智慧城市

物联网支持者吹捧的好处之一是，智能城市将提高生活质量，使城市更“宜居”。这个概念很吸引人，如果它能像梦想家所希望的那样实现，未来的智能城市将是一个便利和高效的虚拟聚宝盆。

随着定位技术的普及，居民和游客将永远不会迷路，这也将让他们知道自己在哪里，周围有什么。他们将在食物、娱乐、购物和其他设施方面有无数的选择，所有这些都只需在智能设备上轻按一下。这些信息将基于数据，这些数据将导致对个人需求和欲望的理解和预期。而这座城市最大的噩梦之一——交通，将由智能城市的人工智能交通管理系统引导的公共和个人自动驾驶汽车来解决。

这些都是巨大的计划，有很多活动的部分，这里有趣的不是项目的范围。这是接受和实施这一宏伟愿景的速度，至少是部分的速度。

公司董事长兼首席执行官沃利•莱茵斯(Wally Rhines)表示:“通常情况下，政府对技术的接受会比较缓慢。导师图形．“这里的情况不是这样。地方和州政府正在利用这一方式来缓解财政问题，并在没有高昂劳动力成本的情况下提供服务。”

他说，智能电表、智能交通信号灯和自动检票系统的迅速普及出乎意料。同样令人惊讶的是，它推动了物联网一半以上的半导体支出。

但这个乌托邦式的计划随之而来的是一个巨大的挑战——如何保护它。

Rob Coombs是手臂他说，袭击有三个层次。最底层是利用代码漏洞的通信攻击，所谓的“中间人”攻击，即攻击者潜入双方的通信，以及弱随机数生成。这些也是最容易和最便宜的。再往上一个等级是使用缓冲区溢出、中断或恶意软件的软件攻击。在频谱的高端是硬件攻击，其目标是JTAG测试和调试，总线或I/O引脚。这些攻击通常是资金充足的攻击，需要时间、金钱和电子扫描显微镜等设备，而且保护它们的成本最高。

来源:Collaborative-intelligence.org

智能城市仅凭规模就增加了挑战的难度。ChaoLogix的业务发展副总裁乔德里·亚纳玛达拉说:“智能城市面临的最大挑战之一，就是这些实体将拥有非常大的攻击面。”

原因是平台的丰饶将是它的一部分。的万物互联将包括云计算、智能设备和数十亿传感器，有智能的也有哑巴的。它将整合社交媒体、各种数据呈现(数据分析、大数据、智能数据、开放数据等)，以及前所未有的移动性，所有这些都有多个入侵向量。

好的和坏的都有可能，因为城市和基础设施正在从模拟迁移到数字。让人工智能成为可能的是数字领域。数字技术为信息通信技术提供了基础设施，这将通过前所未有的无处不在的数据来提高城市服务的质量和性能。这些数据将降低成本和资源消耗，并使基础设施更有效、更积极地与公民互动。

该公司FPGA/SoC营销总监Ted Marena指出:“这一切的一大推动因素将是数量庞大的传感器Microsemi．“当你将它们与先进的分析和算法，以及处理能力和能力的进步相结合时，它将能够提供一个更好的预测环境。”

这种预测环境将使人工智能在保持智能城市智能方面做得更好。

进化
如今，物联网主要是连接物理对象的网络基础设施。随着它的发展，它将综合新的功能，如上下文感知、增强的处理、人工智能以及各种基础设施的指挥和控制。它将成为一个网络中的网络，数十亿甚至数万亿的连接将创造出前所未有的深井信息，供数十亿智能应用程序使用。这将是新兴互联技术、开放api、工程、算法和文化的融合，是21世纪真正的复兴。

例如，IoE将使人们能够通过安全连接感知并向医生报告消化道、血液化学、器官健康等健康状况。放置在皮肤上或缝在衣服上的传感器将收集并向任何数量的授权方传播有关个人生命体征的信息。最终，人们自己将成为互联网上的节点，静态和活动活动都由应用程序发送和分析，应用程序将使用数据为他们定制活动。

所有这些都将融入智慧城市，并优化医疗设施与用户的互动，例如，选择最近的设施，或等待时间最短的设施。它还将优化其他急救服务，为他们提供实时交互式数据，以最大限度地减少路线时间，并提供准确的解决方案。这同样适用于其他消费者服务。

