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物联网面面观

已有 3226 次阅读 2011-3-16 11:06 |个人分类:物联网|系统分类:科普集锦| 物联网

 
                       物联网面面观 (罗汉江)
 
                     本文已由《高科技与产业化》2011年第2期刊登
 

 物联网正在引起越来越多的人的关注,它的出现不仅仅是智能化技术发展的自然推动, 也包含着社会应对经济转型和保持经济持续发展的必然要求,同时也是社会信息化发展进程的一部分。 尽管物联网市场发展潜力巨大,但目前仍然处于产业化的初始阶段。                                                    

关键词  物联网;传感网;RFID;物联网产业

中图法分类号 TP393

1  引言

物联网, 英文的全称为Internet of things(IOT),原始含义是物与物相联结的网络。从美国IBM提出的“智慧地球”,到温总理提出的“感知中国”,物联网正在引起几乎全世界每一个国家的关注。过去没有一项技术在其完全成熟和应用之前,得到如此广泛的关注。

物联网热的出现,既有智能化技术发展的自然推动,也包含社会应对经济转型和保持经济持续发展的必然要求。物联网将物体智能化,是将人类智慧“物化”的必然结果,是社会信息化(或者说智慧化)发展的一部分。物联网跨越电子信息制造业、智能装备制造业、软件和信息服务业三大产业,集计算机、通信、网络、智能计算、传感器、嵌入式系统、微电子等多个技术领域,由终端产品制造商、信息传输与处理商、应用与服务提供商和消费者等参与构成。因此,物联网具有较长的产业链,市场潜力巨大。它的应用领域广泛,能够在城市智能交通、智能医疗、老人护理、智能家居环境、环境监测、灾害监测和预警、智能电力、智能农业、工业监测控制、设施安全监测及预警、军事安全等几乎所有领域都得到应用和发展,从而将会改变我们的生活方式,提高我们的生活质量[1]

尽管物联网具有巨大的发展潜力和市场,同样它也引起了很大的争议。除了物联网大规模的应用还未到来,众多的标准没有统一和制定,就连物联网的定义至今仍存在争议。物联网争议在于它既有新的东西,也含有旧的东西,是一个正在发展的事物。

 通俗的物联网概念及其特征

让我们首先说说物联网概念。物联网中的“物”,可以理解为实体的物,具体的物。比如我们使用的物品、居住的房屋、走的桥梁和道路、生活的城市等等。人本身也可以看作是“物”。除了具体的物,也可以是抽象的物,它们与实体的物相关联而产生。为了获得物体的信息,或者说将物体连接到网上,需要给物体安装“感觉器官”,即传感器(就像我们人的眼睛、鼻子和耳朵)。

对于物联网中的网,可以是有线网、无线网、专用网、公用网、局域网、互联网等等。物体联网的实质是将物体的信息连接到网上,因此物联网中网络的作用在于使物体信息能够流通。信息的流通可以是单向的,比如我们可以监测一个区域的污染情况,污染信息流向信息终端。也可以是双向的,比如智能交通控制,既能够监测交通情况,又可以实现智能交通疏导。

物联网从技术层面讲主要涉及三个部分,即对外感知、感知信息传输(可能需要节点利用无线组网实现信息传输)、信息处理与反馈控制。也就是对应着目前公认的物联网的三层:感知层、网络层和应用层。智能技术贯穿整个物联网的三个层面,感知可以是智能感知,比如说多节点协同感知;信息传输可以是感知信息的直接传输,也可以经过数据融合等信息处理后再传输,还可以是节能路由传输、可靠性冗余传输等等,这些都需要智能技术;位于应用层的信息处理与反馈更需要信息的智能处理,甚至需要云计算技术等等。经智能决策的信息一般需要反馈到应用系统中,以实现系统的智能化控制,比如智能电网调度、楼宇智能控制、城市交通智能控制等等。

从历史发展看物联网

正如像其它任何一项技术一样, 物联网概念的提出有一个历史发展过程。让我们看看与物联网相关的一些概念, 诸如IOTWSNM2MUSNCPS等等。IOTInternet of things)原始含义是物与物相联结的网络。该概念最早来自于美国麻省理工学院的Auto-ID中心研究人员。他们最早提出将RFID与互联网相结合,实现在任何地点、任何时间,对任何物品进行标识和管理。随之发展起来的如欧盟的产品电子代码EPC服务于物流领域,主要目的在于增加供应链的可视、可控性,偏重于对物品的识别及流动控制和管理。2005年国际电信联盟远程通信标准化组(ITU-T)在《ITU Internet Reports 2005: The Internetof Things》中正式提出物联网的概念[2]2008年该组织在《Ubiquitous Sensor Networks》中进一步提出泛在传感器网络概念,并阐述为通过传感器、执行器、RFID等对物理世界进行感知和标识,然后依靠网络将信息进行传输和互联,再进行信息处理和信息存储,最后实现具体应用[2]

与此同时,无线传感器网络WSNWireless Sen-sor Networks)和M2M技术得到了飞速发展。无线传感器网络源于美国军方对战场的监控与预警系统的研究,后来逐步迁移到民用研究。无线传感器网络主要侧重于对目标、环境和物体状态的监测与控制。M2M最早来自于诺基亚,其含义有Machine-to-MachineMan-to-Machine,或者Machine-to-Man等,其侧重点在于无线数据通信和信息技术的无缝连接,从而实现在其基础上的无线业务流程的自动化、集成化,并最终为用户创造增值服务。美国基金委员会近几年提出CPS(Cyber Physical Systems)研究计划, 该计划通过3C技术即计算(Computation)、通信(Communication)和控制(Control)的有机融合与深度协作,实现各种应用系统的实时感知、动态控制和信息服务。

