李永华：物联网技术发展研究及未来应用

编者按：2019年6月5～6日，“未来能源大会（FEC2019）暨第十五届中国能源战略投资论坛”在北京中奥马哥孛罗大酒店召开。本次未来能源大会汇集了国内外、中科院、工程院院士专家，共同探讨"传统能源"向"未来能源"转型融合的趋势。会上，北京邮电大学信息理论与技术教研中心的副主任李永华发表了题为《物联网技术发展研究及未来应用》的主旨演讲。

以下内容为中国能源网根据现场实录整理而成，未经本人审核。

各位早上好！

非常高兴有机会跟各位聊一聊在能源方面，在物联网方面的一些理解。

我是来自北京邮电大学，叫李永华，我的主要研究方向就是智能物联与大数据，智能物联与大数据跟我们能源行业是息息相关的。所以今天我主要从我们实验室研究的角度来探讨一下我们的研究与未来能源它们之间的关系。

在无处不在的能源条件下，我想未来的社会物联网信息跟能源是紧密结合在一起的。所以受咱们大会的邀请，我非常荣幸来这里跟大家做一个交流。我知道在座的可能跟我不是一个行业的，只有我是在IT这一行的，大家可能都是能源行业的比较多一些。

未来社会的发展应该是能源为主，咱们前面国家电网也提出来“三型两网”，解决互联网和智能电网之间的关系。实际上解决这个问题，就是从消费互联网向工业互联网的转移，二者如何有机的结合在一起，是机遇也是挑战。我们如何来将未来的IT技术应用在我们的传统能源行业里面？这是未来非常非常重要的研究内容。

实际上现在我们很多的地方已经用物联网了，比如最简单的我们开车通过ETC通道，这实际上就是物联网最简单的应用，如果从未来的发展层面来看，我们人类社会将和未来的信息社会共同一起构成CTS，我们称之为“信息物理社会”。我们当前社会假如说我们称之为物理社会的话，都是物理实体，那么在上面叠加一层信息社会，这两者加在一起就是未来社会。

你想想现在我们信息化远远没有达到和我们现在物理世界持平，每个物理世界都会有信息的传输交换的能力，所以未来的信息社会它的发展潜力非常巨大。正是这样，5G在未来的发展过程中，会扮演非常重要的角色，因为5G低延时、广连接、大覆盖这种场景，这对物联网发展提供了最基本的条件，所以5G将是一个万物互联非常重要的接入点。

物联网实际上源于互联网，互联网我们大家很熟悉，互联网我们实际上是解决人跟人之间的关系。前面我们说互联网前半场，阿里解决了人和物购买之间的关系，微信解决了人跟人之间交流的关系，对不对？这已经发展到一个瓶颈了，如何再向前发展，这是一个未来非常重要的研究方向。

在互联网基础上延伸，将物也连入到我们网络当中，这就是未来我们的发展趋势，也就是物联网的产生。

从用户端，包括人、机，我们说以前我们是人是H，以后会H2M，M是机器，都会出现这种通信的方式。以及在这种方式上产生之后的一些后台的数据，大的数据的处理，人工智能的应用。所以物联网跟未来的能源行业会紧密的相关，不仅仅是由于它们之间会产生数据的交换，更重要的是这些数据在沉积下来之后，产生大量的数据为我们未来人工智能的发展起到一个非常重大的推动作用。

所以如果你研究物联网，那么你一定会知道物联网的三架马车，第一个是物联网；第二个是大数据；第三个是人工智能。这三个是紧密的结合在一起的。那么物联网提供所有的物体、人之间数据的连接与交换。大数据它提供的是什么？相当于我们现在能源行业的石油、煤炭这种的，然后就是我们的人工智能，通过大数据我来挖掘你未来的发展潜力或者是一些规律。这就是我们未来发展的趋势。

实际上物联网从1995年，当时比尔盖茨就已经提出来这个概念了，之后又经过，包括美国麻省理工MIT，以及国际电信联盟2005年发布的报告里面在推动这个事情。2008年，IBM，就是美国，美国提出来“智慧地球”，管地球上的事情，中国提出来“感知中国”，中国是把自己的事先做好。从2008-2015年物联网一直在向前发展，发展过程中我们遇到了各种各样的问题，首先第一个问题就是物联网如何能互联互通，大家可以想一想，我们很多东西都可以控制，比如大家家里有各种各样的电器，你下载app来控制。但是你想想如果你家里边所有的物体都会用这一个app实现控制吗？不会的，所以会有很多很多的app，很多很多厂家，怎么解决这个问题？这就是物联网标准的问题。

