試析物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新性

◎北京遙測(cè)技術(shù)研究所 吳志超

這是一個(gè)崇尚奇跡的時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)就是人們期待的下一個(gè)技術(shù)奇跡。一個(gè)技術(shù)奇跡的出現(xiàn)必定有其技術(shù)創(chuàng)新性作為支撐，物聯(lián)網(wǎng)也不會(huì)例外。探析物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新性，關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)前沿，對(duì)人們?cè)诒娬f(shuō)紛紜的學(xué)術(shù)與輿論環(huán)境中正確認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)、把握物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇具有重要意義。

一、物聯(lián)網(wǎng)的概念解讀

基于不同技術(shù)視角，物聯(lián)網(wǎng)的概念有多個(gè)定義。其中，2010年國(guó)務(wù)院《政府工作報(bào)告》的注釋中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義是綜合多個(gè)定義提出的，即物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)傳感設(shè)備按照約定的協(xié)議，把各種網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

不同主體在不同階段提出的物聯(lián)網(wǎng)定義的側(cè)重點(diǎn)有些許差異，但概念的基本內(nèi)涵是一致的，即物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)以世間萬(wàn)物為作用對(duì)象的信息系統(tǒng)。多個(gè)不同定義共同勾勒出了物聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)特征，即無(wú)處不在的實(shí)物感知手段、遵從標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化傳輸和智能化的信息處理。

各個(gè)定義對(duì)所關(guān)注的信息采集、信息傳輸、信息處理等技術(shù)環(huán)節(jié)特點(diǎn)的闡述都非常簡(jiǎn)潔，若單獨(dú)考察似乎并無(wú)標(biāo)新立異之處，但當(dāng)基于一個(gè)針對(duì)特定作用對(duì)象并具有特定整體功能需求的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)創(chuàng)新性地融合這些技術(shù)特點(diǎn)時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的鮮明技術(shù)特征就會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。

二、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征

解讀或認(rèn)識(shí)一個(gè)新事物的有效途徑之一是類(lèi)比。人們介紹物聯(lián)網(wǎng)用得最多的方法就是與互聯(lián)網(wǎng)對(duì)比。這是因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)同是現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)想中的物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)特征方面也有諸多相似之處。

1．基本特性

互聯(lián)網(wǎng)是近20年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，主要應(yīng)用于人們交流思想、傳播信息、共享知識(shí)。以技術(shù)體制及商業(yè)模式為基礎(chǔ)，互聯(lián)網(wǎng)有三大被普遍認(rèn)同的特性，即開(kāi)放性、交互性、共享性，同時(shí)還具有地域通達(dá)性、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化、分?jǐn)偝杀镜?、長(zhǎng)尾理論適用性等突出特點(diǎn)。

與互聯(lián)網(wǎng)不同，物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用形式是針對(duì)特定范圍的實(shí)物或環(huán)境實(shí)施感知和管理。雖然在地域通達(dá)性、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化等方面有著與互聯(lián)網(wǎng)相似的技術(shù)需求，但運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施管理活動(dòng)的團(tuán)體和個(gè)人并不強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)開(kāi)放性，而是對(duì)安全性有特別需求，對(duì)可信、可管可控有較高要求。物聯(lián)網(wǎng)對(duì)共享性的需求是有度的，信息和部分資源的共享往往局限于個(gè)人或團(tuán)體內(nèi)部。因此，在可承受范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的分?jǐn)偝杀鞠鄬?duì)互聯(lián)網(wǎng)要高得多。另外，長(zhǎng)尾效應(yīng)在物聯(lián)網(wǎng)中的適用性還沒(méi)得到普遍認(rèn)同，即具體的實(shí)用系統(tǒng)還不可能在功能上兼顧多樣化的應(yīng)用需求。

