互联网的继续革命 -- 物联网

　　大概是1995年夏天，在美国卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的校园里有一个自动售货机，出售各色可乐，价钱比市场上的便宜一半。所以，很多学生都去那个机器买可乐。但是大老远地跑过去，经常发现可乐已经售完，白跑一趟。于是有几个聪明的学生想了一个办法，他们在自动售货机里装了一串光电管，用来计数，看还剩下多少罐可乐。然后把自动售货机与互联网对接。这样，学生们去自动售货机前，可以先在网上查看一下还剩下多少罐可乐，免得白跑一趟。

　　后来CNN还专程去了趟CMU，实地拍摄了一段新闻。当时还没有物联网(Internet of things)这个概念。大家最初的想法很简单，就是把传感器(Sensors)连到互联网上去，提高数据的输入速度，扩大数据的来源。这是我个人对于物联网的初次接触。

　　物联网这个概念正式出台，是1999年的事情。估计与RFID技术的不断成熟，以及MIT推动的AutoID的项目有关。

　　不妨把RFID粗略地理解为条形码的更新换代。商品包装袋上经常印有条形码(Barcode)。把条形码扫描机对准条形码，扫描机会自动读出商品的名称和价格等等有关信息。使用条形码，可以大大加快购物结帐的速度。此外，条形码还有更多用处。譬如邮政的特快专递，邮包每到一处，就扫描一下条形码，这样邮包在什么时间到达什么地点，立刻可以上传到互联网上，方便递送邮包的顾客实时查看。条形码好处很多，但是也有缺陷。其中最主要的缺陷，是必须把条形码对准扫描机才能读出数据，不对准就读不出。

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　　RFID比条形码先进之处在于，不对准也读得出。譬如现在高速公路收费站开始推广ETC。所谓ETC就是电子收费卡，卡内嵌着RFID。把卡放置于车内前窗附近，当汽车通过ETC专用车道的时候，路侧无线装置，也就是ETC读卡器，会自动读取ETC卡内余款，并更改之。

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　　MIT推动的AutoID项目，不仅把RFID与互联网连接到了一起，并且在此基础之上，规定了数据通讯协议EPC(Electronic Product Code)。这样就可以把从产品供应商，到运输，到仓储，到零售，这条供应链上的各个环节串联起来，实现供应链的自动化，为进一步实现供应链优化打下基础。AutoID是个国际合作项目，参与AutoID项目的院校来自美国，英国，韩国，日本，澳大利亚还有我们中国。中国参与该项目的是复旦大学。

　　2001年，美国加州伯克利大学研制出了世界上第一个智能灰尘(SmartDust)，大大刺激了物联网的开拓。智能灰尘由三个部分组成，结构简单，1. 微型控制器(Micro Controller Unit, MCU)，2. 传感器(Sensors)，3. 无线收发机(Transceiver)。2001年最初的智能灰尘，比一分钱稍大，现在已经远远比一分钱小了，只有几毫米大。 

　　配上不同的传感器，智能灰尘可以派上不同的用处。例如配上热敏线圈，把智能灰尘放到森林里去，就可以监测森林的温度变化，预防山火的发生和及时制止山火的蔓延。又例如，配上压力线圈，把智能灰尘插到桥梁的钢梁的结合处，就可以监测钢梁的应力变化，及时探测金属疲劳的状态。

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　　之所以说智能灰尘大大刺激了物联网的开拓，不仅在于它的体积小，更重要的意义在于单个智能灰尘与其它灰尘，能够自动相互联络，组成一个网络。这样，即便单个灰尘的无线覆盖范围有限，但是通过灰尘与灰尘之间的数据交换，实际上达到了覆盖广大区域的目的。

　　智能灰尘的组网方式，称为Mesh Networking，抓一把智能灰尘随手撒出去，每个单体智能灰尘与相邻的灰尘建立数据通讯联系，然后所有或者大部分灰尘就结成一个无线网络，让网中任何两个灰尘之间都可以进行数据交换。