实际上物联网从它的领域上，它包括本地的控制，可能我们很多的数据都是从本地产生的，控制也是70%80%在本地控制，所以这是我们一个非常重要的物联网的场景。比如我举个例子，石油行业算能源行业了，钻井，石油钻井，实际上它就在本地产生这个数据就可以服务支撑它来做人工智能，我们也有一个项目跟中海油在做深海钻井大数据的服务。

而远程控制呢，比如说我们远程控制以一个报警信息，关键信息，这种关键的信息可以远程，或者可以公开的信息可以上云。而且你像本地控制有一些信息你是不想向外披露的，有些隐私的信息。我们国内对个人的隐私信息可能保护的没有像国外那么的严厉，国外为什么物流发展非常慢？举个例子，英国它送一个快递，根本没法知道你在哪，也不知道你是谁？他就一个号，像国内你什么手机啊，当然这个有好处，也有坏处，好处就是说你可以非常快的把信息进行交换，不好处是什么？你的信息全都披露出来了，全都知道了，经常会有广告给你打电话。

这个远程出来的物联网另一个研究方向就是边缘计算，你在边缘侧，比如5G上来之后，很多的事情是在基站上来做响应的，因为你没有办法去云上面做响应，因为云上面第一带宽不够用，相当于你路没那么宽；第二你反应时间没那么长，比如自动驾驶等你反应过来，车已经撞了，你不可能在云端反应，一定是本地端用边缘计算完成它的工作。

物联网实际上最主要的一个事情就是怎么样来定义这个“物”，这个“物”是啥？有很多的定义方法，一个东西我们从不同侧面来定义它都没有问题。有两种定义方法：

1、我定义你这个东西本身，你东西是什么？我给你进行描述，这个实际上跟我们现在描述各种各样物体是一样的，最简单的人，大家都知道人长啥样，但是具体的人都不一样，但是一说人两个眼睛，一个鼻子，一张嘴。物联网定制一类东西，假如空调是一类东西，具体的空调都是什么？然后再用具体的标准操作手段，要构建、检索、删除，这几个标准的操作援引，这是物联网跟互联网相通的。

2、我定义很多种方法来处理这个问题，在物联网上面，我定义很多种上面。

现在这两种方法都有，但是对应物联网，对于我们说物联网很多终端它是一个受限设备，所谓的受限设备就是我能力有限，它存储能力跟处理能力都有限，但是它量非常非常大，大家想想这种应用场景是不是非常非常多？非常多。

讲到物联网怎么样定义，定义完之后物联网之间怎么相互通信，通信的层面还有很多，我们知道网络都分层的，一层一层的，大家用互联网大概稍微了解一下，比如你wifi怎么样，就是管一个连接，然后再上面比如我们通过IP，大家互联互通，然后再上面我们知道，你手机可以同时运行多个程序，这多个程序它怎么区分的？它怎么知道这个信息就到你这个程序或者到那个程序，上面需要你手机分配到它端口。然后再上面就是各种各样的比如微信啊、QQ啊、支付宝这些应用，所以相当于下面一个操作系统支撑上面若干个应用，所以在不同的层面上互通。

连接互通，比如wifi，一个wifi网络通信没问题。平台互通，比如我在同样一个平台里边，假如说咱们百度或者是阿里，这些物联网平台有好多，我们都连通。服务互通，比如我智能家居、智慧医疗它们这个能不能互联互通，这个家居跟医疗有很大的关系，因为你天天在家里面，你身体的很多数据都直接产生在你家里面，如何把这些数据转化成你平时一些身体基本的关键数据，储存在你的网关上面，或者边缘计算侧，比如我心跳不正常了，我会立刻通知我远程的医疗，远程医疗会对你身体做出反应，这个是未来不同的垂直应用之间的互联互通。

包括我们能源行业里面，比如我用户侧，以后用户是不是可以发电？我用户是不是能上网卖电？是不是可以？现在是没有，你以后不能说没有啊。比如我家里面既能发电还可以用，但是我有些电发完之后我用不了，我也想上网卖，这个事情能不能行？未来一定会有这种模式的。刚才涂博士也说了，可再生能源，可利用能源都在这个范围之内，怎么完成这个工作？物联网首先就是把信息这个环节打通，你需要知道谁需要，谁有。

在应用层面，我们可以简单的看一下，感知、连接、平台、应用，这是物联网一个基本的架构，非常基本的架构。不管是哪个行业，基本上跑不了这几个架构，哪个行业的应用都是关于这几个层面的具体化。你每一个项目，或者每一个行业去应用的时候，基本上离不开这几个层面，这是抽象物联网的概念。

