感知泛在物聯(lián)網(wǎng)

曹 莉，景悅林

(威海職業(yè)學(xué)院，山東威海264200)

1 概述

2009年8月7日下午，溫家寶總理在中科院考察時(shí)指出“要大力發(fā)展傳感網(wǎng)，掌握核心技術(shù)”［1］，并指出“要把傳感系統(tǒng)和3G中的TD技術(shù)結(jié)合起來(lái)”。在2009年11月3日《讓科技引領(lǐng)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展》的講話中，溫家寶總理再次提出“要著力突破傳感網(wǎng)、傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，及早部署后IP時(shí)代相關(guān)技術(shù)研發(fā)，使信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、邁向信息社會(huì)的‘發(fā)動(dòng)機(jī)’”，這標(biāo)志著“感知中國(guó)”已正式上升至國(guó)家層面并進(jìn)入戰(zhàn)略實(shí)施階段，中國(guó)傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著巨大機(jī)遇。

2 傳感網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)

“傳感網(wǎng)”在國(guó)際上又通稱(chēng)“物聯(lián)網(wǎng)”(IOT，Internet of Things)，是指將各種信息傳感設(shè)備，比如射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是讓所有的物品都能夠遠(yuǎn)程感知和控制，并與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，形成一個(gè)更加智慧的生產(chǎn)生活體系，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。

如果說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)主要是將計(jì)算機(jī)和人用網(wǎng)絡(luò)連在一起，傳感網(wǎng)則通過(guò)各類(lèi)信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把物件連接在網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行通信和信息交換，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，是將網(wǎng)絡(luò)連接的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大到所有可能的物件和物品。相比互聯(lián)網(wǎng)，傳感網(wǎng)將大大擴(kuò)大信息網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的范圍與規(guī)模，大大擴(kuò)展信息化在人類(lèi)社會(huì)方方面面的應(yīng)用范圍，大大加深信息化的應(yīng)用深度。傳感網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，其目標(biāo)是解決“無(wú)所不在”的人與物、物與物之間的通信需求?？傮w來(lái)說(shuō)，是指各類(lèi)傳感器和現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)相互銜接的一個(gè)新技術(shù)。有人甚至將其說(shuō)成是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮［2］。泛在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展階段如圖1所示。

圖1 泛在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段

3 國(guó)內(nèi)外傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)傳感網(wǎng)高度重視，并將其作為未來(lái)發(fā)展的重要內(nèi)容。美國(guó)將微納傳感技術(shù)列為在經(jīng)濟(jì)繁榮和國(guó)防安全兩方面至關(guān)重要的技術(shù)，以傳感網(wǎng)應(yīng)用為核心的“智慧地球”計(jì)劃也得到了奧巴馬政府的積極回應(yīng)和支持，其經(jīng)濟(jì)刺激方案將投資110億美元用于智能電網(wǎng)及相關(guān)項(xiàng)目;歐盟2009年6月制定并公布了涵蓋標(biāo)準(zhǔn)化、研究項(xiàng)目、試點(diǎn)工程、管理機(jī)制和國(guó)際對(duì)話在內(nèi)的十四點(diǎn)行動(dòng)計(jì)劃。日本的U-Japan計(jì)劃將傳感網(wǎng)作為四項(xiàng)重點(diǎn)戰(zhàn)略之一［3］。韓國(guó)的IT839戰(zhàn)略將泛在傳感網(wǎng)USN作為三大基礎(chǔ)建設(shè)之一，其中的U-Life計(jì)劃的目標(biāo)更是要在2014年建成松島泛在城市，投資約250億美元。同時(shí)還有新加坡的“下一代IHub”計(jì)劃、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的U-Taiwan計(jì)劃等都將傳感網(wǎng)作為當(dāng)前發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。

我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展始于1999年，中科院?jiǎn)?dòng)了傳感網(wǎng)的研究工作，先后投入數(shù)億元，在無(wú)線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器端機(jī)、移動(dòng)基站等方面取得了重大進(jìn)展。總體看來(lái)，我國(guó)傳感網(wǎng)研究沒(méi)有盲目跟從國(guó)外，而是面向國(guó)家重大戰(zhàn)略和應(yīng)用需求，開(kāi)展傳感網(wǎng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)集成和測(cè)試評(píng)估技術(shù)等方面的研究，形成了以應(yīng)用為牽引的特色發(fā)展路線，在技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)及應(yīng)用與服務(wù)等方面，接近國(guó)際水平，使我國(guó)在該領(lǐng)域占領(lǐng)價(jià)值鏈高端成為可能。