不论是FRID网络、M2M、传感网,还是CPS,随着它们的进一步发展,其共有的普适计算 Pervasive Computing)和泛在网络(Ubiquitous Networks)的特性,使这些技术具有融合的趋势。随之而热的物联网概念可以看作是从普适计算和泛在网络的应用角度将这些技术进行了融合和扩展。

物联网作为泛在网的一种具体应用,强调将物体(可以是对应的实际物体,也可以是抽象化了的智能物体)通过传感器、RFID等进行感知,感知信息通过网络(无线网络、有线网络等)相互联结,实现信息与人或物自动交互,最终使我们的环境变为不需要人类进行干预,并能为人类服务的智能化世界[3]。物联网概念的提出,实际上起到了整合各种相关要素、统领各个相关研究领域,朝着智能化、信息化的社会更加迈进一步。物联网可以看作是社会信息化的深层次发展,如果说计算机和互联网带来的是信息化的“温饱”阶段,未来物联网的应用实现可看作是信息化“小康”阶段,将来信息化可能会向智慧化的泛在网的“发达”阶段迈进。

以应用引领物联网产业发展

尽管世界各国对物联网的发展前景和对社会经济的整体提升拥有一致的憧憬和极大的热情,应该看到今天物联网的发展还刚刚开始。如何让物联网真正从实验室走出来,从一个概念变为一种产业,形成真正的市场,需要大规模的物联网应用引导物联网产业的健康发展。目前影响物联网产业发展的因素主要体现在技术和社会两个层面。

技术层面

物联网的应用发展依赖于物联网技术的成熟。目前,实施物联网应用的基础条件已经基本具备。但由于目前缺乏大规模的物联网应用,物联网本身也在发展变化,技术层面仍然有关键技术和问题亟待突破和解决。

物联网技术层面的问题涉及物联网的方方面面。从总体应用和长远发展讲,比较突出的可能是物联网的标准化问题、可靠性问题、成本问题、安全问题、智能信息处理等等。从具体物联网的各层来看,感知层的传感器主要存在可靠性和成本问题。可靠性越高,也意味着成本越高。多传感器的协同感知可能会在成本和可靠性之间找到折中途径。另外,从技术发展的规律和未来的市场看,成本的下降和性能的提高是一个时间问题。从传感层看,无线传输是物联网实现互联网的“最后一公里”的关键所在。位于网络末端的节点具有低能耗、低速率、低可靠性等特点,这些对物联网产业的应用和发展都带来了实际的挑战。在应用层的主要技术问题涉及应用安全与隐私、中间件技术(Middleware)(中间件也可以位于感知层和传输层的嵌入式设备中)、网络接入技术[4] 、云计算技术等等。

此外,物联网应用工程的开发离不开大量工程开发人员。由于物联网应用具有跨产业、跨行业、集成性高等特点,对于技术人员来讲,这增加了技术人员的教育和培训难度,同时也会增加物联网系统开发人员的时间和教育成本。

社会层面

物联网应用与发展在社会层面存在的主要问题有: 政府角色问题、行业壁垒、社会观念等等。

物联网的发展不仅仅是一种技术的应用与推广,更是一项复杂的社会系统工程,其发展需要社会各个方面的参与与支持。物联网能够推动产业结构调整和升级、实现经济发展方式转变,实质上也是对原有相关企业市场进行重新整合和划分的过程,这必然牵涉各方利益,遇到各种阻力和产生主导权的竞争等等。因此物联网的发展需要打破各种壁垒,通过诸如网络运营商、生产商、企业、科研机构和政府部门面向市场应用共同努力,促使其健康发展。政府在这个过程中应该起主导作用,比如长期规划、市场和应用推动、平衡整合资源等等。

此外,物联网不仅仅会促进经济发展方式改变,还会影响到人们的生活方式,改变人们的思想观念、思维方式。不论社会机构、单位和个人,观念的改变都有一个逐步渐进的过程。

结论

总之,物联网是社会信息化发展的必然进程,但其发展显然也不会一蹴而就。但可以相信,在政府、企业、厂商、电信网络服务商和各种研究机构共同努力下,物联网技术会不断获得突破与发展。将来物联网应用会像今天的互联网应用一样普遍,人们在享受到物联网带来的生活质量的提升时,可能不再关心物联网技术本身的发展变化。相反,对于它不能正常工作,才会大惊小怪。

 

     

[1]       刘强, 崔莉, 陈海明. 物联网关键技术与应用[J]. 计算机科学, 2010, 376):1-5

[2]       Ubiquitous Sensor Networks [R]. ITU-T Technology Watch Briefing Report Series, No.4, 2008

[3]       L.Atzoria,, A.Ierab,  and G.Morabito. The Internet of Things: A survey [J].Computer Networks,2010,54(15):2787-2805

[4]       J. Hui and D. Culler. Extending IP to low-power, wireless personal area networks [J]. IEEE Internet Computing 2008,12(4): 37-45



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