2．業(yè)務(wù)終端與地址

從物理形態(tài)上看，機(jī)器終端是組成物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主體設(shè)備。機(jī)器終端常用于做人類(lèi)做不了、難以顧及或不愿做的工作，按其功能可分為識(shí)別、傳感、控制三類(lèi)。

◆識(shí)別類(lèi)終端

識(shí)別類(lèi)終端又可分為預(yù)設(shè)標(biāo)志識(shí)別終端和無(wú)標(biāo)志識(shí)別終端。

預(yù)設(shè)標(biāo)志識(shí)別終端是指人為附加身份識(shí)別標(biāo)志到目標(biāo)物品上并由采集終端通過(guò)無(wú)線技術(shù)對(duì)目標(biāo)物品標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別的技術(shù)，典型代表是條形碼光學(xué)識(shí)別技術(shù)和電子標(biāo)簽技術(shù)。

無(wú)標(biāo)志識(shí)別終端無(wú)需在目標(biāo)物品上附加識(shí)別輔助標(biāo)志即可完成特定的識(shí)別功能，通過(guò)感知目標(biāo)物的物理、化學(xué)或生物信息并與網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)的目標(biāo)物的先驗(yàn)信息進(jìn)行對(duì)比，以達(dá)到識(shí)別的目的，典型代表是指紋識(shí)別技術(shù)。

◆傳感類(lèi)終端

傳感類(lèi)終端是指通過(guò)各類(lèi)傳感器獲取目標(biāo)物或環(huán)境的相關(guān)物理、化學(xué)、生物參數(shù)，用于對(duì)目標(biāo)物或環(huán)境的研究與管理。傳感類(lèi)終端與無(wú)標(biāo)志識(shí)別終端的區(qū)別在于：無(wú)標(biāo)志識(shí)別終端只是對(duì)各種物理、化學(xué)或生物參數(shù)進(jìn)行采集，而傳感類(lèi)終端則在采集基礎(chǔ)上通過(guò)與預(yù)存儲(chǔ)信息對(duì)比來(lái)加以識(shí)別。

基于各種原理的傳感類(lèi)終端品種繁多，原則上都可以作為物聯(lián)網(wǎng)終端接入系統(tǒng)，需要的是在技術(shù)、工程、經(jīng)濟(jì)方面的適應(yīng)性設(shè)計(jì)、優(yōu)化和信息表示形式的調(diào)整。

從物理本質(zhì)和功能作用上講，被用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)信息感知、空間環(huán)境探測(cè)的無(wú)線電與光學(xué)設(shè)備，以及被用于水中目標(biāo)感知和環(huán)境探測(cè)的聲學(xué)雷達(dá)裝置，當(dāng)接入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)也應(yīng)歸類(lèi)為傳感終端。衛(wèi)星導(dǎo)航終端也是一種傳感類(lèi)終端，用于感知衛(wèi)星導(dǎo)航終端載體的空間位置及對(duì)時(shí)間信息的實(shí)時(shí)采集。

◆控制類(lèi)終端

控制類(lèi)終端通過(guò)轉(zhuǎn)化管理信息或指令完成對(duì)目標(biāo)物的操作或?qū)Νh(huán)境的作用。構(gòu)想中的物聯(lián)網(wǎng)不僅能感知物理世界，還能夠作用于物理世界，如對(duì)家用電器及被盜車(chē)輛的遙控等。

3．交換與傳輸體制

交換與傳輸體制是信息網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)，也是不同業(yè)務(wù)網(wǎng)特定技術(shù)特征的重要體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的交換與傳輸體制因其特定的應(yīng)用需求而具有獨(dú)特性。

現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)可以縱向劃分為承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)和應(yīng)用層3 個(gè)層次以及支撐它們運(yùn)轉(zhuǎn)的支撐網(wǎng)。