在標(biāo)準(zhǔn)方面，2007年，我國(guó)領(lǐng)先于國(guó)際啟動(dòng)傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化制定工作。2008年，首屆ISO/IEC國(guó)際傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化大會(huì)在我國(guó)舉辦。第2次會(huì)議上，我國(guó)代表ISO/IEC傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作組向上級(jí)做總體報(bào)告，提出了傳感網(wǎng)體系架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系、演進(jìn)路線、協(xié)同架構(gòu)等代表傳感網(wǎng)發(fā)展方向的頂層設(shè)計(jì)，并獲得了標(biāo)準(zhǔn)組成員國(guó)的認(rèn)可。我國(guó)已成為國(guó)際傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化的四大主導(dǎo)國(guó)(中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)、德國(guó))之一，在制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中享有重要話語(yǔ)權(quán)。

在專(zhuān)利方面，根據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)和德溫特世界專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)資料的統(tǒng)計(jì)，截至2008年底，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的關(guān)于傳感網(wǎng)的專(zhuān)利數(shù)是378件，基礎(chǔ)和核心專(zhuān)利分別是10項(xiàng)和211項(xiàng)，分別占整個(gè)比重的2.6%和55.8%，而外圍專(zhuān)利為157項(xiàng)，占整個(gè)比重的41.5%。我國(guó)傳感網(wǎng)領(lǐng)域的專(zhuān)利分布狀況與國(guó)外情況類(lèi)似，基礎(chǔ)專(zhuān)利和核心專(zhuān)利所占比重較小，基本狀況符合傳感網(wǎng)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)以及傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化還處于剛剛興起的階段這一現(xiàn)狀。為了提高我國(guó)傳感網(wǎng)研究的核心競(jìng)爭(zhēng)力，避免知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題成為傳感網(wǎng)研究發(fā)展的瓶頸，標(biāo)準(zhǔn)、核心技術(shù)及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)迫在眉睫。

在技術(shù)方面，自1999年起，中國(guó)科學(xué)院相關(guān)研究所、高校和部分企業(yè)在傳感網(wǎng)、傳感網(wǎng)的許多技術(shù)領(lǐng)域已開(kāi)展科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，支持了從傳感器、信號(hào)傳輸、信息處理、系統(tǒng)集成和示范應(yīng)用等多方面的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，在一些關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了突破。

4 傳感網(wǎng)的構(gòu)成

傳感網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成主要包括三個(gè)層次(如圖2所示):一是作為感知網(wǎng)絡(luò)，它是由眾多傳感器節(jié)點(diǎn)所組成的有線或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)密集部署在所關(guān)注的“物”或事物的內(nèi)部或周?chē)?，?shí)現(xiàn)對(duì)“物”的連接、感知和監(jiān)控;二是作為傳輸網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，即通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)或者一些專(zhuān)用的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)傳感網(wǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)和控制信息的傳輸和分發(fā)、信息的海量存儲(chǔ)與管理、云計(jì)算、數(shù)據(jù)模型表示和智能化處理等;三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，用戶與應(yīng)用接口，包括PC、手機(jī)、顯示屏等終端設(shè)備。

圖2 傳感網(wǎng)的技術(shù)構(gòu)成

5 傳感網(wǎng)發(fā)展的幾個(gè)突破口

傳感網(wǎng)技術(shù)從提出到今天已經(jīng)11年，經(jīng)過(guò)孕育和發(fā)展，其主要技術(shù)已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。溫家寶總理將其與我國(guó)國(guó)情相結(jié)合稱(chēng)之為“感知中國(guó)”，為傳感網(wǎng)的建立和推廣帶來(lái)巨大的動(dòng)力，但是作為一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)，我國(guó)泛在傳感網(wǎng)要突破的不光是技術(shù)層面，更有應(yīng)用層面的難題，未來(lái)其可能的幾個(gè)突破口主要有:

