信息产业浪潮中,京东IoT的技术演进与实践创新

京东科技开发者

物联网正在改变着我们的世界。如今,在智能园区、智能城市、工厂,甚至街边的自动贩卖机中,处处可见物联网的踪迹。

据前瞻产业研究院的物联网相关报告预测,全球物联网设备数量将在一年内(2020-2021年)从307亿台增长到358亿台。前景一片广阔,各大企业也早已开始强化布局,积累各自的物联领域能力。如何落地IoT技术,让IoT更为快速地进入企业、进入千家万户,创造业务价值,是目前行业面临的挑战和机遇。

1月12日,由京东科技策划主办的线上公开课,来自 京东科技IoT产品部的资深架构师黄勇 通过 《智联万物,京东IoT技术创新与实践》 的演讲,梳理IoT产业的发展与技术演进历程,分享京东对IoT领域技术发展的趋势判断,展现京东在IoT技术与产业方面的创新与实践。

IoT发展经历的起起伏伏

无数人提及未来10年是属于万物互联的时代。无疑,IoT将在未来扮演一个十分重要的角色。1982年,卡内基梅隆大学的学生发明了与 ARPANET 连接的可口可乐机器,从那时到现在,IoT的历史其实不过短短40余年。这中间,IoT技术经历着波浪形的成长,时高时低。在中国,IoT同样是一个新兴的产业,直到2011年,我国将IoT纳入“十二五”规划,中国才在国家层面有了IoT相关积累,后经过新基建、工业互联网、产业物联网发展,IoT在宏观层面越来越热,IoT技术基础也越来越成熟。

那么,IoT究竟意味着什么呢?互联网与物联网之间有着一定的联系,从数字化的对象出发,就可以对两者进行区分。狭义的互联网,是指对内容的数字化,而物联网的数字化对象,则是智能家电、机床、高炉、流水线、车辆等,关注万物,所以叫做“万物互联”。

2020年JDD大会,京东首次系统阐释了面向未来十年的 新一代基础设施——京东数智化社会供应链 ,即用数智化技术连接和优化社会生产、流通、服务的各个环节,降低社会成本、提高社会效率。在这个长期的目标中,物联网作为重要的基础,连接了物理世界和数字世界,为社会供应链效率提供稳固的基石。

IoT经典的技术分层

从技术层面讲,一般来说物联网技术分为四层: 感知层网络层平台层应用层

感知层 是物联网建设的重要成本项,把传统物件变成智能体的技术都需要一定的成本。感知层涉及到丰富的硬件,但归纳起来主要有三种用途: 一是标识物体, 例如用二维码、条码、RFID技术或NFC技术捕获信息; 二是捕获数据, 例如用温度传感器、加速计、陀螺仪等感知环境和动作; 三是操纵物体, 例如用线性马达、继电器等控制物体。

IoT技术发展到现在,感知层仍有一些需要突破的方向:更敏感和更全面的感知能力、解决低功耗的问题,以及解决小型化和低成本问题。

网络层 实际上也是成本项。网络层的主要职责是连接感知与平台层,在通过感知层完成数字化后,通过网络层把数据实时上传到网络层进行处理。目前,因为成本、功耗等原因,实时传输实际上很难做到,未来这也是一个有待攻克的方向。

网络层主要有两种类型,一个是 接入网 ,即贴近边侧的网络,它可以连接感知层,特别关注组网和协议;另一个是 核心网 ,很多时候会复用现有的网络,和互联网的基础设施趋同。

网络层未来的突破方向,首先是优化连接成本、连接扩大规模,低成本的联网技术能提高IoT的便捷性和易得性;另外,通过软件定义网络的方式,也能让IoT的互达性越来越好。

平台层, 当设备的数字化信息被网络层搬运后,就轮到了平台层进行发挥。平台层主要解决“效率”问题,通过现代的软件技术思路及落地优化,加快构建速度,降低单设备连接和数据处理成本。

平台层的主要涉及连接管理、应用使能、设备管理与垂直领域效率提高,未来的突破方向可以向着与云、大数据、AI技术与IoT平台结合的方向,降低物联网能力的使用门槛。

应用层是在整个IoT链路中的价值抓手。最大的挑战和机遇,是发掘业务价值。

IoT技术趋势

京东科技认为,万物智联技术将遵循这样一条 发展路径 :解决 设备感知 问题→在云端建立 设备孪生 的实体/数字体,低延迟地把现场的物体反映到云端,变成数字化的孪生对象→ 场景孪生 ,解决云边端一体协同和不同场景数据的融合计算问题→ 数字孪生供应链 ,构建生态,创造价值。

在具体的技术点上,京东科技认为IoT有四个重要的方向:

1. 数字孪生, 把物理世界和数字世界联系在一起,将万物数字化,改变人类与物理世界交互的方式;

2. 边缘计算, 随着网络技术的延伸,将云端事务处理迁移到边缘,以实现低延迟、高性能;

3. 物应用框架, 随着物应用和物联网的深化,应用形态会越来越多,应用框架和应用生态也将更加重要,物联网未来的发展趋势中,事件驱动的流式计算是将来的IoT应用的一个核心计算形式;