◆交換體制

承載網(wǎng)分為電路交換網(wǎng)和分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)（分組網(wǎng)），分別對(duì)應(yīng)電路交換和分組數(shù)據(jù)交換兩種體制。分組數(shù)據(jù)交換體制被認(rèn)為是適應(yīng)現(xiàn)代新型業(yè)務(wù)的承載需求和代表著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制。互聯(lián)網(wǎng)的成功主要應(yīng)歸功于采用了一種分組網(wǎng)體制，即IP 協(xié)議體制。從目前業(yè)界對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)所依托的承載網(wǎng)體制是相似的，將承載于IP 網(wǎng)絡(luò)。

IP 網(wǎng)絡(luò)體制成就了互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)開(kāi)放性，但這種開(kāi)放性與物聯(lián)網(wǎng)的部分使用需求有沖突的一面。物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)及所傳輸?shù)男畔⒂休^高的私密性或保密需求，對(duì)業(yè)務(wù)還有“自治”需求。這些需求與技術(shù)開(kāi)放性相悖，但卻是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)用化的前提條件。

目前已用于互聯(lián)網(wǎng)的IP 網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)體制上還不能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)的這些需求，這就要求交換體制（承載網(wǎng)）或相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)管理體制（支撐網(wǎng)）進(jìn)行相應(yīng)改變。要滿(mǎn)足這種需求有兩種途徑，一種是對(duì)承載網(wǎng)的體制再造，另一種是充實(shí)、改造支撐網(wǎng)，或者是兩種途徑的結(jié)合。

◆傳輸體制

與互聯(lián)網(wǎng)的使用場(chǎng)合不同，物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)機(jī)器終端向物理世界的伸展具有時(shí)空上的“泛在”性，即機(jī)器終端可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)便利地接入物聯(lián)網(wǎng)。無(wú)線傳輸技術(shù)顯然是滿(mǎn)足這種“泛在接入”手段的不二選擇，傳輸體制無(wú)線化因而成為物聯(lián)網(wǎng)具有代表性的技術(shù)需求。

若以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)OSI-RM（開(kāi)放互連系統(tǒng)參考模型）為參照，無(wú)線接入鏈路主要完成鏈路層無(wú)線信道的分配和信息的傳輸，不涉及網(wǎng)絡(luò)層及以上層級(jí)，因而目前已有的無(wú)線接入技術(shù)可以直接應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)。

以數(shù)據(jù)的協(xié)作處理為中心運(yùn)用無(wú)線技術(shù)正是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的精髓所在，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)可在隨機(jī)分布的多個(gè)傳感器之間交換信息并實(shí)現(xiàn)信息融合，以達(dá)到全面感知對(duì)象或環(huán)境的目的。這是傳輸技術(shù)與感知技術(shù)在體制上的一種融合或滲透。

一般認(rèn)為，對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性是物聯(lián)網(wǎng)“泛在接入”的一個(gè)重要特點(diǎn)，這包括對(duì)各種無(wú)線或有線接口、接入?yún)f(xié)議、信息封裝協(xié)議、自治管理協(xié)議的適應(yīng)性。物聯(lián)網(wǎng)如何兼容各種異構(gòu)的接入網(wǎng)技術(shù)，最終形成具有開(kāi)放性的傳輸體系結(jié)構(gòu)，是物聯(lián)網(wǎng)傳輸體制研究的重要課題。

4．智能處理

在互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)中，以計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)感知、存儲(chǔ)、生成指令、尋址傳輸、計(jì)算、分析、綜合、顯示、響應(yīng)指令等過(guò)程的信息處理技術(shù)都可稱(chēng)為智能處理技術(shù)。智能處理技術(shù)分布在物聯(lián)網(wǎng)的3 個(gè)層面，其中能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)的智能處理技術(shù)更多地集中在感知層的信息感知處理技術(shù)和應(yīng)用層的信息分析與輔助決策技術(shù)方面。