但要实现这一目标，需要克服许多技术和心理上的挑战。

智慧城市与物联网的融合，将为微观层面难以管理的事物带来新的创新水平。这些东西包括电网、交通、农业和城市服务。

其中一个好处是，更好地管理这些领域将影响与之相关的垂直行业，为增长和收入创造新的机会，并优化现有渠道及其服务。

一个很好的例子是“蓝色革命”，即淡水或盐水水产养殖。它在整个食物链、农业、渔业、牧场都有广泛的应用基础，这些都受益于智慧城市和物联网。

例如，在农业生态系统中，通过发展垂直农场，农民正受益于这些新兴技术的整合。这些设施建在室内，而不是室外，并且在室内操作。这使得它们可以位于大都市区或邻近地区，直接销售给消费者或当地市场。

这些垂直农场通过土壤中或附着在植物上的小型传感器进行集成，并连接到其他垂直业务网络，如卡车和商店。这允许进行一流的供应和需求检查，允许优化交付，最小化浪费，并严格控制成本。这种先进的技术和互联可以实现高水平的自动化浇水，其副产品是减少用水量。

这只是物联网和智慧城市之间潜在联系的一个途径。这种影响是深远的，特别是当应用于几乎每一个生态系统时。最终，完全集成和连接的物联网智能城市生态系统将从个人流向工业部门。

潜力是无限的。以管道为例。通过集成传感器，并将其连接到IoE，可以根据控制分配实体的使用反馈，精确调节油气流量。城市将精确地知道有多少燃料在哪里。这也可以应用于能源基础设施。这是智慧城市与物联网融合的一大承诺。

这只是冰山一角。潜力是惊人的。但挑战也是如此。

的挑战
智慧城市面临的最大挑战之一是如何连接数十亿个设备和传感器，数千个服务器，多维处理，更不用说大数据的传输、流和分析。所有这些都将通过分散控制来完成。此外，基础设施必须足够智能，能够利用对过去经验的分析，实时做出直观和深刻的决策。

尤其具有挑战性的是在边缘。这是不同实体之间争论的一个话题。一些人认为边缘几乎是一个独立的网络，其中有智能节点，既能决定内容，也能处理它，还能连接回中央处理核心。他们认为，由于网络的规模和复杂性，通往集中式处理器的长路径是行不通的。路径必须是短而直接的，有足够的带宽使数据流动不受阻碍。

另一些人则认为，这种优势是核心处理能力的增强，他们指出，技术的进步将导致更大的管道，这样到核心的I/O在许多情况下就不会像今天这样成为瓶颈。

Microsemi的马雷纳说:“在边缘将需要一定量的处理。”“但是，特别是在基础设施发达的发达国家，你将拥有越来越快的管道，因为网络带宽正以惊人的速度增长。”

这种情况最终将如何改变，仍然是网络分层的一大未知因素。两个阵营的立场都相当坚定，双方都有很好的论据。但无论结果如何，至少需要，
多层结构:至少包含以下元素的水平多层结构:

•传感器、机器、人和云之间的互连。
•通过不同级别的访问权限、语义链接和下一代分析算法，高效、有效地管理大数据。
•高效地存储相关数据。分析必须能够智能地评估哪些数据是相对的，以及相对多长时间。
•使用高级分析来解释和关联使用模式，例如销售趋势。此外，技术架构必须能够使用人工智能，通过历史数据分析开发有效的预测建模。
•拥有尽可能安全的基础设施，以保护全球范围内的pb级数据、数十亿台设备和服务器群。
•能够将数据移进移出，并跨多层用于多个服务和应用程序-需要时随时随地可用的开放数据的缩影。

虽然这些是非常明确的目标，但实现这些目标将需要所有有关实体之间进行大量合作。技术部门这样做可能没有问题，但政治、经济和社会部门不会步调一致地实现这一目标。

如何实现呢
在过去，标准的方法是在问题上投入更多的资源。这可以是更快更好的硬件或更好的应用程序等等。但对于这个新的生态系统来说，这行不通。更多的硬件和软件只会使I/O管道陷入困境。这个生态系统必须拥有的一件事就是自由流动的数据。这需要从根本上重新设计城市的网络架构。