　　无线的，Mesh Networking的智能灰尘，其重要性体现在，为无所不在的网络覆盖提供了一个可行的解决方案。

　　无所不在的计算(Ubiquitous computing)这个概念，早在1988年就出现了。最初的想法是把眼镜，在手表，手机，钱包，衣服等等随身用品里，通通植入芯片，然后相互联络组成一个区域网，称为个人区域网(Personal Area Network, PAN)。想法虽然有趣，但是实现起来却遇到很多困难。智能灰尘的出现，使得无所不在的网络覆盖成为现实。

　　智能灰尘的无线的数据传输，实现方式有多种办法。在早期演示产品中，智能灰尘利用远红外和激光来实现无线数据传输。当然其它途径也可行，包括 WiFi，蓝牙等等。有没有可能利用3G这样移动网络呢？自然也是可以的，但是如果使用了移动网络，还需要不需要Mesh Networking这种自动组网的方式呢？

　　其实人工构筑的移动网络和自动组网的Mesh Networking，这两种网络方式并不矛盾，两者并行不悖，而且相辅相成。

　　举一个例子。假设在人体的各个关节，绑上传感器。人体每一个动作，都可以由传感器感知。把传感器采集到的信号传给电脑，就可以在电脑中模拟出人体的各种动作。这样大家在玩网络游戏的时候，就可以摆脱传统的按按钮的方式，去控制电脑中的人物，而是真正地动手动脚。这样的玩法，更直观，更感同身受。问题是如何把各个传感器的信号传给电脑？一种方式是让每个传感器直接与电脑相连，另一种方式把每个传感器与中央信号采集器(Control panel)相连，中央信号采集器可以挂在腰带上，它负责收集各个传感器的信号，汇总后打包传给电脑。比较这两种方式，第二种更容易实现，也更有效率。

　　各个传感器与中央信号采集器的组网方式可以是Mesh Networking，而中央信号采集器与电脑之间的数据传输可以通过移动网络。采用这种混搭的办法，可以充分扬长避短。既发挥Mesh Networking的灵活自动的优势，也回避Mesh Networking信息处理能力弱，电池消耗敏感的劣势。使Mesh Networking与移动网络相辅相成，取长补短。

　　对于移动运行商而言，Mesh Networking延伸了移动网络的触角，SmartDust等等终端设备突破了以往移动终端设备中只有手机一枝独秀的局面。


　　“1984”是一本政治幻想小说，发表于1949年。小说把“未来的”1984年的世界，描绘成了一个特务横行的专制的世界。所谓特务横行，并不像明朝的东厂西厂，也不像前苏联克格勃，而是到处布满监视器，这些监视器掌握在老大哥(The big brother)手里，用来对于每一个国民进行监视。

　　对于无所不在的计算(Ubiquitous computing)，很多人有疑惑，担心会不会导致1984那样的特务恐怖发生。
　　我的看法如下，1. 老大哥不足虑，至少近期不足虑，因为技术不成熟。2. 我们需要老大哥，当然不是需要他去监视每个国民，而是需要借重他的权威，推动物联网的发展。

　　物联网技术上有待成熟。对于智能灰尘这样的微型设备而言，最大的挑战在于电池。电池小了功率不够，太大了又造成智能灰尘体积太大，使用不便。充电的办法有多种。其中太阳能板的体积过大，转换功率有限，价格也昂贵。靠振动发电的办法，创意很好，但是技术不成熟。比较现实的做法是电磁波无线充电，但是仍然遗留不少工程方面的问题需要解决。

　　RFID分主动性(Active RFID)，被动型(Passive RFID)，和电池辅助被动型(Battery-assistant Passive RFID)三类。主动型的RFID是携带电池的，如车载的ETC电子收费卡。被动型的RFID不需要自带电池，例如WalMart使用的很多商品标贴，就内置被动型RFID。由于自身不携带电源，平时被动型RFID处于不工作状态。当外部出现RFID阅读器的电磁场时，被动型RFID被激活。普通被动型 RFID的可读范围有限，需要扩大可读范围时，可以考虑使用电池辅助被动型的RFID。

