基于腦認知的物聯(lián)網(wǎng)信息演化機制研究

銀奕淇 高屹揚 彭琨

摘要：物聯(lián)網(wǎng)信息的演化機制是不同形態(tài)的物聯(lián)網(wǎng)信息，相互之間轉(zhuǎn)化的方式以及原理。借助腦科學(xué)與認知科學(xué)，比較了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與腦認知技術(shù)在信息處理的相似性，分析了物聯(lián)網(wǎng)信息的特點，概括了物聯(lián)網(wǎng)的信息生命周期，闡述了物聯(lián)網(wǎng)信息演化過程，為物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：腦認知；物聯(lián)網(wǎng)信息；演化機制

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）26-0173-02

信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用已經(jīng)從人擴展到圍繞人類生活的物體，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運而生。與以往人與人、人與機器的對話的互聯(lián)網(wǎng)不同的是，物聯(lián)網(wǎng)將互聯(lián)的范圍擴展到了機器與機器、機器與物理世界的對話，從以網(wǎng)絡(luò)為中心的信息傳輸服務(wù)向以服務(wù)為中心的智能信息服務(wù)轉(zhuǎn)變，通過將各種終端網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)異構(gòu)相聯(lián)，把對現(xiàn)實世界的感知、認識、影響和控制與計算機系統(tǒng)進行融合，實現(xiàn)了現(xiàn)實世界、虛擬世界和人類感知的統(tǒng)一。隨著傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、云計算以及人工智能等技術(shù)的不斷結(jié)合，物聯(lián)網(wǎng)正加速向智能化的方向演進。針對物聯(lián)網(wǎng)對信息應(yīng)用的智能化需求，模擬與借鑒和利用腦認知科學(xué)，為物聯(lián)網(wǎng)信息演化機理的研究提供幫助。

1 腦認知機理與物聯(lián)網(wǎng)的模擬仿生

人腦是各種生物腦中智能化水平最高，系統(tǒng)功能最完善，體系結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的生物控制和信息處理系統(tǒng)，具有感知、識別、學(xué)習(xí)、聯(lián)想、記憶、推理等能力，其基本功能是接受外界信息并對信息進行加工處理，做出合適的判斷、選擇并進行決策的制定與輸出。腦認知的過程反映了認知過程上的感覺、思考和行動三種相互關(guān)聯(lián)的基本行為。人腦在處理信息的過程中，利用視、聽、觸、嗅覺等感覺器官來搜集原始信息，通過映象或陳述來表達認知對象的屬性和其他事物的關(guān)系，實現(xiàn)外部信息的接受和轉(zhuǎn)譯，并對信息進行不斷地抽取、交聯(lián)、組合，與已有有的數(shù)據(jù)（知識）建立關(guān)聯(lián)，進而對認知對象產(chǎn)生更為復(fù)雜的理論陳述，最終形成針對認知對象的行為或操作[1]。

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)，已逐步從一個原始的、不完善的、相對分裂的網(wǎng)絡(luò)進化成一個統(tǒng)一的、與人腦結(jié)構(gòu)高度相似的組織結(jié)構(gòu)。在物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)中，物聯(lián)網(wǎng)感知層的各種智能感知設(shè)備類似于人的神經(jīng)末梢中的神經(jīng)元，用于實現(xiàn)各種感知，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的互聯(lián)系統(tǒng)類似于人的神經(jīng)系統(tǒng)，通過各種網(wǎng)絡(luò)傳輸感知數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)和處理中心類似于人的低級神經(jīng)中樞，用于存儲與分析數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)在信息處理的過程中，物聯(lián)網(wǎng)也采取了與人類似的方式認知世界，將世界本原的本體論信息變?yōu)楦兄畔?，并從信息中獲取相關(guān)知識，形成問題求解的策略，產(chǎn)生作用于外部環(huán)境的行動。[2]整個過程讓信息、知識和策略在信息感知、信息識別、信息傳遞、信息處理、決策制定、決策傳遞、決策執(zhí)行的回路中相互轉(zhuǎn)換，最終形成智能活動過程。[3]