(1)國(guó)家層面的政策導(dǎo)向?？紤]到傳感網(wǎng)應(yīng)用中有相當(dāng)多政府公共管理與服務(wù)的領(lǐng)域，在交通、電力、環(huán)保、城市信息化等領(lǐng)域，傳感網(wǎng)應(yīng)用將有較快發(fā)展，將引發(fā)市場(chǎng)快速啟動(dòng)。因此，傳感網(wǎng)的發(fā)展需要積極的激勵(lì)政策。

(2)在關(guān)鍵技術(shù)方面急需突破。在傳感網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)方面，存在如下問(wèn)題:缺乏產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失、核心技術(shù)缺位、規(guī)?；瘧?yīng)用不足、成熟商業(yè)模式缺乏、產(chǎn)業(yè)鏈不完善。這些問(wèn)題均是制約傳感網(wǎng)發(fā)展的主要技術(shù)難題，急需突破。

(3)在應(yīng)用領(lǐng)域。智能家居、感知醫(yī)護(hù)等概念已經(jīng)獲得了長(zhǎng)期的市場(chǎng)響應(yīng)，隨著產(chǎn)品與技術(shù)的進(jìn)一步成熟，市場(chǎng)需求將得到進(jìn)一步的激發(fā)。傳感網(wǎng)應(yīng)用的另一個(gè)重要方向是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)改造。部分傳統(tǒng)企業(yè)將傳感網(wǎng)應(yīng)用集成至自身的產(chǎn)品中，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級(jí)，提升附加值與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)自發(fā)的發(fā)展將產(chǎn)生更多傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的延伸產(chǎn)業(yè)。

6 應(yīng)用前景及技術(shù)展望

2002年，美國(guó)OAK實(shí)驗(yàn)室預(yù)言，IT時(shí)代正從“The network is computer”向“The network is sensor”轉(zhuǎn)變。2003年，美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》將無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)列為改變?nèi)祟?lèi)生活的十大技術(shù)之首。IT行業(yè)權(quán)威咨詢(xún)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)的產(chǎn)業(yè)將是傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)。歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)(EpoSS)在《Internet of Things in 2020》報(bào)告中分析預(yù)測(cè)，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)愿景將經(jīng)歷四個(gè)階段:2010年之前標(biāo)識(shí)單個(gè)物體、逐步建立物物間的連接;2010～2015年物與物之間的整合聯(lián)網(wǎng)，建立無(wú)所不在的傳感器網(wǎng)絡(luò);2015～2020年實(shí)現(xiàn)可操控的、物件全球化應(yīng)用和互聯(lián);2020年后達(dá)到全面智能化，實(shí)現(xiàn)人、物、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的完全融合。

較之互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的P2P通信，傳感網(wǎng)最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)P2M和M2P通信，并最終實(shí)現(xiàn)M2M通信。在傳感網(wǎng)中，感知器件被嵌入或裝備到電網(wǎng)、鐵路、隧道、公路、建筑、油氣管道等各種物體中，并且被普遍連接，形成感知網(wǎng)絡(luò)，然后將感知網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合［4］。在這個(gè)整合網(wǎng)絡(luò)中，能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)群能夠?qū)φ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制，人類(lèi)可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活［5］。對(duì)傳感網(wǎng)的前景展望如圖3所示。

圖3 傳感網(wǎng)前景展望

對(duì)于這樣一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)，雖然有專(zhuān)家認(rèn)為傳感網(wǎng)將成為下一個(gè)萬(wàn)億元級(jí)的通信業(yè)務(wù)。但就目前而言，要建立泛在的感知網(wǎng)和實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的處理與整合，把傳感網(wǎng)真正做到大眾化，任意時(shí)間和任意地點(diǎn)的無(wú)限制接入，還有很長(zhǎng)的路要走。

［1］王 慧.傳感網(wǎng)又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮［J］.通信與信息技術(shù)，2009.6:50-51.

［2］錢(qián)大群.建設(shè)智慧的地球［J］.互聯(lián)網(wǎng)周刊，2009，(1):92-93.

［3］古麗萍.對(duì)于我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與發(fā)展的思考［Z］.理性物聯(lián)網(wǎng)，2009-10(B8).

［4］M-YOKOI.以日本為鏡，中國(guó)物聯(lián)業(yè)發(fā)展路徑［Z］.野村綜合研究所.2010.

［5］周賢偉，覃伯平，徐福平.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與安全［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2007.