国际上也有些标准组织做物联网这个事情，要想互联互通必须有标准，哪个标准行？哪个标准未来可用？这个是非常重要的，时间关系，不再说了。

我们国家也有自己的国家标准，比如接口的描述，包括信息安全啊，各种各样的标准，咱们国家也都有。

所以物联网的发展它实际上比如从工业方面，相当于我们说互联网下半场智能制造啊，我们国家，包括美国，包括欧洲都已经提出来这个发展方向了。从垂直领域来看，有各种各样的比如智慧社区、智慧农业、智慧农业等等啊，都在转型，你一定要去转型，你不变的话，那你要被淘汰了。

那么技术的融合包括我们说物联网，实际上物联网一说它都在里面，包括大数据、人工智能、区块链、边缘计算这些个你能知道的，未来在我们的物联网里面都会用到。所以物联网实际上你说它是一门技术也可以，你说它是一种社会或者是一种什么都可以的。它非常广泛。

所以它的现状，包括这六个层面，传感器我先要获取数据，然后传输，然后处理器进行信息处理，再通过边缘计算或者是云计算进行信息处理，然后再进行各种各样智能化的应用，这都是未来发展的趋势。

随着互联网的业务逐渐成熟，物联网也逐渐的进入我们的视野，未来各种各样的物体跟你之间都会产生交互。比如说我们娱乐、制造、购买这些东西都会跟你产生很大的关系。

所以从技术发展来看，物联网技术是多重技术叠加，最早期传感器+智能手机，这个是解决点对点连接的问题。再往后发展就是物联网+云计算，包括现在物联网+人工智能+区块链，未来物联网+云+边缘计算，就是边缘计算相当于咱们说的章鱼的八个爪，然后云相当于大脑，但是你不可能把所有的事情都放大脑上去处理，那在边缘侧把一些信息要处理好。

物联网技术发展态势，三大内生性动能：网络、平台、新技术，三大周期性动能：基础设施建设、基础行业转型、技术升级，这个慢慢一定会转化为我们国家的消费动力，我们国家这么大的市场，物联网的发展它的应用场景太多太多了。

物联网产业从感知域到网络域到应用域，你想想如果一个wifi连接了好多传感器，你在不同行业应用就是不同的项目，不同的垂直行业，所以它这个发展是非常非常多的。

市场规模到2025年是250亿的设备，6万亿美元，这是非常非常大的，与它相关的市场经济大概是36万亿美元，这是预测啊，可能还远远不止这些，随着5G的上马，物联网会加速的发展。

物联网从早期，我们说上面是物联网，下面是智能制造，它俩融合，以及物联网单独发展，以及物跟人，人跟人，物跟物之间的交流，这是一个简单的发展趋势，大家看一下。

技术挑战这一块：

第一个就是芯片，芯片是物联网最根本的东西，大家不要一提芯片就觉得好像没什么自信，实际上很多芯片我们国家已经做到了，东西方芯片我们都是有替代品的。

第二个就是技术，各种各样的技术都有，你怎么让它们互联互通，这是一个非常大的挑战，因为每个人需求不一样，你怎么让他们需求达成一致，众口难调。

第三个就是产业，产业上面我们有芯片，有模组，包括软件，包括硬件，再包括各种各样的安全，前一段时间也暴露出物联网有些被攻击的摄像头，有丢这个丢那个的，反正安全这个东西是相对的。比如以前咱们银行存折密码，我现在就知道你现在存的银行密码就是6位数字，你可以算一下，它总共可能的组合有多少种？就是10的6次方。你想想就这个数字，我就挨个试，肯定不是人试了，肯定是电脑机器去解密码，用不了多长时间就解出来了，你都不用特别高级的什么银河啊、太湖之光啊，你就一个手机就解获了。

所以物联网的产业链非常非常多，包括芯片、模组、平台、操作系统、智能硬件、集成等等等等，所以这个包含非常非常多的产业链，所以你在哪个产业链做好，在未来都可以站在风口上，没有问题的。

我简单说了，因为时间关系。

物联网发展从人工智能和物联网，我们说物联网发展的目最后肯定是应用层面，一定是人工智能，包括算法，包括推荐，这都是人工智能领域。从基准的控制，现在我们说从控制它到交互，到未来的生态系统，这个都是物联网在这个行业里面的具体落地，具体应用。

讲到这个，没有办法脱离的一个事情就是互联互通，你不同的协议之间怎么互联互通，比如你既有蓝牙的设备，也有wifi的设备，怎么互联互通？只能找一个，假如我们路由器也好，边缘节点也好，既能跟wifi通也能跟蓝牙通，这是最简单的。高层的还有什么？都是wifi的话，你就不一定能通了，还有平台啊，还有语义啊，所以自有的东西越多，你能够互联互通的可能性就越小。公共的东西越多，你这个互联互通的能力越高。