4. IoT数据智能, IoT会产生大量数据,物联网产生的数据如何与其他数据结合,以及如何解决安全上的问题,都是数据智能方面有挑战的方向和趋势。

针对这些发展方向,京东科技在IoT技术方面做了很多探索。目前,业内比较常用的说法,就是“数字化、网络化、智能化”,这是一些物联网或和工业互联网发展一定绕不开的名词。京东科技认为,简单的表述,数字化由IoT技术承载,网络化靠云能力支撑;智能化发挥AI的优势。

IoT能力是以孪生为核心的物联网基础设施,通过直连、代理等设备接入方式,经过协议适配、设备连接、消息处理后,将其连接到核心能力层的数字孪生世界,向上层提供孪生服务能力。

在这个数字孪生世界里,京东科技目前所做的事情,围绕着构建设备孪生、场景孪生,以及构建数据处理的能力展开。把物理世界的设备通过各种方式连接到数字孪生世界,在其中进行偏向物特性的基础处理,提供插件化的业务拓展机制,并把获得的信息传递给上层具体业务领域应用或数据商,如大数据平台、监控或警告系统等。

具体到实践中,京东科技在 连接设备描述能力表达设备表达场景 等角度进行了一些探索。

1. 连接设备。 京东科技在实际的物联网落地中,积累了丰富的设备连接经验。比如在智能家居领域多用Socket等长连接的方式,在较通用的物联领域会用MQTT协议,而在低功耗领域则采用CoAP协议。在具体的工业项目中,边侧会提供很多网关和更丰富的连接方式。设备连接到云端后,京东科技主要攻克了高性能集群,水平扩展支持,以及海量设备接入和主题订阅。

2. 描述能力。 设备连接后,通过代码方式实现设备的交互逻辑,是一种比较容易的方式,但这种方法的工程效率不一定高。为了解决这类问题,京东科技采用物模型来表达设备运行特性。物模型是京东科技物联管理平台运转的重要基础,简单来说就是“属性、事件、服务”,模型之间可以存在嵌套,以反映物理世界对象之间的关系。通过物模型数量的沉淀、可描述角度的增加,平台能力正在不断提升。

3. 表达设备。 京东科技在核心代码中深度实现基于物模型的物能力描述方式,结合上下行数据流,实现设备的数字化表达,进而提供物理世界设备的数字化“看”和“动”的能力-设备孪生。值得注意的是,结合实际应用场景和认知深入,京东IoT在设备表达上经历了一些关键的技术实践变化,从最开始的“设备快照”,演进到后来的“设备影子”,直至现在的设备孪生。

4. 表达场景。 设备不是孤立的,处于业务场景之中;设备孪生也被场景孪生所包含。场景孪生包含设备、人、环境等要素,需要通过场景引擎串接起来,完成一系列场景的任务,实现数字与现实结合的场景能力。

京东 IoT成功落地 消费、社区/地产、能源等领域

但这些仅仅是在IoT平台类技术上的一些探索,没有业务落地的技术,只能是空中阁楼。京东的IoT业务有哪些落地呢?实际上,经过多年深耕,京东IoT早已在消费、地产/社区、能源等领域积淀了大量成功的落地实践案例。

京东在 消费领域 具有天然的优势和根基。2014年,京东开始尝试做消费物联网,是从智能家居开始,基于7年多的积累,京东物联网能力孵化出智能家居服务系统和社区管理系统。这些系统可以连接京东设备或广泛的第三方设备,结合京东的零售能力、社区服务能力,提供丰富的消费互联网解决方案。

地产/社区领域 与消费领域有着内在的联系。智能家居领域的设备接入往往从设备设计阶段就开始,大量工作都产生在产品研发阶段,发布之后偏向解决并发性能问题和连接稳定性问题;但是在更广泛的ToB领域,IoT连接设备众多,且连接的协议不同,顶层标准设计缺失,没有统一的标准和规范,甚至项目开始时设备已经安装完,导致设备互联互通充满挑战。进入地产领域,京东在这些问题上积累了较为丰富的经验。基于京东物联网基础能力,为地产商、社区服务商和物业服务人员提供整套基于场景的解决方案和IoT技术能力。

在能源领域, 京东科技有着相当大的投入,并取得了丰富的成果。

在典型的火电站合作项目中,数据采集的方式多样,数据频度很高,AI分析对算力的要求较高。京东科技利用 自身在云服务成本计算效率 方面的优势,很好的完成数据采集、计算、建模和参数优化的技术过程,帮助降低火电站的生产效率。

从“网”的角度, 京东科技通过与一些能源企业合作,解决边缘的海量接入问题,验证了物联管理平台的并发和扩展性能,打磨了物联管理平台的业务能力,很好的完成了这项作业。

从IoT的发展历程中可以看到,IoT还是一个新兴的行业,技术和场景应用落地正在奔向快车道。京东作为国内较早一批探索IoT的科技企业,也在跟着云和万物互联的时代,在探索中不断学习成长。

万物互联正当时,消费者端想要获得更优的体验,体会到真正的智能带给生活方式彻底的改变,IoT产品和服务的提供商,下一步的首要任务就是要早日解决数据互联互通与数据融合的挑战,从技术角度和商业考量上,扫清IoT进一步发展的障碍。

(获取演讲和视频资料方式见评论)

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