信息融合技術(shù)是感知層為多傳感器信息綜合利用而開(kāi)發(fā)的智能處理技術(shù)，可通過(guò)先進(jìn)的融合算法綜合處理多類(lèi)傳感器所獲取的關(guān)于對(duì)象和環(huán)境的原始數(shù)據(jù)，得到全面、完整、可用的感知信息。信息融合技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用就是融合了衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、天文導(dǎo)航等多種傳感手段的組合導(dǎo)航產(chǎn)品。

基于軟件無(wú)線電技術(shù)的認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是一種可在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮特殊作用的前沿智能處理技術(shù)，用以解決有限頻譜資源的有效利用問(wèn)題。

在應(yīng)用層，數(shù)據(jù)挖掘被認(rèn)為是一種非常有前景的智能處理技術(shù)。對(duì)通過(guò)機(jī)器終端等途徑獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行甄選、矯正、統(tǒng)計(jì)、相關(guān)、估計(jì)、評(píng)判，可以從中提煉和發(fā)現(xiàn)常規(guī)手段難以直接獲得的信息，為管理策略的選擇提供有價(jià)值的參考和咨詢(xún)。

云計(jì)算是與物聯(lián)網(wǎng)同期出現(xiàn)的一種新技術(shù)和新型業(yè)務(wù)。云計(jì)算技術(shù)的基本思想是分布式計(jì)算和設(shè)施資源的虛擬化。這種思想若引入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)將產(chǎn)生深刻影響。

5．安全性與可信、可管可控

與互聯(lián)網(wǎng)相比，人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的安全性問(wèn)題表現(xiàn)出更大的擔(dān)憂(yōu)。

物聯(lián)網(wǎng)中大部分信息處理終端是機(jī)器。限于技術(shù)水平和成本等因素，大多數(shù)機(jī)器終端的“智能”極其低下，往往只是程序化地響應(yīng)或操作，這就帶來(lái)易受惡意攻擊的隱患。物聯(lián)網(wǎng)將信息的作用延伸到了物理世界，系統(tǒng)受到攻擊或信息被截取都將帶來(lái)比互聯(lián)網(wǎng)更加直接和現(xiàn)實(shí)的危害。

安全性的實(shí)質(zhì)是使用者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的信任問(wèn)題。除安全性外，物聯(lián)網(wǎng)的可信問(wèn)題還涵蓋信息機(jī)密性、完整性、可用性、抗否認(rèn)性、真實(shí)性、可控性等。

從技術(shù)視角看，可信問(wèn)題即便不是由技術(shù)或工程的不完善帶來(lái)的，也可以通過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)來(lái)有效降低其影響。

支撐網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理子網(wǎng)的主要作用之一就是提供網(wǎng)絡(luò)的可管可控功能，包括安全技術(shù)、用戶(hù)管理、服務(wù)質(zhì)量管理、網(wǎng)絡(luò)資源管理等。

三、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新性

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)的技術(shù)特征進(jìn)行探析后，可以這樣描述物聯(lián)網(wǎng)，以體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)創(chuàng)新性：物聯(lián)網(wǎng)是基于創(chuàng)新的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是作用于世間萬(wàn)物的新型業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用或協(xié)同運(yùn)用多樣化的實(shí)物感知技術(shù)，采用分組交換傳輸體制并引入面向連接技術(shù)，構(gòu)建“泛在接入”和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的能力，深度融入智能化信息處理技術(shù)，通過(guò)可管可控等機(jī)制保障網(wǎng)絡(luò)的安全可信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物品或特定環(huán)境的全面感知和可信管理。

在目前這個(gè)階段，最重要、最迫切的事情莫過(guò)于圍繞物聯(lián)網(wǎng)需求特點(diǎn)著力展開(kāi)原創(chuàng)性技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，包括物聯(lián)網(wǎng)概念的再思考，技術(shù)需求的研究與梳理，技術(shù)體制的研究與規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)頂層與接口的標(biāo)準(zhǔn)研究，關(guān)鍵新技術(shù)的攻關(guān)，軟件中間件開(kāi)發(fā)以及現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用轉(zhuǎn)化研究等。?