这是物联网+边缘计算，今年最火的就是边缘计算，因为物联网里面涉及的东西太多的，如何来具体的实现这个物联网，怎么样来落地？咱们就说落地？边缘计算是一个很好的落脚点。

比如我们家里边就可以做边缘计算，我们说石油钻井，钻井附近就可以做一个基本的节点，比如我们运营商，5G的基站可以做一个边缘的节点。因为云不能解决所有的问题，需要边缘节点来对它进行处理，处理之后再进行云脑汇总。

还有一种比如说以智能家居为例，比如美的的空调、海尔的空调能不能互联互通？现在可能通不了，怎么样能通呢？我们能通过云端，云跟云之间让它数据进行交互，比如说海尔的空调假如说是开关是1，美的的开关是on，它怎么转化？云平台去转化了。

这是简单说一下国家电网的例子，国家电网不是今年开人大会提出来“三型两网”，下面这个坚强智能电网实际上解决的它是电力生产、电力储存，还有负荷的问题，实际上是电力本身的问题，上面的泛在物联就是跟用户结合在一起，一个是针对消费互联网，一个是针对公有，这两者结合在一起，中间这个CTS，就是我们刚才说的“信息物理社会系统”。

右边下面是企业的运营啊，电网啊数据之类的，上面是未来相当于你这个用户可以直接参与到你网络当中，比如可以用户自己发电，这都是未来的可能性，所以这个就是重构国家电网的业务，当然这个目前来说还没有完全的实现，这是它的远景目标。通过目前的大数据、云计算、物联网、移动计算、边缘计算，包括智能手段啊，来实现能源生产、能源传输和能源消费之间的协同。以后不用人来协同了，都是自动协同，我那需要多少电，你就发多少，那个电生产出来之后你就得用多少。那你现在比如我这不用了你还在生产，那我生产出来的东西也没用啊是不是？所以以后就是闭环，来实现我用多少你生产多少，包括工业互联网，其实都是研究这个事情。以前咱们比如生产洗洁精，我生产出来就打广告，我不知道用户用不用，我不知道用多少？以后我根据你用户的多少，我再来生产。所以这个是未来发展的一个趋势，就是智能化，就是根据用户需求，你下订单，我直接到工厂生产。

这是我以电力行业为例，因为咱们今天是能源论坛嘛，所以以它为例来说未来的工业是怎么样进行信息流动的。从生产到传输到消费，这是一个闭环的过程，它需要物联网、云计算乱七八糟这些个技术来解决。

三流合一，我们说信息流、业务流、控制流，都要合在一起。电网数据，电网自己本身的数据，包括用户的数据，包括存储数据。

时间关系，我简单说一下。

在石油钻井行业的应用，咱们今天能源嘛，就是做一些跟我们实验室石油相关的东西，一个是钻井优化，大家都知道在海上作业一天需要很多钱，我优化就得快速钻井，你省很多钱对不对？还有一个是防止发生事情，比如墨西哥湾那个溢油事故爆炸了，你快有什么用？快就爆炸了。这两个方面我们目前正在跟中海油他们做这个事情。

所以这个监控都是精细化的，粗放型的已经过去了，因为精细化了，有监控啊，平时这些信息的传输啊，提高作业效率啊这些。

最后简单的用几分钟跟大家谈一下我们现在研究的状况。

第一个物联网技术研究的标准，这些个标准在行业里面都有用，我们各个标准基本上我们实验室都有一些简单的demo都有，大家如果有这方面的兴趣可以一块探讨。

这个是目前在终端，OCF开放系统互联这个层面上我们做的一个标准的验证，这个对家电行业还有一些想要接入到未来有一个好的标准，来做这个物联网的事情可以采用这个OCF。

多协议网关，多协议交互也是可以做。

云端呢是另一个标准协议，可能大家没有在我们物联网行业里面，大家了解一下，比如从设备到平台，再到用户前端。

这是边缘计算的情况。

嵌入式开发，这是基于大数据的人工智能，这个就是我们基于中海油的数据我们做的一些数据的处理，以及一些个钻井优化啊，还有溢流的监控，这是工矿的划分。

还有就是我们有一整套的关于NB-Lot，这是我们跟北京热力做的一个项目，也算我们能源行业，我们从前端的数据采集到传输，通过NB-Lot这个手段再到平台，再到未来数据处理，到前端展示，包括报警之类的。

最后我写了一些书，都是关于物联网方面的，大家有兴趣可以上网搜一下，有很多方面的书，包括物联网标准，包括一些创新的项目。

好，我说这么多，感谢大家！