　　这三类RFID中，被动型RFID不受电池的困扰，价格便宜，所以应用前景最广阔。2005年1月，WalMart正式宣布它的最大的100家供货商所提供的所有商品，一律使用RFID标贴。虽然轰动一时，但是几年的实践表明，问题不少。不仅成本增加，而且RFID信号的穿越能力差，隔着金属不行，隔着液体也不行等等。而且经常有人把标贴揭掉。

　　如果说对于RFID的每次读取和修改，都可以用传统的数据库来保存记录，那么对于SmartDust这样的传感器传来的，如潮水一般铺天盖地，而且源源不断的数据，重要的并不是保证每一笔记录都保证ACID(原子性，一致性，隔离性和持久性)，重要的是及时地存放这些海量数据，以及进行有意义的数据挖掘。

　　鉴于这些技术问题有待解决，1984那样的特务恐怖，即便远期或许有可能，至少在近期内不会成为现实。

　　除了技术难题，商业利益的纠结也阻碍了物联网的推广。

　　譬如把RFID与手机结合，可以实现移动支付的功能，对于手机用户和商家都有利。移动支付有两类方案，第一类方案是改造手机，让手机内嵌 RFID卡，通常称为NFC方案(Near Field Communication)。另一类方案不改造手机，而是把RFID嵌入到SIM卡中。SIM卡内嵌RFID的做法又分两种，分别使用不同频段，13.56MHz低频和2.4GHz高频。

　　表面上看，这些方案的差别都是技术层面的，选择的标准似乎取决于各种方案的技术比较，包括可读范围，信号穿透力，抗震防水耐冷耐热的可靠性，以及成本等等。但是事实上，背后的决定因素是对商业利益控制权的争夺。

　　如果选用第一种方案，在手机内嵌入RFID卡，那么在支付过程中，交易信息通过RFID传给手机，手机通过无线网络，再经过互联网，最终与某银行帐号相连。从移动运营商立场出发，它当然希望交易信息通过自己的无线网络来传递，以便掌握整个移动支付的信息流的控制权。但是这个方案无法保障这一点。因为一旦更换SIM卡，交易信息的传递，就有可能切换到另一家移动运营商的无线网络。这样一来，移动运营商就丧失了支付信息流的控制权，沦为信息通道。

　　如果选用RFID内置于SIM的方案，这个控制权就落入移动运营商的手里。但是13.56MHz与2.4GHz两种方案之间的取舍，又有另一番斟酌。如果使用13.56MHz低频，需要拖一根天线，使用不便，移动运营商难以推动市场。如果使用2.4GHz高频，不仅不需要额外的天线，而且带宽也大。但是在目前市场上，SIMPASS提供的13.56MHz低频技术比较成熟，而RFID-SIM的2.4GHz技术还不够稳定，接口等等外围支持也有待完善。

　　表面上看，取舍的标准是技术比较。但是实际情况远比技术比较复杂得多。目前国内各个商家使用的POS终端，大多数只支持13.56MHz低频，而对2.4GHz高频不兼容。一方面，如果更换商家的POS终端，这笔费用该由谁支付，是一个有争议的问题。另一方面，商家POS终端与银行账户相连，POS终端是否支持2.4GHz高频，折射出银行与移动运营商的角力。

　　强强联合通常难以撮合，因为双方都是强势集团，谁都希望把握控制权，谁都不愿意伤害自己的利益。在这种情况下，我们需要强有力的政府，凭借政府的权威，推动强势双方各自退让，促成合作。同时，由政府牵头，把研究，生产和运营三个领域的力量结合起来，促进相互间的合作，扶持整个产业链的发育成长。

　　民主的好处在于集思广益，四平八稳，不容易犯大错。但是缺点是决策时间长，容易导致行动流产。专制的特点是执行效率高，这是一个双刃剑，做对了成就巨大，做错了破坏也大。对于物联网来说，目标明确，犯大错的风险小，所以现阶段需要特别强调执行效率。

　　无锡在政府的支持下，强力建设物联网中心，集研究，生产与运营各方力量于一体，这是具有中国特色的经济发展模式。

　　预祝无锡，成功“感知中国”!