一种方法是使用分层——分离组件，让它们在隔离的环境中工作，然后将它们送入管道。在这个模型中，第一层将使用网格技术。这将用于传感器和其他上下文感知设备。这些设备获取的数据将在这一层进行分析，一旦分析完成，人工智能将用于确定数据的去向。

第二层处理数据。这里捕获、存储和分析数据。然后，通过智能分析，它被分布在城市的各个点上。这样的体系结构也是可伸缩和可扩展的。这样做的另一个优点是减少了网络延迟时间。这样的层可以提供实时的、上下文感知的处理和分析。

下一层将处理数据的全局存储和挖掘。一旦数据在边缘进行了处理和分析，相关数据就会被传送到中央存储库进行存档。更及时的数据也可以存储在这里，但必须作为大数据来对待，这样才不会成为遗留数据而被遗忘。这一层还必须能够持续或周期性地分析当前相关性的存储数据，并定期清理。

最后一层是应用和创新。隔离这个平台将允许一个自由流动的开发平台，在那里可以进行尝试。新的服务可以在用户和城市两级进行测试。

图1是法国尼斯市在这个概念上所做的一个例子。

图1。智能城市概念在法国尼斯的初步应用。资料来源:思科咨询服务

当然，这只是一种可能的场景，尽管它正在被实现。还有其他的。随着智慧城市的发展，围绕智慧城市的平台和概念也将不断发展。

安全要求
随着这种新的生态系统的发展，不可避免的一件事是，网络或系统变得越复杂，就越容易受到黑客攻击。

Rambus公司密码学研究部门总裁兼首席科学家保罗·科克(Paul Kocher)表示:“如果我们找不到解决这些安全问题的方法，物联网和智能城市计划的前路将会很坎坷。”“对于终端用户来说，它的价值主张也取决于连接设备比断开连接的设备更好。”

其他人也同意。“这种新模式将有一个非常大的攻击面。将会有多层、多层次的多个入口点，”Yanamadala说。这使得防御起来非常复杂。

Marena补充说:“在我们前进的过程中，安全方面将继续是一个主要挑战。这就像一场持续不断的国际象棋游戏，安全部门将新的基础设施和工具组合在一起，黑客最终会找到绕过安全的后门和方法。”

例如，让我们以一个一切都连接在一起的智能城市为例——交通、电力、公用事业。所有这些平台都很脆弱。攻击载体在任何时候，都有可能访问整个生态系统。每件事都是相互联系的，这是一个没有被充分考虑过的问题。

Yanamadala说:“如果有人知道如何侵入交通计算机并劫持交通控制系统，你可以想象这会造成什么样的破坏。”很有可能现在不仅交通系统受到了损害，而且现在还有一个进入网络其他部分的向量。“这样的黑客攻击可能会在被阻止之前对智能城市造成大量严重破坏。”

那么，这座城市如何应对这种潜在的灾难性入侵呢?事实证明，主要的挑战不是技术上的。Yanamadala说:“真正的挑战来自政治、组织和监管。“有多个供应商进入一个特定的生态系统，”

这也往往会导致一些奇怪的合作关系。最大的问题之一是，在这一点上，几乎没有任何指导方针。这样一来，几乎不可能在城市或网络上覆盖一层全球安全毯。目前的安全性主要基于安全覆盖，其中包括多个单独的解决方案，这些解决方案是拼凑而成的。由于物联网和智慧城市的融合还需要几年的时间，所以还有时间从头开始建立这种方法。如果每个人都能达成共识，那么下一个范例的安全解决方案就能真正有效，考虑到应用程序的范围，它们必须是有效的。

信件
智慧城市与物联网的融合尚未实现。M2M已经有了一些历史，但作为物联网一部分的设备的广度和种类使其成为一个未经测试的领域。

法国尼斯、纽约、芝加哥、阿姆斯特丹和其他城市等早期采用者已经开始沿着这条道路，采用了一些狭窄的智能城市平台。他们还整合了一些在物联网本土化后将成为物联网的东西。它在范围和应用上都非常有限，但它是未来事物的一个缩影。

像物联网和智能城市这样的发展模式从小规模开始。经验、错误、试错、成功和失败都是进步的一部分。

-Ed Sperling对本文也有贡献。