物联网概念实质\演进规律与发展方向研究
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【摘要】 本文在对物联网概念实质进行深入辨析的基础上,提出了“物联网是连接到物理对象的智能信息网络”这一新的认识,并从信息技术演进角度、回顾了物联网发展的历史进程及内在规律,进而在此基础上,从新型网络基础设施建设和关键技术突破两个角度,揭示了物联网未来发展面临的挑战和机遇,特别是对我国的意义。
【关键词】 物联网概念实质演进规律挑战机遇
【Abstract】 Based on deep identification of the conception and character of the Internet of Things (IoTs), the paper argued that “the Internet of Things is the intelligent information network connected to physical objects”. After the retrospect on evolution history and intrinsic rules of IoTs’ development from the perspective of information technology progress, concentrating on the construction of new generation network infrastructure and the breakthrough of key technologies, it disclosed the challenge and opportunity encountered by IoTs in future development, as well as which implications to our country.
【KeyWords】 Internet of Things(IoTs);Conception and Character; Evolution Rules; Challenge and Opportunity
2012年7月的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》明确提出实施物联网与云计算创新发展工程。世界范围内看,2009年以来,包括美国、欧盟、日本在内的发达国家相继出台物联网发展战略与相关行动计划,标志着物联网技术与产业在经过早期的宣传“热潮”之后,其发展正渐趋理性与务实。但与此同时也应看到,在对物联网内涵实质、发展规律、挑战机遇等重要问题的研究上,仍然存在许多含混不清的认识,甚至是带有误导性的观点。本文试图就上述问题进行深入讨论,为加速物联网推广应用与产业健康发展提供参考。
1 物联网的概念与实质
物联网(The Internet of Things)的概念最早是由麻省理工学院Auto-ID实验室的Ashton于1999年提出的。当时的定义是:把任何物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议与互联网连接起来,进行信息交换和共享,以实现智能化识别和管理的一种网络[1]。
2005年国际电信联盟(ITU),正式提出了“物联网”的概念。报告指出,无所不在的“物联网”通信时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用[2]。根据ITU的描述,在物联网时代,通过在各种各样的日常用品上嵌入一种短距离的移动收发器,人类在信息与通信世界里将获得一个新的沟通维度,从任何时间任何地点的人与人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接。然而,ITU的报告对物联网缺乏一个清晰的定义。
2009年9月15日,欧盟第7框架下的RFID和物联网研究项目组研究报告,给出了对物联网的明确定义:物联网是一个动态的全球网络基础设施,它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力,其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口,并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道,构成未来互联网[3]。
我国著名物联网专家、中科院院士邬贺铨认为物联网中的“物”应该是“Anything that can be connected and would benefit from being connected will be connected”。意即物联网应该是把一切有用的且能连接的“物”连接起来,而不是万事万物。邬贺铨院士进一步指出:物联网相当于互联网上面向特定任务来组织的专用网络(VPN)。与其说物联网是网络,不如说物联网是业务或应用,物联网是互联网应用的拓展[4]。
总结起来,目前学术界和实践界对物联网的认识,主要有三类观点,其中主流并为人们所广泛接受的是“网”的观点,即将物联网视为互联网发展的高级阶段,或将其视为一种新型的网络基础设施,强调物联网是互联网的自然演进,是将作为物理实体的“物”接入了互联网。第二种是“联”的观点,主要从技术角度出发,强调物联网的关键在于物物“联接”,强调物与物之间的互联、互通与互操作,从而将无线传感技术、近场通讯技术、卫星通信技术等与互联网技术相并列的信息技术视为物联网的基础和关键技术。第三种是“物”的观点,强调通过物联网联接起来的“物”应具有独特的特征,即能够自我感知或感知“他物”(对象或环境),能够与其他“物”相通讯,能够自我控制(自动化)或控制“他物”(智能化),即不仅能够实现“物感”“、物联”、同时也能实现“物控”。
笔者认为,“物联网”的实质应是“物”,“联”,“网”三者的结合,简单的说,物联网就是“连接到物理对象的智能信息网络”。这个概念有四层含义:第一,物联网的核心和基础仍然是信息网络,但这里的“网络”是指将所有物物相连、人人相连、人物相连并形成网络(即非“点对点”连接,而是“多对多”连接)的情况都纳入了“互联网”的范畴;第二,物联网将用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间、以及人与物品之间,将人与人之间的信息通讯扩展到了物与物之间,人与物之间的信息交换和通讯;第三,物联网依托的网络具有智能属性,它一方面可以对接入物联网的各类“物”(物理终端)进行实时监测、智能控制与自动操作,同时它本身又具有自我配置、自我优化、自我修复与自我保护的功能,属于一类智能网络;第四,接入物联网的“物”是一类特殊的物,是具有“智能”的物理终端,应具备物感、物联与物控的功能。按照上述比较严格的要求,接入到物联网中的“物”实际上接近于一个“微型智能机器人”,微处理器相当于它的“大脑”,信息接收(传感)器、信息发送器相当于它的“五官”,动作执行器相当于它的“四肢”。与过去不同的是,基于信息技术和纳米技术的巨大进步,今天我们完全有可能在极小的物理载体上集成这些功能。
2 物联网演进历程与规律
被誉为我国“嵌入式系统”之父的著名专家、北京航空航天大学何立民教授认为,物联网是当嵌入式系统发展到一定的阶段后所形成的概念,物联网可以被视为互联网与嵌入式系统在高级阶段的交叉融合[5]。物联网的发展有三个源头,即以微处理器(计算机)为载体的智慧源头、以嵌入式系统为载体的物联源头、以及以互联(广域)网和局域(物联)网为载体的网络源头[6]。而从发展历程来看,互联(信息)网和局域(物联)网,实际上是信息(计算)技术沿着不同路径发展的产物。