得不错。
虽然这是个虚构的情形，但今天与它已经很接近了。维基百科是这样定义物联网的：“物联网（Internet of Things，IoT）是指物理设备、车辆（也称为“连接设备”和“智能设备”）、建筑物和其他物品之间的网络连接，这些物品中嵌入了电子产品、软件、传感器、执行器和网络连接，使其能够收集和交换数据。
[1]约21摄氏度。——编辑注
[2]约355毫升。——编辑注
[3]约1.524米。——编辑注