2 物聯(lián)網(wǎng)信息特點分析

由于新技術(shù)和標(biāo)準的不斷出現(xiàn)與融合，物聯(lián)網(wǎng)也隨之不斷演進，呈現(xiàn)出更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通和更深入的智能的特征。這種不斷演進的過程，也賦予了物聯(lián)網(wǎng)新的數(shù)據(jù)特點。

2.1 更透徹的感知產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)

RFID、藍牙、ZigBee等近場通信技術(shù)的發(fā)展、大規(guī)模感知網(wǎng)絡(luò)部署以及智能移動終端的普及，有效的拓展了物聯(lián)網(wǎng)的感知范圍，也產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)隨著感知設(shè)備的規(guī)模、數(shù)據(jù)采集的時間以及語義注釋的元數(shù)據(jù)的增加而不斷增加。因此，物聯(lián)網(wǎng)的智能服務(wù)應(yīng)具有海量數(shù)據(jù)處理能力。

2.2 更全面的互聯(lián)互能產(chǎn)生了大量異構(gòu)數(shù)據(jù)

物聯(lián)網(wǎng)泛在化的典型特征使用得物聯(lián)網(wǎng)通信幾乎涵蓋了從無線通信到有線通信的所有通信技術(shù)。接入設(shè)備多樣，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準不同，使得物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生了大量異構(gòu)數(shù)據(jù)。不僅不同種類的感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)可能是異構(gòu)的，同類感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)也可能是異構(gòu)的。所以，物聯(lián)網(wǎng)要求有這些異構(gòu)的數(shù)據(jù)集成、融合及分析的能力。

2.3 更深入的智能要求數(shù)據(jù)實時有效

物聯(lián)網(wǎng)所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)需要引入云計算中心，這就需要將傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)與云計算整合，從而更方便地建立智能的、自主的、可擴展性和數(shù)據(jù)驅(qū)動的普適服務(wù)平臺，實時的對采集的數(shù)據(jù)進行長期監(jiān)測、分析、共享、預(yù)測和管理。因此，物聯(lián)網(wǎng)對感知數(shù)據(jù)具有強烈的時效特征性。

3 物聯(lián)網(wǎng)的信息生命周期

在物聯(lián)網(wǎng)動態(tài)演化過程中，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息類似于生物體一樣，具有生命周期特性，生命的活動過程就是物聯(lián)網(wǎng)信息處理的過程。物聯(lián)網(wǎng)信息在不同時期所具有不同的形態(tài)的編碼特征，物聯(lián)網(wǎng)信息的演化機制就是不同形態(tài)的物聯(lián)網(wǎng)信息，相互之間轉(zhuǎn)化的方式以及原理。[4]根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)信息處理的過程，將物聯(lián)網(wǎng)信息生命周期劃分為感覺、感知、認知、控制4個階段。感覺是物聯(lián)網(wǎng)信息生命周期的開始，主要是采集物理世界的數(shù)據(jù)信息，感知是對采集來的數(shù)據(jù)按對象的屬性和行為特征進行融合，形成對象的正確認識與描述，認知是將對象的屬性和行為特征與原有的知識結(jié)構(gòu)結(jié)合，形成控制對象的決策，控制則是實現(xiàn)對象的智能控制。依據(jù)控制的結(jié)果和環(huán)境的變化繼續(xù)通過智能感知設(shè)備將變化了的物理數(shù)據(jù)再進行感覺、感知、認知，控制，使得物聯(lián)網(wǎng)信息不斷的流動及形態(tài)轉(zhuǎn)化，形成循環(huán)往復(fù)生命周期。[5]

4 物聯(lián)網(wǎng)信息演化過程

在現(xiàn)實世界中，人是具有智能的，物是不具備智能的，當(dāng)信息服務(wù)空間內(nèi)的人與網(wǎng)絡(luò)連接時，由于人際之的信息傳輸經(jīng)過了大腦的思考分析、決策控制、行為實施等智能化的處理，使得其產(chǎn)生的各種行為或服務(wù)具有了人的智慧，而在這個過程中，信息系統(tǒng)只是負責(zé)了信息傳輸。當(dāng)信息服務(wù)空間內(nèi)的各種事物或?qū)ο笈c網(wǎng)絡(luò)連接時，由于少了人的智能參與，物物之間的信息傳輸由于其本身的非智能而不能提供智能化的行為或服務(wù)，這就需要信息系統(tǒng)在承擔(dān)信息傳輸功能之外，還要具備學(xué)習(xí)、處理、決策和控制等類腦的處理能力，才能讓非智能的事物與對象具有智能化的行為和服務(wù)。因此，“物—物”交互與認知的核心是物體的數(shù)據(jù)化關(guān)聯(lián)，其中數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)認知過程的中心，而關(guān)聯(lián)的過程是認識、理解、交互及數(shù)據(jù)的傳遞過程。[6] 數(shù)據(jù)是是經(jīng)過描述、轉(zhuǎn)譯、傳遞等信息化、數(shù)據(jù)化處理后所得到的事物或?qū)ο蟮南嚓P(guān)屬性，而關(guān)聯(lián)的過程包括了數(shù)據(jù)的交互傳遞，數(shù)據(jù)的分析與轉(zhuǎn)碼以及尋求最佳應(yīng)對策和解決方案過程，從而體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)的認知理解和分析處理能力。

基于腦認知過程，物聯(lián)網(wǎng)信息演化的過程是實現(xiàn)對客觀事物的感知的相關(guān)數(shù)據(jù)信息在人與物，物與物之間能夠產(chǎn)生與自由地流動的過程，主要包括信息感知、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、知識學(xué)習(xí)、智能控制等。信息感知主要是由海量異構(gòu)的對物聯(lián)網(wǎng)資源和設(shè)備所產(chǎn)生的反映現(xiàn)實世界的原始數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成可處理的數(shù)字信息；數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)則是根據(jù)統(tǒng)一語義表示方法，集成了對原始感知數(shù)據(jù)的注釋及與其他數(shù)據(jù)或資源的關(guān)聯(lián)，進而將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化、有序化，可進行互操作的關(guān)聯(lián)信息；知識學(xué)習(xí)則是基于感知信息及先驗知識庫進行的集成關(guān)聯(lián)與融合后所形成的對現(xiàn)實世界的特征抽象與認知信息，并轉(zhuǎn)化為知識；智能控制則是根據(jù)提供的認知現(xiàn)實世界的知識，結(jié)合用戶特征，面向應(yīng)用領(lǐng)域，形成具有指導(dǎo)智能服務(wù)行為的信息，完成知識到智慧的轉(zhuǎn)化。[7]至此，物聯(lián)網(wǎng)知識以具有智能服務(wù)功能的信息集合出現(xiàn)，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)全部認識結(jié)果的總和。隨著情景變化感知所獲得知識的積累和質(zhì)量的提升，從而把物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理系統(tǒng)所產(chǎn)生的知識本身看成是一個自身不斷發(fā)展完善的客觀知識世界。

5 小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理的需求不斷增強，通過從信息載體到信息融合各個環(huán)節(jié)模擬人的智能，為腦科學(xué)與認知科學(xué)的結(jié)合進一步促進人類的自我了解和控制能力的發(fā)揮，探索基于腦認知物聯(lián)網(wǎng)信息演化機制，推進物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理技術(shù)的發(fā)展提供了思路。

參考文獻：

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[6] 王治東，劉君，認知視域下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：人文社會科學(xué)版，2014，9.

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[通聯(lián)編輯：梁書]